Brevet FR2599761A1 — publié le 19871211

La présente invention se rapporte à un fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif, et à une utilisation de ce fil. Il a déjà été proposé diverses solutions pour réaliser des habits de protection incorporant du charbon actif apte à adsorber des substances nocives contaminant l'atmosphère. C'est ainsi que l'on connait des fils formés de différents matériaux organiques qui sont ensuite carbonisés puis activés. De tels fils perdent cependant la quasi totalité de leur résistance mécanique, ce qui exclu leur utilisation pour la confection de tissus et par conséquent, d'habits de protection. Leur utilisation est donc limitée à la formation de couches filtrantes associées à un support apte à suppléer à leur manque de résistance mécanique. Dans le domaine de l'habillement, deux types de supports de charbon actif ont été proposés, l'un est la mousse à pores ouverts imprégnée de charbon actif pulvérulent, l'autre est le non tissé également imprégné de charbon actif pulvérulent. L'inconvénient de la mousse est son épaisseur qui la rend beaucoup moins confortable qu'un textile. Par ailleurs, la surface spécifique du charbon actif, compte tenu de la présence du support inerte, est ramenée à 700-800 m2/g alors qu'elle est de l'ordre de 15002000 m2/g pour les fibres de carbone. En ce qui concerne le non-tissé imprégné, l'inconfort provient de la raideur du matériau qui doit âtre calandré à chaud pour lui conférer une certaine résistance mécanique.En outre, la surface active du charbon actif ramenée au poids du non-tissé ne dépasse guère 400 m21g, ce qui est encore plus faible que pour la mousse. D'autres solutions ont encore été proposées pour tenter de remédier à ces inconvénients. C'est ainsi que le DE-A1-3.339.756 a proposé de réaliser des fibres de charbon actif en enrobant une me d'un matériau flexible résistant aux hautes températures d'une solution ou d'une substance carbonisable fondue, qui est ensuite carbonisée et activée Il est évident qu'avec une telle solution, le rapport de masse entre la matière inerte de l'âme en substance minérale ou métallique et le charbon actif donne une surface active par unité de masse extrêmement faible. Par ailleurs, les qualités textiles d'un fil obtenu avec de telles fibres seraient extrêmement médiocres aussi bien du point de vue du poids que de la souplesse du fil. Il a également été proposé dans le JP-A-59043134 et dans le JP-A59088940 de réaliser un fil avec une âme en acier inoxydable en céramique ou en verre et de fibres de carbone non activées à base d'acrylonitrile pour former un fil résistant au feu. Toutefois, dans ce cas, l'âme est formée elle-même par un fil filé à partir de fibres de verre ou d'acier. Etant donné qu'un tel fil, lorsqu'il est en fibres de verre a déjà 83 Tex, compte tenu du poids spécifique de l'acier, un fil correspondant en fibres d'acier aura à lui seul 250 Tex, ce qui en exclu l'utilisation pour former une âme d'un fil destiné à former un tissu dthabillement. Or, si pour carboniser les fibres filées autour de l'âme, une âme de fibres de verre ordinaire est suffisante, cette âme ne résisterait par contre pas au traitement d'activation qui nécessite une température de 800-9000C en atmosphère corrosive.Etant donné que, dans les solutions proposées par ces documents le fil est filé par la technique "open-end", il n'est pas possible d'utiliser une âme formée d'un monofilament, seul un fil filé relativement gros, comme proposé par ce document, est susceptible de supporter la torsion induite par le filage, diminuant considérablement la surface spécifique active ramenée à la masse totale du fil. Il apparait donc qu'il n'existe à ce jour aucune solution satisfaisante permettant de réaliser un fil à base de fibres de charbon actif présentant une surface spécifique élevée, une résistance mécanique suffisante pour permettre de le confectionner et de l'utiliser. Un tel fil doit évidemment rester dans la gamme des titres utilisables pour la confection de tissus entrant dans la confection de vêtements de protection, par exemple en tant que doublure. Ce titre est à considérer compte tenu d'une importante perte de masse après carbonisation et activation. Le but de la présente invention est de remédier, au moins en partie, aux inconvénients des solutions susmentionnées. A cet effet, cette invention a pour objet un fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif, caractérisée en ce qu'il comporte une âme inerte formée d'un mono-filament sans torsion axiale en un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une température > 8000C, cette âme étant entourée de fibres carbonisées et activées présentant, après activation, une surface spécifique rapportée au poids du fil > 1000 m2/g, la proportion de matériau inerte par rapport à la masse totale avant carbonisation et activation étant Un tel fil présente un pouvoir adsorbant élevé grâce à une grande surface spécifique. Les propriétés textiles du fil rendent l'étoffe perméable à l'air et à la vapeur d'eau, permettant ainsi les échanges physiologiques pour qu'une telle étoffe soit utilisable pour entrer dans la confection de vêtements de protection. Il apparait donc que le fil textile selon l'invention ne présente pas seulement les propriétés physiques et mécani ques nécessaires à la confection d'une étoffe comportant une capacité d'adsoption élevée, mais que ce fil présente de plus les propriétés textiles inhérentes à une étoffe destinée à l'habillement. Nous allons décrire ci-après, à titre d'exemple, différents modes de réalisation du fil textile objet de la présente invention. Comme on l'a expliqué précédemment, le fil textile est le mieux à même de satisfaire aux exigences fixées pour la confection d'une étoffe présentant une grande surface spécifique et donc un grand pouvoir d'adsorption. Toutefois, compte tenu des mauvaises propriétés mécaniques des fibres de charbon actif, il s'avère nécessaire de renforcer un tel fil par un élément inerte, susceptible évidemment, de résister aux traitements de carbonisation et surtout d'activation des fibres cabonisées, c'est-à-dire à des températures de 8000 - 9000C en atmosphère oxydante. Ces contraintes sévères excluent par exemple le verre ordinaire qui ne résiste pas à plus de 600 C. Elles limitent la gamme des filaments utilisables à des matériaux tels que l'acier inoxydable, le bore, le tungstène, l'inconel ou la silice. Il est évident que dans cette liste non limitative, mais cependant limitée en fonction des contraintes susmentionnées, l'acier inoxydable est particulièrement intéressant compte tenu de son prix et du fait qu'il est susceptible de résister jusqu'à une température de 11500C en atmosphère oxydante. Toutefois, étant donné son poids spécifique de l'ordre de 7,8, il est évident que la proportion d'acier en poids dans le fil risque de devenir rapidement importante, comme on l'a vu dans les solutions susmentionnées. Il est apparu que l'incorporation d'une telle âme, dans un fil textile destiné à l'habillement n'est acceptable que sous la forme d'un monofilament extrêmement fin. Une telle solution n'est réalisable que si le fil est filé sans induire de torsion axiale de l'âme qui serait évidemment incapable de supporter une telle torsion, normalement appliquée à l'âme d'un fil armé, sans se rompre. Il est évident, dès lors, que les modes de filage classiques sur métier à anneau ou à extrémité libérée (open-end) sont exclus. Il existe deux procédés de filage différents qui permettent de filer un fil autour d'une âme sans faire subir de torsion axiale à celle-ci. Un de ces procédés est appelé DREF et est mis en oeuvre par un métier à filer construit par la firme Fehrer. Ce procédé consiste à enrouler des fibres autour d'une âme. L'autre procédé existant est connu sous le nom de PARAFIL et est mis en oeuvre par un métier à filer construit par la firme Süssen. Ce procédé consiste à entourer une âme avec des fibres disposées longitudinalement et à les guiper à l'aide d'un filament formant une hélice à spires non jointives. Il est évident que dans le procédé PARAFIL, le filament de guipage doit également être réalisé dans un matériau susceptible de résister aux températures d'activation des fibres de carbone susmentionnées. Toutefois, ce filament peut êtrechoisi plus fin que celui de l'âme étant donné qu'il n'est pas destiné à participer à la résistance à la traction du fil. Le tableau qui va suivre donne différents exemples de fils réalisés selon l'invention. Les paramètres indiqués dans ce tableau se rapportent au fil avant carbonisation et activation. Les indications relatives aux para mètres mesurés après carbonisation seront indiqués par la suite en relation avec le tissu réalisé, compte tenu du fait que la carbonisation intervient après le tissage du fil. T A B L E A U 1 (1ère partie) Exemple Titre Métier Ame No Tex Type Construct. Matériau/ um Fabricant % en poids 250 DREF 3 Fehrer Inox 304L/90 Beckaert 20 2 250 DREF 3 Fehrer Inconel 601/85 Beckaert 19 3 250 DREF 3 Fehrer W /57 20 4 250 DREF 3 Fehrer W/B 13/110 10 5 250 DREF 3 Fehrer W/SiC 13/95 10 250 250 DREF 3 Fehrer Inox 304LI90 Beckaert 20 7 250 DREF 3 Fehrer Inconel 601/85 Beckaert 19 8 250 DREF 3 Fehrer W 57 20 9 250 DREF 3 Fehrer W/B 13/110 10 10 250 DREF 3 Fehrer W/SiC 13/95 10 250 250 DREF 3 Fehrer Inox 304L/90 Beckaert 20 12 250 DREF 3 Fehrer Inconel 601/85 Beckaert > 19 13 250 DREF 3 Fehrer W 57 20 14 250 DREF 3 Fehrer W/B 13/75 5 15 250 DREF 3 Fehrer W/SiC 13/65 5 16 250 DREF 3 Fehrer Inox 304L/90 Beckaert 20 17 250 DREF 3 Fehrer Inconel 601/85 Beckaert 19 18 250 DREF 3 Fehrer W 65 25 19 200 DREF 3 Fehrer W/B 13/100 10 20 200 DREF 3 Fehrer W/SiC 13/85 10 21* 250 para fi Süssen Inox 304L/90 Beckaert 20 22# 250 Parafil Süssen Inox 304L/90 Beckaert 20 23* 250 Para fi Süssen Inox 304L/90 Beckaert 20 24* 250 Parafil Sùssen Inox 304L/90 Beckaert 20 T A B L E A U 1 (suite) I I Ex. Fibre couverture 1 Fibre couverture 2 No Type de fibre Fabricant pds Type Fabricant pds pds Type Fabrlcant 1* Viscose Danufil O Hoechst 80 2 Viscose Danufil e Hoechst 81 3 Viscose Danufil e Hoechst 80 4 Viscose Danufil Q Hoechst 90 5 Viscose Danufil 9 Hoechst 90 -6* Phénolique Phalènes St-Gobain 64 Viscose Danufil e Hoechst 16 7 Phénolique Philènee St-Gobain 65 Viscose Danufil Q Hoechst 16 8 Phénolique Phalène0 St-Gobain 64 Viscose Danufil 9 Hoechst 16 9 Phénolique Philenee St-Gobain 72 Viscose Danufil e Hoechst 18 10 Phénolique Phalène0 St-Gobain 72 Viscose Danufil e Hoechst 18 11* P.A.N. préoxydé S.E.P. 80 12 P.A.N. préoxydé S.E.P. 81 P.A.N. ~ ~ 13 P.A.N. préoxydé S.E.P. 80 = 14 P.A.N. préoxydé S.E.P. 95 Polyacrylonitrile - 15 P.A.N. préoxydé S.E.P. 95 16 P.A.N. préoxydé S.E.P 16 Phénolique PhileneQ St-Gobain 64 17 P.A.N. préoxydé S.E.P. 16 Phénolique Phalène @ St-Gobain 65 18 P.A.N. préoxydé S.E.P. 16 Phénolique Phalène0 St-Gobain 64 19 P.A.N. préoxydé S.E.P. 18 Phénolique Phalène0 St-Gobain 72 20 P.A.N. préoxydé S.E.P. 18 Phénolique Philene ~ St-Gobain 72 21" Viscose-Danufil e Hoechst 76 22* Phénolique Phileneb St-Gobain 61 Viscose Danufil Q Hoechst 15 23* P.A.N. préoxydé S.E.P. 76 24* P.A.N. préoxydé S.E.P. 15 Phénolique Philène0 St-Gobain61 On trouvera dans le tableau 2 ci-dessous des informations complémentaires relatives aux exemples du tableau 1 marqués d'un astérisque. Les paramètres indiqués dans ce tableau ont été mesurés avant carbonisation TABLEAU 2 Filament d'âme Filament de guipage Ex. No Résistance % allong. traction en N rupture Type/jpm Fabricant k poids 1 32 11 6 12 5 ll 16 13 21 27,5 7 Inox 304L/35 Beckaert 4 22 10 21 Inox 304L/35 Beckaert 4 23 21 23 Inox 304L/35 Beckaert 4 24 Inox 304L/35 Beckaert 4 Dans le cas des exemples 4,9,14 et 19, le filament utilisé pour former l'âme est constitué par un filament de W de 13 pm de diamètre sur lequel du bore est déposé par décomposition chimique de BC13. Un processus analogue peut être utilisé pour réaliser les filaments W/SiC des exemples 5, 1C, 15 et 20. Ces indications proviennent de "Encyclopedia of Chemical Technology" Kirk-Othmer troisième édition Volume 6 page 696 (Jonn Wiley and Sons. Compte tenu de la faible densité du bore, il est possible de réaliser des filaments plus résistants que les filaments de carbone et donc d'acier, résistant à de hautes températures et dont le pourcentage en poids peut être sensiblement réduit par rapport à l'acier inoxydable ou à l'inconel, comme illustré par les exemples 14 et 15 en particulier. Compte tenu de la perte de masse importante des fibres organiques après carbonisation, il est possible, grâce à de tels filaments, d'abaisser sensiblement le poids du tissu carbonisé. Pour prendre en considération cette importante perte de masse et de volume résultant de la carbonisation, le fil de 250 Tex est tissé très serré par exemple avec une armure toile 12/12 donnant un tissu d'environ 610 g/m2 qui passe, après carbonisation et activation, à 280 g/m2 lorsque le fil comporte 80% de fibres organiques et une âme en inox de 20%. La résistance de cette âme inox après les traitements de carbonisation et d'activation correspond à plus de 80% de la résistance initiale. Dans le cas de l'utilisation de filaments de bore sur âme W dans une proportion de 5%, le poids du tissu après carbonisation et activation peut être inférieur a 200 g/m2 avec une résistance encore améliorée. Une fois le fil tissé et carbonisé, il est activé en atmosphère oxydante (dioxyde de carbone, vapeur d'eau notamment) à une température de 8000C - 9000C. La structure fibreuse du matériau carbonisé confère évidemment une surface active optimum au charbon actif et donc un pouvoir filtrant incomparable par rapport aux solutions proposées jusqu'ci. Cette surface active, dans les exemples donnés ci-dessus est > 1500m2/g rapporté au poids du fil et en tenant compte de la masse inerte. Cette surface active peut s'élever à 2000 m2/g voire à 3000 m2/g avec des âmes W/SiC ou W/B des exemples 14 et 15 ne représentant que 5% du poids du fil avant carbonisation La présence d'une âme métallique dans le fil peut conférer un avantage pratique lors de la désorption du charbon actif. La conductibilité thermique de cette âme permet une répartition de la chaleur dans tout le tissu. Il est également possible d'envisager le chauffage du tissu par induction d'un courant de chauffage dans l'âme électriquement conductrice permettant la régénération de l'activité du produit. Le tissu réalisé à partir du fil est utilisable dans le domaine de la filtration gazeuse (épuration de l'air par filtre) ou dans la filtration liquide (épuration de l'eau, récupération de produits valorisables). l'utilisation du fil objet de la présente invention est envisageable pour la confection d'habits de protection destinés à toute personne appelée à se trouver dans un environnement contaminé par des substances toxiques ou contaminantes vis-à-vis de l'épiderme, ceci aussi bien pour des habits de protection industriels, que pour d'autres applications civiles ou militaires. Les propriétés textiles du fil permettent de confectionner des habits entiers susceptibles d'âtre portés sans gène à longueur de journée. REVENDICATIONS 1. Fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif, caractérisé en ce qu'il comporte une âme inerte formée d'un mono-filament sans torsion axiale en un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une temérature > 8000C, cette âme étant entourée de fibres carbonisées et activées présentant, après activation, une surface spécifique rapportée au poids du fil > 1000 m2/g, la proportion de matériau inerte par rapport à la masse totale avant carbonisation et activation étant 2. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau inorganique formant le mono-filament est conducteur de la chaleur et/ou de l'électricité. 3. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance de l'âme à la traction est ) 10 N avant carbonisation et activation. 4. Fil textile selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance de l'âme à la traction après carbonisation et activation est > 808 à celle de cette même âme avant carbonisation et activation. -5. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont réalisées à partir de matériaux cellulosique, phénolique ou polymère et utilisées prises séparément ou en mélange. 6. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont disposées parallèles à l'âme et guipées par un mono-filament d'un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une température > 8000C. 7. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont enroulées autour de l'âme. 8. Utilisation du fil textile selon la revendication 1 pour réaliser un tissu filtrant, caractérisée en ce qu'on forme une étoffe à l'aide-de ce fil avant carbonisation et activation des fibres qui entourent son âme et que l'on soumet ensuite cette étoffe au traitement de carbonisation et d'activation des fibres organiques entourant cette âme.