Brevet FR2646177A1 — publié le 19901026

MATERIAU COMPLEXE NONTISSE OBTENU PAR VOIE HUMIDE ET PROCEDE POUR SON OBTENTION. Depuis des décennies, il a été proposé de remplacer les nappes textiles traditionnelles (tissus, tricots) par des structures dites "nontissées" qui, d'une manière générale, peuvent être classées en trois grandes catégo- ries, résultant de leur processus même de fabrication, à savoir les nontissés dits "par voie sèche", "par voie fondue" et les nontissés dits "par voie humide". La pré- sente invention concerne un nouveau type de matériau obtenu selon cette dernière technique dite "par voie humide". Les nontissés obtenus par voie humide se composent, entièrement ou en partie, de fibres chimiques qui sont mises en suspension dans l'eau, comme lors de la fabri- cation d'une feuille de papier conventionnelle, et sont récupérées sous la forme d'une couche fibreuse en ame- nant ladite suspension sur un système d'égouttage per- mettant d'éliminer l'eau. Il est connu depuis- fort longtemps que l'on peut adapter les propriétés finales du produit obtenu en réa- lisant des mélanges de matières, par exemple en mélan- geant dans la suspension fibreuse des fibres papetières conventionnelles avec d'autres types de fibres, textiles, naturelles, artificielles, synthétiques. Dans la plupart des cas, on réalise une suspension comportant un mélange de différentes fibres (avec des additifs divers) de ma- nière à obtenir une feuille homogène. Pour certaines applications, il a été proposé de réaliser des articles multicouches du type carton, de manière à avoir des propriétés différentes sur les deux côtés de la feuille formée, par exemple une face impri- mable ou imperméable et l'autre face fibreuse, ou une face imperméable et une autre face ayant un grand pou- voir d'absorption ou une couche thermoliante. Pour con- férer à la nappe formée de bonnes caractéristiques méca- niques, on réalise une consolidation soit en ajoutant à la suspension des fibres dites "de liage" dont on révèle les propriétés ultérieurement, par exemple par un trai- tement thermique, soit en incorporant des liants éven- tuellement déposés préalablement superficiellement sur les fibres. La présence de tels liants non-seulement complique le processus de fabrication, mais également a pour conséquence, dans certaines applications, d'altérer les propriétés textiles (toucher, souplesse..) de la nappe formée. Pour renforcer la cohésion de telles nappes, il aurait pû être envisagé,comme cela a été fait dans le domaine des nontissés obtenus par voie sèche, de rempla- cer les matières liantes par un traitement mécanique d'aiguilletage ou d'entrelaçage, tel que par exemple un traitement d'entrelaçage par jets de fluide, tel que décrit dans les brevets US-3 033 721, 3 214 819 et 3 508 308. Des essais faits dans ce sens sur des nontissés conventionnels obtenus par voie humide à partir d'une suspension de fibres entièrement ou en partie composée de fibres chimiques ont montré que si l'on obtenait une nappe présentant des caractéristiques textiles amélio- rées par rapport à une nappe équivalente dont la cohé- sion est obtenue au moyen de liants, qu'en revanche, les caractéristiques mécaniques sont. insuffisantes pour de nombreuses applications. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type de complexe nontis- sé, obtenu par voie humide, constitué d'un mélange de fibres présentant des caractéristiques de souplesse dif- férentes les unes par rapport aux autres qui surmonte les inconvénients des solutions antérieures et qui, non seulement, permet de conserver les propriétés inhérentes à de telles fibres, mais également conduit à une feuille dont les caractéristiques mécaniques sont améliorées par rapport à une feuille de composition globale équivalente constituée d'un mélange intime de telles fibres dans les mêmes pourcentages globaux; par ailleurs, le complexe selon l'invention peut être réalisé selon un procédé simple, économique, éliminant la présence de liants ad- ditionnels et qui fait également partie de l'invention. Si le complexe conforme à l'invention est constitué pour partie prépondérante des deux types de fibres ayant des caractéristiques de souplesse différentes l'une de l'autre, il peut bien entendu, éventuellement comporter des additifs divers permettant d'en modifier les proprié- tés en fonction des applications. D'une manière générale, l'invention concerne un nouveau type de complexe (ou feuille) nontissé obtenu par voie humide et constitué d'au moins deux nappes (ou couches) de matière fibreuse superposées et liées entre elles, et il se caractérise en ce que: - une nappe est au moins partiellement à base de fibres relativement rigides en milieu aqueux; - l'autre nappe comporte au moins une partie de fibres souples en milieu aqueux; les deux nappes précitées étant liées entre elles par l'interpénétration d'une partie des fibres d'au moins l'une des nappes à l'intérieur de la seconde, cette in- 26461?7 terpénétration étant obtenue en soumettant les deux nap- pes précitées à un traitement "d'aiguilletage" ou "entre- laçage" au moyen de jets de fluide (eau), agissant au moins du côté de la nappe comportant des fibres souples, cette opération étant réalisée sur la machine même de fabrication des nappes élémentaires, alors qu'elles sont formées mais non encore séchées. Comme fibres entrant dans la constitution des nap- pes élémentaires précitées, on utilisera de préférence comme fibres rigides des fibres de polyester, voire éven- tuellement des fibres de viscose et, comme fibres sou- ples, des fibres cellulosiques provenant de pate de bois. De plus, selon un mode préférentiel du complexe conforme à l'invention, la nappe à base de fibres rigides contient une proportion de fibres souples similaires à celles entrant dans la constitution de la seconde nappe. Par ailleurs, il convient de noter qu'au sens de la présente invention, la "souplesse" ou la "rigidité" des fibres est celle que présentent lesdites fibres dans le milieu du fluide de liage et non pas à l'état naturel. Par ailleurs, il peut être envisagé d'incorporer à l'une ou l'autre des nappes des additifs divers permet- tant de leur conférer des propriétés déterminées, telles que par exemple: - des fibres métalliques pour augmenter la conduc- tivité électrique; - des fibres de verre pour augmenter la stabilité dimensionnelle et la résistance au feu; - des fibres cellulosiques pour améliorer la dis- persion des fibres artificielles ou synthétiques; 2646 177 - des charges diverses, telles que charges ininéra- les et/ou organiques peuvent éventuellement être incor- porées à l'une ou l'autre des nappes élémentaires pour modifier les propriétés finales du complexe, par exemple l'état de surface après que le complexe ait été lissé ou calandré, de manière à ce qu'il serve de support d'im- pression. Pour la réalisation du produit conforme à l'inven- tion, on met en oeuvre un procédé qui fait également partie de l'invention, ledit procédé consistant, à par- tir d'une machine conventionnelle-permettant l'obtention d'une nappe nontissée par voie humide constituée de deux couches différentes, à conformer deux couches élémentai- res à partir de suspensions fibreuses, couches qui sont superposées sur la machine de production, ledit procédé se caractérisant en ce que: - l'une des couches est au moins partiellement composée de fibres relativement rigides en milieu aqueux (polyester par exemple); - l'autre couche comporte au moins une partie de fibres souples en milieu aqueux (fibres de bois de type résineux par exemple), les deux couches ainsi produites étant soumises, encore à l'état humide, c'est-à-dire avant d'avoir été séchées, à l'action de jets de fluide (eau) s'exerçant au moins sur la face du complexe constitué de la couche à base de fibres souples, l'ensemble ainsi lié étant ensuite séché et rebobiné de manière conventionnelle. Pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, on utilise une machine conventionnelle pour l'obtention de nontis- sés par voie humide, telle que par exemple une machine du type hydroformer de la société VOITH, modifiée pour comporter deux têtes de distribution de pâtes, cette machine étant combinée à un ensemble de liage hydrauli- que, également de type connu, qui permet d'appliquer des jets-aiguilles d'eau sous haute pression afin de lier la nappe. De telles machines étant connues depuis fort long- temps ne sont pas décrites en détail dans la suite de la description. Conformément au procédé selon l'invention, la ma- chine d'entrelaçage par fluide est combinée à la machine de formation des voiles nontissés, de telle sorte que l'opération de liage des deux nappes formées soit réali- sée alors qu'elles sont encore à l'état humide et avant toute opération de séchage. Il était totalement inattendu qu'en appliquant une telle technique d'entrelaçage par fluide à un complexe nontissé obtenu par voie humide, complexe ayant une com- position bien précise (à savoir une couche à base de fibres rigides et l'autre à base de fibres souples), l'action d'entrelaçage étant réalisée alors que le com- plexe n'est pas encore sec et ce, de telle sorte que les jets d'entrelaçage agissent au moins sur la nappe cons- tituée de fibres souples, qu'il était possible d'obtenir en final un produit dont les propriétés sont nettement améliorées par rapport à une feuille de composition glo- bale équivalente, réalisé en une seule couche et compor- tant un mélange intime des mêmes fibres dans les mêmes pourcentages globaux comme cela ressort des exemples de réalisation décrits ci-après à titre indicatif et non limitatif, les figures 1 et 2 illustrant la demande étant des courbes montrant respectivement les caractéristiques de résistance à la déchirure (figure 1) et à la traction (figure 2) pour des matériaux réalisés conformément à l'invention (courbe A) et des matériaux ayant une même composition globale, mais réalisés en une seule couche (courbe B). Tous ces exemples sont réalisés à partir d'une ma- chine papetière conventionnelle du type Hydroformer Voïth adaptée pour comporter deux arrivées de suspension dis- tincte et permettant de produire une feuille multicouch- es, machine adaptée conformément au procédé-selon l'in- vention pour permettre de réaliser un entrelaçage hydrau- lique de la structure nontissée formée, cette opération de liage et consolidation de la structure étant réalisée directement à la sortie (voir sur) la toile de formation, alors que la matière est encore à l'état humide et avant qu'elle ne passe à l'intérieur de l'ensemble de séchage que comporte l'installation particulière. Dans le cas présent, on utilise une machine de liaison à enchevêtre- ment hydraulique classique. Dans la suite de la descrip- tion, les exemples sont donnés, étant entendu que cela n'est pas limitatif, en faisant percuter les jets de fluide (eau) sur la couche supérieure de la feuille rece- vant donc le premier impact de ces jets. Exemple 1: Sur une machine papetière du type précité, on réa- lise un complexe non tissé conforme à l'invention à par- tir des compositions fibreuses suivantes: - pour la couche supérieure: composition à base de fibres relativement souples en milieu aqueux, constituée par une pâte cellulosique à base de fibres de bois de type résineux (Pin Sylvestre par exemple); - pour la couche inférieure-: une suspension fibreu- se à base de fibres relativement rigides en milieu aqueux constituée de fibres de polyester de 1,7 dtex et 12 mm de longeur. Les deux nappes séparément préparées à partir des compositions précitées sont amenées sur un tapis d'es- sorage, superposées l'une à l'autre et ce, en quantité telle qu'on ait une composition globale comportant 50 % de fibres de cellulose et 50 % de fibres polyester. Avant séchage complet du complexe formé, on soumet le complexe à une opération d'entrelaçage par fluide à raison de cinq rangées de jets/aiguilles successives ayant des pressions croissantes de 30 bars à 120 bars, le nombre de jets/ai- guilles par mètre de largeur de chaque rangée étant d'en- viron mille. En sortie de machine, après séchage, on obtient un nontissé ayant un bon épair, une très bonne résistance à la traction, l'allongement et à la déchirure. Ces carac- téristiques améliorées ressortent clairement des figures 1 et 2 annexées o l'on constate sur les courbes A que pour un tel pourcentage, la résistance à la rupture (N/m) est d'environ 1350 pour un matériau conforme à l'inven- tion, alors que dans le cas o l'on réalise le matériau en une seule couche ayant une même composition globale (courbe B), elle n'est que d'environ 850, et que la ré- sistance au déchirement (cN) est, si l'on se reporte à la figure 1 de l'ordre d'environ 2600 pour un matériau con- forme à l'invention, alors qu'elle n'est que légèrement supérieure à 1500 pour un matériau ayant une même com- position globale et réalisé en une seule couche (courbe B). Exemple 2: On répète l'exemple 1 si ce n'est que la nappe com- plexe formée est, avant séchage, soumise à un traitement d'entreleçage par fluide sur ses deux faces. Par rapport à l'article précédent, on obtient un produit présentant de meilleures caractéristiques mécaniques (résistance à la traction, à l'allongement, à la déchirure), mais dans lequel la porosité est augmentée; par ailleurs, on con- state un pourcentage de pertes de fibres plus élevé. Exemple 3: On réalise un article conforme à la présente inven- tion, si ce n'est que les pâtes des deux couches du com- plexe sont modifiées de telle sorte que la couche supér- ieure soit formée à partir de fibres souples en milieu aqueux (100 % de fibres cellulosiques de pin sylvestre), alors que la couche est, quant à elle, constituée d'un mélange 50 % polyester, 1,7 Dtex, 18 mm et 50 % de cel- lulose de bouleau. Pour améliorer la résistance à certains produits chimiques, cet article est renforcé par un traitement complémentaire en plein bain avec une émulsion de poly- mère synthétique (type latex) que l'on dépose à raison de 10 % environ par rapport à la masse fibreuse. L'article obtenu présente outre de très bonnes ca- ractéristiques textiles, une résistance à la déchirure améliorée par rapport aux exemples précédents. Exemples comparatifs Ces exemples comparatifs sont regroupés dans les figures 1 et 2 annexées qui sont, comme dit précédemment, des courbes de mesure de résistance à la rupture et à la traction du matériau réalisé conformément à l'invention (courbe A) et de matériaux comparatifs ayant une même composition globale, mais réalisés en une seule couche (courbe B). Ces courbes sont réalisées à partir des maté- riaux (en une ou deux couches) pesant globalement 65 g/m2 et en faisant varier le pourcentage global de polyester. Les mesures sont réalisées selon les normes EDANA réfé- rence 70.1-75 pour les tests de déchirement et 20.1-73 pour les tests de traction. Il ressort clairement des courbes annexées que pour des matériauxcomplexes comportant la même composition globale de fibres dures et de fibres souples, l'un étant réalisé conformément à l'invention, l'autre à partir d'un mélange intime de fibres dans la pate de manière à former un matériau monocouche, que les matériaux, soumis à un traitement d'entrelaçage identique, dans les mêmes condi- tions que pour les exemples précédents, conduit à des articles présentant des caractéristiques mécaniques in- férieures et ce, pour un même grammage et un même pour- centage global de fibres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ces exemples de réalisation mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit, dans la mesure o au moins l'une des couches du complexe formé comporte une partie au moins de fibres relativement plus souples en milieu aqueux que l'autre couche. Ainsi, il peut être envisagé de réaliser des articles comportant plus de deux couches de fibres, par exemple des couches formées de fibres qui présentent, en milieu aqueux, des rigidités de plus en plus élevées en allant d'une face à l'autre du matériau telles que, une couche à base de fibres de bois, puis une couche de fibrane, puis une couche de viscose, puis enfin une couche de polyester. Il est évident que l'on peut faire varier la rigi- dité et la souplesse en fonction de la puissance des jets d'entrelaçage et de leur densité. Par rapport aux solutions antérieures, le nouveau matériau conforme à l'invention est non seulement très économique à obtenir puisqu'il peut être réalisé direc- tement sur une machine de production sans avoir à effec- tuer un séchage intermédiaire. Cependant, le principal intérêt du nouveau matériau conforme à l'invention réside dans les caractéristiques mécaniques nettement supérieures aux matériaux anté- rieurs, caractéristiques obtenues sans détérioration des propriétés textiles des nappes obtenues et surtout sans adjonction de matières liantes additionnelles. Comme dit précédemment, l'invention couvre égale- ment le cas o des additifs divers seraient ajoutés au matériau conforme à l'invention, notamment en vue de lui conférer des propriétés particulières, telles qu'une bonne conductivité électrique par incorporation d'un certain pourcentage de fibres métalliques à l'intérieur de l'une ou l'autre des nappes élémentaires, améliora- tion de la stabilité dimensionnelle, de la résistance au feu par incorporation d'une certaine quantité de fibres de verre.. De plus, il pourrait être envisagé d'interposer entre les deux nappes avant qu'elles ne soient liées, des éléments de renfort additionnels tels que par exemple des nappes à base de filaments continus, des grilles textiles... Le matériau peut également être consolidé par un liant additionnel du type Latex ou subir des traitements chimiques divers, tels que par exemple des traitements d'ignifugation, d'hydrofugation, de coloration.. en vue de l'application finale. REVENDICATIONS 1/ Matériau complexe nontissé obtenu par voie humi- de, constitué d'au moins deux nappes de matières fibreu- ses superposées et liées entre elles, caractérisé en ce que: - une nappe est au moins partiellement à base de fibres relativement rigides en milieu aqueux; - l'autre nappe comporte au moins une partie de 10. fibres souples en milieu aqueux, les deux nappes précitées étant liées entre elles par aiguilletage par fluide, agissant-au moins du côté de la nappe de fibres souples, ladite opération d'aiguilletage étant réalisée sur la machine de fabrication, alors que les nappes élémentaires sont formées mais non encore séchées. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe à base de fibres rigides en milieu aqueux est à base de fibres de polyester, alors que la nappe à base de fibres souples est à base de fibres de bois de type résineux. 3/ Matériau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des additifs divers sont incorporés aux nappes dans le milieu aqueux de la dispersion de fibres permettant de les produire. 4/ Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les additifs sont des fibres métalliques per- mettant d'augmenter la conductivité électrique. / Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les additifs sont des fibres de verre permet- tant d'augmenter la stabilité dimensionnelle et la résis- tance au feu. 6/ Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les additifs sont des fibres cellulosiques permettant d'améliorer la dispersion des fibres artifi- cielles ou synthétiques. 7/ Matériau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il a reçu un traitement permettant d'en modifier les propriétés, tels que traitements au moyen d'une résine polymère (type latex) ou un traite- ment chimique (ignifugation, coloration, hydrofugation). 8/ Procédé pour la réalisation d'un matériau selon l'une des revendication 1 à 7 consistant, à partir d'une machine conventionnelle permettant l'obtention d'une nappe non-tissée par voie humide constituée de deux cou- ches différentes, à conformer deux couches élémentaires à partir de suspensions fibreuses, couches qui sont super- posées sur la machine de production, caractérisé en ce que: - l'une des nappes est au moins partiellement com- posée de fibres relativement rigides en milieu aqueux (polyester par exemple), - l'autre nappe comporte au moins une partie de fibres souples en milieu aqueux (fibres cellulo- siques de type résineux par exemple), les deux couches ainsi produites étant soumises, encore à l'état humide, à l'action de jets de fluide (eau) s'ex- erçant au moins sur la face du complexe constitué de la couche à base de fibres souples, l'ensemble ainsi lié étant ensuite séché et rebobiné de manière convention- nelle. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on fait subir aux matériaux un traitement com- plémentaire en ligne ou hors ligne, tel que par exemple adjonction d'une résine polymère (type latex), traite- ment chimique permettant d'en modifier les propriétés spécifiques (ignifugation, coloration, hydrofugation..).