Brevet FR2664624A1 — publié le 19920117

Tissu de carbone activé et procédé et fil pour sa fabrication. La présente invention concerne un tissu de carbone activé. Le carbone activé est bien connu pour sa capacité à adsorber des gaz nocifs. Il se présente généralement sous forme de poudre ou de grains de charbon actif. Dans certaines applications, notamment pour la protection des personnes en atmosphère hostile ou pour la réalisation de filtres industriels, il est intéressant de disposer de carbone activé sous forme d'un tissu. La présente invention a pour but de fournir un tissu activé qui allie un caractère fortement actif avec une grande résistance mécanique, ce que ne permettent pas les tissus de carbone connus. Le but est atteint grâce à un tissu de carbone constitué au moins en partie de fils formés d'une âme en fibres de carbone de résistance élevée recouverte d'une couche de carbone fortement actif. L'invention a aussi pour but de proposer un procédé permettant la fabrication d'un tel tissu. Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes qui consistent à - réaliser un tissu au moyen d'un fil composite comprenant une âme en fibres donnant, après carbonisation, des fibres de carbone de résistance élevée, et un revêtement formé par un matériau donnant, après carbonisation et activation, un carbone fortement actif, - carboniser le tissu, et - activer le tissu carbonisé. L'âme du fil utilisé pour la fabrication du tissu est en fibres de précurseur du carbone, notamment telles que celles utilisées pour constituer des textures de renfort de pièces composites, par exemple en fibres de polyacrylonitrile (PAN) préoxydé. L'âme du fil est recouverte d'un matériau susceptible de donner un carbone actif après carbonisation, par exemple une viscose ou une résine phénolique. Le recouvrement de l'âme peut être réalisé de différentes façons, par exemple en utilisant un procédé de filage par friction, ou par guipage. Après tissage, le tissu est soumis à carbonisation, puis à activation, ces deux opérations pouvant être réalisées de façon conventionnelle. Le tissu obtenu est remarquable en ce que, dans le fil composite qui le compose, l'âme carbone assure à la fois la fonction mécanique, pour donner au tissu la résistance mécanique recherchée, et le rôle de support du revêtement en carbone activé qui assure la fonction adsorption, avec une parfaite compatibilité et une parfaite liaison entre l'âme et son revêtement. D'autres particularités ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 indique les différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et - la figure 2 illustre très schématiquement un mode de réalisation d'une couche de recouvrement d'une âme pour former un fil composite apte à être utilisé dans le procédé de la figure 1. Comme illustré par la figure 1, la réalisation d'un tissu en carbone activé comprend les étapes suivantes - formation d'un fil composite précurseur (étape 10), - tissage du fil composite précurseur (étape 12), - carbonisation du tissu de fil composite précurseur (étape 14), et, - activation du tissu carbonisé (étape 16). La formation du fil composite précurseur consiste à recouvrir un fil d'âme en précurseur de carbone par un revêtement précurseur de carbone actif. Le fil d'âme est formé par des fibres susceptibles de produire, après traitement thermique, des fibres de carbone de résistance mécanique élevée. A titre d'exemple, des matériaux précurseurs convenant à la réalisation du fil d'âme sont, notamment, le polyacrylonitrile (PAN) préoxydé, la viscose, le brai. La couverture du fil d'âme est en un matériau pouvant donner du carbone actif après traitement thermique et activation. A titre d'exemple, un tel matériau peut être une viscose ou une résine phénolique, sous forme de fibres. La couverture du fil d'âme est réalisable de différentes façons. La figure 2 illustre un procédé de recouvrement selon lequel le fil d'âme 30 est guipé au moyen d'un fil 40, par exemple obtenu à partir de viscose, qui est enroulé en hélice autour du fil 30. Le guipage peut le cas échéant être réalisé au moyen de plusieurs fils. Selon un autre procédé, le fil composite est réalisé au moyen d'une machine de filage par friction connue sous la dénomination DREF 3", de la société autrichienne Dr. Ernst Fehrer Gesellschaft m.b.H. & Co. KG. Textilmaschinenfabrik U. Stahlbau. Le procédé mis en oeuvre par cette machine est décrit notamment dans un article de Dr. Ernst Fehrer paru dans la publication Textil Praxis Int. 1986, Oktober, p. 1045-1047, et dans la demande de brevet FR 2 567 162. Ce procédé consiste essentiellement à amener des fibres enveloppantes, formant la couverture du fil composite, entre deux tambours de filage coaxiaux qui reçoivent une mèche de fibres étirée formant le fil d'âme. Afin de donner au tissu de carbone finalement obtenu un pouvoir d'adsorption relativement élevé, il est souhaitable que le pourcentage en poids de l'âme dans le fil composite précurseur soit au plus égal à 50 %, par exemple compris entre 20 et 50 %. Le tissage du fil composite précurseur est réalisé de manière à donner au tissu l'armure souhaitée. Des fils supplémentaires précurseurs du carbone autres que le fil composite pourront être introduits au moment du tissage, la nature des fils supplémentaires étant choisie soit pour renforcer les propriétés mécaniques du tissu, soit pour renforcer son caractère actif, selon l'application envisagée. Le tissu obtenu avec le fil composite est soumis à un traitement thermique afin de carboniser le fil précurseur utilisé. La carbonisation est effectuée en atmosphère neutre. Elle peut être continue ou discontinue. Dans le premier cas, le tissu est placé dans une enceinte où la température est élevée progressivement jusqutà 9000 environ, la durée du traitement étant d'environ 1 heure. Dans le deuxième cas, le tissu est d'abord placé dans une enceinte où la température est élevée progressivement jusqu'à une température intermédiaire, par exemple comprise entre 350 et 5500C. Ensuite, le tissu est déplacé de façon continue dans un tunnel où règne une température d'environ 9000C Après carbonisation, l'activation du tissu est effectuée dans un four en atmosphère oxydante constituée par exemple par un mélange d'azote et de dioxyde de carbone. Le traitement d'activation est effectué à une température comprise entre 800 et 10000C pendant une durée comprise entre 1 h et 3 h 30.Le dioxyde de carbone est régulièrement renouvelé dans le four, le taux de renouvellement par rapport au volume du four (volume de C02 globalement utilisé par rapport au volume du four) étant compris entre 2 et 40. Un exemple de réalisation d'un tissu en carbone actif sera maintenant décrit. Un fil composite précurseur de 250 tex est formé par revêtement d'une âme en fibres PAN préoxydé par des fibres en résine phénolique, au moyen de la machine "DREF 3" précitée. Dans le fil composite obtenu, le PAN préoxydé constituant l'âme représente 29% en poids tandis que la résine phénolique représente 45% en poids dans la partie parallèle à l'âme et 22% en poids dans la partie formant revêtement extérieur radial. Le fil composite précurseur est tissé pour former un tissu d'armure sergé 2 lie 2. Le tissu est carbonisé dans une enceinte en atmosphère neutre en élevant progressivement la température depuis la température ambiante jusqu'à 9000C, la durée totale du traitement étant d'une heure. Après carbonisation, le tissu est soumis à un cycle d'activation. Celui-ci a été réalisé sur deux échantillons A et B de tissu carbonisé, pendant 2 h 30, sous une atmosphère de dioxyde 3 de carbone et d'azote, avec des débits respectifs de 0,3 m3/h et 0,2 m3/h. Le premier échantillon (A) a été activé à une température de 9300C et le second (B) à une température de 9400C. Le tableau ci-dessous donne les valeurs de taux de reprise d'humidité TRH et de taux d'usure mesurées sur les échantillons A et B Echantillon I Température I TRH (%) I Usure (%) I d'activation I j (0C) j I# I I I I I A 1 930 1 24 i 28,5 I~ I B 1 940 1 31 1 44 Le taux de reprise d'humidité a été déterminé en mesurant la prise de poids d'un échantillon de tissu sec étuvé après avoir fait séjourner celui-ci en atmosphère humide (65 % d'humidité relative à une température de 20 C) pendant 24 h. Il permet d'évaluer la capacité d'adsorption du tissu. Le taux d'usure désigne ici la perte de masse relative 2 lors de l'activation. Si Mo désigne la masse au m du tissu carbonisé non activé et Mi la masse au m du tissu activé, le taux d'usure en % s'exprime donc par 100(Mi-Mo)/Mo. La valeur Mi pourra être corrigée pour tenir compte du retrait que provoque l'activation sur le tissu dans les directions de chaîne et de trame. Le taux d'usure est corrélé avec la résistance du tissu à la traction (cette résistance étant d'autant plus élevée que le taux d'usure est plus faible). REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un tissu de carbone activé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à - réaliser un tissu au moyen d'un fil composite comprenant une âme en fibres donnant, après carbonisation, des fibres de carbone de résistance élevée, et un revêtement formé par un matériau donnant, après carbonisation et activation, un carbone fortement actif, - carboniser le tissu, et - activer le tissu carbonisé 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme du fil composite est constituée de fibres en un matériau choisi parmi : le polyacrylonitrile préoxydé, la viscose et le brai. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de revêtement de l'âme du fil composite est choisi parmi la viscose et les résines phénoliques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fil composite est obtenu par filage par friction. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fil composite est obtenu par guipage de l'âme au moyen d'au moins un fil. 6. Tissu de carbone activé, caractérisé en ce qu'il est constitué au moins en partie de fils comprenant une âme qui est formée de fibres de carbone de module élevé et qui est recouverte d'un revêtement en carbone fortement actif. 7. Fil pour la fabrication d'un tissu de carbone activé, caractérisé en ce qu'il comprend une âme en fibres donnant, après carbonisation, des fibres de carbone de résistance élevée, et un revêtement formé par un matériau donnant, après carbonisation et activation, un carbone fortement actif. 8. Fil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'âme du fil composite est constituée de fibres en un matériau choisi parmi : le polyacrylonitrile préoxydé, la viscose et le brai. 9. Fil selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le matériau de revêtement de l'âme du fil composite est choisi parmi la viscose et les résines phénoliques.