Brevet FR2679463A1 — publié le 19930129

La présente invention concerne un matériau pour filtre à air destiné à être fixé de façon interchangeable à un filtre à air, et notamment un filtre à air monté sur un moteur d'automobile, et ayant un excellent rendement de nettoyage ou de collecte de poussière. Parmi divers matériaux de filtration d'air de la technique antérieure, on a proposé l'utilisation d'un non- tissé d'un type dans lequel des fibres coupées sont imbri- quées les unes aux autres par aiguilletage afin qu'elles forment une nappe analogue à une feuille Ces non-tissés de type aiguilleté ont cependant un certain nombre de piqûres formées par pénétration des aiguilles d'une machine à aiguilleter Comme les aiguilles de la machine ont un diamètre relativement grand et sont relativement espacées, les piqûres formées par pénétration des aiguilles ne peuvent pas être remplies par déplacement centripète des fibres coupées entourant les piqûres Lorsque ces dernières restent dans le non-tissé aiguilleté, le rendement de filtration d'air peut être considérablement dégradé. Bien qu'on ait essayé de réduire au minimum les piqûres d'aiguille par sélection de la nature et du dia- mètre des fibres coupées, on n'a pas encore obtenu un progrès remarquable On a aussi tenté d'imprégner les fibres coupées d'une résine afin que les piqûres d'aiguilles soient notablement bouchées Ceci améliore certainement l'aptitude à la collecte des poussières mais réduit la durée de la matière de filtration d'air étant donné les plus grandes pertes d'énergie. L'invention a donc pour objet la réalisation d'un matériau perfectionné de filtration d'air capable d'éli- miner les défauts et inconvénients de la technique antérieure. L'invention concerne aussi un ensemble composite d'étoffes destiné être utilisé dans un matériau de filtra- tion d'air qui est soumis à un aiguilletage et qui possède néanmoins un excellent rendement de filtration et une longue durée, ces facteurs ayant été considérés comme contradictoires dans les matériaux de filtration d'air de la technique antérieure. L'invention repose sur la découverte du fait qu'un non-tissé du type formé par projection d'eau, dans lequel de fines fibres coupées sont emboîtées les unes dans les autres par un procédé de projection d'eau, possède une caractéristique favorable lorsqu'il est utilisé comme matériau de l'une des couches d'un matériau composite de filtration d'air Plus précisément, comme les fines fibres coupées sont assemblées en étant regroupées dans une nappe d'un non-tissé formé par projection d'eau, même lorsque le non-tissé formé par projection d'eau est soumis à un aiguilletage qui forme plusieurs piqûres par pénétration des aiguilles, les fibres coupées entourant les piqûres présentent ensuite un déplacement centripète qui provoque pratiquement le remplissage des piqûres Ainsi, le non- tissé du type formé par projection d'eau convient avanta- geusement à un matériau de filtration d'air qui peut collecter et absorber les fines poussières, telles que les particules de carbone contenues dans l'air atmosphérique ou dans un gaz évacué d'une automobile, même après une opéra- tion d'aiguilletage Ceci indique que le non-tissé formé par projection d'eau peut être associé à un non-tissé d'un autre type, qui peut être un non-tissé aiguilleté, par aiguilletage, sans dégradation de son excellent rendement de filtration, surtout pour l'extraction de fines poussières. En conséquence, l'invention concerne un matériau de filtration d'air qui comporte au moins un non-tissé dans lequel des fibres coupées sont emboîtées les unes dans les autres par un procédé de projection d'eau et au moins un ensemble de fibres, le non-tissé étant mis en coopération avec l'ensemble de fibres par aiguilletage et étant disposé du côté de sortie d'air. L'ensemble de fibres positionné du côté d'entrée d'air est préparé à l'aide de fibres ayant des diamètres relativement grands et qui sont rassemblées d'une manière relativement éparse, afin qu'il assure essentiellement la collecte de poussières de grand diamètre L'ensemble de fibres peut comprendre un non-tissé dans lequel des fibres coupées formant une nappe sont emboîtées les unes dans les autres par aiguilletage, du type qui a été utilisé seul pour la constitution d'un matériau connu de filtration d'air Les fibres constituant l'ensemble de fibres, placé du côté d'entrée d'air, peuvent être des fibres courtes de polyester dont le diamètre moyen est compris entre environ 5 et 20 deniers par exemple La densité des fibres de l'ensemble de fibres du côté d'entrée d'air peut être de 60 à 200 g/m 2. Le non-tissé placé du côté de sortie d'air est préparé à partir de fibres coupées relativement fines, qui sont assemblées sous forme dense et imbriquées les unes dans les autres par le procédé de projection d'eau Ce procédé de projection d'eau est l'un des procédés connus pour l'imbrication des fibres coupées dans une nappe destinée à la préparation d'un non-tissé Les fibres coupées utilisées dans un non- tissé du type à projection d'eau ont un diamètre moyen inférieur à celui des fibres coupées du matériau formant la couche d'entrée d'air De préférence, le diamètre moyen des fibres coupées du non- tissé formé par projection d'eau est d'environ 2 deniers ou moins Le non-tissé produit par le procédé de projection d'eau peut avoir une densité de fibres bien supérieure à celle de l'ensemble de fibres placé du côté d'entrée d'air qui peut être un non-tissé aiguilleté De préférence, la densité des fibres du non-tissé formé par projection d'eau placé du côté de sortie d'air est comprise entre 80 et g/m 2. Le non-tissé formé par projection d'eau est super- posé à l'ensemble de fibres et lui est raccordé par aiguil- letage Un certain nombre de piqûres se forment inévitable- ment dans le non-tissé formé par projection d'eau, ainsi que dans l'ensemble de fibres, du fait de la pénétration des aiguilles de la machine d'aiguilletage A la fin de l'aiguilletage, les piqûres formées dans l'ensemble de fibres, tel qu'un non-tissé aiguilleté, restent telles quelles Dans le non-tissé formé par projection d'eau cependant, les fibres coupées entourant les piqûres ont tendance à présenter un déplacement centripète qui réduit ou supprime pratiquement les piqûres Ainsi, même après association à l'ensemble de fibres par aiguilletage, le non-tissé formé par projection d'eau garde sa densité élevée de fibres et ne comprend pas de piqûres importantes, et peut donc être utilisé comme couche de sortie d'air permettant la collecte des fines particules, telles que les particules de carbone contenues dans l'air et qui ne peuvent pas être absorbées par la couche d'entrée d'air de l'ensemble de fibres. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe schématique d'un matériau de filtration selon l'invention; et la figure 2 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention. Dans le présent mémoire, l'expression "fibres coupées" désigne des fibres courtes qui peuvent avoir été fabriquées par coupe de fibres plus longues ou obtenues directement sous forme courte. La figure 1 représente un exemple de construction stratifiée du matériau de filtration d'air selon l'inven- tion, qui est préparé à l'aide d'une couche 3 d'entrée d'air comprenant un non-tissé aiguilleté formé de fibres courtes de polyester ayant un diamètre moyen de 5 à 20 deniers et assemblées avec une densité de fibres de 60 à g/m 2, et une couche 1 de sortie d'air comprenant un non-tissé formé par projection d'eau, réalisée à partir de fines fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de 1 à 2 deniers, cette couche étant associée par aiguille- tage à la couche 3 d'entrée d'air. Un autre exemple représenté sur la figure 2 comporte en outre une couche secondaire d'entrée d'air ou couche intermédiaire 2 comprenant un non-tissé du type formé par aiguilletage à partir de fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de 2 à 6 deniers et assemblées avec une densité de fibres de 100 à 130 g/m 2 La couche 1 du non- tissé formé par projection d'eau et les couches 2 et 3 de non-tissé formées par aiguilletage sont associées afin qu'elles forment un matériau composite de filtration d'air. On décrit maintenant l'invention en référence aux exemples qui suivent. Exemple 1 Un non-tissé formé par projection d'eau (fabriqué par Shinwa K K, "PF 880 ", formé de fibres courtes de 100 % de polyester, ayant un diamètre moyen de fibres de 1,5 deniers et une densité de 80 g/m 2) a été utilisé comme couche de sortie d'air Des fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de fibres de 3 deniers et une longueur moyenne de 51 mm ont été assemblées à une densité de 210 g/m 2 afin qu'elles forment une nappe, et la nappe a été soumise à un aiguilletage préalable avec une densité réduite d'aiguilletage et a été suivi d'un aiguilletage de finition utilisé pour la préparation d'un non-tissé aiguil- leté Le non-tissé formé par projection d'eau et le non-tissé aiguilleté ont été associés et soumis à un aiguilletage à partir du côté du non-tissé formé par projection d'eau afin qu'un matériau sous forme d'une feuille à deux couches soit obtenu comme représenté sur la figure 1 Ce matériau a alors été imprégné de 120 * en poids (à l'état humide) d'une composition aqueuse suivante: "Polyzol" AT-115-45 (fabriqué par Showa Kobunshi K K) 15 parties en poids Résine "Sumitex" M-3 (fabriquée par Sumitomo Kagaku Kogyo K K) 3 parties en poids Accélérateur "Sumitex" ACX (fabriqué par Sumitomo Kagaku Kogyo K K) 0,3 partie en poids Eau 81, 7 parties en poids La composition d'imprégnation a alors été séchée à l'air chaud à une température de 160 à 170 OC Ainsi, un matériau de filtration d'air de 321 g/m 2 et de 2,4 mm d'épaisseur a été fabriqué. Exemple 2 Un non-tissé formé par projection d'eau (fabriqué par Shinwa K K, " 7380 " à partir de fibres coupées de 50 % de polyester et 50 % de rayonne, ayant un diamètre moyen de fibres de 1,5 denier et une densité de nappe de 80 g/m 2) a été utilisé comme couche de sortie d'air Un non-tissé aiguilleté a été préparé comme couche intermédiaire d'une manière telle que des fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de fibres de 2 deniers et une longueur moyenne de 51 mm et d'autres fibres coupées de polyester de 3 deniers et 51 mm de longueur soient mélangées avec un rapport 70/30 et assemblées avec une densité de fibres de g/M 2, et la nappe résultante a subi un aiguilletage préalable avec une densité peu élevée avant aiguilletage de finition Une couche d'entrée d'air formée d'un autre non- tissé aiguilleté préparé à partir de fibres coupées de polyester de 6 deniers et 51 mm de longueur avait une densité de nappe de 85 g/m 2. La couche intermédiaire a été revêtue de la couche de sortie d'air fixée par aiguilletage et la couche d'en- trée d'air a alors été superposée et fixée par aiguilletage afin que l'ensemble forme une feuille à trois couches comme indiqué sur la figure 2 Le matériau de la feuille a alors subi une imprégnation de résine de la même manière que dans l'exemple 1 et a donné finalement un matériau de filtration d'air de 316 g/m 2 et 2,7 mm d'épaisseur. Exemple 3 Dans cet exemple, deux feuilles de non-tissé formées par projection d'eau, formant un stratifié, ont été utili- sées comme couche composite de sortie d'air La couche externe était un non-tissé formé par projection d'eau fabriqué par Shinwa K K "PF 840 " et contenait 100 % de fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de fibres de 1,5 denier, une densité de 40 g/M 2, et l'autre couche était fabriquée par Shinwa K K, " 7860 " et était formée de 100 % de fibres coupées de polyester de 1,5 denier ayant une densité de 60 g/m 2 La couche intermé- diaire et la couche d'entrée d'air ont été préparées de la même manière que dans l'exemple 2 et un matériau de filtra- tion d'air quadruple de 338 g/m 2 et 3,0 mm d'épaisseur a été obtenu par un aiguilletage analogue et une même impré- gnation de résine. Exemple 4 Un non-tissé du type formé par projection d'eau (fabriqué par Shinwa K K "PF 810 " et constitué de 100 % de fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de fibres de 1,5 denier et une densité de nappe de 100 g/M 2) été utilisé comme couche unique de sortie d'air Un non- tissé aiguilleté a été préparé comme couche intermédiaire de manière que des fibres coupées de polyester ayant un diamètre moyen de 2 deniers et une longueur moyenne de 51 mm et d'autres fibres coupées de polyester de 3 deniers et 51 mm de longueur soient mélangées avec un rapport 70/30 et assemblées avec une densité de 100 g/M 2, et la nappe résultante a subi un aiguilletage préalable peu dense puis un aiguilletage de finition La couche d'entrée d'air comportait un autre non-tissé aiguilleté préparé à partir de 80 % de fibres coupées de polyester de 6 deniers et 51 mm de longueur et 20 % de fibres coupées de polyester de 8 deniers et 64 mm de longueur qui ont été mélangées pour la formation d'une nappe ayant une densité de fibres de g/m 2. La couche intermédiaire a été recouverte de la couche de sortie d'air par aiguilletage et la couche d'entrée d'air a été superposée et fixée par aiguilletage, avec obtention du matériau triple de la figure 2 Ce matériau a subi une imprégnation de résine de la même manière que dans l'exemple 1 et a donné finalement un matériau de filtration d'air de 316 g/m 2 et 2,7 mm d'épaisseur. Les matériaux de filtration préparés dans les exemples 1 à 4 ont été soumis à des essais de la manière décrite dans la norme JIS D-1612 (Japanese Industrial Standards) permettant la mesure du rendement initial de filtration, de la perte de charge initiale, du rendement de filtration à la fin de la durée d'utilisation et de la valeur de la capacité de retenue de poussières Les résul- tats des essais figurent dans le tableau I. Tableau I Exemple 1 2 3 4 Rendement initial de filtration 98,4 98,6 98,5 98,32 Perte de charge initiale 13 14 14 13 Rendement final de filtration 99,24 99,31 99,4 99,13 Capacité de retenue de poussières (LP= 100 mm d'eau) 18, 21 28,02 27,99 30,65 A titre comparatif, des matériaux de filtration d'air de la technique antérieure ont subi les mêmes essais et ont donné des résultats du tableau II Le matériau de filtration connu N O 1 est un matériau composite ayant une masse totale de 245 g/m 2, comprenant deux feuilles de non- tissé aiguilleté fixées l'une à l'autre, la couche de sortie d'air étant imprégnée d'une grande quantité d'une résine d'ester acrylique Le matériau no 2 est analogue au matériau N O 1, mais la couche du côté de sortie d'air a une plus grande densité et est imprégnée d'une plus grande quantité de résine d'ester acrylique Le matériau N O 3 est un papier filtre épais de type humide utilisé de façon générale dans les filtres à air des moteurs d'automobiles. Tableau II Technique antérieure 1 2 3 Rendement initial de filtration 95,8 97,8 98,0 Perte de charge initiale 13 18 18 Rendement final de filtration 99,2 98,69 99, 07 Capacité de retenue des pous- sières (AP= 100 mm d'eau) 23,57 19,57 4,26 On peut noter à titre comparatif que les résultats des essais des tableaux I et II montrent que le matériau de filtration d'air préparé selon l'invention a de meilleures caractéristiques de filtration et a une plus grande durée. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICAT IONS 1 Matériau de filtration d'air destiné à être utilisé dans un filtre à air, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un non-tissé ( 1) dans lequel des fibres coupées sont imbriquées les unes dans les autres par un procédé de projection d'eau, et au moins un ensemble de fibres ( 2), le non-tissé étant fixé à l'ensemble de fibres par aiguilletage et étant placé du côté de sortie du filtre à air. 2 Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres coupées du non-tissé ( 1) ont un diamètre moyen de fibres inférieur ou égal à 2 deniers. 3 Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de fibres ( 2, 3) contient des fibres ayant un diamètre moyen nettement supérieur à celui des fibres du non-tissé.