Brevet FR2704179A1 — publié le 19941028

MATERIAU PLAN COMPOSITE COMPORTANT UN FILM PERFORE ET DES FIBRES THERMOPLASTIQUES, UTILISATION ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un matériau plan composite fibreux dans lequel un film est recouvert de fibres qui sont liées entre elles et également au film. Elle concerne également l'utilisation de ce matériau comme film perméable à l'air et pouvant, de préférence mais non exclusivement, être imperméable aux liquides, notamment dans les articIes d'hygiène, par exemple les couches-culottes et les protections féminines. Elle concerne un procédé de fabrication spécialement conçu pour la production dudit matériau plan composite fibreux. Dans le domaine des couches-culottes, le coussin absorbant est généralement placé sur un film imperméable aux liquides et qui sert à la fois de support audit coussin, permettant son positionnement et sa fermeture sur l'utilisateur, et également de barrière au passage de l'urine. Lorsque l'article est laissé en pIace sur l'utilisateur alors que coussin absorbant est imbibé d'urine, il se produit fréquemment des rougeurs voir même des aIlergies dues à la macération de l'urine au contact de la peau de l'utilisateur. Pour remédier à ce problème, on a déjà proposé d'utiliser comme support du coussin absorbant un film qui soit à la fois imperméable aux liquides et perméable à l'air et à la vapeur d'eau. Ainsi ce film continuerait à faire office de barrière pour l'urine mais permettrait d'assurer un échange gazeux entre l'intérieur de l'article et l'extérieur et donc l'évacuation progressive, sous forme de vapeur d'eau, de l'urine contenue dans le matelas absorbant. Un tel film, qui présente des propriétés d'imperméabilité aux liquides et de perméabilité à l'air et à la vapeur d'eau, est réalisé le plus souvent à partir d'un matériau microporeux , qui est commercialement connu sous l'appellation GORETEX. Le coût d'un tel matériau est très élevé. De plus selon le demandeur, son toucher n'est pas très agréable. Dans le domaine des protections féminines, le coussin absorbant est entouré d'un film qui doit permettre le passage des pertes sanguines, tout en évitant leur reflux. On a déjà proposé, pour ce faire, un film perforé dont les perforations se présentent sous forme de cratères, les proéminences, correspondant aux cratères , étant sur la face qui est en contact avec le coussin absorbant. Là encore, le toucher d'un tel matériau n'est pas agréable. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un matériau plan composite qui puisse pallier les inconvénients des films précités. Ce but est parfaitement atteint par le matériau plan composite de l'invention. De manière caractéristique ce matériau est constitué d'un film thermoplastique perforé, qui présente sur une face une multiplicité de cratères de perforation de petites dimensions et dont au moins l'autre face, lisse, est recouverte de fibres majoritairement thermoplastiques ; les fibres sont liées entre elles et au film. De préférence les fibres sont liées entre elles et au film y compris au niveau des parois desdits cratères. La perméabilité à l'air et à la vapeur d'eau est obtenue grâce à la présence des perforations, permettant l'échange gazeux d'une face à l'autre dudit matériau. Le choix des dimensions des perforations, de leur nombre et de leur forme permet, le cas échéant, de maintenir l'imperméabilité aux liquides du film thermoplastique ou d'obtenir une perméabilité aux liquides dans un seul sens de passage. La présence des fibres en surface du film thermoplastique donne au matériau de l'invention un toucher fibreux, plus agréable. De préférence les fibres recouvrent le film thermoplastique sur la face de celui-ci qui correspond aux parois internes des cratères. La notion de paroi interne et externe des cratères apparaîtra plus clairement dans la description qui sera faite ci-après d'un exemple de réalisation. De préférence, le matériau plan selon l'invention comporte une densité de perforations comprise entre 10 et 100 au cm2, la taille desdites perforations étant comprise entre 0,1 et 1,5 millimètre. Selon une première version, le liage des fibres entre elles et sur le film est obtenu grâce à la seule thermoplasticité des matières qui les composent. Dans ce cas, il est préférable que les fibres soient en majorité des fibres thermoplastiques, de manière à ce que le matériau composite de l'invention ait une cohésion suffisante entre le film et les fibres. De préférence la matière constitutive du film et des fibres thermoplastiques est la même, par exemple du polyéthylène. Cependant le film peut être dans une autre matière telle que du polyamide ou du polypropylène, ou un mélange de polyéthylène et d'EVA. Les fibres thermoplastiques peuvent être en polypropylène. Selon une seconde version, le liage des fibres entre elles et sur le film est obtenu grâce à la présence de colle, de préférence en combinaison avec la thermoplasticité des matières qui composent les fibres et le film. Dans ce cas il est possible de mettre en oeuvre des matières, ayant des points de fusion sensiblement différents. La quantité de colle doit être relativement faible pour ne pas altérer la souplesse du matériau composite. Elle sera de préférence de 0,2 g/m2 à 5 g/m2 pour une quantité de fibres de 2 g/m2 à 20 g/m2. Ce matériau composite fibreux est utilisé avantageusement comme film respirable dans la fabrication d'articles absorbants d'hygiène notamment de couches-culottes et de protections féminines. II s'agit en particulier du film respirable servant de support ou d'enveloppe au coussin absorbant. C'est un autre objet de l'invention que de proposer un procédé de fabrication du matériau plan composite fibreux précité. Ce procédé consiste a) à disperser une nappe de fibres majoritairement thermoplastiques, sur un film thermoplastique, éventuellement pré-enduit de colle, b) à présenter l'ensemble ainsi constitué sur une surface pourvue d'orifices, - c) à chauffer cet ensemble à une température proche de la température de ramollissement des matières thermoplastiques constitutives des fibres et du film tout en créant une aspiration à travers les orifices, en sorte d'obtenir le claquage film au droit desdits orifices. Le chauffage de l'ensemble film/fibres permet d'obtenir à la fois le ramollissement du film dans la zone correspondant aux orifices mais également d'obtenir le liage des fibres entre elles et du film au point de contact entre ces différents constituants. En particulier on observe que les parois des cratères formés lors du claquage du film sous l'effet de l'aspiration à travers les orifices, constituent des zones de liaison privilégiées entre les fibres et avec le film. La dispersion des fibres sous forme de nappe à la surface du film thermoplastique peut être obtenue par tous les moyens, notamment par pulvérisation de fibres selon la technique des fibres coupées ou SPUN ou encore la technique "soufflé-fondu" dénommée MELT-BLOWN. Selon une version préférée, le procédé de fabrication est un procédé continu et la surface sur laquelle est présenté l'ensemble film/fibres est constituée par la surface périphérique d'un tambour rotatif équipé d'un système interne de mise en dépression. Le chauffage de l'ensemble film/fibres peut notamment être réalisé à l'aide de panneaux radiants disposés au-dessus de la surface du tambour dans la portion de celui-ci , qui est équipée du système de mise en dépression. Un matériau plan composite fibreux de l'invention peut encore être obtenu à l'aide d'un autre procédé , selon lequel on disperse une nappe de fibres thermoplastiques, sur un film thermoplastique perforé qui présente sur une face une multiplicité de cratères de perforation de petites dimensions, la dispersion des fibres étant réalisée au moins sur l'autre face, lisse, du film alors que les fibres sont à une température suffisante pour qu'elles adhèrent naturellement à la surface du film après refroidissement de celui-ci. Dans ce cas on obtient un recouvrement uniforme du film par la nappe de fibres et un liage ponctuel des fibres entre elles et au film, grâce à la seule thermoplasticité des matériaux, sur la surface de celui-ci, exclusion faite des cratères. Pour être certain de l'accrochage des fibres entre elles et sur la surface du film, une variante du procédé précité consiste à pré-enduire la face lisse du film thermoplastique perforé à l'aide d'une colle, résistant à ladite température. De préférence, il s'agit d'une colle qui est également une polymère thermoplastique, applicable par la technique dénommé MELT-BLOWN. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite de deux exemples de réalisation d'un composite film/fibres de polyéthylène perforé, illustrée par le dessin annexé dans lequel La figure I est une vue schématique en coupe d'un type de composite, Les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des vues schématiques en coupe de différentes configurations fibreuses dans les zones de cratère, et La figure 3 est une représentation schématique de l'installation de fabrication dudit composite, et La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un autre type de composite. Le matériau composite 1 caractéristique de l'invention est formé d'un film thermoplastique 2 recouvert sur l'une de ses faces de fibres 3, majoritairement thermoplastiques. Le matériau composite I comporte une multiplicité de perforations qui ont sensiblement la forme de cratères 4 comme cela apparaît clairement sur la figure 1. Les fibres 3 sont liées entre elles et au film 2 au moins au niveau des zones lisses 24 du film 2, qui correspondent d'une part à la face du film qui est opposée aux cratères 4 et d'autre part aux zones planes excluant les parois internes 5 desdits cratères 4. Les fibres 3 peuvent aussi être liées entre elles et au film 2 au niveau des parois 5 des cratères 4 Plus précisément, on a représenté schématiquement aux figures 2A, 2B, 2C, 2D quatre configurations que peuvent prendre les fibres 3 se trouvant à l'aplomb du cratère 4. Selon la première configuration (figure 2A), les fibres 3a sont localisées le long des parois 5 du cratère 4, laissant apparent l'orifice 6 du cratère. Selon la deuxième configuration (figure 2B) les fibres 3b recouvrent les parois 5 du cratère 4 mais au moins certaines d'entre elles se prolongent d'une paroi Sa à l'autre 5b, obturant au moins partiellement l'orifice 6, dans la zone 7 du cratère 4 qui correspond au sommet dudit cratère. Selon la troisième configuration (figure 2C), on retrouve comme pour la première configuration des fibres 3a recouvrant les parois 5 du cratère 4. Mais on trouve également d'autres fibres 3c qui s'étendent au-dessus du cratère 4 sensiblement dans le plan où se trouvent les autres fibres dans les zones non perforées du matériau composite l Selon la quatrième configuration (figure 2D), les fibres 3d s'étendent exclusivement au-dessus du cratère 4, sensiblement dans le plan où se trouvent les autres fibres dans les zones lisses 24. Dans leEmeme matériau composite 1 selon l'invention, on peut bien sûr trouver des cratères dont la couverture fibreuse correspond aux quatre configurations précitées , voire même d'autres types de configuration. La prédominance de l'une ou l'autre de ces configurations est fonction des conditions de fabrication du matériau composite comme cela ressortira plus clairement de la description qui va être faite ci-après. Sur la figure 2 on a représenté de manière très schématique une installation de fabrication du matériau composite selon les figures l et 2. Cette installation comporte des moyens d'alimentation d'un film thermoplastique 2, par exemple un film de polyéthylène. Ces moyens peuvent consister en un arbre 8 entraîné par des moyens moteurs non représentés, sur lequel est emmanché un rouleau 9 constitué de l'enroulement du film 2. L'installation comporte sur le parcours de ce film 2 un dispositif 10 de pulvérisation de fibres 3, disposé au-dessus d'un tapis il apte à supporter le film 2 pendant cette opération de nappage de fibres 3 sur la face supérieure dudit film 2. L'installation comporte également un tambour rotatif 12 autour de son axe 13, entraîné en rotation par des moyens connus et non représentés. Ce tambour comporte sur sa périphérie une multiplicité d'orifices 14. Ce tambour 12 est un cylindre creux à l'intérieur duquel est agencée une chambre d'aspiration 15. Cette chambre 15 sensiblement étanche est délimitée par un montant intérieur 16 qui est fixe et par une portion 17 du tambour 12. Dans cette chambre 15 débouchent des moyens connus et non représentés d'aspiration, par exemple un ventilateur. L'installation comporte également un ensemble de panneaux radiants 18, disposés en arc de cercle au-dessus de la portion 17 du tambour 12 en regard de la chambre d'aspiration 15. L'installation comporte enfin des moyens de réception 19 du matériau composite 1. Le fonctionnement de l'installation est le suivant. Le film thermoplastique 2 est disposé sur le tapis 11. Le dispositif de pulvérisation 10 réalise sur la face supérieure du film 2 une nappe continue et régulière de fibres 3 qui sont simplement déposées sur le film 2, sans aucune liaison particulière avec ledit film. L'ensemble constitué du film 2 et de la nappe de fibres 3 est amené sur le tambour 12 et est appliqué sur celui-ci sensiblement sur toute la portion 17 en regard de la chambre d'aspiration 15 avant d'être enroulé sur le dispositif 19 de réception. Pendant que l'ensemble film/fibres se déplace sur le tambour 12, pendant la rotation de l'axe 13 de celui-ci, il est soumis simultanément à l'action de chauffage des panneaux radiants 18 et à l'action d'aspiration de la chambre 15. L'action de chauffage a pour effet de porter l'ensemble film/fibres à une température proche de la température de ramollissement des matières thermoplastiques constitutives d'une part du film 2 et d'autre part des fibres 3. L'action d'aspiration, du fait de la présence sur le tambour 12 des orifices 14, a pour effet non seulement de plaquer le film 2 sur la surface dudit tambour 12 mais de plus de créer des perforations dans l'ensemble film/fibres. En effet le film thermoplastique 2 étant dans un état proche du ramollissement, les forces d'aspiration provoquent une déformation des zones du film qui se trouvent audessus des orifices 14 ; cette déformation, similaire à une boursouflure, se poursuit par un claquage de celle-ci qui prend alors la forme d'un cratère 4. Il y a donc un percement du film 2 sous la simple action mécanique due à l'aspiration. S'agissant des fibres 3 qui se trouvent situées à la surface du film 2, elles sont également ramollies lorsque se réalise la formation des cratères 4 et sont plus ou moins entraînées lors de la déformation du film 2. Cet entraînement plus ou moins important des fibres 3 est fonction de certaines conditions opératoires, en particulier de la température de chauffage, de la pression qui aura pu éventuellement être exercée pour appliquer les fibres 3 sur le film 2, de la longueur des fibres 3, de la proportion de fibres non thermoplastiques dans le mélange fibreux, de l'écart entre la température de ramollissement des fibres 3 et celle du film 2 . > Ainsi lors de la création des boursouflures, une quantité plus ou moins importante de fibres va rester liée aux parois internes de la boursouflure, ce qui entraîne qu'après le claquage et la formation du cratère 4 lesdites fibres recouvrent les parois internes 5 dudit cratère 4. C'est ce qui explique les différentes configurations qui sont illustrées aux figures 2A, 2B, 2C et 2D. Il peut être préférable de déposer sur le parcours du film thermoplastique 2, en amont du dispositif 10 de pulvérisation de fibres 3, un dispositif 25 de projection de colle 26, apte à déposer une quantité régulière et faible de colle sur toute Ia face supérieure du film 2. II peut s'agir notamment d'un dispositif du type MELT-BLOWN projetant une colle 26 sous forme d'une résine thermoplastique adhésive. L'apport de colle doit être en quantité suffisante pour parfaire l'accrochage des fibres entre elles et sur le film tout en étant suffisamment peu important pour éviter une altération de la souplesse du matériau de l'invention. Il est aussi fonction de la quantité de fibres 3 disposées sur le film 2 la fourchette préférée de 0,2 à 5 glm2 de colle correspond à la fourchette de 2 à 20 g/m2 de fibres. Bien sûr il serait possible d'obtenir le matériau composite de l'invention selon d'autres techniques que le procédé qui vient d'être décrit, par exemple en mettant en oeuvre la technique d'aiguilletage. Cependant le procédé précité présente l'avantage de pouvoir, en réglant les conditions opératoires,obtenir une variété de produits différents basés sur le même concept, variété beaucoup plus importante qu'en mettant en oeuvre la technique d'aiguilletage. Il est également possible de réaliser la dispersion des fibres sur le film préalablement perforé. Dans ce cas la dispersion des fibres doit etre faite sur la face du film qui ne comporte pas de cratères et les fibres étant dans les conditions de température telles que, après refroidissement, elles adhèrent entre elles et sur les zones lisses 24 du film. Ces conditions sont obtenues en réalisant l'extrusion directe des fibres au-dessus du film en défilement continu et la projection desdites fibres sur le film, alors qu'elles sont encore à une température supérieure à la température de fusion du matériau thermoplastique dont elles sont constituées. Le matériau obtenu aura principalement la configuration de la figure 2D. Dans ce cas, il est aussi préférable de pré-enduire à l'aide de colle la face du film sur laquelle sont projetées des fibres. La colle sera par exemple une résine adhésive thermoplastique, réagissant à la température à laquelle les fibres viennent en contact avec le film. Dans l'exemple précité, seule la face du film correspondant aux parois internes 5 des cratères 4 comportait une couverture fibreuse. Ceci n'est pas limitatif de l'invention. On a représenté à la figure 4 un exemple de réalisation dans lequel une première surface fibreuse 20 se trouve sur la face 21a du film 21 qui correspond aux parois extemes 22 des cratères 23 et une seconde surface fibreuse 25 se trouve sur la face 21b du film 21 qui correspond aux parois internes 26 des cratères 23. Un tel matériau peut être réalisé par un premier passage sur l'installation à la figure 3 puis par pulvérisation des fibres sur l'autre face conformément au procédé d'extrusion directe sur le film. Le matériau composite de l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans la confection d'articles d'hygiène absorbants jetables. Dans le cas de couches-culottes, il est utilisé comme feuille support du coussin absorbant, les cratères étant de préférence tournés vers l'intérieur de l'article. Ainsi ledit support reste imperméable aux liquides et sert donc de barrière au passage de l'urine mais, grâce aux perforations, il est perméable au gaz et permet donc un échange de l'air et de la vapeur d'eau entre l'intérieur et l'extérieur de l'article. Dans le cas de protections féminines, il est utilisé comme feuille entourant le coussin absorbant, les cratères étant tournés vers le coussin absorbant. Les formes et dimensions des perforations sont telles que le matériau composite de l'invention est perméable aux liquides dans le sens allant vers le coussin absorbant mais ne l'est pas dans l'autre sens. Dans les deux cas, la présence des fibres confère au matériau de l'invention un toucher agréable, très éloigné du toucher plastique des films servant actuellement de support ou d'enveloppe au coussin absorbant. La taille et la densité des perforations sont fonction de l'application envisagée. Dans un exemple précis dans le domaine de l'hygiène, pour un film d'environ 80 micromètres d'épaisseur, on avait une densité de l'ordre de 50 cratères au cm2, avec un pourcentage d'ouverture de l'ordre de 25% (rapport entre les surfaces des sommets des cratères et la surface totale du film). Il peut être avantageux que le film thermoplastique ait une certaine élasticité naturelle. Dans ce cas, de préférence, le liage des fibres sur le film a lieu alors que le film se présente à l'état étiré. La couverture fibreuse aura plus de volume, de gonflant, mais ne risquera pas de se rompre lors de la mise en extension du matériau. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décnts à titre d'exemples non exhaustifs. En particulier le film thermoplastique peut être en polyéthylène, en polyamide, en EVA, en polypropylène ou un mélange de ces matières en coextrusion ou en mono couche. REVENDICATIONS 1. Matériau plan composite constitué d'un -film (2) thermoplastique qui présente sur une face une multiplicité de cratères (4) de perforation de petites dimensions et dont au moins l'autre face, lisse est recouverte de fibres (3) majoritairement thermoplastiques qui sont liées entre elles et au film (2). 2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres (3) sont liées entre elles et au film, y compris au niveau des parois internes (5) des cratères (4). 3. Matériau selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une densité de perforations comprise entre 10 et 100 au cm2, la taille desdites perforations étant comprise entre 0,1 et 1,5 millimètre. 4. Matériau plan selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le matériau constitutif du film et de fibres thermoplastiques est le même, par exemple du polyéthylène. 5. Matériau selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le matériau constitutif du film présente une certaine élasticité et en ce que les fibres sont liées au film alors que celui-ci est à l'état étiré. 6. Utilisation du matériau plan composite selon l'une des revendications 1 à 5 comme film respirable dans la fabrication d'articles absorbants d'hygiène notamment de couches-culottes et protections féminines. 7. Procédé de fabrication du matériau plan composite fibreux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste a) à disperser une nappe de fibres (3) majoritairement thermoplastiques, sur un film thermoplastique (2), b) à présenter l'ensemble ainsi constitué sur une surface (12) pourvue d'orifices (14), c) à chauffer cet ensemble à une température proche de la température de ramollissement des matières thermoplastiques constitutives de fibres (3) et du film (2) tout en créant une aspiration à travers les orifices, en sorte d'obtenir le claquage du film au droit desdits orifices. 8. Procédé continu selon la revendication 7 caractérisé en ce que la surface sur laquelle est présenté l'ensemble film/fibres est constituée par la surface périphérique d'un tambour rotatif (12) équipé d'un système interne de mise en dépression. 9. Procédé de fabrication du matériau plan composite fibreux selon la revendication I caractérisé en ce qu'il consiste à disperser une nappe de fibres thermoplastiques, sur un film thermoplastique perforé qui présente sur une face une multiplicité de cratères de perforation de petites dimensions, la dispersion des films étant réalisée au moins sur l'autre face, lisse, du film alors que les fibres sont à une température suffisante pour qu'elles adhèrent naturellement à la surface du film après refroidissement de celui-ci. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de pré-enduction de colle sur la face du film (2) sur laquelle sont dispersées les fibres (3). 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la pré-enduction est réalisé par la technique MELT-BLOWN à raison de 0,2 à 5 g/m2 de colle.