Brevet FR2734285A1 — publié le 19961122

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE NAPPE TEXTILE NON TISSEE PAR IETS D'EAU SOUS PRESSION ET INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. Domaine technique L'invention concerne un procédé perfectionné pour la fabrication d'une nappe textile non tissée, légère, par la technique connue sous le nom de "jets d'eau" sous pression ; l'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Techniques antérieures Dans les documents USA-3 214 819, 3 485 706, 3 508 308 et 4 190 695, on a décrit un procédé pour la fabrication de nappes textiles non tissées dans lequel la cohésion et l'entrelacement des fibres élémentaires entre elles est obtenue, non plus par voie mécanique, mais par une pluralité de jets d'eau sous haute pression traversant un voile ou une nappe en déplacement sur un support perforé. A l'instar des aiguilles, les jets d'eau à une pression habituelle d'au moins 30 bars parfois 100 bars et plus, provoquent l'entremêlement des fibres élémentaires entre elles, ce qui donne la cohésion à la nappe non tissée obtenue. Ces nappes non tissées sont connues dans la littérature sous le terme américain "nappe spunlace" ou de "spunlace". Il n'est donc pas utile de décrire ici en détail cette technique d'entrelacement hydraulique. Pour l'essentiel, cette technique consiste à réaliser tout d'abord une nappe de base formée de fibres élémentaires, puis à emmêler les fibres de cette nappe en mouvement sur une toile sans fin perforée, au moyen d'une rampe de jets contigus d'eau sous haute pression (50 à 200 bars). Ainsi, l'eau issue des injecteurs traverse la nappe puis rebondit sur la toile. De la sorte, la combinaison des jets incidents et réfléchis crée des turbulences qui déplacent et arrangent les fibres élémentaires. Le plus généralement, pour obtenir une bonne efficacité d'emmêlement, la toile sans fin est une toile métallique ou en polyester présentant des porosités comprises entre 15 et 25 % Dans le document FR-A-2 488 920, on a suggéré de remplacer la toile sans fin perforée support de la nappe de base par une pluralité de rouleaux rotatifs lisses, pleins pour être imperméables à l'eau, par exemple en acier inoxydable. Cette solution présente toutefois l'inconvénient de limiter les vitesses des jets d'eau et par là même l'énergie d'emmêlement, car il devient difficile d'évacuer valablement l'eau issue des injecteurs.Par ailleurs, cette technique se traduit par l'apparition de nombreux défauts de surface sur la nappe formée. Pour palier cet inconvénient, on a suggéré de remplacer les rouleaux pleins par des rouleaux aspirants dont la surface externe rotative est perforée de micro-orifices disposés régulièrement en quinconce. Toutefois, le fait que les trous soient disposés de façon régulière, ne permet pas d'assurer le rebond des jets dans toutes les directions, ce qui alors limite l'efficacité du liage. En outre et surtout, cette disposition conduit à un défaut bien connu sous le nom de "shadow marking" qui se traduit par l'apparition de lignes préférentielles sur le produit fini. Pour palier ce défaut de "shadow marking", il est alors nécessaire de diminuer la pression des jets, ce qui alors limite l'efficacité du procédé. En revanche, si l'on maintient la pression, on peut rapidement détériorer la nappe. L'invention pallie ces inconvénients. Description sommaire de l'Invention Elle vise un procédé du type en question pour la fabrication d'une nappe non tissée par jets d'eau sous pression, dans lequel: on fait avancer une nappe de base formée de fibres élémentaires sur un tambour rotatif perforé, à l'intérieur duquel on applique un vide partiel, ledit tambour présentant en surface une pluralité de micro-orifices puis, on dirige sur ce tambour rotatif portant la nappe une rampe de jets d'eau sous haute pression, se caractérise en ce que les micro-orifices du tambour rotatif sont distribués de manière aléatoire. En d'autres termes, l'invention consiste à utiliser un tambour rotatif, support de la nappe, présentant une multitude de micro-orifices distribués de manière aléatoire et non plus régulière. Par "de manière aléatoire", il faut entendre une disposition des orifices faite au hasard sur toute la surface du tambour. En d'autres termes, il n'y a pas d'ordonnancement particulier des micro-orifices et ce quelque soit la direction choisie sur la surface du tambour. Toutefois, pour des raisons d'efficacité dans le liage hydraulique et de solidité du tambour, l'intervalle entre les bords d'orifices contigus doit être d'au moins 0,3 mm. On ne pouvait pas prévoir que le simple arrangement de manière aléatoire des micro-orifices du tambour rotatif permette, d'une part, comme on le verra dans les exemples comparatifs ci-après, d'améliorer substantiellement (de l'ordre de 30 % et plus) les propriétés mécaniques des nappes obtenues, et d'autre part, d'augmenter la pression des jets d'eau, également de l'ordre de 30 % et plus, alors que lorsque le tambour rotatif comporte des micro-orifices distribués régulièrement, cette augmentation de pression n'est pas possible, car elle conduit inévitablement à une destruction de la nappe. Le fait que les micro-orifices soient disposés de manière aléatoire, optimise le rebond des jets d'eau, et par là augmente l'efficacité du liage, donc l'enchevêtrement des fibres, tout en autorisant l'utilisation de pressions plus élevées. En pratique, la dépression (vide) qui règne à l'intérieur du tambour est comprise entre 100 et 1000 mm de colonne d'eau, de préférence au voisinage de 500 mm de colonne d'eau et le diamètre de ce tambour rotatif est compris entre 300 et 1000 millimètres, avantageusement au voisinage de 500. Avantageusement, la porosité (rapport entre les surfaces pleines et les surfaces vides) du tambour rotatif caractéristique, est comprise entre 3 et 15 % (trois et quinze pour cent), de préférence au voisinage de 5 à 10 % (cinq et dix pour cent), pour permettre une bonne évacuation de l'eau, tout en restant compatible avec le liage hydraulique recherché. Dans une forme de réalisation préférée, la nappe de base est préalablement comprimée, puis pré-mouillée sur une toile perforée sans fin avant d'être emmêlée par la rampe de jets d'eau sous haute pression, comme cela est décrit dans la demande de brevet FR 95.01473 déposée par le Demandeur le 3 Février 1995. L'invention concerne également une installation pour la fabrication d'une nappe textile non tissée par jets d'eau sous pression, qui comprend un convoyeur support poreux sans fin destiné à recevoir une nappe fibreuse de base formée de fibres élémentaires; des moyens d'entraînement du support poreux, un tambour cylindrique rotatif perforé présentant en surface une pluralité de micro-orifices, comprenant des moyens d'entraînement en synchronisme avec la vitesse d'avancée du support poreux, disposé tangentiellement par une de ses génératrices au support poreux;; un tambour cylindrique fixe creux coaxial au tambour cylindrique rotatif, relié à une source à vide et présentant sur l'une de ses génératrices une première fente destinée à être positionnée au voisinage du point de tangence du tambour rotatif avec le support poreux; une première rampe de jets d'eau disposée de l'autre côté du support poreux par rapport au tambour rotatif, et en alignement avec la fente de manière à former un rideau d'eau de mouillage; au moins une seconde rampe de jets d'eau disposée au voisinage du tambour rotatif en regard d'une seconde fente disposée sur une génératrice du tambour fixe, pour entremêler les fibres élémentaires; ; des moyens de réception de la nappe comprimée mouillée entremêlée obtenue, caractérisée en ce que les micro-orifices du tambour rotatif sont distribués de manière aléatoire à la surface dudit tambour. En pratique, le tambour rotatif perforé est réalisé par la technique de sérigraphie par dépôt électrolytique de nickel ou d'un autre métal sur une matrice conductrice, de manière à ce que les vides de la matrice correspondent aux futurs micro-orifices du tambour. De manière connue, un logiciel approprié permet d'obtenir une distribution aléatoire des micro-orifices. Le motif créé est alors transmis à un plotter pour produire un film photographique. Ce film est ensuite posé sur une matrice ayant très exactement le diamètre intérieur du tambour à réaliser. Cette matrice est préalablement enduite d'une couche photosensible. Après insolation de la couche photosensible, la matrice est immergée dans un bain d'électrolyse. Après huit heures environ, le dépôt a atteint son épaisseur optimale. Le cylindre est ensuite démoulé. Dans une variante, le logiciel est directement associé à un laser de gravure. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent à l'appui de la figure unique annexée. Brève description des figures La figure unique annexée est une représentation schématique d'une installation conforme à l'invention. Manière de réaliser l'invention L'installation conforme à l'invention comprend un convoyeur (1) poreux sans fin, formé par une toile en monofilaments de polyester présentant une porosité voisine de 50 %, c'est-à-dire ayant un rapport entre les surfaces pleines et les surfaces vides voisin de la moitié. Cette toile (1) sans fin est entraînée en mouvement par un rouleau entraîneur (2), actionné par exemple par un moteur asynchro, et passe sur des rouleaux (3,4,5) de renvoi. De manière dassique, la mise sous tension de la toile (1) est effectuée par un vérin tendeur non représenté. Sur cette toile (1) en mouvement, on dépose une nappe de base référencée (10) issue d'une carde ou d'un nappeur classiques non représenté. Cette nappe (10), avance dans le sens indiqué par la flèche (F1). L'installation comprend également un tambour cylindrique rotatif perforé (20) disposé au voisinage immédiat et au contact de la toile (1) sur la portion descendante, disposée entre le rouleau entraîneur (2) et le rouleau guide (3). Ce tambour rotatif perforé (20) est entraîné en rotation par un moteur asynchrone non représenté, à la même vitesse périphérique linéaire que la vitesse de déplacement de la toile (1). Ce tambour (20) rotatif en nickel de 0,4 mm d'épaisseur et 500 mm de diamètre présente en surface une pluralité de micro-orifices distribués de manière aléatoire, réalisés par la technique connue de sérigraphie et dépôt électrolytique décrite ci-dessus. Chaque micro-orifice a un diamètre moyen de 0,40 mm. La porosité du tambour (20) est de huit pour cent (8 %) environ. Comme on le voit sur la figure, le tambour rotatif perforé (20) est au contact de la toile (1), qui défile, sur une portion d'arc de cercle. En d'autres termes, il y a un contact étroit entre le tambour rotatif perforé (20) et le support poreux (1) sur une portion d'arc de cercle désignée par la référence (A) de 10 à 20 par exemple. Ce contact étroit assure une compression progressive de la nappe (10). Ce tambour cylindrique perforé rotatif (20), dont le diamètre est de 500 mm, présente à l'intérieur un second tambour cylindrique fixe creux coaxial (25) relié à une source à vide non représentée, de manière à former caisse aspirante. La pression de vide à l'intérieur du tambour (25) est d'environ 500 millimètres de colonne d'eau. L'installation comprend également une première rampe (30) de jets d'eau, disposée à gauche de la toile (1) par rapport à la zone (A), de manière à former un rideau d'eau (31) dirigé orthogonalement à (A). L'eau sort de la rampe (30) sous une pression de 5 bars. Le tambour creux fixe (25) formant caisse aspirante, présente dans l'alignement du rideau d'eau (31), une fente (32) de quinze millimètres de largeur disposée sur toute la génératrice du cylindre (25), de manière à aspirer l'eau en excès issue du rideau d'eau (31). I1 s'ensuit que la nappe (10) qui avance sur le support poreux (1) est progressivement comprimé par pincement entre le support (1) poreux et le tambour perforé rotatif (20), qui avancent tous deux à la même vitesse linéaire, puis est mouillé par le rideau d'eau (31) et l'excès d'eau non retenu par la nappe de base comprimée, est aspiré dans le caisson central (25). La nappe comprimée mouillée obtenue (40) est maintenue sur la périphérie du rouleau rotatif perforé (20) grâce à la dépression dans (25). Cette nappe (40) qui avance dans le sens de la flèche F2 est ensuite soumise à l'action de trois rampes d'injecteurs, respectivement (41,42,43), dirigeant sur cette nappe (40) une pluralité de jets d'eau contigus à une pression de 40 bars. En regard de chacune des rampes de jets haute pression (41,42,43), le cylindre central fixe creux (25) présente des fentes (45,46,47) analogues à (32) et disposées également sur des génératrices, pour aspirer et éliminer l'eau d'entremêlage. Selon l'invention, les jets d'eau sous forte pression (41,42,43) coopérent avec les micro-orifices répartis de manière aléatoire à la surface du tambour rotatif (20) pour emmêler et enchevêtrer les fibres élémentaires de la nappe. La nappe emmêlée spunlace obtenue (50) est détachée du cylindre rotatif (20) en passant sur un rouleau de détour (51), puis de là est acheminée en (52) vers la suite de l'installation. Exemple1 La nappe de base (10) est une nappe de 50 g/m2, en fibres de viscose de 38 mm de longueur et de 1,7 dtex. Cette nappe compactée et prémouillée avance à la vitesse linéaire de 50 mètres par minute. La surface du rouleau rotatif perforé (20) présente en moyenne environ quatre vingt trous par centimètre carré distribués selon l'invention de manière totalement aléatoire (porosité voisine de 10 %). La nappe (50) obtenue présente les caractéristiques suivantes mesurées selon la norme EDANA 20.2.89. - sens long (SL) : 53 Newtons/50 mm, - sens travers (ST) : 46 Newtons/50 mm. Exemple 2 On répète l'exemple 1 en remplaçant le tambour rotatif perforé à distribution aléatoire par un tambour rotatif selon l'état antérieur comportant des micro-orifices de mêmes dimensions, mais distribués en quinconce de manière régulière, avec une densité de micro-orifices d'environ soixante dix-sept (77) trous par centimètre carré. La nappe obtenue présente les caractéristiques mécaniques suivantes - :29N/50mm, - :27N/50mm. En outre, cette nappe (50) présente des défauts d'aspect rédhibitoires et un effet de "shadow marking" accentué, de sorte qu'elle est impropre à tous usages. Exemple 3 On répète l'exemple 1 (distribution aléatoire), mais en remplaçant la nappe de viscose par une nappe en fibres de polyester de 40 g/m2, formée de fibres élémentaires de 38 mm de longueur et de 1,7 dtex de titre. La nappe (50) obtenue présente les caractéristiques suivantes -SL :48N/50mm, - ST : 21 N/50 mm. En outre, cette nappe ne présente aucun effet de "shadow marking". Elle est donc bien adaptée aux usages courants. Exemple 4 On répète l'exemple 2 (distribution régulière) avec la même nappe en polyester qu'à l'exemple 3. On obtient les caractéristiques suivantes -SL:25N/50mm, -ST:10N/50mm. En outre, la nappe obtenue présente un aspect à la limite de l'acceptable, avec des effets "shadow marking" importants. Exemple 5 On répète l'exemple 3 (distribution aléatoire), mais en augmentant la pression des injecteurs à 70 bars. La nappe obtenue ne présente toujours pas d'effet de "shadow marking", mais au contraire un aspect de surface très apprécié, et présente les caractéristiques mécaniques suivantes -SL:59N/50mm, -ST: 27 N/50 mm. Le procédé de l'invention, qui consiste à distribuer de manière aléatoire les micro-orifices à la surface du tambour rotatif, améliore donc de 30 % et plus les caractéristiques mécaniques des nappes, supprime le défaut rédhibitoire de "shadow marking", et permet d'augmenter la pression d'eau des injecteurs, et par là l'efficacité de l'emmêlement, sans pour autant provoquer une déchirure de la nappe. Il n'était pas prévisible qu'une disposition aussi simple permette une telle amélioration à la fois des propriétés mécaniques et la suppression du défaut rédhibitoire de "shadow marking" avec une efficacité de liage non obtenue jusqu'alors. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'une nappe non tissée (50) par jets d'eau sous pression, dans lequel: on fait avancer une nappe de base (10) formée de fibres élémentaires sur un tambour rotatif perforé (20), à l'intérieur duquel on applique un vide partiel, ledit tambour présentant en surface une pluralité de micro-orifices puis, on dirige sur ce tambour rotatif (20) portant la nappe une rampe de jets d'eau sous haute pression (41,42,43), caractérisé en ce que les micro-orifices du tambour rotatif (20) sont distribués de manière aléatoire. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dépression qui règne à l'intérieur du tambour (20) est comprise entre 100 et 1000 millimètres de colonne d'eau. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la porosité du tambour rotatif (20) à micro-orifices distribués de manière aléatoire, est comprise entre trois et quinze pour cent (3 et 15 %). 4/ Installation pour la fabrication d'une nappe non tissée par jets d'eau sous pression, qui comprend: un convoyeur support poreux sans fin (1) destiné à recevoir une nappe fibreuse de base (10) formée de fibres élémentaires; des moyens d'entraînement (2-5) du support poreux (1); un tambour cylindrique rotatif perforé (20) présentant en surface une pluralité de micro-orifices, comprenant des moyens d'entraînement en synchronisme avec la vitesse d'avancée du support poreux (1), disposé tangentiellement par une de ses génératrices au support poreux (1);; un tambour cylindrique fixe creux coaxial (25) au tambour cylindrique rotatif (20), relié à une source à vide et présentant sur l'une de ses génératrices une première fente (32) destinée à être positionnée au voisinage du point de tangence du tambour rotatif (209 avec le support poreux (1); une première rampe de jets d'eau disposée de l'autre côté du support poreux (1) par rapport au tambour rotatif (20), et en alignement avec la fente (32), de manière à former un rideau d'eau (31) de mouillage; au moins une seconde rampe de jets d'eau (41,42,43) disposée au voisinage du tambour rotatif (20) en regard d'une seconde fente (47) disposée sur une génératrice du tambour fixe (25), pour entremêler les fibres élémentaires; ; des moyens de réception de la nappe comprimée mouillée entremêlée obtenue, caractérisée en ce que les micro-orifices du tambour rotatif-(20) sont distribués de manière aléatoire à la surface dudit tambour.