Brevet FR2831773A1 — publié le 20030509

MATERIAU COMPLEXE MULTICOUCHES EN FEUILLE UTILISABLE POUR LA REALISATION DE VETEMENTS DE PROTECTION, NOTAMMENT POUR SAPEURS-POMPIERS. Domaine Technique La présente invention a trait aux étoffes, en feuille ou nappe, utilisables pour la réalisation de matériaux complexes destinés à réaliser des vêtements protecteurs, notamment des vestes d'intervention de personnes pouvant être soumises à des conditions extrêmes, notamment dans le cas d'incendie. Elle a trait notamment à un nouveau type de matériau utilisable pour réaliser des vêtements de sapeurs-pompiers, sans pour cela exclure d'autres applications. Techniques antérieures Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour une application particulière, à savoir celle de la réalisation de vestes d'intervention de sapeurs-pompiers. Il est évident que cela n'est pas limitatif et qu'un tel matériau pourrait être utilisé pour d'autres applications, et dans tous les cas où l'on se trouve en présence de conditions extrêmes, par exemple lors d'un incendie. A ce jour, pour réaliser des vestes d'intervention, on utilise des structures multicouches qui, d'une manière générale, ainsi que cela ressort de la figure 1 annexée, se composent en général de quatre éléments, à savoir : un tissu externe (A) ; une membrane imper-respirante, en général associée à un substrat (B) ; une barrière thermique constituée généralement par un feutre aiguilleté (C) ; et une doublure de finition (D). La réalisation de tels matériaux complexes utilisables dans des conditions extrêmes, est parfaitement connue pour un homme du métier et ressort notamment du brevet français 1 213 415. Depuis, de telles structures ont évolué en faisant appel notamment à des matériaux textiles résistant à la chaleur et au feu, à base de polyamide aromatique ou polyamide imide. Parmi ces matières synthétiques les plus connues, on peut citer, dans la famille des polyamides aromatiques, les fils ou fibres para-aramides, telles que commercialisés par la Société DU PONT DE NEMOURS sous la dénomination"KEVLAR"ou par la société TEIJIN sous les marques TTARCW et TECHNORM . De tels polymères, qui peuvent donc se présenter sous la forme de fibres, fils, ou autres structures, ont fait l'objet de nombreuses publications parmi lesquelles on peut citer le brevet US 3 063 966. Parmi les matériaux résistant également à la chaleur, et qui font partie de la famille des méta-aramides, on peut citer le polymère commercialisé par la Société KERNIEL sous la même dénomination, et les fibres commercialisées sous la marque 7VOMELY par la société DUPONT DE NEMOURS et celles commercialisées sous la marque CONEX par la société TEIJIN. Comme indiqué précédemment, l'invention concerne donc le secteur de la réalisation de matériaux multicouches tel qu'illustré à la figure 1. Dans ces matériaux, un problème se pose en ce qui concerne la barrière thermique, généralement constituée par un feutre aiguilleté, et la doublure de finition située du côté de l'utilisateur. En effet, les complexes proposés à ce jour ont un inconvénient qui réside essentiellement dans le fait que les vêtements réalisés manquent de confort tant sur le plan physique que sur le plan physiologique. De plus, dans certaines conditions, ils manquent d'efficacité. En effet, il a été rapporté qu'environ 50 % des causes de décès pour les pompiers intervenant aux Etats-Unis, sont la conséquence d'un phénomène notoirement connu dans le domaine par le terme"e fAe/Me", qui est un état dans lequel le corps ne peut plus maintenir une température en dessous de 39 C, ce qui entraîne des troubles divers pouvant être, outre une perte de capacité physique, une perte de lucidité, un évanouissement ou bien un arrêt cardiaque. Un tel état de stress est provoqué, notamment par le poids des équipements qui peut dépasser 20 kilos, ainsi qu'à la capacité parfois trop isolante de leurs vêtements de protection. Exposé de l'Invention Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible de résoudre ce problème par le biais d'un nouveau type de matériau permettant de réaliser non seulement le tissu externe résistant à la chaleur entrant dans la constitution de complexes, mais pouvant également remplir une fonction de barrière thermique permettant d'éliminer l'utilisation du feutre aiguilleté utilisé en général à ce jour. Ce nouveau type de complexe, que l'on dénommera par l'expression"tissu extérieur-double étoffe réactive , permet une isolation modérée en situation normale par le fait qu'il présente une faible épaisseur et une faible charge thermique, ce qui en améliore donc le confort et qui, en fonction de l'accroissement de la température, permet d'avoir une augmentation de l'isolation, localisée à l'endroit où la chaleur est la plus forte dans le cas d'une situation d'urgence face au feu. c D'une manière générale, une telle possibilité est obtenue conformément au matériau selon l'invention, en réalisant un complexe remplissant les fonctions à la fois de tissu extérieur et de barrière thermique, en faisant appel à une technique de réalisation d'étoffes tissées, technique connue sous la dénomination tissage de tissus "poche"ou de double étoffe liée. Une telle technologie consiste à réaliser en une seule opération, deux tissus (ou plus), distincts et superposés, qui sont reliés entre eux par une sélection de fils (chaîne ou trame) qui lient alternativement, selon une sélection prédéterminée, avec l'une ou l'autre des armures des deux tissus superposés. A titre indicatif, un fil de chaîne de la face supérieure peut, selon une séquence prédéterminée, être lié avec une trame (ou duite) de la face inférieure. Cette liaison peut se faire selon tout type de motif, classiquement pour former des losanges ou bien des tubes. Généralement, lors de la liaison, on inverse les faces envers et endroit de coloris différentes pour obtenir un effet décoratif, ce qui n'est pas souhaitable dans le cadre de l'invention où chaque face doit avoir une fonction spécifique. Eventuellement, de telles structures double face peuvent être également réalisées par tricotage, soit selon la technique à mailles cueillies soit selon la technique à mailles jetées, plus particulièrement sur des métiers de type tricot chaîne ou Rachel. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible d'obtenir une structure de ce type par la technologie connue sous le nom de tissage double-paroi avec un fil de liaison reliant les deux faces créant un espacement entre lesdites faces. On préférera une longueur de poil réduite pour une bonne tenue du tissu et un effet optimal de réaction thermique. D'une manière générale et compte tenu du problème posé de réaliser un tissu extérieur/barrière thermique dans le cas d'une protection notamment pour sapeurspompiers en ayant pour objectif d'améliorer le confort desdits vêtements, tant sur le plan physique que physiologique, il a été conçu selon l'invention un matériau complexe multicouches en feuilles permettant de réaliser une barrière thermique composée d'une première et d'une seconde couche, caractérisé en ce qu'il est réalisé par tissage ou tricotage, de manière à former une structure double face (1,2) superposées, reliées par intermittence entre elles de manière à former des poches, et dans lequel : 'l'une des couches présente un retrait sous l'effet de la chaleur ; 'la liaison entre les couches est réalisée par liage intermittent d'une sélection de fils pour former lesdites poches. Selon un mode de réalisation préféré, la couche destinée à former la face intérieure est constituée en totalité ou en partie de fils ou fibres para-aramide ou PBO, tandis que la couche destinée à former la face extérieure est constituée en totalité ou en partie de fils ou fibres du type méta-aramide. Descriptions sommaire des dessins L'invention et les avantages qu'elle apporte sera cependant mieux compris grâce à la description qui suit d'un exemple de complexe conforme à l'invention et qui est illustrée par les schémas annexés dans lesquels : La figure 1 illustre, comme indiqué précédemment, un complexe multicouches conventionnel utilisé à ce jour pour la réalisation de vêtements de personnel d'intervention dans des conditions de risques, notamment de vêtements de sapeurspompiers ; La figure 2 est une vue schématique, en perspective, montrant un exemple de structure d'un complexe conforme à l'invention permettant de réaliser simultanément la face externe (tissu A) et la barrière thermique (C) d'une structure multicouches entrant dans la réalisation d'un vêtement de protection, de vestes de sapeurs-pompiers notamment ; La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un matériau conforme à l'invention lorsque l'utilisateur se trouve dans des conditions normales de travail ; Les figures 4 et 5 illustrent, vu en coupe et en perspective, de manière schématique, l'évolution du complexe conforme à l'invention lorsque l'utilisateur se trouve confronté à un changement brutal des conditions opératoires, et plus particulièrement à une soudaine augmentation de chaleur ; La figure 6 illustre, de manière conventionnelle, d'une part, comme cela ressort de la vue de gauche, une étoffe double face conforme à l'invention, et d'autre part, vu de droite, le tissu obtenu sur la face endroit, face extérieure lorsque le complexe est utilisé ; La figure 7 est une représentation conventionnelle montrant, vu en coupe sens chaîne, le travail des nappes de fils de chaîne par rapport aux fils de trame, afin de constituer un tissu double face de type poche, lesdites faces étant liées entre elles selon une séquence prédéterminée. La figure 8 montre le schéma d'armure pour la réalisation de poches en forme de losange. En se reportant aux figures 2 et 3 annexées, la structure de base conforme à l'invention est donc constituée par un tissu poche comprenant une couche externe désignée par la référence générale (1), une couche interne, désignée par la référence générale (2), ces deux couches étant accolées l'une à l'autre et étant liées entre elles, par intermittence, par une sélection de fils de chaîne (3), fils sélectionnés dans ceux constituant la couche externe. En d'autres termes, dans une telle structure, les lignes de liaison (3) forment, 1 entre elles, des tubes plats constitués entre la couche externe (1) et la couche interne (2). D'un point de vue pratique, et comme cela ressort plus particulièrement de la figure 2, les fils de chaîne (CI) destinés à former la couche externe (1), ainsi que les fils de trame (Tl), sont constitués de fils, et plus particulièrement de filés de fibres présentant un pouvoir de rétraction réduit sous l'effet d'une chaleur intense. De tels fils seront de préférence des filés de fibres constitués d'un mélange de c fibres méta-aramide et de fibres antistatiques, ces fibres étant désignées par la référence (K) à la figure 6. Les fils de chaîne (C2) et les fils de trame (T2) destinés à constituer la couche interne, c'est-à-dire la couche isolante lorsque le matériau est utilisé, sont constitués, quant à eux. par des fils qui ne présentent pratiquement aucun pouvoir de rétraction par rapport aux fils (Cl) et (Tl). Ces fils sont de préférence des fils sélectionnés dans la famille des paraaramides ou PBO. Dans l'exemple concret représenté à la figure 2, la densité en fils de chaîne (C2) c et de trame (T2) est égale à celle (Cl) et (Tl) de l'autre face. Grâce à une telle structure, le fait d'utiliser pour la couche externe des fils légèrement thermo-rétractables, permet d'obtenir une rétraction à la chaleur tel que cela est illustré à la figure 4. En effet, lorsque la température atteinte par la face externe (1) est suffisamment élevée, par exemple dans le cas de l'utilisation de fils méta-aramide de type KERMEL, et est de l'ordre de 300 C, il se produit une rétraction de ces fils qui va avoir pour effet de rapprocher les génératrices des tubes plats. Comme la face interne est stable dimensionnellement à la chaleur, cela va créer "du mou" du côté inférieur, et donc des tubes en relief. On doit noter que même si (C2) et/ou (T2) étaient constitués de matériaux présentant un pouvoir de rétraction, le fait qu'ils soient protégés par la face (1) créerait un différentiel de température vue par les deux faces et donc un différentiel de retrait créant les poches en relief. Ces espaces sont augmentés au fur et à mesure de la montée en température, ce qui va entraîner une augmentation de l'épaisseur du tissu (piégeage d'air) et donc augmenter sa capacité isolante. Exemple : On réalise un complexe conforme à l'invention, du type illustré par la figure 2, et dont l'armure de tissage est illustrée par la figure 6. 1 1-1 La chaîne externe (CI) et la trame externe (Tl), destinées à former la face externe de la structure complexe réalisée lors de l'utilisation, sont réalisées à partir d'un filé de fibres mixtes à base de fibres méta-aramide (KERMEL) et de fibres antistatiques. Le titre de ces fils est un Nm 70/2. La densité en fils de chaîne est de 26 fils/cm et la densité en trame de 24 duites/cm. La chaîne (C2) et la trame (T2) sont, quant à elles, constituées d'un filé de fibres à base de para-aramide. Le titre de ces fils est un Nm 70/2. Le tissage est réalisé à raison de 26 fils de chaîne par centimètre et de 24 trames (duites) par centimètre. La face supérieure, qui sera donc tournée vers l'extérieur du vêtement, sera donc constituée en totalité par des filés à base d'un mélange de méta-aramide et de fibres antistatiques. Le liage des deux tissus formés est obtenu en faisant travailler selon une séquence déterminée des fils de chaîne (CI) avec des fils de trame (T2) de la nappe (2). L'armure de base des fils est une armure de type toile. A la tombée du métier, un tel tissu"poche"a une masse surfacique d'environ 2 300 g/m2. 1-1 Mise en oeuvre de l'Invention On réalise, à partir du matériau conforme à l'invention, une structure multicouches qui, par rapport à celle de l'art antérieur illustré à la figure l, se compose, par exemple : - d'un tissu extérieur réalisé conformément à l'invention, et se présentant donc sous la forme d'un tissu double étoffe lié ; - d'une deuxième couche constituée par une membrane imper-respirante associée à un non-tissé aramide à base de fibres ; - d'une doublure constituée par un tissu conventionnel, réalisé à partir de filés de fibres méta-aramide (KERMEL)/Viscose. On constate que dans un tel complexe, il n'y a donc pas de couche d'isolation thermique comparativement aux structures composites de l'état de la technique antérieure. La liaison des différentes couches entre elles est réalisée par tout moyen connu et approprié. Après avoir soumis un tel complexe à des tests permettant de déterminer les valeurs de protection obtenue, selon les normes EN 366 et EN 367, on constate donc que les valeurs de protection obtenues sont assez élevées, mais, ce qui est plus remarquable, on constate que les valeurs types"temps de fuite", c'est-à-dire les différences entre les temps théoriques de brûlure (t2 ou HTI 24) et les temps théoriques de douleur (tl ou HTI 12), sont effectivement supérieures à la moyenne généralement observée pour des complexes conventionnels. En particulier, cet écartement des temps (tl) et (t2) résulte du fait que le complexe réagit (accroissement de l'épaisseur) entre le moment où on atteint le seuil de douleur (tl) et le moment où l'on atteint le temps théorique de brûlure au second degré (t2). Son niveau de protection augmente avec le temps d'exposition. Le matériau conforme à l'invention permet de réaliser des structures complexes entraînant une isolation modérée en situation normale par le fait qu'il ne comporte pas de couche constituant une barrière thermique, ce qui permet d'obtenir une structure ayant une plus faible épaisseur, et par suite une plus faible charge thermique (moindre chaleur au porter ) Cela permet donc de réaliser des vêtements plus confortables, tout en offrant une isolation de bon niveau et localisée aux endroits où la chaleur est plus forte en situation d'urgence (type"face au feu"). Par ailleurs, un tel matériau permet de visualiser le degré de dégradation de la matière. En effet, si le vêtement présente des reliefs, cela signifie que la matière a donc été dégradée et que ledit vêtement n'est plus fiable. Il convient de noter que le cas où la structure conforme à l'invention va réagir ne correspond pas à l'utilisation normale, mais bien à une situation exceptionnelle. Il ne s'agit donc pas d'un matériau permettant la réalisation d'un vêtement de pénétration, dont le rôle est exclusivement de permettre l'entrée dans le feu. De plus, lorsque le niveau de température est tel qu'il y a eu réaction de la couche externe, la membrane située derrière cette couche est également endommagée, ce qui nécessite la mise au rebut du vêtement. On améliore également la perception du danger par le fait que ce type de complexe adapte progressivement son niveau d'isolation en fonction du danger thermique. On peut ajouter que ce complexe ne présente pas les problèmes de vieillissement des feutres aiguilletés classiques (migration des fibres, tassement,...), ni les problèmes d'abrasion subis ou créés par les barrières thermiques présentent un reliefpennanent. Un autre intérêt de la structure conforme à l'invention est qu'elle permet une combinaison optimale des matériaux type méta-aramide et para-aramide qui ont chacun leurs qualités et défauts. Le para-aramide est très résistant, très stable dimensi01mellement à la flamme et reste souple et résistant même soumis à une chaleur intense pendant un temps assez long (thermostabi1ité). Ses défauts principaux sont un vieillissement aux rayonnements Ultra-Violet (UV) très rapide, une solidité des coloris très mauvaise (fibrillation entraînant un assurage intense), et une résistance à l'abrasion médiocre (résistance transversale de la fibre). Cette combinaison conforme à l'invention permet la protection totale du paraaramide contre l'action des UV, ainsi qu'une bonne résistance à l'abrasion, et permet donc de n'avoir en face visible que la couche à base de méta-aramide qui pose beaucoup moins de problèmes de vieillissement et d'aspect. Dans le cas de poches en forme de canaux dans l'étoffe double conforme à l'invention, ceux-ci seront de préférence disposés verticalement dans le vêtement afin d'éviter que la légère rétraction perpendiculaire ne remonte le bas de la veste et les manches. Ce léger resserrement de la couche en question sur le corps du porteur n'est pas problématique, car il se passe en fait une redistribution de l'air protecteur contenu dans le vêtement en favorisant automatiquement les endroits où la chaleur est ponctuellement la plus élevée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple concret décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Par exemple, un choix de poches en forme de losanges, peut s'avérer plus intéressant que les canaux dans le sens où si la rétraction de la face externe se fait dans les deux sens chaîne et trame, il y a formation de relief contrôlé dans les deux directions. On renvoie à l'exemple d'armure losangée (figure 8). Le fil de chaîne de la face externe accroche une duite de la face interne lorsqu'il passe sous deux duites de la face externe afin de rendre ce point d'accrochage invisible. REVENDICATIONS 11 Matériau complexe multicouches en feuille utilisable pour la réalisation de vêtements de protection, notamment pour sapeurs-pompiers, et permettant de réaliser un tissu extérieur/barrière thermique composée d'une première et d'une seconde couche pour la réalisation de tels vêtements, caractérisé en ce qu'il est réalisé par tissage ou tricotage, de manière à former une structure double face (1,2) superposées, reliées par intermittence entre elles de manière à former des poches, et dans lequel : * l'une des couche présente un retrait sous l'effet de la chaleur ; * la liaison entre les couches est réalisée par liage intermittent d'une sélection de fils pour former lesdites poches. 2/Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche présentant un retrait sous l'effet de la chaleur est constituée, en totalité ou en partie, de fils présentant un retrait sous ledit effet de chaleur. 3/Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche destinée à former la face intérieure est constituée en totalité ou en partie de fils ou fibres para-aramide ou PBO. 4/Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poches constituent des canaux longitudinaux, la première couche étant réalisée par un entrelacement des fils de chaîne (Cl) et de trame (Tl), tandis que la seconde couche est réalisée par l'entrelacement des fils chaîne (C2) et de trame (T2), de sorte que : les fils de chaîne (CI) et de trame (Tl) destinés à former la face extérieur lors de l'usage, sont des fils sélectionnés dans la famille des méta- aramides présentant un retrait réduit à haute température ; les fils de chaîne (C2) et de trame (T2) destinés à constituer la face envers et la couche isolante dans la structure finale sont, quant à eux, des fils sélectionnés dans la famille des para-aramides, ne présentant pratiquement aucun retrait sous l'effet d'une chaleur intense ; 'la liaison entre la face supérieure constituant la couche externe lors de l'utilisation et la doublure constituant la couche isolante, est réalisée par liage intermittent d'une sélection des fils de chaîne (CI) avec une trame (T2) de la nappe formant la barrière thermique. 5/Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poches constituent des losanges. 6/Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de contexture entre les deux couches est compris entre un pour un et un pour dix.