Brevet FR2849869A1 — publié le 20040716

PROCEDE DE FABRICATION D'UN NON TISSE COMPOSITE ET INSTALLATION POUR LA MISE EN îEUVRE DUDIT PROCEDE L'invention concerne un procédé de fabrication d'un non tissé composite 5 constitué de deux voiles respectivement, un voile inférieur comprenant des fibres longues artificielles et/ou synthétiques et un voile supérieur comprenant des fibres courtes naturelles. Elle se rapporte également à l'installation pour la mise en oeuvre dudit procédé. Dans la suite de la description, le procédé de l'invention est plus particulièrement illustré en relation avec la fabrication des lingettes humides. Ces lingettes remportent un franc succès auprès du grand public et trouvent un nombre d'applications important, notamment dans le domaine de l'hygiène, comme lingettes d'essuyage. Ces lingettes sont en effet utilisées comme article d'hygiène pour le bébé ou l'adulte, mais également 15 comme produit de désinfection, par exemple pour salles de bains et sanitaires. La plupart des lingettes commercialisées actuellement sont constituées de fibres cardées de viscose, éventuellement en mélange avec des fibres synthétiques du type polyester ou polypropylène. Or, le cot de fabrication élevé des fibres de viscose 20 utilisées pour leurs propriétés absorbantes se répercute directement sur le prix de la lingette finale en faisant un article onéreux, pour le marché grand public. En d'autres termes, l'objectif de l'invention est de diminuer le cot de fabrication de ce type d'article en limitant au maximum, voire en supprimant la présence des fibres 25 de viscose. Une première solution à ce problème est de déposer sur un voile cardé à base de fibres synthétiques, un papier du genre "papier toilette" encore appelé "tissue" c'est-àdire un papier fini. En pratique, le papier, constitué exclusivement de fibres de 30 cellulose, est déposé sur un voile cardé composé de fibres de polyester, de polypropylène, de viscose ou d'un mélange desdites fibres, puis les fibres de papier et du voile sont entrelacées avec des jets d'eau. Le composite est ensuite séché avant d'être enroulé. Le composite obtenu reste encore cher à produire, notamment pour les raisons 5 suivantes. Tout d'abord, le papier du type "tissue" est un papier fini, produit séparément sur une autre machine ce qui, bien entendu, génère un cot de production. Par ailleurs, les fibres du papier, qui ont été déjà séchées, ont de ce fait une mouillabilité limitée de sorte que pour pouvoir les entrelacer avec les fibres constitutives du voile inférieur, il est nécessaire d'allonger l'étape d'hydratation en 10 multipliant le nombre de traitements par jets d'eau, c'est-à-dire le nombre d'injecteurs, ce qui augmente d'une part l'investissement matériel, et d'autre part la dépense énergétique et donc le cot du procédé. La seconde technique qui a été proposée n'a pas permis de résoudre le problème l 5 de cot. Cette technique consiste à déposer, sur un voile de carde, non pas un papier fini du genre "tissue", mais directement des fibres cellulosiques par voie aéraulique, par un procédé connu sous la dénomination "air laid". Même si les fibres cellulosiques utilisées n'ont pas été transformées pour se présenter sous forme de papier, ces fibres individualisées doivent avoir cependant préalablement subi un traitement physico20 chimique leur permettant d'être dispersées dans l'air. Or, ce traitement altère de manière notable la mouillabilité des fibres, de sorte que l'entrelacement par jets d'eau est difficile à réaliser, conduisant à l'obtention d'un produit qui a tendance à se délaminer. Enfin, les installations pour la mise en oeuvre du procédé "air laid" sont très onéreuses. Ces deux techniques sont reprises dans le document US-A-6 110 848. Plus précisément, ce document décrit une structure sandwich constituée de deux voiles externes du type voile de carde ou " spunbond" comprenant des fibres longues synthétiques de taille comprise entre 30 et 100 mm et un voile interne contenant des 30 fibres cellulosiques de taille comprise entre 1 et 8 mm. Dans le procédé tel que décrit, les fibres cellulosiques du voile interne sont déposées sur le voile inférieur, soit par voie sèche, c'est-à-dire sous forme d'un papier ou "tissue" déjà fabriqué, soit par voie aéraulique. Ce troisième procédé présente les mêmes inconvénients de cots que précédemment identifiés auxquels il convient en outre de rajouter le cot de la seconde couche externe. Le Demandeur a développé un nouveau procédé permettant de réduire considérablement les cots de fabrication des non tissés composites associant un voile inférieur à base de fibres longues synthétiques avec un voile supérieur, à base de fibres courtes naturelles, consistant, en ligne, à préparer puis déposer le voile supérieur directement sur le voile inférieur déjà formé ou en cours de formation, par voie humide, selon une technique papetière classique. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un non tissé composite constitué de deux voiles respectivement, un voile inférieur comprenant des fibres longues artificielles et/ou synthétiques, de taille comprise entre 15 et 80 mm et un voile supérieur comprenant des fibres courtes naturelles, de taille comprise entre 0,5 et 8 mm. Ce procédé se caractérise en ce que, en ligne - on disperse tout d'abord les fibres naturelles dans de l'eau, - puis, on dépose la dispersion aqueuse ainsi obtenue sur le voile inférieur en cours de formation ou préalablement fabriqué, - on filtre ensuite l'excès d'eau au travers du voile inférieur, - puis, on entrelace les fibres du voile supérieur avec les fibres du voile inférieur avec des jets d'eau, - enfin, on sèche puis on enroule le non tissé composite obtenu. Dans la suite de la description, par l'expression "fibres artificielles et/ou synthétiques", on désigne les fibres choisies dans le groupe comprenant, parmi les fibres artificielles, les fibres de viscose, et parmi les fibres synthétiques, les fibres de polyester, de polypropylène, de polyamide, de polyacrylique, d'alcool polyvinylique, de polyéthylène, seules ou en mélange. Autrement dit, l'avantage essentiel du procédé de l'invention est d'utiliser des 5 fibres courtes naturelles, non transformnnées ou traitées, en particulier des fibres cellulosiques, que l'on disperse directement dans l'eau, par technologie papetière classique. En outre, la dispersion dans l'eau des fibres pendant plusieurs minutes leur 10 confère des propriétés plastiques permettant d'optimiser l'efficacité de l'entrelacement par jets d'eau au moment o la dispersion est déposée sur le voile inférieur. Il s'ensuit que le nombre d'injecteurs nécessaire au liage est limité ce qui réduit donc l'investissement matériel ainsi que la dépense énergétique. Comme déjà indiqué, les fibres courtes naturelles utilisées sont en pratique des fibres de cellulose, qui peuvent conrrespondre à n'importe quelle fibre papetière, telles que par exemple des fibres à base de feuillus ou de résineux telles que fibres de hêtre, de bouleau, de pin, de red cedar, cette liste étant non exhaustive Dans un mode de réalisation avantageux, les fibres du voile supérieur sont constituées par des fibres de cellulose, par exemple, à base de red cedar, dont la concentration dans la dispersion aqueuse est comprise entre 0,5 et 10 g/l, avantageusement entre 4 et 7 g/l. Toutefois, en fonction des applications envisagées pour renforcer ou modifier les propriétés mécaniques du composite, le voile supérieur peut contenir en outre des fibres synthétiques représentant au plus, 50 % en poids du voile, avantageusement entre 20 et 40 %. Lorsque ce type de fibres est incorporé dans le voile supérieur, elles ont une longueur comprises entre 3 et 8 mm. En pratique, le voile supérieur représente entre 30 et 70 % en poids du composite, avantageusement au moins 50 % Selon une autre caractéristique de l'invention, le voile inférieur est un voile cardé ou un voile du type "spunbond" bien connu de l'homme du métier. Ces deux types de voiles inférieurs peuvent être formés en ligne ou préalablement fabriqués hors ligne. Dans le mode de réalisation selon lequel on forme le voile inférieur en ligne, celui-ci est pré-lié avant dépôt de la dispersion aqueuse, et ce de manière à renforcer la 1 5 résistance dudit voile inférieur. Lorsque le voile inférieur est formé au moyen d'une carde, celui-ci est pré-lié par jets d'eau. Lorsque le voile inférieur est formé au moyen d'une installation spunbond, celui-ci est pré-lié parjets d'eau ou par calandrage. En pratique, le voile inférieur représente entre 30 et 70 % en poids du composite. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'excès d'eau provenant de la dispersion aqueuse des fibres naturelles au moment o elle est déposée sur le voile inférieur est filtré au travers du voile inférieur. Dans un mode de réalisation avantageux, l'étape de séchage peut être précédée 30 d'une étape de gaufrage du composite permettant d'augmenter son épaisseur, mais également d'améliorer son aspect visuel. En pratique, le gaufrage est effectué en maintenant le composite sur un cylindre dont la surface présente des reliefs et des creux et en injectant de l'eau sous forte pression sur la surface extérieure du non tissé, l'eau en excès étant éliminée par aspiration à l'intérieur du cylindre. Cette étape de gaufrage est effectuée avant séchage de manière à bénéficier de la plasticité des fibres à l'état humide. Dans un autre mode de réalisation, après séchage et avant enroulement, on soumet le composite gaufré ou non à un traitement mécanique d'assouplissement, par l'un des procédés connus de l'homme du métier du type CLUPAK, SUPATEX, 10 SANFOR ou MICREX. Les non tissés réalisés par le procédé de l'invention présentent un grand nombre d'avantages. Tout d'abord, ils sont très économiques et très absorbants compte-tenu de la forte proportion de fibres naturelles cellulosiques représentant de 30 à 70 % en poids] 5 du composite. Ils sont de plus très réguliers du fait de la technologie par voie humide papetière utilisée pour la formation du voile supérieur. Ils sont par ailleurs très résistants de par la présence de fibres longues dans le voile inférieur. En outre, la combinaison des fibres naturelles avec les fibres synthétiques et/ou artificielles rend le produit à la fois confortable et stable. Enfin, l'étape de gaufrage susceptible d'être 20 intercalée avant l'étape de séchage, combinée éventuellement au traitement mécanique d'assouplissement confère au produit un aspect et un toucher textile particulièrement attractifs pour l'utilisateur. Ainsi, les non tissés fabriqués selon le procédé de l'invention peuvent être non 25 seulement utilisés comme lingettes humides, en particulier comme lingettes d'essuyage, mais également en tant que nappes et serviettes de table, serviettes de bain, revêtement mural, gamiiture intérieure de véhicules, bande d'épilation, sac pour produits dessicants, gants, broderie, vêtements et essuyage pour imprimerie. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé préalablement décrit. Dans un mode de réalisation particulier, l'installation comprend: - un convoyeur destiné à transporter le voile inférieur en cours de formation ou déjà fabriqué, - une caisse de tête disposée au-dessus du convoyeur et destinée à contenir une dispersion aqueuse comprenant les fibres naturelles, - des moyens d'aspiration disposés sous le convoyeur et destinés à supprimer l'eau en excès au moment du dépôt de la dispersion aqueuse sur le voile inférieur, - des moyens de liage par jets d'eau positionnés au-dessus du convoyeur et en aval de la caisse de tête, destinés à entrelacer les fibres du voile supérieur avec celles du voile inférieur, - des moyens de séchage du composite situé en aval du convoyeur, - des moyens d'enroulement du composite sec. 15 En pratique, le convoyeur se présente sous forme d'un convoyeur métallique ou synthétique perforé de manière à laisser passer l'eau par aspiration grâce à des caisses d'aspiration agencées sous ledit convoyeur. Les moyens de liage par jet d'eau se présentent sous forme de plusieurs injecteurs hydrauliques équipés de plaques perforées, le nombre d'injecteurs étant compris entre 2 et 12 et alimentés avec de l'eau à une pression comprise entre 20 et 140 bars. Dans le mode de réalisation selon lequel le voile inférieur est formé en ligne, 25 l'installation comprend en outre des moyens de fabrication dudit voile positionnés en amont du convoyeur. Dans cette hypothèse, l'installation comprend, entre les moyens de fabrication du voile inférieur et le convoyeur, une unité de pré-liage hydraulique comprenant une 30 rampe de pré-mouillage du voile et un cylindre support autour duquel sont disposés des injecteurs hydrauliques. Dans tun premier mode de réalisation, les moyens de fabrication du voile inférieur se présentent sous la forme d'une carde suivie ou non d'un étaleur-nappeur. Dans un second mode de réalisation, le moyen de fabrication du voile inférieur se présente sous la forme d'une installation spunbond. Par ailleurs et dans un autre mode de réalisation avantageux, l'installation comprend, avant l'unité de séchage, un gaufreur hydraulique constitué d'un cylindre 10 aspirant revêtu d'une toile, dont la surface présente des reliefs et des creux, ledit cylindre étant associé à des injecteurs hydrauliques disposés autour de sa surface. Pour assouplir le composite obtenu, l'installation présente également, avant l'enrouleur, un dispositif assouplissant. Par ailleurs et en pratique, les moyens de séchage se présentent sous la forme d'un cylindre à air chaud traversant. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien de l'exemple de 20 réalisation suivant à l'appui de la figure annexée. La figure 1 est un schéma de l'installation de l'invention incorporant un moyen de gaufrage et un moyen d'assouplissement. EXEMPLE On produit un voile de 25 g/m2 composé de 80 % de fibres polyester de 38 mm de longueur et 1,7 dtex et 20 % de fibres de viscose de 38 mm de longueur et 1,7 dtex sur une carde (1) à une vitesse de 120 mètres par minute. Le voile ainsi formé en ligne est transféré sur une unité de pré-liage hydraulique (2) comportant une rampe de pré-mouillage du voile (2a) et un cylindre support (2b) autour duquel sont disposés deux injecteurs hydrauliques (2c) . Ces injecteurs sont équipés de plaques perforées (non représentées) comportant une rangée de trous de 0,1 5 mmii de diamètre et 1 mm d'entraxe. Le premier injecteur est alimenté avec de l'eau à une pression de 40 bars et le deuxième avec de l'eau à une pression de 60 bars. Le voile ainsi consolidé est ensuite transféré sur un convoyeur (3) métallique au dessus duquel est disposée une caisse de tête de type papetier (4). Dans la caisse de tête, on prépare une suspension fibreuse constituée de 40 % de fibres cellulosiques papetières de type "Red Cedar" de longueur voisine de 5 mm, 40 % de fibres papetières de type "feuillus" de longueur voisine de 2 mm et 20 % de fibres artificielles cellulosiques de 5 mm de longueur et 1,7 dtex dispersées dans de l'eau à une concentration de 5 g/litre. Ces fibres sont ensuite déposées sur le voile inférieur déjà pré-lié de sorte à fornier le voile supérieur. Un ensemble de caisses aspirantes (12) , disposées sous le convoyeur, permet d'évacuer le surplus d'eau après dépôt des fibres. Cette eau est recyclée et réutilisée pour la fabrication de la suspension aqueuse. Les fibres du voile 20 supérieur sont ensuite enchevêtrées avec celles du voile inférieur au moyen de cinq injecteurs hydrauliques (5), analogues à ceux utilisés dans l'unité de pré-liage, disposés sur le convoyeur (3) après la caisse de tête (4). Ces injecteurs sont alimentés en eau à des pressions respectives de 40, 50, 50, 50 et 60 bars. Le composite est ensuite transféré sur un "gaufreur hydraulique" (6) constitué d'un cylindre aspirant (6a) autour duquel sont disposés deux injecteurs hydrauliques (6b). Ces injecteurs sont équipés chacun d'une plaque perforée avec deux rangées de trous de 0,12 mm de diamètre espacés de 0,8 mm sur chaque rang, les rangs étant euxmêmes espacés de 1 min, les injecteurs étant reliés à une pompe hydraulique délivrant 30 de l'eau à une pression de 140 bars. Le cylindre est revêtur d'une toile en bronze tfabriquée avec des fils grossiers de 1 mm de diamètre présentant une surface en forme de vagues constitués de creux et de bosses. Le composite est ensuite transféré sur un convoyeur (7) au-dessous duquel est 5 disposée une caisse aspirante (8) reliée à un générateur de vide fournissant une dépression de 4,5 mètres de colonne d'eau qui élimine pratiquement toute l'eau inter fibres. Le composite est ensuite séché au moyen d'un cylindre de 2,8 mètres de diamètre 10 à air chaud traversant, dont la température est de 140 C (9). Un dispositif assouplissant "Clupak" (10) est installé en aval du cylindre avant l'enrouleuse (1 1). REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'un non tissé composite constitué de deux voiles respectivement, un voile inférieur comprenant des fibres longues artificielles et/ou synthétiques, de taille comprise entre 15 et 80 mm et un voile supérieur comprenant des fibres courtes naturelles, de taille comprise entre 0,5 et 8 mm, caractérisé en ce que, en ligne: - on disperse tout d'abord les fibres naturelles dans de l'eau, - puis, on dépose la dispersion aqueuse ainsi obtenue sur le voile inférieur en cours de formation ou préalablement fabriqué, - on filtre ensuite l'excès d'eau au travers du voile inférieur, - puis, on entrelace les fibres du voile supérieur avec les fibres du voile 1 5 inférieur avec des jets d'eau, enfin, on sèche puis on enroule le non tissé composite obtenu. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres artificielles ou synthétiques sont choisies dans le groupe comprenant les fibres de viscose, de 20 polyester, de polypropylène, de polyamide, de polyacrylique et d'alcool polyvinylique, de polyéthylène, seules ou en mélange. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le voile inférieur est un voile cardé. 4/ Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que le voile inférieur est du type spunbond. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le voile inférieur est 30 formé en ligne, il est pré-lié avant dépôt de la dispersion aqueuse. 6/Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le voile inférieur représente entre 30 et 70% en poids du composite. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres naturelles sont des fibres de cellulose. 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le voile supérieur contient en 10 outre des fibres synthétiques représentant au plus 50% en poids du voile. 9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le voile supérieur représente entre 30 et 70% en poids du composite. 10/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres du voile supérieur sont exclusivement des fibres de cellulose, la concentration desdites fibres dans la dispersion aqueuse étant comprise entre 0,5 et 10 g/1. 11/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant séchage, on soumet le 20 composite à une étape de gaufiage. 12/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant enroulement, on soumet le composite à une étape d'assouplissement. 13/ Installation pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'une des revendications 1 à 12. 14/ Installation pour la fabrication d'un support composite constitué de deux voiles respectivement, un voile inférieur comprenant des fibres longues artificielles et/ou synthétiques de taille comprise entre 15 et 80 mm et un voile supérieur comprenant des fibres courtes naturelles, de taille comprise entre 0,5 et 8 mm, caractérisée en ce qu'elle comprend: un convoyeur (3) destiné à transporter le voile inférieur en cours de formation ou déjà fabriqué, - une caisse de tête (4) disposée au-dessus du convoyeur (3) et destinée à contenir une dispersion aqueuse comprenant les fibres naturelles,, - des moyens d'aspiration disposés sous le convoyeur (3) et destinés à supprimer l'eau en excès au moment du dépôt de la dispersion aqueuse sur le voile inférieur, - des moyens de liage par jets d'eau (5) positionnés au-dessus du convoyeur et en aval de la caisse de tête (4), destinés à entrelacer les fibres du voile 15 supérieur avec celles du voile inférieur,, - des moyens de séchage (9) du composite situé en aval du convoyeur (3), - des moyens d'enroulement (11) du composite sec. 1 5/Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 14, 20 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de liage par jets d'eau (5) se présentant sous formne de plusieurs injecteurs hydrauliques équipés de plaques perforées, le nombre d'injecteurs étant compris entre 2 et 12 et alimentés à une pression comprise entre 20 et 140 bars 16/Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de fabrication (1) du voile inférieur positionnés en amont du convoyeur (3). 17/ Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 16, 30 caractérisée en ce qu'elle comprend, entre les moyens de fabrication du voile inférieur (1) et le convoyeur (3), une unité de pré-liage hydraulique (2) comprenant une rampe de pré-mouillage du voile (2a) et un cylindre support (2b) autour duquel sont disposés des injecteurs hydrauliques (2c). I 8/ Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 16, 5 caractérisée en ce que les moyens de fabrication du voile inférieur se présentent sous tforme d'une carde (1). 19/ Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 16, caractérisée en ce que les moyens de fabrication du voile inférieur se présentent sous 10 forme d'une installation spunbond. 20/ Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, avant l'unité de séchage (9), un gaufreur hydraulique (6) constitué d'un cylindre aspirant (6a) revêtu d'une toile dont la surface 15 présente des reliefs et des creux, ledit cylindre étant associé à des injecteurs hydrauliques (6b) disposés autour de sa surface. 21/Installation pour la fabrication d'un support composite selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle présente également, préalablement à l'enrouleur (11), un 20 dispositif assouplissant (10). Déposant: AHLSTROM BRIGNOUD Mandataire: Cabinet LAURENT ET CHARRAS