Brevet FR2887897A1 — publié le 20070105

DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif pour la fabrication de fibres, comprenant un récipient conçu pour recevoir de la matière première de fibres, lequel récipient peut être chauffé par au moins une source de chaleur, lequel récipient peut être mis en rotation et lequel récipient présente des zones de sortie pour la matière première de fibres. L'invention concerne en outre un arrangement de plusieurs dispositifs. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication de fibres selon lequel de la matière première de fibres est chargée dans un récipient, le récipient est mis en rotation et la matière première de fibres fluidifiée est expulsée du récipient sous forme de fibres sous l'action de forces centripètes. L'invention concerne enfin un arrangement avec une couche comprenant des fibres, lesquelles fibres sont fabriquées par le procédé mentionné ou le dispositif mentionné. De tels dispositifs et procédés sont déjà connus de l'état de la technique. Les dispositifs et procédés génériques utilisent les forces centripètes et centrifuges qui apparaissent lors de la rotation du récipient. Ces forces ont pour effet d'éloigner en direction tangentielle des parties de matière première de fibres fondue des zones de sortie. La géométrie des fibres fabriquées peut être influencée par de nombreux paramètres chimiques ou physiques. Il est connu de l'état de la technique de choisir la vitesse de rotation du récipient de manière à ce que les forces centripètes atteignent une certaine intensité. Il est possible d'agir sur le diamètre des fibres uniquement en réglant l'intensité des forces centripètes. Les fibres fabriquées se répartissent selon une courbe de distribution qui comprend tout un spectre d'épaisseurs de fibres, de longueurs de fibres et de formes de fibres. L'utilisation des dispositifs génériques génère de ce fait une quantité considérable de rebut. L'invention se fixe donc pour but de fabriquer sans problème des produits fibreux ayant une structure de fibre définie. La présente invention atteint le but précité grâce à un dispositif du type cité au début de la présente et qui est caractérisé par le fait que des moyens pour le guidage dirigé sans contact de la matière première de fibres sortant du récipient sont associés aux zones de sortie. Selon l'invention, il a été reconnu qu'il est possible d'influence la géométrie des fibres par un grand nombre de paramètres. Dans une deuxième étape, il a ensuite été reconnu qu'il est possible de régler la géométrie des fibres en particulier après leur sortie du récipient. Enfin, il a été reconnu qu'un guidage sans contact et défini des fibres avant que cellesci ne rencontrent un dispositif collecteur permet une modification des fibres. Il a ainsi été reconnu que seule la durée du guidage ou la direction du guidage exerce une influence sur la longueur des fibres, le diamètre des fibres ainsi que la structure des fibres. Selon l'invention, il a aussi été reconnu qu'un guidage dirigé sans contact génère un spectre de fibres plus homogène qu'un processus de fabrication sans guidage. Concrètement, il est possible de régler la largeur d'une courbe de distribution de toutes les caractéristiques des fibres uniquement par le guidage. Cela permet de réduire considérablement la quantité de fibres de géométrie indésirable. Le but mentionné ci-dessus est par conséquent atteint. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse sur le plan de la construction, les moyens peuvent comprendre un écoulement ou flux de gaz. Il est imaginable que les fibres soient transportées par un courant de gaz. Si le courant de gaz est laminaire, les fibres peuvent être étirées et conformées entre les couches laminaires. Dans ce contexte, il est imaginable aussi que les moyens comprennent un champ d'écoulement de gaz. Un champ d'écoulement de gaz pourrait être composé de la conjugaison de plusieurs écoulements. Il est imaginable que les fibres soient étirées dans le cadre d'un premier écoulement, déviées dans le cadre d'un deuxième écoulement et fonctionnalisées par un traitement chimique et/ou refroidies dans le cadre d'un troisième écoulement. Il est imaginable que les différents écoulements présentent des températures et/ou des vitesses différentes. On pourrait se servir d'air comme gaz. L'air est un gaz peu 30 coûteux qui se distingue par le fait qu'un processus de fabrication pourrait se dérouler à la pression atmosphérique. Il est imaginable aussi d'utiliser d'autres gaz, en particulier des gaz inertes comme l'azote, à la place de l'air. Cela permet de transformer de la matière première de fibres qui comprend des groupes réactifs ou présente une tendance aux réactions ultérieures après la sortie du récipients. Les moyens peuvent comprendre des souffleries. Les souffleries constituent des appareils peu coûteux qui permettent de souffler ou d'aspirer sans problème des fibres. Dans ce contexte, il est imaginable aussi que les moyens présentent des ventilateurs et/ou des pompes. Le récipient peut être réalisé sous forme de corps creux tronconique. Il est imaginable que le corps creux soit disposé de telle manière qu'il se rétrécisse vers le haut. Cette forme de réalisation concrète empêche la matière première de fibres fondue de déborder du récipient lors de la rotation de ce dernier. Le récipient pourrait être remplissable par le haut. Cela permet de remplir le récipient pendant sa rotation. Un processus de fabrication continu est ainsi réalisable sans problème. Des arêtes de décollement, au moyen desquelles des écoulements de gaz ou des turbulences peuvent être renvoyés, déviés ou interrompus de manière avantageuse, pourraient être associées au récipient. Les arêtes de décollement pourraient être disposées sur le pourtour du récipient et réalisées sous forme de saillies dépassant radialement. Les zones de sortie du récipient pourraient être réalisées sous forme de passages. Il est imaginable que les passages soient de forme circulaire, ovale ou rectangulaire. Il est possible d'exercer une influence sur la géométrie des fibres entièrement en fonction de la forme des passages. Les passages pourraient présenter un diamètre ou une largeur pouvant aller jusqu'à 500 m. Ce dimensionnement s'est avéré particulièrement avantageux pour la production de nanofibres et microfibres. Les passages pourraient être positionnés à une distance d'un centimètre les uns des autres. Il est imaginable aussi que les passages soient disposés en plusieurs rangées superposées. Cela permet d'augmenter d'une manière particulièrement simple le débit de matière première de fibres. En diminuant ou augmentant le diamètre, il est possible de produire des nanoou microfibres dans la plage de 50 nm à 200 m. Le récipient pourrait être mis en rotation à une vitesse pouvant aller jusqu'à 25 000 tours par minute. Cette vitesse de rotation élevée permet de produire des nanofibres d'un diamètre de 50 nm. Les nanofibres sont habituellement produites par un procédé de filature électrique en utilisant un champ électrique. Une forme constructive appropriée du récipient ainsi que des vitesses de rotation très élevées permettent cependant de produire des nanofibres sans champ électrique à partir de la matière fondue. En choisissant la vitesse de rotation et la viscosité de la matière première de fibres, il est possible aussi de produire des fibres de plus grand diamètre. Une source de chaleur pourrait être réalisée sous forme de moyen de chauffage ou de radiateur rayonnant. L'avantage d'un radiateur rayonnant est que le rayonnement thermique peut agir sur la matière première de fibres sans problème même aux vitesses de rotation élevées du récipient. Grâce à cela, on peut se passer d'un dispositif de chauffage directement monté sur le récipient et alimentable en courant seulement au prix de grands problèmes d'appareillage. Dans ce contexte, il est imaginable qu'une source de chaleur soit réalisée sous forme de radiateur à infrarouge. Un radiateur à infrarouge permet, grâce à un dispositif optique approprié, de focaliser l'énergie thermique directement sur le récipient ou l'intérieur du récipient. Il est imaginable que le dispositif optique comprenne des lentilles et des miroirs qui dirigent la lumière infrarouge directement et sélectivement sur le volume à chauffer. Cette forme de réalisation concrète minimise les pertes par fuite et l'échauffement indésirable d'autres parties du dispositif Une soufflante à air chaud constitue une source de chaleur particulièrement économique. Dans cette mesure, une source de chaleur pourrait être réalisée sous forme de soufflante à air chaud. Une source de chaleur pourrait être intégrée dans le récipient. Cette forme constructive réalise un échauffement particulièrement homogène de l'ensemble du récipient. Il est imaginable que le récipient soit métallique ou comprenne des corps métalliques et puisse être chauffé par un chauffage à résistance. Dans ce contexte, un chauffage inductif du récipient de préférence métallique est aussi imaginable. Un chauffage par induction peut être réalisé particulièrement rapidement, ce qui permet la transformation de matières rapidement variables chimiquement. Grâce à des temps de fusion courts, une matière réactive ne reste que très peu de temps dans la masse fondue, de sorte qu'il ne peut pas se dérouler de réactions indésirables avant que la matière ne soit transformée en fibres. Une source de chaleur pourrait aussi être disposée statiquement à l'intérieur du récipient et le récipient tourner autour de la source de chaleur. Cette forme de réalisation permet les plus faibles pertes d'énergie thermique car le rayonnement thermique est enfermé par le récipient et réfléchi à l'intérieur du récipient. Dans cette forme de réalisation, la source de chaleur pourrait être réalisée sous forme de plaque chauffante. Le récipient pourrait pouvoir être chauffé à 450 C. Cette forme de réalisation permet avantageusement une utilisation de presque tous les matériaux thermoplastiques formant des fibres en tant que matière première de fibres. Il est imaginable d'utiliser des polyesters, des polyamides, des polyuréthanes, des polyactides et des copolymères de polyhydroxybutyrate/polyhydroxyvalérate ainsi que des sucres natifs, p. ex. du saccharose, ou des mélanges des substances mentionnées. Par ailleurs, la matière première de fibres pourrait comprendre des polyoléfines ou des polymères réactifs. Il est imaginable d'utiliser du polypropylène, du polypropylène greffé avec de l'acide acrylique et/ou du polypropylène modifié. L'utilisation de substances biodégradables comme de la gélatine comme matière première de fibres permet de produire des fibres qui sont éliminables sans problème. En outre, il est possible de fabriquer avec ces fibres des produits médicaux comme des pansements ou des substrats de culture cellulaire. Toutes les substances mentionnées peuvent être utilisées seules ou en mélange avec d'autres comme matière première de fibres. Un dispositif de réception conçu pour recevoir la matière première de fibres pourrait être associé au ou faire partie du dispositif Le dispositif de réception pourrait être réalisé sous forme de plateforme sur laquelle les fibres destinées à former un voile de carde peuvent être déposées. Il est imaginable aussi que le dispositif de réception soit un dispositif tournant qui reçoit des fibres destinées à revêtir un corps cylindrique ou à produire un voile enroulé. Il pourrait exister une différence de potentiel électrique entre le dispositif de réception et le récipient. Cette forme de réalisation concrète permet la réalisation de fibres chargées électrostatiquement. De telles fibres sont appropriées en particulier à l'utilisation comme filtres à particules car leur charge électrostatique attire les particules en suspension dans l'air. Il est en outre imaginable que la différence de potentiel électrique soit utilisée pour soutenir la fabrication de nanofibres. Dans ce cas, les effets des forces centripètes et du champ électrique s'additionnent, c.-àd. que la matière première de fibres est d'une part projetée tangentiellement en fins fils à l'opposé du récipient en rotation et d'autre part, le cas échéant, encore davantage divisée par le champ électrique. Dans cette mesure, il est imaginable de réaliser un processus de fabrication qui permet de produire des fibres dans le domaine subnanométrique. Le but mentionné au début est également atteint par un arrangement présentant plusieurs dispositifs du type précité qui sont disposés sous forme de matrice. Par matrice, il faut entendre tout arrangement plan ou tridimensionnel pour la fabrication définie de voiles de carde ou de nontissés. Pour éviter les répétitions, il est renvoyé aux descriptions du dispositif en tant que tel pour ce qui concerne l'activité inventive. Le but mentionné au début est aussi atteint par l'invention grâce à un procédé du type mentionné au début de la présente et qui se caractérise par le fait que les fibres sortantes sont guidées sans contact de manière dirigée. Pour éviter les répétitions, il est renvoyé aux descriptions du dispositif en tant que tel pour ce qui concerne l'activité inventive. Il serait possible de fabriquer des fibres présentant un diamètre de 50 nm à 200 m. Dans cette mesure, il est possible de fabriquer des nanofibres sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un champ électrostatique. La matière première de fibres pourrait être chargée dans le récipient déjà sous forme fluidifiée. Cela permet de réaliser un processus contenu en chauffant la matière première de fibres en dehors du récipient. Mais il est imaginable aussi de ne fluidifier la matière première de fibres qu'après l'avoir chargée dans le récipient. Le procédé pourrait être réalisé avec un réglage défini de la viscosité de la matière fondue, de la tension superficielle de la matière fondue, de la température de la matière fondue ainsi que de la vitesse de rotation. Une optimisation de ces paramètres pourrait être utilisée pour régler le diamètre de fibre souhaité. Il est imaginable d'ajouter des agents tensioactifs à la matière fondue pour modifier la tension superficielle. En particulier, il est imaginable d'utiliser des agents tensioactifs fluorés ou perfluorés ou du chlorure de tétraéthyl- benzylammonium. Le procédé peut être réalisé en utilisant chacun des dispositifs décrits. Le but mentionné est enfin atteint par un arrangement avec une couche comprenant des fibres, les fibres étant fabriquées par un procédé et/ou un dispositif tel(s) que décrit(s) ci-dessus. Pour éviter les répétitions, nous renvoyons aux descriptions du dispositif en tant que tel pour ce qui concerne l'activité inventive. Les nanofibres qui sont fabriquées selon le procédé mentionné ou au moyen du dispositif mentionné pourraient être utilisées dans des filtres à air, des filtres à liquide ou des éléments d'amortissement acoustique. Des couches composées de telles fibres présentent une très faible porosité et une grande surface, si bien que les filtres et éléments d'amortissement formés avec elles présentent de très bonnes caractéristiques de filtrage et d'amortissement. Les arrangements qui comprennent des fibres fabriquées selon un procédé décrit ci-dessus ou au moyen d'un dispositif décrit ci-dessus pourraient être utilisés dans le domaine médical car ils sont facilement modifiables en ce qui concerne leur structure de tissu et leur composition matérielle. Il est imaginable, par exemple, de régler la structure de tissu de telle manière qu'un arrangement puisse être utilisé comme pansement quand la structure du tissu de fibres peut bien adhérer au tissu humain. D'autres applications médicales comme l'utilisation comme substrat de culture cellulaire sont imaginables. Les arrangements qui comprennent des fibres fabriquées par un procédé ou un dispositif décrit ci-dessus pourraient être réalisés sous forme de batterie ou de séparateur de batterie. En particulier, une telle batterie pourrait être réalisée sous forme de batterie NiCd. Les fibres fabriquées par le procédé ou le dispositif décrit ci-dessus disposent d'une très bonne capacité d'absorption des fluides en raison de leur surface spécifique élevée. De ce fait, des non-tissés composés de ces fibres peuvent être utilisés comme séparateurs dans des batteries où elles peuvent absorber le liquide électrolytique. Il existe différentes possibilités pour réaliser et développer l'enseignement de la présente invention de manière avantageuse. Pour cela, on se référera d'une part aux revendications subordonnées, d'autre part à l'explication ci-après d'un exemple de réalisation préféré du dispositif selon l'invention à l'aide du dessin. Des formes de réalisation et développements préférés en général de l'enseignement sont expliqués en liaison avec l'explication de l'exemple de réalisation préféré à l'aide du dessin. Le dessin annexé montre sur l'unique figure une vue schématique d'un dispositif pour produire des fibres L'unique figure (figure 1) montre un récipient 1 conçu pour recevoir de la matière première de fibres 2, lequel récipient 1 peut être chauffé par une source de chaleur 3, lequel récipient 1 peut être mis en rotation et lequel récipient 1 présente des zones de sortie 4 pour la matière première de fibres 2. Des moyens 5 pour le guidage dirigé sans contact de la matière première de fibres 2 sortant du récipient 1 sont associés aux zones de sortie 4. Les moyens 5 sont réalisés sous forme de souffleries qui génèrent un courant d'air dans lequel la matière première de fibres est 10 guidée sans contact de manière définie. Le récipient 1 est réalisé sous forme de corps creux tronconique. Le récipient 1 est remplissable par le haut avec de la matière première de fibres 2. Les zones de sortie 4 du récipient 1 sont réalisées sous forme de 15 passages qui présentent un diamètre de 200 m. Les passages sont distants les uns des autres de 1 cm. Le récipient 1 peut tourner à une vitesse pouvant aller jusqu'à 25 000 tours/min. La source de chaleur 3 est réalisée sous forme de plaque chauffante autour de laquelle le récipient 1 peut tourner. En ce qui concerne d'autres formes de réalisation et développements de l'enseignement selon l'invention, nous renvoyons à la partie générale de la description. Soulignons enfin tout particulièrement que l'exemple de réalisation choisi tout à fait arbitrairement sert uniquement à présenter l'enseignement selon l'invention et que celle-ci ne se limite pas à cet exemple de réalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour produire des fibres, en particulier des nanofibres, comprenant un récipient (1) conçu pour recevoir de la matière première de fibres (2), lequel récipient (1) peut être chauffé par au moins une source de chaleur (3), lequel récipient (1) peut être mis en rotation et lequel récipient (1) présente des zones de sortie (4) pour la matière première de fibres (2), caractérisé par le fait que des moyens (5) pour le guidage dirigé sans contact de la matière première de fibres (2) sortant du récipient (1) sont associés aux zones de sortie (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 10 les moyens (5) comprennent un écoulement de gaz. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens (5) comprennent un champ d'écoulement de gaz. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on se sert d'air comme gaz. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens (5) comprennent des souffleries. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens (5) comprennent des pompes. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé 20 par le fait que le récipient (1) est réalisé sous forme de corps creux tronconique. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le récipient (1) est remplissable par le haut. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les zones de sortie (4) du récipient (1) sont réalisées sous forme de passages. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les passages présentent un diamètre jusqu'à 500 m. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé 30 par le fait que le récipient (1) peut être mis en rotation à une vitesse pouvant aller jusqu'à 25 000 tours par minute. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'une source de chaleur (3) est réalisée sous forme d'un moyen de chauffage rayonnant. - 10 - 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'une source de chaleur (3) est réalisée sous forme de radiateur à infrarouge. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé 5 par le fait qu'une source de chaleur (3) est réalisée sous forme de soufflante à air chaud. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'une source de chaleur (3) est intégrée dans le récipient (1). 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'une source de chaleur (3) est réalisée sous forme de plaque chauffante. 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que le récipient (1) peut être chauffé à 450 C. 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé 15 par un dispositif de réception conçu pour recevoir la matière première de fibres (2). 19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il existe une différence de potentiel électrique entre le dispositif de réception et le récipient (1). 20. Arrangement de plusieurs dispositifs selon l'une des revendications précédentes, les dispositifs étant disposés sous forme de matrice. 21. Procédé pour la fabrication de fibres, en particulier en utilisant un dispositif ou un arrangement selon l'une des revendications précédentes, selon lequel de la matière première de fibres (2) est chargée dans un récipient (1), le récipient (1) est mis en rotation et la matière première de fibres (2) fluidifiée est expulsée du récipient (1) sous forme de fibres sous l'action de forces centripètes, caractérisé par le fait que les fibres sortantes sont guidées sans contact de manière dirigée. 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé par le fait que les fibres fabriquées présentent un diamètre compris entre 50 nm et 200 m. 23. Arrangement avec une couche comprenant des fibres, lesquelles fibres sont fabriquées par un procédé ou un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 24. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme de filtre à air. 25. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme de filtre à liquide. 26. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme d'élément d'amortissement acoustique. 27. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme de pansement. 28. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme de substrat de culture cellulaire. 29. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une 10 réalisation sous forme de batterie. 30. Arrangement selon la revendication 23, caractérisé par une réalisation sous forme de séparateur de batterie.