Brevet FR2902114A1 — publié le 20071214

FILAMENT POLYMERIQUE POURVU D'AU MOINS UN CANAL LONGITUDINAL, ETOFFE COMPRENANT LESDITS FILAMENTS, ARTICLE CONFECTIONNE A PARTIR DE LADITE ETOFFE ET PROCEDE DE FABRICATION DUDIT FILAMENT La présente invention a pour objet un filament polymérique comprenant sur au moins une portion de sa longueur un canal longitudinal. Des filaments ou fibres synthétiques présentant des canaux ayant une disposition parallèle à leur axe longitudinal sont connues de l'état de la technique. C'est le cas par exemple de la fibre CoolMax commercialisée par Dupont de Nemours. Cette fibre présente à sa surface quatre canaux rectilignes selon son axe longitudinal. Cette configuration confère à la fibre CoolMax une surface spécifique plus importante que la surface spécifique d'une fibre de section ronde équivalente. On entend par surface spécifique la surface réelle d'un élément par opposition à sa surface apparente. Cette caractéristique confère aux fibres comportant des canaux rectilignes de nombreuses propriétés notamment en terme de transfert d'humidité puisque la surface de contact de la fibre avec son milieu environnant est accrue. Ce type de fibre est ainsi utilisée notamment dans la fabrication d'articles de sport, par exemple pour la fabrication de tee-shirts et de chaussettes, afin d'accélérer le transfert de l'humidité vers l'extérieur et améliorer le confort thermique du porteur. La présente invention a pour but de proposer un filament polymérique ayant notamment des propriétés d'isolation et de transfert d'humidité améliorées par rapport à des filaments ou des fibres polymériques comportant des canaux rectilignes. Dans ce but, la présente invention a pour objet un filament polymérique, comprenant sur au moins une portion de sa longueur au moins un canal longitudinal, plein ou vide, formant dans une section transversale dudit filament, un orifice débouchant extérieurement en surface ou un orifice fermé interne, et caractérisé en ce que la disposition dudit orifice diffère d'une section transversale à l'autre sur la longueur de ladite portion, moyennant quoi le canal longitudinal a une disposition longitudinale qui n'est pas la direction longitudinale dudit filament. Lorsque la section transversale dudit filament présente un orifice débouchant extérieurement en surface, le canal forme alors une rainure à la surface du filament. Si l'orifice est fermé et interne, le canal est fermé et à l'intérieur du filament, on a alors un filament creux si le canal est vide. Les filaments selon la présente invention se présentent soit sous la forme d'un fil multi filamentaires continu, les filaments étant réunis en faisceau directement après l'opération de filage, éventuellement mélangés avec des fils multi filamentaires de nature différente, soit sous forme de filé de fibres, obtenu à partir de fibres pourvues d'un ou plusieurs canaux selon la présente invention seules ou en mélange intime avec d'autres fibres, telles que des fibres de coton par exemple. Les fibres selon la présente invention sont obtenues par craquage, convertissage ou coupage d'un faisceau des dits filaments. Puisque la disposition dudit orifice diffère d'une section transversale à l'autre, le canal n'a pas la même direction que l'axe longitudinal dudit filament mais a une disposition en trois dimensions. Cette disposition lui confère une surface spécifique plus importante qu'un canal de l'état de l'art en deux dimensions, et donc une surface de contact accrue avec son milieu environnant. La surface spécifique désigne l'aire réelle de la surface dudit filament par opposition à sa surface apparente. Grâce notamment à cette caractéristique, le demandeur s'est aperçu que le dit filament synthétique améliore le transfert de liquide, tel que la sueur, de l'ordre d'un facteur quatre par rapport à des fibres ou filaments présentant des canaux en deux dimensions. Durant la pratique d'un sport, le corps transpire pour se refroidir et peut produire une quantité de sueur pouvant atteindre 1,2 litres/m2/heure. Il est possible de fabriquer des filaments présentant un nombre déterminé de canaux et dimensionnés pour transférer une quantité donnée de liquide, en prenant en compte la viscosité de ce liquide. De par la faible taille des canaux, en général de l'ordre du micron mètre, les liquides sont absorbés par capillarité puis véhiculés le long de ces canaux vers l'extérieur afin qu'ils s'évaporent rapidement. Par ailleurs, les canaux en emprisonnant l'air confèrent au filament des propriétés d'isolation thermique. Lorsque le canal à l'intérieur dudit filament est vide, le filament présente une densité moindre qu'un filament plein de volume identique. Cette disposition confère des caractéristiques d'isolation améliorées puisque l'air est emprisonné dans le canal et son écoulement ralenti. Dans une variante de réalisation, ledit filament comprend sur toute sa longueur au moins un canal longitudinal continu ayant la même disposition. Dans une variante de réalisation, le canal longitudinal a une disposition en forme de spirale. De préférence, la spirale s'enroule régulièrement autour de l'axe longitudinal du filament et peut être qualifiée d'hélice. Bien sûr, il y a autant de spirales que de canaux. La spirale peut être dans le même sens : selon un pas à gauche ou à droite ou non, dans ce cas un pas à gauche peut être alterné avec un pas à droite. Dans une variante de réalisation, le canal longitudinal a une disposition continue en spirale dans le même sens sur toute la longueur du filament. Dans une variante de réalisation, le canal longitudinal a une disposition en spirale, alternée dans un sens et dans l'autre. Dans une variante de réalisation, le filament est rectiligne. Le filament ne comporte alors aucune frisure. Dans une variante de réalisation, le filament est frisé, comportant 25 notamment une frisure hélicoïdale sur sa longueur. Dans ce cas, l'axe longitudinale du filament a une direction qui n'est pas rectiligne, mais en spirale. Cette frisure apporte du gonflant et de la souplesse au textile comprenant ledit filament, améliorant ainsi le confort du porteur. 30 Dans une variante de réalisation, le filament est formé d'au moins un polymère et le canal longitudinal est rempli d'un gel. Cette disposition est valable, si ledit canal est fermé et à l'intérieur du filament de façon à ce que le gel ne s'écoule à l'extérieur dudit filament. Le filament est formé dans un matériau polymère, de préférence du type polyester, polyamide, polypropylène, polyéthylène, PBT (poly téréphtalate de butylène), PTT (poly téréphtalate de triméthylène), recyclé ou non. Le canal longitudinal est rempli d'un gel hydrophile permettant d'absorber des liquides. Dans une autre variante de réalisation, le filament est formé d'au moins un premier polymère et le canal est rempli d'un second polymère ayant des propriétés différentes dudit premier polymère. Cette disposition est valable lorsque le canal est fermé et à l'intérieur du filament. Elle permet de jouer sur la combinaison des propriétés des deux polymères pour une même application et d'augmenter la surface spécifique de chaque polymère. Cette dernière propriété permet d'améliorer l'absorption et le transfert de chaleur et de liquide par rapport à des filaments et/ou fibres bicomposants de l'état de l'art dans lesquels chaque polymère composant a une disposition parallèle à l'axe longitudinal du filament. De plus, si les deux polymères composant les filaments selon la présente invention ont des températures de fusion différentes, lorsque lesdits filaments sont mis en oeuvre dans un non-tissé, la cohésion du non-tissé est améliorée ainsi que les propriétés de la frisure obtenue sur les filaments. Dans une autre variante, le filament comporte au moins un canal longitudinal fermé interne, qui occupe de l'ordre de 5 à 20% de la section transversale totale du filament. Cet intervalle de couverture du canal permet un bon compromis entre la cohésion du filament, afin que les parties creuses ne s'affaissent, et une surface spécifique adéquate pour un transfert de fluide rapide, tel que la sueur. Dans une autre variante, le canal est chargé de particules, notamment nanoparticules de carbone ou de verre. Les nano particules ou nano composites contiennent des agents, notamment de renforcement, dont les dimensions sont de l'ordre de 1 à 100 nm. Les agents de renforcement, tels que le verre ou le carbone, améliorent la ténacité, le module élastique, la résistance aux ultraviolets et mâtifient le filament. Ces nano particules sont disposées dans un canal vide, fermé et interne ou dans une rainure à la surface du filament. Dans une variante de réalisation, une étoffe textile, se présentant sous 5 forme tissée, tricotée ou non-tissée, comprend des filaments tels que décrit précédemment. Dans une sous variante de réalisation, la dite étoffe textile comprend des filaments de sections différentes. En effet, les filaments, lors de leur fabrication, sont extrudés à travers 10 des filières présentant des sections de formes différentes, puis réunis en un fil multi filamentaires, lequel est utilisé dans la fabrication de la dite étoffe, par exemple lors du tricotage. Dans une variante de réalisation, un article textile, notamment pour la pratique du sport, est confectionné à partir d'une étoffe telle que décrite ci- 15 dessus, dans lequel les filaments décrits précédemment sont disposés sur l'intérieur de l'article, étant destinés à être en contact avec la peau. Cette disposition permet ainsi aux filaments pourvus de canaux de pomper par capillarité la sueur sécrétée par la peau et de la transférer au moyen des canaux vers l'extérieur de l'article afin qu'elle s'évapore. La 20 sensation de confort est améliorée puisque la sensation d'humidité est atténuée voir supprimée. Par ailleurs, en cas d'intempéries ou selon l'activité pratiquée, sportive ou non, la peau du porteur peut être mouillée, dans ce cas les canaux agissent de la même façon que pour la sueur et le dit article sèche plus rapidement qu'un article textile classique en coton par exemple. 25 Le procédé de fabrication d'un filament synthétique tel que décrit ci- dessus comprend les étapes suivantes : a) extruder au moins un polymère à travers le trou d'une filière de forme déterminée pour créer un canal longitudinal, plein ou vide, formant dans une section transversale dudit filament un orifice débouchant extérieurement en 30 surface ou un orifice fermé interne, laquelle filière est mise en rotation par des moyens de commande, b) refroidir brusquement, au moins partiellement, ledit filament pour figer la disposition en spirale dudit canal, c) étirer le filament refroidi de façon à ajuster son titrage et ses caractéristiques mécaniques. Dans une variante, le procédé de fabrication du filament selon la présente invention, comprend les étapes suivantes : a) extruder au moins un polymère à travers le trou d'une filière, la configuration intérieure dudit trou étant déterminée pour créer dans le polymère un canal longitudinal, plein ou vide, formant en section transversale un orifice débouchant extérieurement en surface ou un orifice fermé interne, et pour que la section transversale dudit canal évolue entre l'amont et l'aval de l'orifice selon une rotation autour de l'axe longitudinal du trou, b) refroidir la filière vers l'aval de l'orifice pour figer partiellement la disposition en spirale dudit canal dans le filament en cours d'extrusion, c) refroidir brusquement, à la sortie de la filière, ledit filament pour figer totalement la disposition en spirale dudit canal, d) étirer le filament refroidi de façon à ajuster son titrage et ses caractéristiques mécaniques. Le procédé de filage desdits filaments se déroule classiquement. Avant le filage, le ou les polymères fondus sont filtrés très finement sur des poudres de sables, des poudres ou des grillages métalliques. Un ou plusieurs polymères sont conjointement poussés à travers les orifices d'une filière puis refroidis par un jet d'air froid avant de subir un étirage. L'opération d'étirage consiste à ajuster l'orientation macromoléculaire desdits filaments, caractéristique déterminante pour les propriétés mécaniques finales. Le taux d'étirage est en général compris entre 2 et 4, et obtenu en une ou plusieurs fois. Ce taux peut s'élever jusqu'à 6 si l'on souhaite des filaments de haute ténacité. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples de réalisation ci-après, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un exemple de fibre selon l'état de la technique - la figure 2 est une représentation schématique vue de côté de la fibre représentée à la figure 1 ; la figure 3 est une représentation schématique en perspective d'un premier exemple d'une portion de filament selon la présente invention ; - la figure 4 est une vue de côté partielle de la portion de filament représentée à la figure 3 ; la figure 5 est une représentation schématique en perspective d'un second exemple de portion de filament selon la présente invention ; -les figures 5A, 5B et 5C représentent les coupes VA, VB et VC du second exemple de portion de filament représenté à la figure 5. la figure 6 est une vue de dessus de la section transversale de l'orifice d'une filière permettant l'obtention du filament représenté aux figures 3 et 4. Il est connu de modifier la surface extérieure des filaments afin d'augmenter leur surface spécifique et ainsi accroître leur surface d'échange avec le milieu environnant. La fibre 1 représentée à la figure 1 présente une section multilobée et des canaux rectilignes 2,3,4,5 ou en deux dimensions parallèles à l'axe longitudinal AA'. Ces fibres sont notamment utilisées dans la fabrication d'articles textiles, tels que des vêtements de sports, afin d'accélérer le transfert de liquide, telle que la sueur, vers l'extérieure et en faciliter ainsi l'évaporation. Le confort thermique du porteur de tels vêtements est ainsi considérablement amélioré. Sur la figure 2, on comprend que les liquides sont transférés selon les flèches F ou F' parallèlement à l'axe AA' via les canaux 2,3. Il y a un besoin constant pour améliorer le confort thermique procuré par les vêtements à leurs usagers, lors de la pratique ou non d'un sport, ainsi que la fonctionnalité de certains équipements, par exemple le fait qu'un sac de couchage ou une paire de chaussure sèche rapidement. Dans ce but, un premier exemple de filament synthétique 6 selon la présente invention, représenté à la figure 3, dispose d'une surface spécifique accrue par rapport aux fibres de l'état de l'art telle que la fibre 2. En effet, le filament 6 présente une section transversale de forme identique à la fibre 1 avec des canaux 7,8,9,10 formant des rainures ou orifices débouchant extérieurement à sa surface, cependant avantageusement les dits canaux 7,8,9,10 ont une disposition en forme d'hélice continue selon un même sens que l'on peut qualifier de pas à droite sur toute la longueur du filament 6 selon l'axe longitudinale BB'. Le filament 6 a, de par ses canaux en trois dimensions, notamment 7,8,9,10, une surface spécifique plus importante qu'un filament de diamètre équivalent pourvus de canaux en deux dimensions. A la figure 4, les canaux 7,8,9,10 sont délimités par deux bords ou cloisons 11,12,13,14. Par exemple, le canal 7 est délimité par ses bords 11,12. Les canaux 7,8,9,10 véhiculent les liquides selon les flèches F1 et F2 en oblique par rapport à l'axe BB'. Il est possible selon la viscosité et la quantité de liquide à transférer, de dimensionner la taille des canaux et leur nombre sur le filament 6. La taille des canaux est fonction de l'écartement e entre deux bords successifs, de la hauteur et de la largeur I des bords notamment 11,12,13,14. A la figure 5 est représenté un second exemple d'une portion de filament 15 selon la présente invention. Le filament 15 a une section transversale circulaire et présente un canal 16 fermé à l'intérieur de celui-ci de section transversale également circulaire. Le canal 16 a une disposition en forme d'hélice continue dans un même sens selon l'axe longitudinal CC'. Le canal 16 a une disposition en hélice selon un pas à droite de préférence sur toute la longueur du filament 15. Sur les figures 5A, 5B et 5C, on observe que le canal 16 forme dans les sections transversales VA, VB et VC un orifice fermé interne 16a ayant une disposition différant d'une section transversale à l'autre (VA, VB, VC). L'orifice 16a tourne autour de l'axe (CC') dans le sens de la flèche F3. Le canal 16 peut être vide. Dans ce cas, le filament 15 présente des propriétés de filtration qui sont fonction de la taille du canal 16. Les liquides et/ou la chaleur étant transférés au coeur du filament 15, la sueur et/ou la chaleur sont éloignées de la peau recouverte par ledit filament 15 et stockées dans le canal 16 avant leur évacuation par évaporation vers l'extérieur améliorant ainsi le confort thermique de l'usager. Le canal 16 peut également être rempli d'un polymère à l'état de gel à température ambiante, de préférence hydrophile, afin d'apporter davantage de souplesse au filament 15, ou rempli avec un polymère à l'état solide à température ambiante différent de celui formant le filament 15 afin de jouer sur la combinaison des propriétés des deux polymères. Le filament 15 peut être en polyester à l'exception du canal 16 rempli de polypropylène. Il est ainsi possible d'ajuster la densité du filament 15. Le canal 16 occupe de l'ordre de 5% à 20% de la section transversale totale du filament 15 de façon à ce que la surface spécifique soit optimum tout 10 en préservant la cohésion et la solidité du filament 15 creux. Les canaux 7,8,9,10 du filament 6 et le canal 16 du filament 15 lorsqu'il est vide, peuvent être chargés de nanoparticules, par exemple de carbone ou de verre afin de renforcer les propriétés mécaniques des filaments 6,15. Les filaments 6 et/ou 15 sont utilisés pour la fabrication d'étoffes tissées, 15 tricotées ou non tissées. Selon les applications, les filaments se présentent sous forme de fils multi filamentaires continus seuls ou en mélange. Les dits filaments peuvent également être transformées en fibres par craquage, coupage ou convertissage et mis en forme de fils filés de fibres seuls ou en mélange intime avec d'autres fibres que celles obtenues avec les filaments de la 20 présente invention, telles que des fibres de coton par exemple. Du fait des propriétés d'absorption et de transfert des liquides des filaments 6,15 grâce à leurs canaux 7,8,9,10,16, ceux-ci sont disposés de préférence sur la face envers des étoffes, notamment lors de la fabrication de vêtements de confort, étant destinés à recouvrir la peau afin de collecter et transférer la transpiration vers 25 l'extérieur des dits vêtements afin qu'elle s'évapore et améliorer le confort thermique des usagers. Les filaments 6 et/ou 15 ont un titrage compris de préférence dans l'intervalle [0,1 dtex ; 6 dtex]. Les filaments 6 et/ou 15 sont de préférence en polypropylène, polyester, polyamide, polyéthylène, PBT (poly-téréphtalate de 30 butylène), PTT (poly-téréphtalate de triméthylène), recyclé ou non ou dans plusieurs de ces polymères, recyclés ou non, occupant des volumes délimités et distincts les uns des autres dans les dits filaments 6 et/ou 15. Le filament 6 est obtenu selon un procédé d'extrusion filage connu de l'état de la technique. Un ou plusieurs polymères sont fondus puis filtrés sur des poudres ou grilles métalliques avant d'être extrudés à travers le trou d'une filière 17. Lors de l'opération d'extrusion, la filière 17 est mise en rotation par des moyens de commande connus de l'état de la technique. La rotation de la filière 17 peut se faire selon un pas à droite d ou un pas à gauche g de façon continue ou alternée. Il est en effet possible de changer le sens de rotation de la filière 17 au cours de l'extrusion ou tout simplement de la stopper temporairement, on obtient alors un filament présentant un canal longitudinal formant une rainure en surface de celui-ci et ayant une disposition en hélice alternée selon un pas à gauche avec un pas à droite, le dit filament pouvant présenter également des portions sur sa longueur avec un canal rectiligne selon son axe longitudinal. Une fois le filament extrudé, il est refroidi par un jet d'air froid puis étiré sur un ou plusieurs bancs d'étirage selon un taux d'étirage fonction de la ténacité finale visée. REVENDICATIONS 1. Filament polymérique (1,6) comprenant sur au moins une portion de sa longueur au moins un canal longitudinal (7,8,9,10,16), plein ou vide, formant, dans une section transversale (VA, VB, VC) dudit filament (1,6), un orifice débouchant extérieurement en surface ou un orifice fermé interne (16a), caractérisé en ce que la disposition dudit orifice (16a) diffère d'une section transversale (VA, VB, VC) à l'autre sur la longueur de ladite portion, moyennant quoi le canal longitudinal (7,8,9,10,16) a une disposition longitudinale qui n'est pas la direction longitudinale dudit filament. 2. Filament (1,6) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend sur toute sa longueur au moins un canal longitudinal (7,8,9,10,16) continu ayant la même disposition. 3. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le canal longitudinal (7,8,9,10,16) a une disposition en forme de spirale. 4. Filament (1,6) selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le canal 20 longitudinal (7,8,9,10,16) a une disposition continue en spirale dans le même sens sur toute la longueur du filament (1,6). 5. Filament (1,6) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal longitudinal (7,8,9,10,16) a une disposition en spirale, alternée dans un sens et 25 dans l'autre. 6. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en qu'il est rectiligne. 30 7. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est frisé, comportant notamment une frisure hélicoïdale sur sa longueur.15 8. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins un polymère et en ce que le canal longitudinal (16) est rempli d'un gel. 9. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins un premier polymère et en ce que le canal (16) est rempli d'un second polymère ayant des propriétés différentes dudit premier polymère. 10. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 9, comportant au moins un canal longitudinal fermé interne (16), caractérisé en ce que ledit canal (16) occupe de l'ordre de 5% à 20% de la section transversale totale (VA, VB, VC) du filament (1,6). 11. Filament (1,6) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en qu'il est 15 chargé de particules, notamment nanoparticules de carbone ou de verre. 12. Etoffe textile, se présentant sous forme tissée, tricotée ou non-tissée, comprenant des filaments (1,6) selon l'une des revendications 1 à 11. 20 13. Etoffe textile selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des filaments (1,6) de sections différentes. 14. Article textile, notamment pour la pratique du sport, confectionné à partir d'une étoffe selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel les filaments 25 (1,6) selon l'une des revendications 1 à 11 sont disposés sur l'intérieur de l'article, étant destinés à être en contact avec la peau. 15. Procédé de fabrication du filament (1,6) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 30 a) extruder au moins un polymère à travers le trou d'une filière (17) de forme déterminée pour créer un canal longitudinal (7,8,9,10,16), plein ou vide,formant dans une section transversale (VA, VB, VC) dudit filament (1,6) un orifice débouchant extérieurement en surface ou un orifice fermé interne (16a), laquelle filière est mise en rotation par des moyens de commande, b) refroidir brusquement, au moins partiellement, ledit filament (1,6) pour figer la disposition non axiale dudit canal (7,8,9,10,16), c) étirer le filament (1,6) refroidi de façon à ajuster son titrage et ses caractéristiques mécaniques. 16. Procédé de fabrication du filament (1,6) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) extruder au moins un polymère à travers le trou d'une filière, la configuration intérieure dudit trou étant déterminée pour créer dans le polymère un canal longitudinal (7,8,9,10,16), plein ou vide, formant en section transversale (VA, VB, VC) un orifice débouchant extérieurement en surface ou un orifice fermé interne (16a), et pour que la section transversale dudit canal évolue entre l'amont et l'aval de l'orifice selon une rotation autour de l'axe longitudinal du trou, b) refroidir la filière vers l'aval de l'orifice pour figer partiellement la disposition en spirale dudit canal (7,8,9,10,16) dans le filament (1,6) en cours d'extrusion, c) refroidir brusquement, à la sortie de la filière, ledit filament (1,6) pour figer totalement la disposition en spirale dudit canal (7,8,9,10,16), d) étirer le filament (1,6) refroidi de façon à ajuster son titrage et ses caractéristiques mécaniques.