Brevet FR2932498A1 — publié le 20091218

FIBRE COMPOSITE THERMOFUSIBLE Domaine technique : La présente invention concerne une fibre composite thermofusible, destinée notamment à la fabrication de produits textiles ou similaires, en particulier de produits dits � non tissés �, cette fibre étant constituée d'au moins un premier composant formant un coeur et d'au moins un deuxième composant formant une enveloppe entourant ledit coeur pour former ladite fibre, dans laquelle le point de fusion dudit premier composant est supérieur au point de fusion dudit deuxième composant. Technique antérieure : Dans le domaine de la fabrication de produits non-tissés à base de matériaux naturels tels que des fibres, plumes, duvet, etc., ces produits pouvant être finis ou semi-finis, en nappe ou en panneau, il est nécessaire d'assurer une bonne liaison des matériaux entre eux. Ce liage peut être effectué chimiquement par un liant polymère appliqué sous forme de dispersions aqueuses stabilisées par imprégnation, pulvérisation ou enduction. On utilise des polymères et des copolymères d'acide acrylique, des copolymères de styrène butadiène et des copolymères d'éthylène et acétate de vinyle. Ces produits sont plus connus sous le nom générique de latex. Certaines fibres synthétiques thermofusibles introduites au moment de la constitution de la structure fibreuse peuvent également assurer la liaison. La thermofixation est assurée par la chaleur (four à air chaud, sécherie, calandre chauffée, ondes, etc.). Le polyester de type PET est majoritairement utilisé comme liant dans la fabrication de laine d'isolation à base de fibres naturelles. C'est la fibre la plus produite au monde, mais le PET est issu du pétrole qui est une ressource non renouvelable. Le liage peut également être effectué mécaniquement par aiguilletage, qui est un procédé d'enchevêtrement physique obtenu par des aiguilles ou des jets d'eau à haute pression. Dans la publication WO 02/088457, on utilise comme liant des fibres thermoplastiques bicomposant : un premier composant qui forme une âme et est constitué d'une fibre synthétique dans un matériau polymère stable à haute température ayant un point de ramollissement élevé, supérieur à la température du traitement thermique du mélange, égale par exemple 200°C, et un deuxième composant qui forme une gaine entourant l'âme et est constitué d'un matériau polymère dont la température de ramollissement est inférieure à celle de l'âme, comprise par exemple entre 70 et 180°C, permettant de réaliser grâce à un traitement thermique une véritable soudure au niveau des points de contact des fibres entre elles. Cette technique permet de réaliser une structure ou une matrice sous la forme d'un réseau tridimensionnel qui emprisonne les matériaux à lier et donne à l'ensemble une bonne cohésion mécanique. L'avantage de cette fibre bicomposant est la combinaison de caractéristiques complémentaires : une liaison chimique assurée par la gaine qui fond et soude les fibres entre elles à leurs points de contact et une liaison mécanique assurée par l'âme qui ne fond pas et crée le réseau tridimensionnel. L'inconvénient majeur de ces liants, y compris de la fibre bicomposant ci-dessus, réside dans le fait qu'ils utilisent des ressources non renouvelables, à savoir des hydrocarbures issus du pétrole, qu'ils nécessitent un coût énergétique de transformation élevé et qu'ils ne sont pas biodégradables. Or si l'on cherche à fabriquer des produits non tissés à base de matériaux 100% naturels comme des fibres végétales ou minérales, il conviendrait d'utiliser un liant également 100% naturel pour que les produits obtenus puissent être qualifiés de produits naturels, écologiques, biodégradables et en phase avec l'évolution des réglementations dans le cadre notamment du grenelle de l'environnement.30 Exposé de l'invention : La présente invention apporte une solution aux problèmes évoqués ci-dessus en proposant un nouveau liant sous la forme de fibres composites thermofusibles composées exclusivement de matériaux naturels issus de préférence de ressources renouvelables. Dans ce but, l'invention concerne une fibre composite thermofusible telle que définie en préambule, caractérisée en ce que le premier composant et le deuxième composant comportent respectivement au moins un biopolymère tel qu'un acide polylactique et en ce que le premier composant formant ledit coeur est avantageusement renforcé par des fibres naturelles. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description 15 suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. Meilleure manière de réaliser l'invention : La fibre composite thermofusible selon l'invention est destinée notamment à la 20 fabrication de produits textiles ou similaires, en particulier de produits dits � non tissés �, par exemple à base de fibres naturelles (végétales, minérales ou animales), généralement conditionnés en nappe ou en panneau, pour assurer une bonne cohésion entre les fibres au moyen d'une structure fibreuse ayant la forme d'un réseau tridimensionnel. Cet exemple d'application n'est pas limitatif et s'étend à tout type 25 d'application nécessitant un tel liant. La fibre composite thermofusible de l'invention comporte au moins un premier composant formant un coeur correspondant sensiblement au centre de la fibre et ayant une fonction de maintien mécanique et au moins un deuxième composant formant 30 une enveloppe de la fibre entourant ledit coeur et ayant une fonction de liaison 3 chimique. Le point de fusion du premier composant est supérieur au point de fusion du deuxième composant et à la température du traitement thermique nécessaire à la fabrication du produit non-tissé, de sorte que lorsque l'enveloppe des fibres fond, les fibres se soudent entre elles au niveau de leurs points de contact, le coeur reste intact pour consolider la structure fibreuse. Les premier et deuxième composants comportent chacun au moins un biopolymère, tel qu'un acide polylactique ou similaire. Cet acide polylactique (PLA) est produit à partir de l'extraction de l'amidon de maïs, qui est converti en sucre, puis ensuite décomposé, grâce à des micro-organismes, en acide lactide, lui-même polymérisé en polylactide. De tels copolymères et homopolymères de polylactide sont disponibles sur le marché, par exemple en granulés, sous les dénominations suivantes : NATUREWORKS de la société Natureworks LLC (USA/JP), LACEA de la société Mitsui Chemicals Co (JP), SOLANYL de la société Rodenburg (NL). Ces exemples ne sont pas limitatifs. On choisit de préférence pour le coeur de la fibre un acide polylactique PLA(1) ayant un point de fusion compris entre 160 et 250°C, qui est par exemple un NatureWorks� PLA Polymer 2002D. On choisit de préférence pour l'enveloppe de la fibre un acide polylactique PLA(2) ayant un point de fusion compris entre 60 et 220°C, qui est par exemple un NatureWorks� PLA Polymer 3051 D. Ces exemples ne sont bien entendu pas limitatifs. Selon l'invention, le coeur de la fibre est avantageusement renforcé par ajout de fibres naturelles dans une proportion d'environ 10 à 60% en poids, qui sont de préférence des fibres d'environ de 0,5 à 200mm et d'un diamètre d'environ 10 à 30�m permettant d'améliorer les propriétés mécaniques du coeur. Ces fibres naturelles sont de préférence des fibres végétales choisies dans le groupe comprenant la cellulose, le chanvre, le lin, le jute, le sisal, le kenaf, l'alfa.30 Une des réalisations de l'invention concerne l'utilisation de fibres de kenaf. Le kenaf, Hibiscus Cannabinus L. et Hibiscus Sabdarifa L. est une plante annuelle de la famille des Malvaceae. Le kenaf s'apparente au coton et possède un système racinaire pivotant. A maturité, ses tiges peuvent atteindre de 1,9m à 3,7m pour un diamètre de base de 1,5 à 2,5cm. Il est constitué de fibres dites longues de 3 à 200mm, correspondant à 40% masse sèche, et de fibres dites courtes de 0,5 à 3mm, correspondant à 60% de masse sèche. Le kenaf est connu et utilisé essentiellement pour ses propriétés d'absorption qui sont nettement supérieures à celles du chanvre et du lin, ce qui explique son utilisation dans le domaine de la dépollution. A titre d'exemple, le kenaf peut absorber jusqu'à 12 fois sa masse, alors que le chanvre est limité à 3 fois sa masse. Par ailleurs, le kenaf présente des propriétés mécaniques identiques ou supérieures au chanvre et au lin, et son rendement est également supérieur à celui du chanvre et du lin. Dans le cadre de l'invention, on utilise de préférence des fibres de kenaf ayant une longueur comprise entre environ 0,5 à 200mm et un diamètre compris entre environ 10 et 30�m. Le premier composant formant le coeur et/ou le deuxième composant formant l'enveloppe de la fibre peuvent comporter au moins un additif, tel qu'un retardateur de flamme comme par exemple un agent ignifuge non-halogéné ou des sels métalliques en proportion d'environ 0,2 à 6% en poids, ou d'autres additifs tels que des agents de couplage, lubrifiants, antistatiques, antioxydants ou anti-UV, des pigments, etc. La fibre composite thermofusible obtenue peut également subir un traitement de refroidissement thermique et d'étirement par enroulement pour améliorer telle ou telle caractéristique, comme sa flexibilité, son élongation, etc. Possibilités d'application industrielle : Cette fibre composite thermofusible selon l'invention peut être obtenue selon un procédé classique de filature par co-extrusion au moyen de deux extrudeuses à simple 30 ou double vis, associées et agencées pour extruder un filament continu composite de type coeur-enveloppe d'une finesse d'environ 1 à 3,5dtex, ou tout autre procédé équivalent ou adéquat. Le PLA (1), les fibres naturelles et le ou les éventuels additifs sont introduits dans la première extrudeuse et le PLA (2) et le ou les éventuels additifs sont introduits dans la deuxième extrudeuse. Les premier et deuxième composants sont mis sous pression dans des cylindres thermorégulés et transportés vers une filière au moyen de vis sans fin, permettant d'assurer l'homogénéité et la bonne dispersion des fibres naturelles et des additifs par l'effet de chaleur, le cisaillement et la géométrie des vis. En sortie de filière, le filament continu composite ainsi obtenu est refroidi par un procédé à air ou à eau puis enroulé sur une bobine. Il est ensuite travaillé comme un filament traditionnel pour en faire des fibres plus ou moins longues en fonction des besoins, destinées à être mélangées aux matériaux à lier. Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir l'obtention de fibres thermofusibles 100% écologiques et n'utilisant que des matériaux renouvelables. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à 20 toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. Revendications1. Fibre composite thermofusible, destinée notamment à la fabrication de produits textiles ou similaires, en particulier de produits dits � non tissés �, cette fibre étant constituée d'au moins un premier composant formant un coeur et d'au moins un deuxième composant formant une enveloppe entourant ledit coeur pour former ladite fibre, dans laquelle le point de fusion dudit premier composant est supérieur au point de fusion dudit deuxième composant, caractérisée en ce que ledit premier composant et ledit deuxième composant comportent respectivement au moins un biopolymère. 2. Fibre composite thermofusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le biopolymère dudit premier composant et le biopolymère dudit deuxième composant sont des acides polylactiques. 3. Fibre composite thermofusible selon la revendication 2, caractérisée en ce que le biopolymère dudit premier composant formant ledit coeur est un acide polylactique ayant un point de fusion compris entre 160 et 250°C. 4. Fibre composite thermofusible selon la revendication 2, caractérisée en ce que le 20 biopolymère dudit deuxième composant formant ladite enveloppe est un acide polylactique ayant un point de fusion compris entre 60 et 220°C. 5. Fibre composite thermofusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier composant formant ledit coeur est renforcé par ajout de fibres naturelles dans 25 une proportion de 10 à 60% en poids. 6. Fibre composite thermofusible selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites fibres naturelles sont des fibres de 0,5 à 200mm et d'un diamètre de 10 à 30�m. 7 30 7. Fibre composite thermofusible selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites fibres naturelles sont des fibres végétales choisies dans le groupe comprenant la cellulose, le chanvre, le lin, le jute, le sisal, le kenaf, l'alfa. 8. Fibre composite thermofusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier composant formant ledit coeur et/ou le deuxième composant formant ladite enveloppe comporte au moins un additif. 9. Fibre composite thermofusible selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit additif est choisi dans le groupe comprenant un retardateur de flamme, un agent de couplage, lubrifiant, antistatique, antioxydant et/ou anti-UV, des pigments. 10. Fibre composite thermofusible selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit retardateur de flamme est un agent ignifuge non-halogéné en proportion de 0,2 à 6% en poids. I 1. Fibre composite thermofusible selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est obtenue selon un procédé de filature par co-extrusion agencé pour réaliser un filament continu composite constitué au moins d'un coeur et d'une enveloppe entourant ledit coeur.