Brevet FR3061916A1 — publié le 20180720

L'invention concerne le domaine de la fabrication des non-tissés et des matériaux similaires tel que le papier, et de manière générale celui des matériaux obtenus par assemblage de fibres, quel que soient les techniques employées. L'invention concerne plus particulièrement les opérations de consolidation et de séchage dans la fabrication de tels matériaux. Les non-tissés sont utilisés aujourd'hui dans de nombreuses applications, aussi bien dans des domaines grand public comme le domaine cosmétique et d'hygiène, que dans des domaines techniques, comme le domaine médical mais aussi le domaine industriel. En effet, le principe même de production des non-tissés permettent de conférer aux textiles non-tissés des propriétés particulières en fonction des applications visées. Les non-tissés sont généralement obtenus à partir d'un enchevêtrement de fibres, naturelles ou synthétiques ou mélangées, et sont fabriqués sur des lignes à défilement continu. A cet effet, les fibres subissent généralement une première étape qui a pour but de démêler et organiser les fibres selon une première direction, formant alors ce qui est communément appelé un voile. Les fibres du voile ne sont pas liées entre elles. Afin d'augmenter la résistance et la tenue mécanique du voile, celui-ci subit alors une étape de consolidation consistant à entremêler les fibres selon une deuxième direction qui est celle de l'épaisseur du voile. L'étape de consolidation peut être réalisée de différentes méthodes. On peut citer notamment la consolidation par aiguilletage, dans laquelle le voile est transpercé dans le sens de son épaisseur par des aiguilles, provoquant l'entremêlement des fibres. Un inconvénient est que pendant que les aiguilles sont dans l'épaisseur du voile, celui-ci ne peut plus avancer sur la ligne, diminuant les cadences de production. Une autre méthode est la consolidation par chauffage, dans laquelle le voile passe entre deux roulants pressant le voile selon son épaisseur et le chauffant. Un inconvénient est que le produit obtenu est rigide et rêche, limitant les possibilités d'application des non-tissés obtenus par cette méthode. Une autre méthode est la consolidation par jet d'eau sous pression, appelée hydroliage, dans laquelle des jets d'eau assurent l'entremêlement des fibres. Les avantages de cette méthode sont notamment que le produit obtenu au final est plus doux, que le voile peut continuer à défiler sur la ligne pendant la consolidation par 3061916 2 injection d'eau, et qu'elle est facilement contrôlable en ajustant les paramètres d'injection d'eau. Cependant, un inconvénient est l'utilisation d'eau qui implique une étape ultérieure de séchage. Il arrive également que même sans l'étape de consolidation à 5 l'eau, les étapes antérieures impliquent de l'eau, si bien que le voile doit tout de même être séché. Le séchage est effectué typiquement dans un four de séchage comprenant un tambour autour duquel le voile s'enroule. L'air dans le tambour est chauffé, et une dépression peut être créée dans le tambour, aspirant l'air chaud au travers du voile. 10 L'eau s'évapore alors dans le four, séchant le voile. Le document W02006/092814 décrit un exemple d'une portion d'une ligne de production d'un non-tissé comprenant un équipement de consolidation à eau suivi d'un four de séchage à tambour. Un inconvénient des fours de séchage est la consommation d'énergie pour porter 15 le voile à une température suffisante pour obtenir l'évaporation de l'eau. Le document EP 2 896 730 propose un système permettant d'utiliser l'énergie thermique de l'air rejeté par le four pour commencer le séchage du voile en amont du four. A cet effet, l'air rejeté par le four est séparé en une première partie réchauffée et recirculée dans le four, et une deuxième partie dont l'humidité est réglée à un taux 20 inférieur à 100%. En amont du four, une caisse de diffusion délivre l'air encore chaud rejeté par le four sur le voile, élevant la température du voile avant qu'il n'entre dans le four. Une caisse de séchage placée sous le four en vis-à-vis de la caisse de distribution récupère l'air humidifié qui a traversé le voile. Cependant, ce système implique, pour contrôler l'humidité dans l'air rejeté par le 25 four avant de le renvoyer sur le voile en amont du four, de consommer de l'énergie supplémentaire, soit pour chauffer l'air rejeté, soit pour augmenter le débit d'air chaud dans le four, ou le débit de la première partie de l'air rejeté par le four. En outre, la mise en place d'une caisse de séchage et d'une caisse de distribution en supplément sur la ligne de production augmente son encombrement au sol, ce qui n'est pas souhaitable. 30 Par conséquent, ce système n'apporte pas entière satisfaction, et il existe un besoin pour une nouvelle solution permettant de réduire la consommation d'énergie lors de la production d'un non-tissé. 3061916 3 Un premier objet de l'invention est de permettre d'optimiser la récupération d'énergie du four de séchage. Un deuxième objet de l'invention est de d'augmenter les cadences de production. Un troisième objet de l'invention est de fournir un non-tissé aux propriétés 5 mécaniques élevées. Un quatrième objet de l'invention est de favoriser le séchage du voile dans le four. Un cinquième objet de l'invention est de baisser les coûts de production. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une installation de consolidation et de séchage d'un voile fabriqué à partir de fibres, dans laquelle le voile 10 est en défilement. L'installation comprend notamment successivement dans le sens de défilement des fibres au moins une station de consolidation du voile et au moins une station de séchage du voile. La station de consolidation comprend au moins un injecteur d'un fluide de consolidation sous forme liquide sous pression dirigés vers le voile pour consolider les fibres et une source de fluide de consolidation connectée à l'injecteur. La 15 station de séchage comprend par ailleurs un four de séchage dans lequel le fluide de consolidation du voile est évaporé. L'installation comprend en outre un dispositif de récupération de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four de séchage disposé entre la source et l'injecteur de la station de consolidation pour réchauffer le fluide de consolidation alimentant ledit injecteur. 20 Ainsi, l'installation permet de recycler une partie de la chaleur générée dans la station de séchage dans une étape de préchauffage. Cette étape de préchauffage étant astucieusement réalisée dans la station de consolidation, il n'y a pas d'équipement supplémentaire sur l'installation qui rallonge la ligne de production du voile. Selon un mode de réalisation, le dispositif de récupération de la chaleur comprend 25 un échangeur de chaleur entre le fluide de consolidation évaporé dans le four et le fluide de consolidation alimentant l'au moins un injecteur de la station de consolidation. La récupération de la chaleur se fait ainsi de manière peu coûteuse, et en même temps que le fluide de consolidation est alimenté à la station de consolidation. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de récupération de la chaleur 30 comprend un condensateur pour condenser au moins en partie le fluide de consolidation évaporé dans le four. Le condensateur est alors connecté à la station de consolidation 3061916 4 pour alimenter au moins en partie le au moins un injecteur en fluide de consolidation condensé. En variante, la station de consolidation peut comprendre un dispositif de récupération d'une partie du fluide de consolidation afin de le recycler vers la source et 5 réduire les coûts. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de récupération d'énergie peut comprendre un système de contrôle de la température du fluide de consolidation alimentant l'au moins un injecteur de la station de consolidation, de manière à régler la température du fluide de consolidation qui entre en contact avec le voile dans la station 10 de consolidation, en tenant compte par exemple de la nature des fibres du voile, et des propriétés finales visées pour le voile. Selon un mode de réalisation, le fluide de consolidation est de l'eau. L'eau est facilement disponible et peu coûteuse. En outre, ses températures de changement de phase sont compatibles avec une utilisation pour la production de non-tissés et 15 matériaux similaires. Selon un mode de réalisation, la station de consolidation comprend une pluralité d'injecteurs à distance les uns des autres selon le sens de défilement des fibres. Le dispositif de récupération de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four est alors disposé entre la source en fluide de consolidation et l'ensemble des injecteurs 20 de la station de consolidation. Ainsi, l'ensemble des injecteurs de la station de consolidation participent au préchauffage du voile avant son entrée dans la station de séchage. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de consolidation et de séchage d'un voile formé à partir de fibres au sein d'une installation tel que présenté ci- 25 dessus et comprenant au moins : une étape de consolidation des fibres du voile par injection du fluide de consolidation dans la station de consolidation ; une étape de séchage du voile par chauffage du voile dans la station de séchage. Le procédé comprend en outre une étape de récupération de la chaleur du fluide 30 de consolidation évaporé dans l'étape de séchage pour réchauffer le fluide de consolidation alimentant au moins un des injecteurs dans l'étape de consolidation. Ainsi, une étape de préchauffage du voile est mise en oeuvre en même temps que l'étape 3061916 5 de consolidation, ne rallongeant pas la ligne de production du voile, et donc n'augmentant pas les cadences de production, tout en étant offrant un recyclage de l'énergie. Selon un mode de réalisation, dans l'étape de récupération, au moins 50% de la 5 chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four de séchage est récupérée. Selon un mode de réalisation, le fluide de consolidation alimentant le au moins un injecteur a une température supérieure à 40°C. D'autres effets et avantages de l'invention apparaitront à la lumière de la description accompagnée de la figure unique représentant de manière schématique une 10 installation de consolidation et de séchage d'un voile. Sur la figure unique, il est représenté un tronçon d'une ligne de production d'un non-tissé à partir de fibres. La ligne de production comprend typiquement une station de déchargement, non représentée, dans laquelle les fibres sont déversées en un débit contrôlé, en général 15 continu, et pour une épaisseur contrôlée sur un convoyeur en défilement continu. Les fibres sont ensuite travaillées pour former un voile, par exemple dans une station de cardage, également non représentée. En variante, le voile peut être obtenu par d'autres techniques telles que la technique aérodynamique ou la technique par extrusion de filament, qui peuvent impliquer l'utilisation d'eau mais non nécessairement. 20 Le voile 4 est ensuite amené dans une installation 1 de consolidation et de séchage conforme à l'invention. Sur l'ensemble de la ligne de production, et plus particulièrement dans l'installation 1 de consolidation et de séchage, le voile 4 est en défilement continu ou quasi-continu. 25 L'installation 1 comprend successivement selon le sens de défilement du voile une station 2 de consolidation et une station 3 de séchage. Le voile 4 est déplacé en défilement continu sur la ligne de production au moyen d'un système de convoyage pouvant comprendre des cylindres d'entraînement et des tapis convoyeurs. Selon le mode de réalisation de la figure unique, le système de convoyage 30 comprend, successivement selon le sens de défilement du voile, deux cylindres 5, 6 et un premier tapis 7 entraînant le voile pendant son trajet dans la station 2 de consolidation. 3061916 6 La station 2 de consolidation comprend au moins un injecteur. On définit un injecteur comme tout dispositif permettant de former au moins un jet, en pratique une pluralité de jets de dimensions connues, d'un fluide sous forme liquide. Dans ce qui suit, mais de manière non limitative, le fluide de consolidation est de l'eau. L'injecteur 5 se présente par exemple sous la forme d'un bras s'étendant transversalement à la direction de défilement du voile 4. 11 comprend une pluralité d'ouvertures pour les jets disposées en vis-à-vis du voile 4, et réparties sur sensiblement l'ensemble de la largeur du voile 4. En pratique, la station 2 de consolidation comprend une pluralité d'injecteurs. Par exemple, comme représenté, la station de consolidation comprend cinq 10 injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12 disposés successivement les uns à la suite des autres selon le sens de défilement du voile 4. Par exemple, un premier injecteur 8 et un deuxième injecteur 9 sont disposés en vis-à-vis du voile 4 sur le premier cylindre 5 ; un troisième injecteur 10 et un quatrième injecteur 11 sont disposés en vis-à-vis du voile 4 sur le deuxième cylindre 6 ; et un cinquième injecteur 12 est disposé en vis à vis du voile 4 15 au-dessus du premier tapis 7, directement en amont de la station 3 de séchage. Les jets des injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12 sont dirigés vers le voile 4, pour consolider les fibres par l'action de l'eau envoyée sous pression sur le voile 4. La station 2 de consolidation comprend également une source 13 pour le fluide de consolidation, connectée aux injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12. 20 La station 3 de séchage comprend un four 14 de chauffage dans lequel le voile 4 est entraîné au moyen d'un tambour 15 de séchage. Un premier rouleau 16 périphérique permet d'accompagner le passage du voile 4 entre le premier tapis 7 et le tambour 15 de séchage ; un deuxième rouleau 17 périphérique permet d'accompagner le passage du voile 4 du tambour 15 de séchage à un deuxième tapis 18 de convoyage, lequel permet 25 d'emmener le voile 4 hors du four 14. Le four 14 comprend un dispositif, non représenté, de chauffage permettant de porter la température de l'air à l'intérieur du four 14 à une valeur déterminée. L'eau contenue dans le voile 4 est alors évaporée sous l'effet de la chaleur dans le four 14. Le tambour 15 de séchage peut être percé sur sa périphérie d'une multitude d'ouvertures 30 connectées à une source de vide, de sorte que l'air chaud est aspiré vers l'intérieur du tambour 15 au travers du voile 4. 3061916 7 L'installation 1 comporte par ailleurs un dispositif 19 de récupération de la chaleur du fluide de l'eau évaporée dans le four 14. Le dispositif 19 de récupération de la chaleur est placé d'une part sur le chemin de l'eau évaporée du four 14 et d'autre part entre la source 13 d'eau et au moins un des injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12, de sorte que 5 l'eau alimentant cet injecteur traverse le dispositif 19 de récupération de la chaleur et est chauffée. De préférence, l'injecteur en question est l'injecteur 12 le plus proche du four 14 de chauffage. Cependant, l'ensemble ou une partie des autres injecteurs 8, 9, 10 et 11 peuvent être concernés. Le dispositif 19 de récupération de la chaleur peut notamment être un échangeur 10 de chaleur à calandre, dans lequel l'eau de la source 13 circule. Par exemple, le dispositif 19 de récupération de la chaleur est placé dans une partie 20 haute du four 14. L'eau évaporée traverse l'échangeur de chaleur, chauffe l'eau issue de la source 13 puis est évacuée par un conduit 21 soit pour être de nouveau valorisée soit pour être rejetée. En variante, le dispositif 19 de récupération de la chaleur peut comprendre un 15 condensateur pour condenser au moins en partie l'eau évaporée dans le four 14. L'eau condensée est alors ajoutée à l'eau venant de la source 13, voire seule l'eau condensée alimente l'injecteur 12, l'alimentation depuis la source 13 étant coupée. L'installation fonctionne alors de la manière suivante. Une fois que le voile 4 est formé, il est entraîné dans la station 2 de consolidation 20 de l'installation 1 de consolidation et de séchage en passant sur le premier cylindre 5 et le deuxième cylindre 6. Les injecteurs 8, 9, 10 et 11 envoient sur le voile des jets d'eau pour consolider le voile. Puis le voile passe sur le premier tapis 7 de convoyage, et sous le cinquième injecteur 12, toujours en vue de sa consolidation. Le voile 4 chargé en humidité pénètre dans le four 14 de la station 3 de séchage, et 25 passe sur le tambour 15 de séchage à l'aide du premier rouleau 16 périphérique. Sous l'effet de la chaleur, l'eau contenue dans le voile 4 s'évapore et monte dans la partie 20 haute du four 14, de sorte qu'au moins une partie de la chaleur de l'eau évaporée est récupérée par le dispositif 19 de récupération de chaleur. En pratique, au moins 50% de la chaleur de l'eau évaporée est récupérée par le dispositif 19 de récupération. Puis, 30 l'eau évaporée est évacuée par le conduit 21. L'eau de consolidation depuis la source 13 passe au travers du dispositif 19 de récupération de chaleur, de sorte qu'elle est chauffée avant d'alimenter au moins un des 3061916 8 injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12, et de préférence au moins le cinquième injecteur 12 le plus proche de la station 3 de séchage. L'eau chauffée dans le dispositif 19 de récupération de chaleur peut en variante alimenter l'ensemble des injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12 de la station de consolidation. Une pompe 22 assure la circulation de l'eau depuis la source 5 13, au travers du dispositif 19 de récupération de chaleur et jusqu'aux injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12, sur le sur le voile 4. La température du voile 4 est ainsi augmentée avant d'entrer dans la station de séchage, grâce à la consolidation par l'eau chauffée dans le four 14. L'apport en énergie nécessaire pour augmenter la température du voile 4 dans le four 14 de séchage pour 10 obtenir l'évaporation de l'eau est ainsi réduit. Selon un mode de réalisation, l'installation 1 comprend en outre un système de contrôle de la température de l'eau alimentant le ou les injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12 de la station 2 de consolidation, par exemple en contrôlant le débit d'eau évaporée et/ou le débit d'eau depuis la source 13 traversant le dispositif 19 de récupération de chaleur 15 et/ou la température de chauffage du four 14. La température de l'eau alimentant le ou les injecteurs 8, 9, 10, 11 et 12 est de préférence supérieure à 40°C, mais demeure inférieure à la température d'évaporation de l'eau, l'eau sortant des injecteurs étant sous forme liquide. La température de l'eau alimentant le ou les injecteurs 8, 9, 10, 11 peut être réglée en fonction de la nature des fibres du voile 4, mais également des propriétés 20 finales visées. La température du voile 4 à l'entrée de la station de séchage s'en trouve ainsi contrôlée pour régler l'apport en énergie nécessaire dans le four 14. Selon encore un mode de réalisation, l'installation 1 de consolidation et de séchage comprend un dispositif de récupération d'une partie au moins de l'eau injectée dans la station 2 de consolidation, afin de la ramener à la source 13, éventuellement 25 après une étape de nettoyage. L'installation 1 de consolidation et de chauffage permet notamment de diminuer la consommation d'énergie d'une ligne de production. La ligne de production ne s'en trouve pas allongée, le voile 4 ne subissant aucune étape supplémentaire par rapport aux étapes habituellement mises en oeuvre. Ainsi, les cadences de production ne s'en trouve 30 pas impactées. L'installation 1 de consolidation et de chauffage n'augmente pas l'encombrement de la ligne de production. Elle peut aisément être mise en place sur une ligne de 3061916 9 production déjà existante. Les coûts de mise en place de cette installation 1 sont faibles, et compensées par le gain en consommation d'énergie. REVENDICATIONS1. Installation (1) de consolidation et de séchage d'un voile (4) fabriqué à partir de fibres, dans laquelle le voile (4) est en défilement, l'installation (1) comprenant successivement dans le sens de défilement des fibres au moins une station (2) de consolidation du voile (4) et au moins une station (3) de séchage du voile (4), installation (1) dans laquelle la station (2) de consolidation comprend au moins un injecteur (8, 9, 10, 11, 12) d'un fluide de consolidation sous forme liquide sous pression dirigés vers le voile (4) pour consolider les fibres et une source (13) de fluide de consolidation connectée à l'injecteur (8, 9, 10, 11, 12), et dans laquelle la station (3) de séchage comprend un four (14) de séchage dans lequel le fluide de consolidation du voile (4) est évaporé, l'installation (1) comprenant en outre un dispositif (19) de récupération de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four (14) de séchage disposé entre la source (13) et l'injecteur (8, 9, 10, 11, 12) de la station (2) de consolidation pour réchauffer le fluide de consolidation alimentant ledit injecteur (8, 9, 10, 11, 12). 2. Installation (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (19) de récupération de la chaleur comprend un échangeur de chaleur entre le fluide de consolidation évaporé dans le four (14) et le fluide de consolidation alimentant l'au moins un injecteur (8, 9, 10, 11, 12) de la station (2) de consolidation. 3. Installation (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (19) de récupération de la chaleur comprend un condensateur pour condenser au moins en partie le fluide de consolidation évaporé dans le four (14), le condensateur étant connecté à la station (2) de consolidation pour alimenter au moins en partie le au moins un injecteur (8, 9, 10, 11, 12) en fluide de consolidation condensé. 4. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la station (2) de consolidation comprend un dispositif de récupération d'une partie du fluide de consolidation. 3061916 11 5. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de (19) récupération d'énergie comprend un système de contrôle de la température du fluide de consolidation alimentant l'au moins un injecteur (8, 9, 10, 11, 12) de la station (2) de consolidation. 5 6. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fluide de consolidation est de l'eau. 7. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 10 laquelle la station (2) de consolidation comprend une pluralité d'injecteurs (8, 9, 10, 11, 12) à distance les uns des autres selon le sens de défilement des fibres, et dans laquelle le dispositif (19) de récupération de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four (14) est disposé entre la source (13) en fluide de consolidation et l'ensemble des injecteurs (8, 9, 10, 11, 12) de la station (2) de consolidation. 15 8. Procédé de consolidation et de séchage d'un voile (4) formé à partir de fibres au sein d'une installation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins : une étape de consolidation des fibres du voile (4) par injection du fluide de 20 consolidation dans la station (2) de consolidation ; une étape de séchage du voile (4) par chauffage du voile (4) dans la station (3) de séchage ; le procédé comprenant en outre une étape de récupération de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans l'étape de séchage pour réchauffer le fluide de consolidation 25 alimentant au moins un des injecteurs (8, 9, 10, 11, 12) dans l'étape de consolidation. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel dans l'étape de récupération, au moins 50% de la chaleur du fluide de consolidation évaporé dans le four (14) de séchage est récupérée. 30 10. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le fluide de consolidation alimentant le au moins un injecteur (8, 9, 10, 11, 12) a une température supérieure à 40°C.