Brevet FR3091541A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : Installation de production de non-tissés [0001] La présente invention se rapporte aux installations de production de non-tissés par voie sèche. [0002] Les installations de production de non-tissés par voie sèche comprennent géné- ralement une section de formation d'un voile ou d'une nappe, qui comprend une ou deux cardes, suivie d'une section de consolidation par jets d'eau, généralement sur plusieurs cylindres rotatifs et convoyeurs successifs, puis une section d'extraction d'eau par vide poussé, le plus souvent, ensuite, une section de séchage et enfin un enroulement. [0003] Ces installations par voie sèche ont l'avantage de produire des non-tissés légers, gé- néralement de 20 à 80 g/m2 à des vitesses élevées de 150 à 350 m/minute. Les non-tissés produits sont de bonne qualité et sont produits de manière économique, mais ont une résistance à la traction en sens machine bien supérieure à la résistance à la traction en sens travers. Ceci provient du mode de formation des voiles par cardage direct. Les rapports de résistance sens machine/sens travers sont généralement. supérieurs à 3/1 voire 4/1, c'est-à-dire que la résistance à la traction en sens machine est quatre fois supérieure à la résistance à la traction du même non-tissé en sens travers. [0004] Lorsque l'on veut produire des non-tissés ayant des propriétés de résistance très proches dans le sens machine et dans le sens travers, il est d'usage d'intercaler, entre la carde et le poste de consolidation, un étaleur-nappeur. L'étaleur-nappeur croise en couches superposées et en travers le voile de carde pour donner de la résistance à la traction en sens travers. Mais cette technique a principalement l'inconvénient d'être lente et d'être adaptée à des nappes lourdes, à tout le moins plus lourdes que le cardage direct. [0005] Pour produire des nappes légères de 40 à 60 g/m2, par exemple avec une carde suivie d'un étaleur-nappeur, il est nécessaire de se limiter à un petit nombre de plis de 1 à 3 plis et d'étirer la nappe à la sortie de l'étaleur-nappeur avec des rouleaux étireurs. Ces deux facteurs, petit nombre de plis et utilisation d'un étireur, sont néfastes à l'homogénéité de la nappe et du non-tissé produit. De plus, et dans les meilleures conditions possibles de vitesse, la production de non-tissés légers avec étaleur-nappcur est limitée à environ 180 à 200 kg/h et par mètre de largeur de production et avec des fibres fines de titre compris entre 1,3 et 2,2 dtcx. [0006] On a trouvé, suivant l'invention, une installation qui permet de produire des non- tissés par voie sèche d'un poids surfacique même compris entre 40 et 80 g/m2 par cardage direct à des cadences élevées et avec des rapports de résistance en sens machine/sens travers de moins de 2,5/1, voire de moins de 2/1, voire de moins de 1,5/1 2 et très proches de 1,0 bien adaptés à des marchés qualitatifs, comme les lingettes professionnelles ou les masques cosmétiques, où l'on souhaite des non-tissés aussi légers que possible, pourvu que l'on règle comme il convient suivant l'invention les vitesses de rotation des éléments dont l'installation est constituée. [0007] La productivité est augmentée de 40 à 50% par rapport à une installation avec étaleur-nappeur et étireur de même largeur en production de non-tissés légers. De plus, l'invention ne nécessite qu'une carde et pas d'autres machines supplémentaires comme nappeur et étireur, nécessite bien moins d'investissement, met en oeuvre bien moins d'éléments mécaniques en mouvement (rouleaux, tapis, par exemple) et consomme moins d'énergie par kilo de produit. [0008] L'installation de production de non-tissés par voie sèche suivant l'invention comprend un tambour de carde entraîné en rotation dans un premier sens de rotation et à une première vitesse circonferentielle de rotation par des premiers moyens d'entraînement, en donnant un voile de fibres. Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend, immédiatement en aval du tambour dans le sens de passage des fibres de l'installation, un cylindre de transfert entraîné en rotation dans un second sens de rotation, contraire au premier sens de rotation, et à une deuxième vitesse circonférentielle de rotation par des deuxièmes moyens d'entraînement en rotation, la deuxième vitesse étant supérieure à la première vitesse, le cylindre de transfert ayant à la périphérie une garniture comprenant un pluralité de dents inclinées par rapport au rayon du cylindre et orientées dans le second sens de rotation, et immédiatement en aval du cylindre de transfert, un système comprenant, d'amont en aval en succession immédiatement, au moins un peigneur, au moins un condenseur, au moins un détacheur, un premier tapis convoyeur sans fin, un tambour aspirant et un deuxième tapis convoyeur sans fin, le tambour aspirant étant adjacent au brin supérieur des premier et deuxième tapis convoyeurs et assurant le passage des fibres de l'un à l'autre. [0009] Par immédiatement en aval, on entend, dans le présent mémoire, soit que ce qui est immédiatement en aval est adjacent à ce qui est immédiatement en amont, soit au moins qu'il n'y a pas d'autres rouleaux ou tambours entre eux. [0010] D'une manière inattendue, cette installation permet de se dispenser d'un étaleur- nappeur. Ce qui est particulièrement surprenant est que l'amélioration de l'isotropie du non-tissé se fait sentir non seulement immédiatement après le cylindre de transfert denté, mais au-delà de plus en plus tout le long de la ligne. [0011] Avec une installation dépourvue du cylindre de transfert et si on fait varier les rapports de vitesse suivant l'invention notamment comme précisé au tableau suivant, on produit des plis et défauts d'aspect dans le non-tissé sans pour autant améliorer suffisamment le rapport de résistance sens machine/sens travers. [0012] De préférence, le rapport de la deuxième vitesse à la première vitesse est supérieur ou 3 égal à 1,6, et mieux encore supérieur ou égal à 1,7. [0013] Lorsque, de préférence, les rapports de vitesse de rotation des différents éléments de l'installation sont les suivants : [0014] [Tableauxl] cylindre 2 / tambour 1 1,6 à 1,8 peigneurs 3 et 4 / cylindre 2 0,06 à 0,20 condenseurs 5 et 6 / peigneurs 3 et 4 0,28 à 0,55 détacheurs 7 et 8 / condenseurs 5 et 6 0,70 à 1,75 convoyeur 9 / détacheurs 8 0,95 à 1,10 tambour 10 / convoyeur 9 0,70 à 0,90 convoyeur 11 / tambour 10 0,70 à 1,00 cylindre 12 / convoyeur 11 0,75 à 1,05 100151 On peut obtenir un produit non-tissé à base de fibres artificielles et/ou synthétiques comme le viscose, lyocell, polyester ou polypropylène de masse au mètre carré comprise entre 40 et 80 g/m2 et dont les fibres ont un titre compris entre 1,3 et 2,2 dtex et ont une longueur comprise entre 30 et 50 mm, le rapport de la résistance à la traction sens machine/sens travers va de 1,0 à 1,5 et l'allongement en sens machine est compris entre 35% et 70% et, de préférence, entre 40 et 60% et l'allongement en sens travers est compris entre 70 et 130% et, de préférence, compris entre 90 et 125%. 100161 Les mesures de résistance dans le sens long (MD) et dans le sens travers (CD), et de masse au m2 sont conduites selon les normes ERT de FEDANA (European Disposables And Nonwovens Association) à savoir : 100171 a) Masse au mètre cané : 100181 On conditionne un échantillon pendant 24 heures et on effectue Fessai à 23° Cet à une humidité relative de 50%. [0019] On coupe au moins 3 échantillons d'une surface d'au moins 50 000 mm2 avec un appareil de découpe appelé massicot. [0020] Chaque échantillon est pesé sur une balance de laboratoire ayant une précision de 0,1% de la masse des échantillons pesés. [0021] h) Résistance et allongement dans le sens long et dans le sens travers : [0022] On conditionne un échantillon pendant 24 heures et on effectue l'essai à 23° C et à une humidité relative de 50%. On utilise pour le test un dynamomètre comprenant un jeu de mâchoires fixes et un jeu de mâchoires mobiles se déplaçant à une vitesse constante. Les mâchoires du dynamomètre ont une largeur utile de 50 mm. Lc dynamomètre est équipé d'un enregistreur, qui permet de tracer la courbe de la force de traction en fonction de l'allongement. On coupe 5 échantillons de 50 mm, plus ou moins 0,5 mm de largeur et de 250 mm de longueur, ceci dans le sens long et dans le sens travers du non-tissé. Les échantillons sont testés un par un, à une vitesse constante de traction de 100 mm par minute et avec une distance initiale entre mâchoires de 200 mm. Le dynamomètre enregistre la courbe de la force de traction en newtons en fonction de l'allongement. [0023] L'invention a également pour objet un procédé de production du produit non-tissé ci- dessus, dans lequel on fait fonctionner l'installation suivant l'invention en donnant à ses divers éléments les vitesses de rotation permettant d'obtenir les rapports souhaités. [0024] Le diamètre du cylindre de transfert est, de préférence, inférieur à celui du tambour de carde. Le rapport est, par exemple, compris entre 0,40 et 0,50. Généralement, le tambour de carde a un diamètre compris entre 900 et 1 500. [0025] L'angle d'inclinaison des dents avec le rayon peut être compris entre 70° et 80°. La hauteur radiale des dents est avantageusement comprise entre 0,7 et 1,5 mm. Les dents sont réparties uniformément sur toute la périphérie du cylindre de transfert, l'intervalle entre deux dents voisines étant compris entre 1,3 et 2,3 mm. La largeur des dents à leur hase est comprise entre 0,70 et 1,2 mm. La distance entre le tambour de carde et le cylindre de transfert est inférieure à 1 mm, en étant, de préférence, comprise entre 0,4 et 0,6 mm. [0026] Les flancs latéraux des dents peuvent être rectilignes ou incurvés. [0027] Les dents sont, de préférence, pointues. [0028] Le cylindre de transfert et sa garniture peuvent être en métal. [0029] Le tambour de carde est constitué de la même façon que le cylindre de transfert en ayant des dents inclinées d'un angle identique à l'inclinaison des dents du cylindre de transfert dans le sens contraire. [0030] Les dents sont inclinées dans le sens de rotation. [0031] De préférence, on diminue encore l'anisotropie du non-tissé par un cylindre aspirant adjacent au brin supérieur du deuxième tapis convoyeur. [0032] L'installation comprend, généralement à la tin, un dispositif de consolidation sur le cylindre aspirant et ou en aval de celui-ci. Le dispositif de consolidation peut être par jets d'eau ou par jets d'air chaud ou par calandre ou par aiguilletage ou s'effectuer dans un four de consolidation à air chaud ou autres. [0033] Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : [0034] - la figure 1 est un schéma d'une installation suivant l'invention, tandis que [0035] - les figures 2 et 3 sont des vues à plus grande échelle des dents de la garniture du cylindre de transfert. [0036] L'installation de la figure 1 comprend au moins un tambour 1 de carde entraîné par son propre moteur, un cylindre 2 de transfert entraîné en rotation par son propre moteur, qui décharge totalement le tambour 1 des fibres à sa surface. A la suite de ce cylindre 2 de transfert, un ou deux peigneurs 3 et 4 entraînés par leur propre moteur prélèvent les fibres à la surface du cylindre 2 de transfert. TI y a ensuite les condenseurs 5 et 6 et les détacheurs 7 et 8, entraînés par leur propre moteur, puis un transfert sur un tapis 9 convoyeur. L'installation comporte ensuite un tambour 10 aspirant de condensation et de transfert disposé entre le convoyeur 9 et un tapis 11 convoyeur d'entrée dans une installation de consolidation par jets d'eau. Avantageusement, l'installation de consolidation par jets d'eau est conforme à celle décrite dans le brevet européen 1 554 421. Elle comporte un premier cylindre 12 de consolidation par jets d'eau tangent au tapis 11 et comprenant un injecteur 13 de prémouillage, disposé sensiblement au point de transfert entre le tapis 11 et le cylindre 12 et des injecteurs 14 et 15 de consolidation. Ce premier cylindre 12 de consolidation est éventuellement suivi d'autres cylindres de consolidation par jets d'eau, pour conférer une meilleure résistance aux non-tissés ainsi produits. [0037] Les divers éléments tournants de l'installation sont entraînés par leur propre moteur qui sont schématisés à la figure 1 par les flèches qui indiquent les sens de rotation pour les deux d'entre eux les plus en aval dans le sens de partage du voile de carde. [0038] La distance entre le tambour 11 et le tapis 9 et entre le tapis 11 et le cylindre 12 est comprise entre 2 et 15 mm. [0039] Aux figures 2 et 3, le cylindre 2 de transfert est équipé sur sa périphérie d'une garniture G métallique. Cette garniture G est composée d'une pluralité de dents 16. A la figure 2, la double flèche L représente la direction parallèle à l'axe longitudinal du cylindre 2 de transfert, c'est-à-dire la direction orthogonale au plan de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe de la garniture du cylindre 2 de transfert selon un plan transversal à son axe longitudinal. Les dents 16 de la garniture G sont alignées sous la forme de rangées adjacentes parallèles à l'axe longitudinal du cylindre 2 de transfert. A la figure 2, seules deux rangées adjacentes de dents 16 ont été représentées. Chaque dent 16 de la garniture G est inclinée par rapport au rayon du cylindre 2 de transfert selon un angle A et est orientée dans le sens de rotation du cylindre 2 (vitesse circonférentielle). La distance e circonférentielle entre deux points de dents voisines est égale à 1,80 mm La longueur H axiale d'une dent est égale à 1,20 mm. [0040] Les exemples suivants illustrent l'invention. [0041] Exemple 1 (comparatif) [0042] Une nappe d'environ 60 g/m2 composée de 50% de fibres de polyester de 1,7 dtex et 38 mm de longueur et de 50% de viscose de 1,7 dtex et de 40 mm de longueur est produite à une vitesse d'environ 78 m/min au niveau du cylindre 12. [0043] Pour cet essai, la carde est une carde classique, sans tambour 2, et réglée selon les réglages de production optimums en production de non-tissés. Les vitesses de chaque 6 élément sont décrites dans le tableau ci-après. [0044] Le cylindre de liage 12 est recouvert d'un manchon micro perforé tel que décrit dans le brevet français 2 734 285. La nappe est d'abord mouillée par un injecteur 13 projetant des jets d'eau de 140 microns de diamètre avec une pression de 10 bars, les jets étant espacés les uns des autres de 0,9 mm sur deux rangées. La nappe ainsi mouillée et légèrement consolidée est alors soumise à l'action de deux injecteurs hydrauliques successifs 14 et 15 projetant des jets d'eau de 120 microns de diamètre à des pressions croissantes de 70 bars et 90 bars, les jets étant espacés les uns des autres de 1,4 mm sur deux rangées. [0045] Le cylindre de liage 12 est suivi d'un autre cylindre de liage, non représenté, et recouvert du même manchon micro perforé que 12 et équipé d'un injecteur projetant sur la face opposée aux injecteurs 14 et 15, des jets d'eau de 120 microns de diamètre à une pression de 100 bars. [0046] Le non-tissé ainsi obtenu est ensuite transféré sur un tapis aspirant connecté à un gé- nérateur de vide, puis séché à une température de 140° C dans un four à air traversant. [0047] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme. [0048] Exemple 2 (comparatif) [0049] On répète les conditions de l'exemple 1 avec une installation selon l'invention, qui comprend maintenant un cylindre 2, mais en faisant fonctionner l'installation aux vitesses indiquées dans le tableau ci-après. [0050] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme, mais le rapport MD/CD est médiocre. [0051] Exemple 3 [0052] On répète les conditions de l'exemple 2. Pour cet essai, les vitesses des différents éléments sont modifiées selon le tableau ci-après. [0053] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme et un rapport MD/CD satisfaisant. [0054] Exemple 4 [0055] On répète les conditions de l'exemple 2. Pour cet essai, les vitesses des différents éléments sont modifiées selon le tableau ci-après. [0056] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme et un rapport MD/CD encore meilleur que dans l'exemple 3. [0057] Exemple 5 [0058] On répète les conditions de l'exemple 2. Pour cet essai, les vitesses des différents éléments sont modifiées selon le tableau ci-après. [0059] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme et un rapport MD/CD encore meilleur que dans l'exemple 4. [0060] Exemple 6 7 [0061] On répète les conditions de l'exemple 2. Pour cet essai, les vitesses des différents éléments sont modifiées selon le tableau ci-après. [0062] On obtient un non-tissé pesant environ 60 g/m2. Le non-tissé a un aspect uniforme d'un rapport MD/CD de 1,2, tout à fait remarquable et inattendu. [0063] Exemple 7 (comparatif) [0064] On répète l'exemple 1 avec une carde classique dépourvue de cylindre de transfert, en appliquant les rapports de vitesse de l'exemple 5 des peigneurs jusqu'au cylindre 12. Le non-tissé produit a de nombreux plis en sens transversal et est inutilisable ou invendable. [0065] [Tableaux2] Organes Unités Exempt e Exempt e Exempt e Exempt e Exempt e Exempt e 1 2 3 4 5 6 Tambour 1 m/min 1300 850 850 850 850 850 Tambour 2 m/min 0 1450 1450 1450 1450 1450 Peigneur 3 m/min 78 78 96 120 146 177 Peigneur 4 m/min 77 77 96 120 146 177 Condenseur 5 m/min 38 38 45 56 68 83 Condenseur 6 m/min 38 38 45 56 68 83 Détachera- 7 m/min 74 74 74 92 112 136 Détachera- 8 m/min 74 74 74 92 112 136 Convoyeur 9 m/min 74 74 74 93 113 137 Tambour 10 m/min 75 75 75 74 90 109 Convoyeur 11 m/min 75 75 75 74 73 89 Cylindre 12 m/min 79 79 79 78 77 77 Masse surfacique g/m2 60,5 60,5 60,0 60,2 60,0 60,4 Résistance MD à N/50 mm 110,0 103,0 101,3 86,2 79,8 62,9 la traction N/50 mm 26,2 36,3 41,5 44,8 52,0 54,3 Résistance CD à % 28,9 36,5 42,8 51,2 52,8 59,0 la traction % 135,0 125,7 124,8 110,0 108,0 99,8 Allongement MD Allongement CD Sans unité 4,2 2,8 2,4 1,9 1,5 1,2 Rapport MD/CD 100661 MD signifie sens machine, CD signifie sens travers. 100671 L'unité m/min est l'unité de vitesse circonférentielle des divers éléments constitutifs de l'installation. 100681 En particulier, le rapport de la deuxième vitesse à la première vitesse est supérieur ou 8 égal à 1,2 et, de préférence, supérieur ou égal à 1,3. [0069] De préférence, le rapport de la vitesse circonférentielle du peigneur 3, 4 à celle du cylindre 2 est compris entre 0,10 et 0,20, la vitesse circonférentielle du condenseur 5, 6 à celle du peigneur 3, 4 est comprise entre 0,35 et 0,55, le rapport de la vitesse circonférentielle du détacheur 7, 8 à celle du condenseur 5, 6 est compris entre 1,50 et 1,75, le rapport de la vitesse du tapis 9 convoyeur à celle du condenseur 5, 6 est compris entre 0,95 et 1,10 et la vitesse du deuxième tapis 11 convoyeur à la vitesse circonférentielle du tambour 10 est comprise entre 0,70 et 0,90. [0070] Le produit non-tissé à hase de fibres artificielles et/ou synthétiques a une masse au m 2 comprise notamment entre 45 et 80 g/m2. 9