Brevet FR3136246A1 — publié le 20231208

L’invention concerne un procédé pour traiter en surface un matériau à l’aide d’un jet dense d’azote supercritique à haute vitesse (jet HSNJ) dans lequel sont introduites des particules, le jet HSNJ chargé de particules étant appliqué à l’aide d’un canon de projection. Conformément à l’invention, le matériau est un matériau textile constitué de fils multifilamentaires entrelacés et les particules ont une géométrie anguleuse. Procédé pour rendre pileux et rugueux un matériau textile L’invention concerne un procédé pour rendre pileux un matériau textile constitué de fils multifilamentaires entrelacés. Le poly(éthylène téréphtalate), PET, sous forme de structure textile, est un matériau bien adapté à la fabrication de greffons synthétiques tels que les sutures, les greffons vasculaires et les endoprothèses ou les filets pour hernies, en raison de sa bonne résistance mécanique, sa flexibilité et sa biocompatibilité. Récemment, le matériau textile a été étudié comme solution potentielle pour le remplacement des valves cardiaques. Dans cette application particulière, la réaction à un corps étranger, une fois que le textile est implanté in vivo, devient un point critique. Cette réaction se traduit par le développement d’une couche cellulaire fibreuse (fibrose) qui tend à rigidifier le matériau poreux, entravant ainsi le mouvement de la valve. Ce phénomène semble être considérablement affecté par les propriétés de surface du matériau implanté (hydrophilie, rugosité, porosité...). Pour y remédier, il est donc essentiel de minimiser le développement de la fibrose à la surface du matériau d’implant. La réaction biologique dépend de multiples paramètres tels que la nature du matériau utilisé, la déformabilité du substrat, la chimie de la surface ou sa topographie. Ce dernier paramètre joue un rôle majeur dans le mode de prolifération des fibroblastes (cellules responsables de la formation de la fibrose). Un matériau caractérise par une rugosité à l’échelle de la taille du fibroblaste (largeur de l’ordre de 5-10 microns) en surface tend à limiter la prolifération des fibroblastes. En effet, sur les surfaces rugueuses, l’interaction avec les cellules est influencée par la distance entre les pics, la profondeur des creux et la largeur des pics, et nécessite plus d’énergie de déformation de la part des cellules que le cas où la cellule n’a qu’à se poser sur un plan. Les matériaux textiles envisagés pour de tels implants sont constitués d’un textile réalisé avec des fils multifilamentaires en PET, les fils étant constitués d’une cinquantaine de filaments d’un diamètre d’environ entre 5 et 15 microns. L’objectif de l’invention est de soumettre le matériau textile à un traitement de surface pour en augmenter la rugosité, notamment sa pilosité. Cet objectif est atteint en soumettant le matériau textile à un traitement de surface à l’aide d’un jet dense d’azote supercritique à haute vitesse (jet HSNJ) dans lequel sont introduites des particules, le jet HSNJ chargé de particules étant appliqué à l’aide d’un canon de projection. Conformément à l’invention, le matériau est un matériau textile constitué de fils multifilamentaires entrelacés et les particules projetées ont une géométrie anguleuse. Le canon de projection utilisé peut être du type de celui décrit dans la demande de brevet WO 2019/211 462 A1. Les particules sont de préférence des particules de corindon d’une granulométrie comprise entre 5 et 500 µm, de préférence d’une granulométrie comprise entre 106 et 150 µm (F100 selon la norme FEPA) ou entre 212 et 300 µm (F60 selon la norme FEPA). Les particules peuvent être introduites dans le jet HSNJ par effet Venturi, au moyen d’un système d’injection, ou au moyen d’un système combinant l’effet Venturi et l’injection Les particules sont projetées sur le matériau textile avec une vitesse comprise de préférence entre 200 m/s et 500 m/s, en particulier entre 250 m/s et 400 m/s. Dans le cadre de l’utilisation du canon cité ci-dessus, le débit massique avec lequel elles sont projetées sur le matériau peut être compris entre 0,1 et 10 g/s, en étant de préférence supérieur à 0,5 g/s, de façon privilégiée supérieur à 0,6 g/s. La distance entre l’ouverture de sortie du canon de projection et le matériau textile est généralement réglée entre 0 et 800 mm, de préférence entre 300 et 500 mm, de façon privilégiée à 400 mm. La pression statique de consigne du générateur d’azote supercritique transmise au jet est comprise entre 200 et 3 500 bars, de préférence entre 700 et 1 300 bars, de façon privilégiée vaut 1 100 bars. Quand le matériau textile doit servir à des applications médicales, il est de préférence réalisé avec des fils compatibles avec cette application médicale, notamment comme implant ou greffon synthétique. Dans ce cas, les fils sont de préférence en polyester, de préférence en poly(téréphtalate d’éthylène) (PET). De plus, le matériau textile utilisé a de préférence un nombre de fils de trame compris entre 20 et 50 fils/cm, de préférence entre 28 et 34 fils/cm, avec de préférence 88 fils de chaîne, les fils étant de préférence obtenus à partir de filaments de diamètre compris entre 5 et 15 microns. La vitesse relative entre le jet HSNJ et le matériau textile est de préférence comprise entre 0 et 50 m/min. De façon privilégiée, elle vaut 0,105 m/min. On peut envisager de déplacer le jet sur un matériau textile statique, ou de déplacer le matériau textile sous un jet statique. On peut naturellement combiner les deux déplacements. Le temps d’exposition du matériau textile aux particules est compris entre 1 et 15 secondes, de préférence entre 5 et 10 secondes, de façon privilégiée de 7 secondes. Quand le jet se déplace relativement au matériau, le temps d’exposition dépend du diamètre de la tache d’impact et de la vitesse relative. L’invention est présentée plus en détail ci-dessous. Un matériau textile utilisé est un tissu constitué de fils multifilamentaires tissés. Il est soumis à un jet dense d’azote supercritique à haute vitesse, connu également sous son acronyme anglais « HSNJ » (High Speed Supercritical Nitrogen Jet), contenant des particules solides. Ce procédé de traitement de surface permet de fournir à des particules de faible masse (taille des particules à l’échelle de la fibre textile) une énergie cinétique critique pour dégrader superficiellement et de manière irréversible la surface du matériau et modifier localement la rugosité du tissu. Le jet n’a aucune interaction mécanique ou chimique avec le matériau lui-même, puisqu’il se transforme rapidement en gaz avant d’être recyclé dans l’atmosphère. Le procédé peut être réalisé par exemple à l’aide d’un canon comme celui présenté dans la demande de brevet WO 2019/211 462 A1. Un tel canon est constitué d’un canon raccordé en amont à une chambre de mélange, qui elle-même est raccordée à un générateur d’azote supercritique par le biais d’un tube de collimation. Un tube d’amenée de particules est raccordé à la chambre de mélange. Le jet d’azote traverse le dispositif en passant successivement à travers le tube de collimation, la buse, la chambre de mélange et le canon. Le canon peut être un canon constitué d’un convergent suivi d’une conduite cylindrique. Un canon de focalisation diffusion, comme celui décrit dans la demande WO 2019/211462 A1, permet un meilleur contrôle du jet et une tache d’impact plus large et plus homogène. Les particules peuvent être aspirées dans la chambre de mélange par un effet Venturi créé par le passage du jet d’azote supercritique dans la chambre de mélange. Les particules peuvent également être aspirées dans la chambre de mélange par un système pneumatique ou en combinant l’effet Venturi et le système pneumatique. Plusieurs variables peuvent être ajustées en fonction du résultat recherché, en particulier de la rugosité qui se traduit par le taux d’effilochement du matériau textile. Parmi ces variables, il y a : - la taille des particules ou granulométrie ; - le débit massique des particules ; - la pression (P) de consigne transmise au jet d’azote supercritique dont dépend la vitesse des particules ; - la distance (SoD) entre la sortie du canon et le matériau textile à traiter ; et - le temps d’exposition, qui dépend entre autres de la vitesse relative entre le jet HSNJ et le matériau. Concernant les particules, celles-ci doivent être irrégulières avec des angles et/ou des bords tranchants. Le corindon est un exemple typique de particules pouvant être utilisées dans ce type d’application. Si le matériau textile traité doit servir ensuite de greffon synthétique, il est important de choisir les particules ayant une composition sans danger pour la santé dans la mesure où il n’est pas totalement exclu qu’il reste des poussières de particules dans le matériau traité. La granulométrie peut être choisie en fonction de la taille des fibres qui composent le matériau textile à traiter. On utilise de préférence des particules comprises entre 5 et 500 µm. Par exemple, on peut utiliser une granulométrie comprise entre 212 et 300 µm (F60). La vitesse des particules et le débit massique des particules jouent un rôle dans le résultat obtenu. Ces paramètres peuvent être ajustés en fonction du diamètre des fibres utilisées pour le matériau textile, et des filaments dont ils sont constitués, de la nature des filaments, de la pression dans la chambre, et le cas échéant de la vitesse relative du jet HSNJ par rapport au matériau textile traité. La distance (SoD) et l’angle d’ouverture du canon peuvent également être pris en considération dans le choix de la vitesse des particules et du débit massique. Le débit massique est de préférence compris entre 0,1 et 10 g/s. De bons résultats ont été obtenus avec un débit massique de 0,6 g/s et un jet HSNJ statique. La vitesse des particules, et donc leur énergie cinétique au moment de l’impact avec le matériau textile, dépend entre autres de la pression statique de consigne transmise au jet d’azote. Avec un dispositif comme celui décrit dans la demande WO 2019/211462 A1, la vitesse des particules est de l’ordre de 250 m/s avec une pression de 1 000 bars et de l’ordre de 400 m/s avec une pression de 3 000 bars. La pression évoquée ici est la pression statique du fluide azote dans la canalisation du tube de collimation qui se trouve en amont de la buse et du canon. Il s’agit de la pression de consigne réglée par l'opérateur sur le générateur haute pression. La pression de consigne transmise au jet d’azote supercritique doit être choisie de sorte que les filaments superficiels soient coupés, mais sans abimer les filaments internes qui doivent maintenir la cohésion du matériau textile. Quand la pression est trop importante, l’énergie cinétique des particules qui viennent frapper le matériau textile est trop grande et peut conduire à la destruction partielle du tissu. Au contraire, si la pression est insuffisante, les particules n’auront pas assez d’énergie cinétique pour couper suffisamment de filaments en surface. La pression est généralement choisie entre 200 et 3 500 bars. Le choix se fait notamment en fonction de la distance (SoD). Pour une distance (SoD) de 400 mm, une pression de 1 100 bars semble particulièrement bien adaptée. Avec 900 bars, le taux d’effilochement est moindre, tandis qu’avec 1 300 bars, il devient trop important. À 1 500 bars, on peut observer une dégradation du matériau textile. Par ailleurs, pour une même pression, plus la sortie du canon est éloignée, plus l’énergie cinétique des particules diminue, car le jet est ralenti par l’air ambiant et plus la taille de la tache d’impact du jet sur le matériau textile s’élargit. La distance (SoD) peut varier entre 0 et 800 mm. Plus la distance est courte, plus le spot d’impact est étroit. Au contraire, plus la distance est grande, plus le spot d’impact est grand. Exemple de réalisation Les conditions expérimentales suivantes ont donné de très bons résultats : Paramètres Valeurs Particules : corindon blanc SR.A Granulométrie : 212-300 µm (F60) Débit massique : 0,6 g/s Vitesse des particules: 250 m/s (à 1 000 bars) Pression statique: 900 / 1 100 / 1 300 bars Distance (SoD): 400 mm Vitesse relative du jet: 0 m/s Temps d’exposition: 7 secondes Matériau textile: Tissu en polyester L’expérience a été réalisée avec des tissus en fibres polyester avec deux densités de fils de trame : 34 fils/cm (P34) et 28 fils/cm (P28). Les caractéristiques des tissus utilisés sont résumées dans le tableau suivant : Paramètres Tissu P34 Tissu P28 Épaisseur (mm) : 0,17 0,18 Rugosité (µm) : 3,042 2,576 Rigidité à la flexion (x10 -2 g.f.cm 2 /cm) : 15,84 12,76 Densité surfacique (g/m 2 ) : 97,25 94,25 Densité de chaîne (fils/cm) : 88 88 Densité de trame (fils/cm) : 34 28 Diamètre des fils (µm) : 107 107 Nombre de filaments par fil 50 50 Titrage des fils (tex) : 9,71 9,71 Les résultats sont présentés sur les figures qui montrent : des vues au microscope électronique à balayage de matériaux textiles P34 (à gauche) et P28 (à droite), avec une distance (SoD) de 400 mm, un débit massique de 0,6 g/s, à 900 bars (A et B), 1 100 bars (C et D) et 1 300 bars (E et F) ; l’influence de la pression (a) sur la rugosité SMDet (b) sur le profil de gonflement de la fibre ; l’influence de la pression statique sur le profile de la rigidité en flexion du matériau textile ; l’influence de la pression statique sur le profil de l’épaisseur du matériau textile ; le comportement du mouillage sur un tissu P34 ; le comportement du mouillage sur un tissu P28. Les résultats présentés sur la montrent que les particules génèrent une couche de fibres effilochées à la surface du textile, cette couche étant plus développée avec l’augmentation de la pression de 900 à 1 300 bars. Il est possible d’augmenter davantage la rugosité de la surface affectée en variant les paramètres. En effet, pour une taille de particules donnée (212-300 μm), la rugosité évolue dans le même sens que l’augmentation de la pression. Il se forme à la surface du matériau une couche de fibres non organisées qui définit une pilosité augmentée et qui s’apparente à du non-tissé. Des essais ont montré qu’une distance (SoD) entre la sortie du canon et le matériau textile de 400 mm et une pression de 1 100 bars conduisent à une rugosité uniforme à la surface du matériau. Au-delà de cette pression, la turbulence du jet induit une vélocité irrégulière dans le jet, ce qui peut rendre difficile le contrôle de la rugosité obtenue. Les résultats montrent que la rugosité SMD (Standard Mean Deviation), le gonflement de la fibre et l’épaisseur du matériau textile augmentent avec la pression. La rigidité à la flexion tend à diminuer. Le mouillage forcé, qui est mesuré en tant qu’angle de contact sous pression et qui représente une caractéristique qui a une influence sur la formation de fibrose, diminue avec la pression. De manière plus générale, le procédé proposé utilise des particules à arrêtes tranchantes (par exemple le corindon) embarquées dans un jet d’azote sous pression pour générer une pilosité de surface d’un textile PET à fils multifilamentaires. Pour obtenir ce résultat, le procédé utilise un outil de projection de jet fluide sous pression de type jet d’azote, avec une pression statique comprise entre 200 et 3 500 bars, une distance de tir entre 0 et 800 mm, une vitesse d’avance du jet par rapport au matériau textile comprise entre 0 et 50 m/min, des particules à arrêtes tranchantes ayant une granulométrie comprise entre 5 et 500 µm et un débit massique entre 1 et 10 g/s. Ce procédé est particulièrement bien adapté aux matériaux textiles composés de fils multifilamentaires. Procédé pour traiter en surface un matériau à l’aide d’un jet dense d’azote supercritique à haute vitesse (jet HSNJ) dans lequel sont introduites des particules, le jet HSNJ chargé de particules étant appliqué à l’aide d’un canon de projection, caractérisé en ce que - le matériau est un matériau textile constitué de fils multifilamentaires entrelacés, - les particules ont une géométrie anguleuse. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont des particules de corindon d’une granulométrie comprise entre 5 et 500 µm, de préférence d’une granulométrie comprise entre 106 et 150 µm (F100 selon la norme FEPA) ou entre 212 et 300 µm (F60 selon la norme FEPA). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules sont introduites dans le jet HSNJ par effet Venturi, au moyen d’un système d’injection, ou au moyen d’un système combinant l’effet Venturi et l’injection. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules sont projetées sur le matériau textile avec une vitesse comprise entre 200 m/s et 500 m/s, de préférence entre 250 m/s et 400 m/s. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules sont projetées sur le matériau avec un débit massique compris entre 0,1 et 10 g/s, de préférence supérieur à 0,5 g/s, de façon privilégiée supérieur à 0,6 g/s. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre l’ouverture de sortie du canon de projection et le matériau textile est réglée entre 0 et 800 mm, de préférence entre 300 et 500 mm, de façon privilégiée à 400 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression statique de consigne du générateur d’azote supercritique, transmise au jet est comprise entre 200 et 3 500 bars, de préférence entre 700 et 1 300 bars, de façon privilégiée vaut 1 100 bars. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau textile est réalisé à partir de fils compatibles avec une application médicale, notamment comme implant ou greffon synthétique, les fils étant de préférence en polyester, de préférence en poly(téréphtalate d’éthylène) (PET). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau textile utilisé a un nombre de fils de trame compris entre 20 et 50 fils/cm, de préférence entre 28 et 34 fils/cm, avec de préférence 88 fils de chaîne, les fils étant de préférence obtenus à partir de filaments de diamètre compris entre 5 et 15 microns. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse relative entre le jet HSNJ et le matériau textile est comprise entre 0 et 50 m/min, de préférence vaut 0,105 m/min. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps d’exposition aux particules est compris entre 1 et 15 secondes, de préférence entre 5 et 10 secondes, de façon privilégiée de 7 secondes.