EP0772705B1

EP0772705B1 - Installation pour la realisation de nappes non tissees dont la cohesion est obtenue par l'action de jets de fluide

Info

Publication number: EP0772705B1
Application number: EP96904126A
Authority: EP
Inventors: André Vuillaume
Original assignee: ICBT Perfojet SA
Current assignee: ICBT Perfojet SA
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: ES2100147T1; EP0772705A1; ATE158619T1; FR2731236B1; WO1996027040A1; DE69600069D1; US5727292A; DE69600069T2; JPH09512596A; DE772705T1; ES2100147T3; FR2731236A1

Description

La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux installations permettant la réalisation de nappes fibreuses non tissées, dont la cohésion est obtenue par entremêlement des fibres dans l'épaisseur de ladite nappe grâce à l'action de jets de fluide, et plus particulièrement de jets d'eau sous pression.
Il a été proposé depuis fort longtemps_, ainsi que cela ressort de l'US -A-3 214 819 et de l'US-A-3 508 308, (qui sert de base au préambule de la revendication 1), de réaliser des nappes textiles non tissées dans lesquelles la cohésion est donnée par l'entrelacement des fibres élémentaires entre elles, entrelacement obtenu par l'action de jets d'eau sous pression qui agissent sur la structure fibreuse à la manière d'aiguilles et permettent de réorienter une partie des fibres constituant la nappe dans le sens de l'épaisseur.
Une telle technologie s'est largement développée de nos jours et est utilisée non seulement pour réaliser des étoffes non tissées à usage textile, tel que notamment pour les applications dans des domaines médicaux ou hospitaliers, de l'essuyage, de la filtration, d'enveloppes pour sachets de thé..., mais également pour réaliser de minuscules perforations dans des supports continus, tels que papiers, cartons, films, voire même feuille de matière plastique ou autres, les articles obtenus pouvant éventuellement présenter des motifs en creux ou en relief comme cela ressort notamment du FR-A-2 068 676, FR-A-2 536 432, EP-A -0 400 249.
Ainsi que cela ressort de l'US-A-3 214 819 qui, à la connaissance du Demandeur, est le brevet de base sur une telle technologie, l'action des jets d'eau peut s'exercer de différentes manières contre l'article que l'on traite, soit par exemple contre une seule de ses faces, soit successivement contre les deux faces. Les enseignements apportés par ce document sont cependant essentiellement théoriques et les indications données concernant les conditions pratiques de traitement ne permettent pas une production industrielle satisfaisante. Ainsi, lorsqu'il est envisagé de réaliser un liage en agissant alternativement contre les deux faces, l'une des phases du traitement se fait au travers de la toile supportant le voile fibreux. Une telle manière de procéder entraîne une très forte absorption d'énergie des jets d'eau par la toile support lorsque celle-ci s'oppose au passage desdits jets ainsi qu'un décollement de la structure fibreuse de la surface de ladite toile support, les jets repoussant la structure fibreuse, entraînant un allongement de cette dernière et la formation de plis.
Compte-tenu de ces inconvénients, les installations proposées à ce jour pour réaliser un traitement sur les deux faces du produit de base, sont du type décrit dant l'US-A-3 508 308 (voir notamment figures 7 et 8 et description correspondante), et sont conçues de manière à ce que la structure fibreuse de base passe au travers d'une succession de zones d'entrelaçage proprement dites constituées chacune d'un cylindre perforé rotatif associé à une pluralité d'injecteurs (trois rampes successives pour chaque cylindre rotatif dans l'exemple illustré) qui permettent d'agir tout d'abord contre l'une des faces du produit, puis, grâce à des moyens de détour prévus entre deux cylindres successifs, à agir ensuite sur la face envers et, éventuellement, à effectuer un troisième traitement sur la face endroit avant de sécher et réceptionner le produit réalisé.
En général, les rampes successives sont réglées à des pressions différentes en fonction des articles à produire, pression en général comprise entre 30 et 100 bars ou plus.
De telles installations qui donnent satisfaction d'un point de vue pratique, présentent cependant un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer :

un encombrement en longueur important,
et surtout, la nécessité d'effectuer la première série de traitements d'entrelaçage sur une face avec une pression réduite pour éviter que les fibres ne ressortent sur l'autre face et créent des défauts ; en effet, si la pression est élevée, les fibres de la face non liée ont tendance à pénétrer dans la toile support du premier cylindre ; il est donc nécessaire, pour compenser la moindre efficacité de liage résultant de cette pression réduite, d'augmenter le nombre de rampes de traitement (désignées couramment par l'expression "injecteurs"), ce qui augmente notablement le coût de l'installation, complique la mise en oeuvre industrielle et entraîne une dépense d'énergie et de consommation en eau élevée.

Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, une installation perfectionnée qui permet de réaliser de tels traitement par jets de fluide permettant de donner de la cohésion à des nappes fibreuses non tissées, pouvant être à base de fibres naturelles, synthétiques, seules ou en mélange, ou constituées par l'association de nappes non tissées et de renfort internes, tels que grilles textiles, tissus, tricots, nappes tramées, renforts longitudinaux.. .
L'installation conforme à l'invention permet non seulement d'adapter beaucoup plus facilement les conditions de traitement à chaque type de structure textile, conduit à des aspects de surface après action du fluide beaucoup plus régulier et surtout permet, pour des articles équivalents, de conduire à une consommation en eau réduite ainsi qu'un nombre de passages sous les rampes d'entrelaçage moins important.
Par ailleurs, l'installation conforme à l'invention permet également de traiter des nappes fibreuses d'un grammage plus élevé que les installations conventionnelles où l'on effectue une série de traitements d'entrelaçage successifs sur chacune des faces de l'article. En effet, dans les machines conventionnelles, lorsque les nappes fibreuses ont un poids supérieur à 100 g/m2, et notamment lorsqu'elles sont constituées de fibres de faible denier, on a constaté qu'il se produisait des défauts d'aspect de surface (zones en relief et en creux) qui les rend inappropriées pour la plupart des applications.
D'une manière générale, l'installation conforme à l'invention comporte, de manière connue, des moyens permettant de réaliser, comprimer et introduire une nappe fibreuse à l'intérieur d'une zone de traitement dans laquelle la nappe en mouvement est soumise à l'action d'une succession de rampes de jets d'eau sous pression qui agissent alternativement contre les deux faces de ladite nappe, ladite installation se caractérisant en ce que les moyens d'entrelaçage sont constitués par au moins une série de cylindres perforés, chaque cylindre étant associé à une rampe (ou injecteur) projetant des jets d'eau sous pression contre la surface de ladite nappe, lesdites rampes étant disposées en quinconce d'un cylindre de traitement au suivant, les jets agissant perpendiculairement contre la surface du produit traité et la vitesse périphérique des cylindres croissant légèrement d'un cylindre de traitement au suivant.
L'augmentation de vitesse d'un cylindre de traitement au suivant permet de maintenir la nappe sous tension lors de la succession de phases de traitement, et entraîne l'élimination des défauts de surface qui apparaissent sur les machines conventionnelles. A titre indicatif, un accroissement de vitesse compris entre 0,5 et 3 % est adapté pour la plupart des grammages de nappes traitées.
Selon une forme de réalisation conforme à l'invention, l'installation comporte quatre rouleaux de traitement superposés associés chacun à une rampe projetant des jets d'eau sous pression contre la surface de la matière, le premier cylindre si l'on considère le cycle de productiorr étant associé à des moyens permettant d' assurer une densification de la nappe fibreuse de base non traitée.
De tels moyens permettant d'assurer la densification sont constitués essentiellement par un tapis transporteur sans fin poreux qui supporte la matière et qui est en appui tangentiel contre la surface du premier cylindre rotatif perforé à l'intérieur duquel on applique un vide partiel et qui permet donc de comprimer la nappe de base avant qu'elle ne soit soumise à l'action de la première rampe de jets sous pression ; dans cette forme de réalisation, lorsque la nappe de base est comprimée entre le tapis transporteur et le cylindre perforé rotatif, on réalise un mouillage de ladite nappe par l'intermédiaire d'un rideau d'eau, produit au moyen d'une rampe additionnelle disposée à l'intérieur du volume défini par le tapis transporteur, qui est dirigé contre la surface de ce dernier et qui traverse successivement ledit tapis poreux, la nappe comprimée avant d'être aspirée au travers du cylindre perforé.
Si, pour la plupart des applications, deux traitements successifs sur chacune des faces endroit et envers permet d'obtenir de bons résultats, il peut être envisagé, dans une variante d'une installation conforme à l'invention, de réaliser une seconde série de traitements alternés au moyen d'un second ensemble de cylindres perforés et d'injecteurs superposés disposés en regard de la première série d'éléments de traitement.
Grâce à une telle conception, il est non seulement possible d'obtenir une installation très compacte permettant de réaliser des traitements d'entrelaçage de la nappe dans lesquels on agit alternativement contre chaque face du produit de base, mais, par ailleurs, il a été constaté que lorsqu'une telle installation comportait des moyens de compactage avec prémouillage, qu'il était possible de réduire le nombre de rampes de traitement par rapport à un produit similaire réalisé sur des installations conventionnelles dans lesquelles on réalise plusieurs traitements successifs d'entrelaçage sur l'une des faces du support, puis sur l'autre face.
Il est évident que l'on ne sort pas du cadre de l'invention en réalisant une installation dans laquelle les cylindres seraient disposés non pas de manière superposée, mais côte à côte, les rampes ou injecteurs agissant, conformément à l'invention, alternativement contre chaque face de la nappe fibreuse.
L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif, et qui est illustré par les figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant la structure générale d'une installation réalisée conformément à l'invention ;
la figure 2 est une vue de détail en perspective montrant la structure d'une zone élémentaire de traitement d'entrelaçage que comporte une telle machine.

En se reportant aux schémas annexés et plus particulièrement à la figure 1, l'installation conforme à l'invention comporte, si l'on suit le sens de production de l'article, des moyens désignés par la référence générale (1) qui permettent de réaliser, comprimer et introduire une nappe fibreuse (2) à l'intérieur d'une zone de traitement proprement dite désignée par la référence générale (3), zone dans laquelle la nappe (2) en mouvement est soumise à l'action d'une succession de rampes de jets d'eau sous pression, rampes désignées par la même référence (R) affectées d'un indice et qui agissent alternativement contre les deux faces (N) et (S) de ladite nappe (2), nappe qui, après traitement, est reprise par un ensemble d'évacuation, désigné par la référence générale (4) où un traitement complémentaire peut éventuellement lui être appliqué.
Ainsi que cela ressort de la figure 1 annexée, selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble des cylindres perforés (C1,C2,C3,C4) de la zone de traitement, sont montés superposés les uns par rapport aux autres, chaque cylindre étant associé à une rampe d'injecteurs (R1,R2,R3,R4) projetant des jets d'eau sous pression contre la surface de la nappe (2), lesdites rampes étant disposées en quinconce d'un rouleau de traitement au suivant et les jets agissant perpendiculairement contre la surface du produit à traiter. Par ailleurs, la vitesse périphérique des cylindres (C1,C2,C3,C4) est réglée pour qu'elle croisse progressivement d'un cylindre au suivant afin d'assurer la mise sous tension de la nappe lors des différentes phases du traitement. Une telle conception de machine permet donc de réaliser aisément un traitement alterné contre les faces (S) et (N) du produit.
Dans l'exemple de réalisation illustré, une seconde série de cylindres perforés (C5,C6,C7) associés à des rampes (R5,R6,R7) est disposée parallèlement et en regard de la première série. Cette seconde série. de rampes n'est pas indispensable et éventuellement, il pourrait être envisagé de réceptionner le produit traité immédiatement à la sortie de la dernière zone de traitement d'entrelaçage constituée par le cylindre (C4) et la rampe (R4).
Chaque ensemble de traitement (C) et rampe (R) a une structure telle qu'illustrée à la figure 2.
Le cylindre perforé (C) est constitué par un cylindre, en acier inoxydable de préférence, ayant un diamètre compris entre 200 mm et 1000 mm, et est entraîné en rotation par tous moyens appropriés de manière à avoir une vitesse périphérique égale à la vitesse d'entrée de la matière (2) dans l'installation. En général, cette vitesse est comprise entre 10 m/min et 200m/min et l'accroissement de vitesse d'un cylindre au suivant est de l'ordre de 0,5 à 3 %.
Les perforations (10) que comporte le cylindre sont de forme cylindrique ou en nid d'abeille, ledit cylindre étant avantageusement recouvert d'une toile en monofilament d'acier ou de matière plastique ou d'une tole perforée présentant une porosité comprise entre 3 et 20 % (élément non représenté à la figure 2). La rampe ou injecteur (R) qui est disposé parallèlement à une génératrice du cylindre (C) est une rampe conventionnelle permettant de créer des jets ou aiguilles d'eau (11) avec une pression habituelle d'au moins 30 bars, parfois plus, de manière à provoquer l'entremêlement des fibres élémentaires de la nappe (2).
Un tel injecteur peut être conçu d'une manière similaire aux enseignements de l'EP-A-0 400 249.
A l'intérieur du cylindre (C), est disposée une caisse aspirante (12), fixe, coaxiale au cylindre rotatif (C), reliée à une source d'aspiration permettant de créer un vide partiel à l'intérieur de cette dernière. Cette caisse aspirante fixe (12) présente dans l'alignement des jets d'eau (11) une fente (13) de 10 mm environ de largeur permettant d'aspirer l'eau qui traverse la nappe fibreuse et le cylindre perforé (10).
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le cylindre (C1) du premier ensemble de traitement est conçu pour non seulement permettre l'opération d'entrelaçage telle qu'expliquée précédemment, mais également pour coopérer à la compression de la nappe (2) non traitée avant qu'elle ne soit soumise au traitement d'entrelaçage.
Pour ce faire, le cylindre (C1) a un diamètre qui de préférence est supérieur au diamètre des autres cylindres de l'installation, et qui est avantageusement compris entre 500 mm et 1000 mm. Ce cylindre est en appui contre un tapis transporteur poreux, sans fin (14), qui permet l'introduction de la nappe à l'intérieur de la zone de traitement. Ce support poreux a une vitesse synchronisée avec celle du cylindre. Il permet donc de réaliser une compression de la nappe (1) entre la surface du cylindre (C1) et sa propre surface avant qu'il ne soit soumis à l'action de la première rampe de jets haute pression (R1). Il a été constaté qu'il était avantageux lors de cette opération de compression de la nappe, de réaliser un mouillage de cette dernière. Pour ce faire, à l'intérieur du volume défini par le tapis transporteur (14), est disposée une rampe (15) créant un rideau d'eau sous légère pression agissant au travers de l'ensemble support poreux (14)/nappe comprimée (2) et cylindre perforé (1). Pour permettre d'éliminer l'eau traversant les éléments précités, une seconde fente (16) est prévue sur la caisse aspirante fixe (12), et ce en regard de la rampe d'eau. Cette fente d'évacuation a une largeur comprise entre 10 et 20 mm.
Cette rampe de mouillage (15) forme un rideau d'eau continu sous légère pression et est disposé en regard de la toile poreuse support (14) à une distance comprise entre 10 et 100 mm dudit support poreux. La pression d'eau issue de ces jets est comprise entre 3 et 15 bars, et de préférence voisine de 3 à 8 bars. En-deça de 3 bars, le rideau se disperse trop rapidement et au-delà de 15 bars, le surcoût n'est pas justifié. Il importe que le rideau d'eau issu de cette première rampe agisse perpendiculairement la nappe de base en mouvement qui avance et se comprime de manière à la mouiller dans des conditions optimales.
En sortie de la zone de traitement (3), la nappe (2) séchée est réceptionnée de manière conventionnelle en (4), par exemple par l'intermédiaire d'un tapis transporteur sans fin (17). Dans la zone de réception, la nappe (2) peut subir un traitement additionnel, par exemple un traitement permettant de réaliser des motifs perforés dans la nappe au moyen d'un ensemble (16) du type décrit dans le brevet européen 0 400 249.
Les avantages qu'apporte l'installation conforme à l'invention ressortiront cependant mieux de l'exemple concret de mise en oeuvre donné ci-après.

Exemple

Sur une installation telle que définie précédemment, on introduit une nappe non tissée (2) à base de fibres de polyester ayant un titre de 3,3 dtex et une longueur de 38 mm, pesant 200 g/m2 et dont l'épaisseur est de 8 cm. La vitesse d'introduction de la nappe est de 20 m/min.
Cette nappe est amenée à la zone proprement dite (3) par passage sur un tapis transporteur (14) présentant une porosité de 46 %. La nappe est comprimée entre le premier cylindre rotatif (13) et ledit tapis transporteur et soumise à l'action d'un rideau d'eau produit par la rampe (15) dont la sortie est à une distance de 100 mm de la surface interne du tapis transporteur (14). La pression de l'eau issue de la rampe (15) est réglée à 10 bars.
La nappe comprimée est alors soumise à l'action des jets d'eau issus des rampes (R1,R2,R3,R4) qui agissent alternativement sur les faces (N) et (S) de ladite nappe.

Les quatre rampes (R1-R4) produisent toutes 1250 jets au mètre et sont réglées de la manière suivante.

Ordre des rampes	Diamètre du jet	Pression	Vitesse en m/min des cylindres
R1: face N	140 µm	150 bars	C1 : 20m/min
R2: face S	140 µm	180 bars	C2 : 20,2m /min
R3: face N	140 µm	180 bars	C3 : 20,4m /min
R4 : face S	140 µm	180 bars	C4 : 20,6m/min

La nappe passe ensuite directement sur le tapis transporteur de réception (4) sans être traitée dans la seconde série d'ensembles cylindres perforé jets illustrée à la figure 1.
Une telle nappe présente un état de surface très régulier, identique sur ses deux faces, et a les caractéristiques mécaniques suivantes mesurées sur un échantillon de 50 mm de largeur :

résistance sens long : 418 Newton
résistance sens travers : 1066 Newton.

A titre indicatif, la réalisation d'un article similaire sur une installation conventionnelle dans laquelle on réalise plusieurs traitements successifs sur une face avant de traiter de manière similaire l'autre face, la vitesse de la matière étant constante et réglée à 20 m/min, nécessite de travailler dans les conditions suivantes :

Ordre des rampes	Diamètre du jet	Pression
1ère face N no. 1	140 µm	150 bars
no. 2	140 µm	180 bars
no. 3	140 µm	180 bars

2ème face S no. 1	140 µm	180 bars
no. 2	140 µm	180 bars
no. 3	140 µm	180 bars

L'article traité dans ces conditions présente des caractéristiques mécaniques similaires, mais on constate qu'une partie des fibres réorientées lors du traitement sur la face N apparaissent sur la seconde face S qui présente un aspect pelucheux et non pas régulier. De plus, la planéité de l'article est moins bonne que celle de l'article réalisé sur une machine conforme à l'invention.
Par ailleurs, la consommation d'énergie nécessaire au liage est, dans une machine réalisée conformément à l'invention, de l'ordre de 0,65 Kwh par kilogramme de non tissé, alors qu'elle s'élève à 0,94 Kwh dans le cas d'une installation conventionnelle.
De plus, si les installations antérieures ne comportent que deux cylindres perforés associés chacun à une pluralité de rampes de traitement, l'installation conforme à l'invention implique autant de cylindres que de rampes de traitement, cette dernière s'avérant cependant être d'un coût moins élevé puisque pour la production d'articles similaires, elle nécessite un nombre inférieur de rampes de traitement, une consommation d'eau plus faible avec une économie d'énergie de près de 50 %, et ce pour obtenir un meilleur résultat final.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et illustré, mais couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit, notamment celles qui comporteraient des cylindres perforés disposés parallèlement les uns aux autres à condition que les rampes projetant les jets d'eau agissent alternativement contre les deux faces de la nappe fibreuse traitée et que la vitesse périphérique des cylindres augmente progressivement d'une zone de traitement à la suivante.

Claims

Installation pour la réalisation de nappes non tissées dont la cohésion est obtenue par l'action de jets de fluide, comportant des moyens (1) permettant de réaliser, comprimer et introduire une nappe fibreuse (2) à l'intérieur d'une zone de traitement (3) dans laquelle la nappe (2) en mouvement est soumise à l'action d'une succession de rampes de jets d'eau sous pression qui agissent alternativement contre les deux faces de ladite nappe (2), caractérisée en ce que les moyens d'entrelaçage sont constitués par au moins une série de cylindres perforés (C1,C2,C3,C4), chaque cylindre étant associé à une rampe (R1,R2,R3,R4) projetant des jets d'eau sous pression contre la surface de ladite nappe (2), lesdites rampes (R1,R2,R3,R4) étant disposées en quinconce d'un cylindre de traitement au suivant, les jets agissant perpendiculairement contre la surface du produit traité et la vitesse périphérique des cylindres augmentant progressivement d'une zone de traitement à la suivante.
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cylindres perforés (C1,C2,C3,C4) sont superposés les uns par rapport aux autres.
Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'augmentation de la vitesse d'un cylindre au suivant est comprise entre 0,5 et 3 %.
Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier cylindre (C1), si l'on considère le sens de production, est associé à des moyens permettant d' assurer une densification de la nappe (2).
Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens permettant d'assurer la densification sont constitués par un tapis transporteur sans fin poreux (14) qui supporte la matière et qui est en appui tangentiel contre la surface du premier cylindre rotatif (C1) perforé à l'intérieur duquel on applique un vide partiel et qui permet de comprimer la nappe de base avant qu'elle ne soit soumise à l'action de la première rampe de jets sous pression, le mouillage de ladite nappe étant réalisé par l'intermédiaire d'un rideau d'eau produit au moyen d'une rampe additionnelle (15) disposée à l'intérieur du volume défini par le tapis transporteur (14), ce rideau d'eau étant dirigé contre la surface dudit tapis et traversant successivement celui-ci et la nappe comprimée avant d'être aspiré au travers du cylindre perforé (C1).
Installation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un second ensemble de cylindres perforés (C5,C6,C7) et d'injecteurs (R5,R6,R7) superposés et disposés en regard de la première série d'éléments de traitement.