EP1360353B1 - Fil hybride thermostable renforce - Google Patents

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EP1360353B1
EP1360353B1 EP02706862A EP02706862A EP1360353B1 EP 1360353 B1 EP1360353 B1 EP 1360353B1 EP 02706862 A EP02706862 A EP 02706862A EP 02706862 A EP02706862 A EP 02706862A EP 1360353 B1 EP1360353 B1 EP 1360353B1
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EP
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fibres
modulus
strand
reinforcing core
yarn
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Jean Guevel
Guy Bontemps
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Schappe SA
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Schappe SA
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/36—Cored or coated yarns or threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/26—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
    • D02G3/28—Doubled, plied, or cabled threads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/2929—Bicomponent, conjugate, composite or collateral fibers or filaments [i.e., coextruded sheath-core or side-by-side type]
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    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2936—Wound or wrapped core or coating [i.e., spiral or helical]

Definitions

  • the present invention relates to a reinforced thermostable hybrid wire.
  • the souls of these yarns are made from high strength and high modulus organic fibers, belonging to the family of PPTA (poly-para-phenylene terephthalamide) or other synthetic fibers with high mechanical properties (high strength, high modulus). .
  • PPTA poly-para-phenylene terephthalamide
  • These yarns have many applications in the field of the production of fabrics for the personal protection of people in different sectors such as civil protection, exposed sectors of industry, some military clothing, but also in civil areas, such as sport and leisure.
  • the yarns used for making the fabrics corresponding to the criteria of Table 1 are still yarns comprising two yarns or elementary strands. For example, Nm 36/2, 40/2 45/2, 50/2 ...
  • the document FR 2,611,749 discloses a hybrid wire according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a reinforced heat-stable hybrid yarn, in which the reinforcement elements may be present in a smaller quantity than the previously known yarns, thus allowing the concentration of the reinforcing fibers to be determined, depending on the application. and to satisfy economic requirements, while allowing a conventional manufacture of this thread.
  • the yarn which it concerns comprises at least one strand made with a high modulus and high strength fiber yarn reinforcement core, based on organic or inorganic material and a cover of conventional long or short fibers at low modulus, the other strands being conventional fibers long or short low modulus, these other strands being arranged to provide protection of the cover or strand with reinforcement core.
  • this wire is constituted by a twisted wire in which the different strands are assembled by torsion.
  • the turns constituting the strands made of conventional fiber partially cover the turns made from the strand or strands including the reinforcement core, ensuring an improvement in abrasion resistance.
  • these other strands provide protection of the fibers of the core yarns against the action of ultraviolet rays and also allows to confine the fibrillation of high modulus and high strength materials inside. a yarn, which makes it possible to preserve the properties of correct appearance of the final fabric even after many washes or intensive use.
  • this thread comprises two strands, one of which comprises a reinforcing core and the other comprises conventional fibers long or short low modulus.
  • the weight concentration of the core yarn with respect to the total weight of the yarn is between 23 and 35%.
  • the fibers used for producing the reinforcing core have a modulus greater than 40 G Pa and a tensile strength greater than 13 cN / dtex.
  • the fibers used for producing the reinforcing core are chosen from polyparaphenylene terephthalamide (PPTA), polybenzyldoxazole (PBO) and polyethylene (PE) with a high molecular weight.
  • PPTA polyparaphenylene terephthalamide
  • PBO polybenzyldoxazole
  • PE polyethylene
  • the low-modulus fibers used for covering the reinforcing core and for producing the other strand or strands are chosen from meta-aramid and polyamide imide.
  • the low-modulus fibers used for covering the reinforcing core and for producing the other strand or strands consist of polymer fibers which are flame-retarded in the mass.
  • the low-modulus fibers used for covering the reinforcing core and for producing the other strand or strands are constituted by flame-retarded or non-flame-retarded plant fibers.
  • one of its components contains a fraction of conductive fibers or electrostatic dissipators.
  • thermostable fabric corresponding to the requirements of table (1) starting from a surface mass of 210 to 215 g / m2.
  • This yarn is a traditional yarn, obtained either long or short fibers, containing 100% thermostable fibers of the same nature as the fiber used for the cover of the first strand core yarn.
  • Nm 72 checking condition (9).
  • the yarn is a conventional yarn, obtained by a weight mixture of 50% of PVA fibers, and 50% of cotton fibers, made in cotton technique.
  • the yarn composition is therefore: - high strength fibers and high modulus 25% - PVA FR + Cotton fibers 75%
  • one of the advantages of this technology is to subtract the fibers of the core yarns from the action of UV very harmful in the case of use of PPTA fibers, PBO, therefore all fibers containing amide groups and aromatics.
  • This system also makes it possible to confine the fibrillation of the high modulus and high strength materials, inside one of the yarns constituting the complete yarn, and thus to preserve properties of correct aspects, even after very many washes or use. intensive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet un fil hybride thermostable renforcé.
  • Des filés de fibres, renforcés par une âme coaxiale, connus par le brevet européen n° 0271 418 , sont obtenus sur des machines de filature modifiées. Les âmes de ces filés sont réalisées à partir de fibres organiques à haute résistance et haut module, appartenant à la famille des PPTA (poly-para-phénylène-téréphtalamide) ou autres fibres de synthèse à hautes propriétés mécaniques (haute résistance, haut module). Ces filés trouvent de nombreuses applications dans le domaine de la réalisation de tissus destinés à la protection individuelle des personnes évoluant dans différents secteurs tels que la protection civile, les secteurs exposés de l'industrie, certains vêtements militaires, mais également dans des domaines civils, tels que le sport et le loisir.
  • Les caractéristiques fondamentales que doivent posséder les tissus destinés à la protection des personnes évoluant en présence de risques liés à l'environnement sont rappelées ci-après. Ce tableau 1 se veut exhaustif de manière à appréhender toutes les situations précédentes.
    Risques Performances qualitatives demandées au tissu
    Thermostabilité Isolation thermique Isolation therm radiative Résistance traction Résistance déchirure Perennité des performances
    Convective conductive
    Flammes 6 6 6 6 3 3 6
    Chaleur convective 6 6 6 3 3 3 6
    Chaleur radiative 6 6 6 6 3 3 6
    Flash thermique 6 6 6 6 3 3 6
    Projection de métal en fusion 6 6 6 3 3 3 6
    Risque chimique 3 3 3 3 6 6 6
    Risque mécanique 3 3 3 3 6 6 6
  • Une échelle de classification de 1 à 6 est interprétée de la manière suivante :
    • Le nombre 1 correspond aux faibles exigences, ces dernières croissant de manière continue jusqu'au nombre 6 qui correspond à de très fortes exigences pour le critère considéré, et répondant à la très grande majorité des normes en vigueur.
  • Le tableau 2 met en évidence les caractéristiques d'un tissu obtenu à partir d'un filé réalisé selon le brevet cité plus haut à partir des matériaux suivants
    • filés d'âme réalisés à partir d'une fibre PPTA de performances suivantes
      • Ténacité 24 cN /dtex (cN = centiNewton)
      • Module > 45 GPa soit 290 cN/dtex
      • Titre unitaire > 0,8 dtex
      • Allongement de rupture 3,5 à 5 %
        • fibres de couverture utilisées: Méta-aramide ou Polyamide-imide de performances :
      • Ténacité 3 à 4 cN/dtex
      • Module - 50 à 60 cN/dtex
      • Titre 1,5 à 2,5 dtex
    Tableau n° 2
    Risques Performances qualitatives apportées par le tissu
    Thermo-stabilité Isolation thermique Convective conductive Isolation therm radiative Résistance traction Résistance déchirure Perennité des performances
    Flammes 6 6 6 6 6 6 6
    Chaleur convective 6 6 6 6 6 6 6
    Chaleur radiative 6 6 6 6 6 6 6
    Flash thermique 6 6 6 6 6 6 6
    Projection de métal en fusion 6 6 6 6 6 6 6
    Risque chimique 6 6 6 6 6 6 6
    Risque 6 6 6 6 6 6 6
  • Il doit être noté que l'indice maximum de 6 se retrouve dans l'ensemble des critères retenus. En comparant ce dernier tableau au précédent, on constate que le produit est largement surdimensionné par rapport aux exigences. Ceci n'est pas sans incidence sur le prix du produit qui se trouve ainsi pénalisé par une surabondance de propriétés.
  • L'expérience a montré d'une manière générale que les performances demandées dans le tableau 1 étaient atteintes lorsque la concentration en filé de fibres haute résistance et haut module était supérieure à 23 % du total du filé en poids.
  • Selon la technique antérieure, illustrée par le tableau de performances 2, il est très difficile de réaliser des filés ne contenant que 23 % de fils d'âme. En effet, pour un filé global de Nm 45/2, le filé d'âme devrait avoir un titrage de 45 0 , 23 ≈ 196 Nm .
    Figure imgb0001
     Les impossibilités sont avant tout de nature économique. La production d'un tel filé, même dans la proportion de 23 % en poids sortirait le produit de la compétition existant sur le marché. L'analyse de tous ces facteurs nous a amenés à réfléchir sur une nouvelle solution nous permettant de nous rapprocher des critères de performances énoncés dans le tableau 1.
  • Les filés utilisés pour la réalisation des tissus correspondant aux critères du tableau 1 sont toujours des filés comportant deux filés ou brins élémentaires. Par exemple, Nm 36/2, 40/2 45/2, 50/2...
  • Le document FR 2 611 749 décrit un fil hybride selon le préambule de la revendication 1.
  • Le but de l'invention est de fournir un fil hybride thermostable renforcé, dans lequel les éléments de renforcement puissent être présents en quantité inférieure aux fils précédemment connus, permettant ainsi un dosage de la concentration des fibres de renforcement, en fonction de l'application et pour satisfaire à des impératifs économiques, tout en permettant une fabrication classique de ce fil.
  • A cet effet, le fil qu'elle concerne comporte au moins un brin réalisé avec une âme de renforcement en filé de fibres à haut module et haute résistance, à base de matériau organique ou inorganique et une couverture en fibres classiques longues ou courtes à bas module, les autres brins étant en fibres classiques longues ou courtes à bas module, ces autres brins étant agencés pour assurer la protection de la couverture du ou des brins avec âme de renforcement.
  • Il faut noter qu'avec une telle concentration de l'âme dans le brin unitaire contenant celle-ci, la partie couverture du filé de fibres constituant l'âme se trouve très dilué et par conséquent très fragile à l'abrasion. L'association de brins contenant une âme de renforcement avec des brins réalisés avec une technique classique, telle que filature de fibres longues ou courtes, permet de protéger le ou les brins contenant l'âme de renforcement, par recouvrement mutuel et partiel de ce ou ces brins par les autres brins.
  • Suivant une possibilité, ce fil est constitué par un fil retors dans lequel les différents brins sont assemblés par torsion. Dans un tel cas, les spires constitutives des brins réalisés en fibre classique recouvrent partiellement les spires réalisées à partir du ou des brins incluant l'âme de renforcement, assurant une amélioration à la résistance à l'abrasion.
  • En outre, ces autres brins assurent une protection des fibres des filés d'âme vis-à-vis de l'action des rayons ultra violets et permet également de confiner la fibrillation des matériaux à haut module et haute résistance à l'intérieur d'un filé, ce qui permet de conserver des propriétés d'aspect correct du tissu final même après de nombreux lavages ou un usage intensif.
  • Suivant une forme d'exécution de ce fil, celui-ci comprend deux brins, dont l'un comprend une âme de renforcement et dont l'autre comprend des fibres classiques longues ou courtes à bas module.
  • Avantageusement la concentration en poids du filé d'âme par rapport au poids total du fil est comprise entre 23 et 35%.
  • Le filé d'âme de renforcement comporte une tendance naturelle à posséder un couple de torsion rémanent qui déséquilibre le fil hybride. Les fils classiques constituant l'autre fraction du fil hybride sont constitués en totalité de fibres à bas module et faible résistance. Ces fibres ne possèdent par conséquent pas de couple rémanent susceptible d'équilibrer le fil hybride. Pour créer cet équilibre il faut maintenir un écart entre les torsions unitaires des filés composant le fil hybride. A cet effet, le fil hybride respecte une condition d'équilibrage des torsions suivant la formule : 0 , 85 ⁢ α ⁢ T t ≤ K ac ≤ 0 , 9 ⁢ α ⁢ T t
    Figure imgb0002
    dans laquelle :
    • Kac = torsion du brin à âme de renforcement (t/m)
    • Tt = titre du brin classique (Nm)
    • α = coefficient de torsion avec 80 ≤ α ≤ 110
  • Suivant une caractéristique de l'invention les fibres utilisées pour la réalisation de l'âme de renforcement ont un module supérieur à 40 G Pa et une résistance à la rupture supérieure à 13 cN/dtex.
  • Selon une possibilité les fibres utilisées pour la réalisation de l'âme de renforcement sont choisies parmi les polyparaphénylène téréphtalamide (PPTA), polybenzy dizoxazole (PBO) et polyéthylène (PE) à haut poids moléculaire.
  • Suivant une première forme d'exécution les fibres à bas module utilisées pour la couverture de l'âme de renforcement et pour la réalisation du ou des autres brins sont choisies parmi les méta-aramide et polyamide imide.
  • Suivant une autre forme d'exécution les fibres à bas module utilisées pour la couverture de l'âme de renforcement et pour la réalisation du ou des autres brins sont constituées par des fibres polymériques ignifugées dans la masse.
  • Suivant encore une autre forme d'exécution les fibres à bas module utilisées pour la couverture de l'âme de renforcement et pour la réalisation du ou des autres brins sont constituées par des fibres végétales ignifugées ou non.
  • Il doit être noté qu'il est possible de combiner différents types de fibres, par exemple des fibres polymériques ignifugées dans la masse et des fibres végétales telles que du coton.
  • Afin d'améliorer les caractéristiques du tissu qui sera obtenu à l'aide de ce fil, l'un de ses composants contient une fraction de fibres conductrices ou dissipatrices de charges électrostatiques.
  • Si l'on analyse un filé retors à 2 brins, il est possible d'imaginer une construction du type suivant, représentée à la figure unique du dessin schématique annexé :
    • Un premier brin 2 réalisé avec une âme 3 filé de fibres haute résistance et haut module et une couverture 4 réalisée avec une fibre thermostable.
    • Second filé réalisé sans âme donc classique constitué de fibres longues ou courtes en fibres thermostables à 100%.
  • Pour atteindre une concentration supérieure à 23 %, il suffira de réaliser le filé âme en respectant la condition : T 2 ⁢ Ta ̲ > 0 , 23
    Figure imgb0003
    • Tt = Titre total du filé
    • Ta = Titre du filé d'âme
  • Le titre du filé d'âme sera donné à partir de (1) Ta < Tt 2 ⁢ x ⁢ 0 , 23
    Figure imgb0004
  • Un premier exemple concret, non limitatif pour la portée de l'invention fera mieux comprendre la construction du filé final.
  • Il s'agit d'obtenir un tissu thermostable, correspondant aux exigences du tableau (1) en partant d'une masse surfacique de 210 à 215 g/m2.
  • Pour obtenir un tissu suffisamment structuré, le titre Tt doit être
    Tt = 45 Nm
    • Etude du premier brin 2 constituant le retors :
  • Le titre du filé d'âme est dans ce cas : Ta < 45 2 ⁢ x ⁢ 0 , 23 = 97 , 8 Nm
    Figure imgb0005
  • Il sera constitué de 100% de fibres hautes résistances et haut module. Par sécurité nous adopterons Nm 90, vérifiant la condition (2). Dans ce cas la concentration du filé d'âme dans le 1er brin est : C 1 = Tt Ta = 45 90 = 0 , 5
    Figure imgb0006
  • Les fibres de couverture de ce premier filé d'âme sont constituées de fibres thermostables, "courtes" ou "longues" qui donnent un résultat final de Tt = 0 , 5. Ta = 0 , 5 x 90 = 45 Nm
    Figure imgb0007
    • Etude du second brin 5 constituant le retors :
  • Ce filé est un filé classique, obtenu soit en fibres longues ou courtes, contenant 100% de fibres thermostables de la même nature que la fibre utilisée pour la couverture du filé d'âme du premier brin.
  • Le fil 6 ainsi constitué peut être schématisé comme suit :
    • Ta :
    titre du filé d'âme 100% fibres haute résistance et haut module
    Tc :
    titre de la couverture de fibres courtes ou longues thermostables
    Tt :
    titre du second brin constitué par des fibres thermostables longues ou courtes Nm45
    T :
    titre du fil retors
  • Le titre final du filé global est ainsi : 1 T = 1 Ta + 1 Tc + 1 Tt
    Figure imgb0008
     soit dans le cas décrit : T = Ta . Tc . Tt TcTt + TaTt + TaTc
    Figure imgb0009
    T = 22,5 Nm soit 45/2 Nm
    La composition de ce filé est donc :
    - fibres hautes résistances et haut module 25%
    - fibres thermostables 75%
  • Un second exemple non limitatif d'un fil selon l'invention est décrit ci-après :
    • Soit à réaliser un tissu non feu, stable dimensionnellement, destiné à être utilisé dans la métallurgie de l'aluminium. Ce tissu doit avoir une masse surfacique de 250g/m2. La présence de filé d'âme à haute résistance et haut module est indispensable pour deux raisons :
      • Stabilité du tissu à l'entretien à haute température > 100°
        R<2%
      • Pour obtenir une masse surfacique de 250 g/m2, le titre doit être
        Tt = 36 Nm
    Etude du premier brin constituant le retors
  • Le titre du filé d'âme est dans ce cas : Ta < 36 2 ⁢ x ⁢ 0 , 23 = 78 , 3 ⁢ Nm
    Figure imgb0010
  • Par sécurité est adopté Nm 72, vérifiant la condition (9). Dans ce cas la concentration du filé d'âme dans le premier brin est : C ⁢ 1 = Tt Ta = 36 72 = 0 , 5
    Figure imgb0011
  • Il est constitué de 100% de fibres haute résistance et haut module. Les fibres de couverture de ce premier filé d'âme sont constituées de 50% de fibres PVA (alcool polyvinylique) et 50% de fibre de coton, qui donnent un résultat de Tt = 72 ⁢ x ⁢ 0 , 5 = 36 ⁢ Nm
    Figure imgb0012
    • Etude du second brin constituant le retors
  • Le filé est un filé classique, obtenu par un mélange pondéral de 50% de fibres PVA, et de 50% de fibres de coton, réalisé en technique cotonnière.
  • Ta, Tc, Tt et T étant définis comme précédemment, le titre final du filé global est ainsi : T = Ta . Tc . Tt TcTt + TaTt + TaTc
    Figure imgb0013
    T = 18 Nm soit 36/2 Nm
  • La composition de filé est donc :
    - fibres haute résistance et haut module 25%
    - fibres PVA FR + Coton 75%
  • La technologie décrite précédemment permet d'obtenir des filés et donc des tissus dont les performances peuvent être dosées à priori, ce que ne permet pas la technique antérieure ou les filés constituants étaient tous de même composition, avec des impossibilités technico économiques pour atteindre les faibles concentration en filés haute résistance et haut module.
  • Il faut noter que l'un des avantages de cette technologie est de soustraire les fibres des filés d'âme à l'action des UV très préjudiciable dans le cas d'utilisation des fibres PPTA, PBO, donc toutes fibres contenant des groupements amides et aromatiques.
  • Ce système permet également de confiner la fibrillation des matériaux haut module et haute résistance, à l'intérieur de l'un des filés constituant le fil complet, et ainsi conserver des propriétés d'aspects correctes, même après de très nombreux lavages ou un usage intensif

Claims (9)

  1. Fil hybride thermostable comportant au moins un brin (2) réalisé avec une âme de renforcement en filé de fibres à haut module et haute résistance, à base de matériau organique ou inorganique et une couverture (4) en fibres classiques longues ou courtes à bas module, les autres brins (5) étant en fibres classiques longues ou courtes à bas module, ces autres brins étant agencés pour assurer la protection de la couverture du ou des brins (2) avec âme de renforcement (3) caractérisé en ce qu'il est constitué par un fil retors dans lequel les différents brins (2, 5) sont assemblés par torsion, et en ce qu'il respecte une condition d'équilibrage des torsions suivant la formule: 0 , 85 ⁢ α ⁢ T t ≤ K ac ≤ 0 , 9 ⁢ α ⁢ T t
    Figure imgb0014
    dans laquelle :
    Kac = torsion du brin à âme de renforcement (t/m)
    Tt = titre du brin classique (Nm)
    α = coefficient de torsion avec 80 ≤ α ≤ 110
  2. Fil hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux brins (2, 5) dont l'un (2) comprend une âme de renforcement (3) et dont l'autre (5) comprend des fibres classiques longues ou courtes à bas module.
  3. Fil hybride selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration en poids du filé d'âme (3) par rapport au poids total du fil (6) est comprise entre 23 et 35%.
  4. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres utilisées pour la réalisation de l'âme de renforcement (3) ont un module supérieur à 40 G Pa et une résistance à la rupture supérieure à 13 cN/dtex.
  5. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres utilisées pour la réalisation de l'âme de renforcement (3) sont choisies parmi les polyparaphénylène téréphtalamide (PPTA), polybenzy dizoxazole (PBO) et polyéthylène (PE) à haut poids moléculaire.
  6. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres à bas module utilisées pour la couverture (4) de l'âme de renforcement (3) et pour la réalisation du ou des autres brins (5) sont choisies parmi les méta-aramide et polyamide imide.
  7. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres à bas module utilisées pour la couverture (4) de l'âme de renforcement (3) et pour la réalisation du ou des autres brins (5) sont constituées par des fibres polymériques ignifugées dans la masse.
  8. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé ce que les fibres à bas module utilisées pour la couverture (4) de l'âme de renforcement (3) et pour la réalisation du ou des autres brins (5) sont constituées par des fibres végétales ignifugées ou non.
  9. Fil hybride selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'un de ses composants contient une fraction de fibres conductrices ou dissipatrices de charges électrostatiques.
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