EP1441612B1

EP1441612B1 - Materiau complexe multicouches en feuille utilisable pour la realisation de vetements de protection, notamment pour sapeurs-pompiers

Info

Publication number: EP1441612B1
Application number: EP02795365A
Authority: EP
Inventors: Laurent Thiriot
Original assignee: Kermel SNC
Current assignee: Kermel SNC
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: CA2464629C; US7396784B2; NO20041863D0; JP4304071B2; FR2831771B1; AU2002360160B2; CA2464629A1; DE60216801D1; BR0214062A; EP1441612A1; WO2003039280A1; DK1441612T3; ES2278074T3; JP2005507468A; CN1578632A; DE60216801T2; CN1239108C; NO20041863L; HUP0402044A2; NZ532392A

Description

Domaine Technique

La présente invention a trait aux étoffes, en feuille ou nappe, destinées à réaliser des vêtements protecteurs, notamment des vestes d'intervention de personnes destinées à être soumises à des conditions extrêmes, notamment dans le cas d'incendie.
Elle a trait notamment à un nouveau type de matériau utilisable pour réaliser des vêtements de sapeurs-pompiers, sans pour cela exclure d'autres applications.

Techniques antérieures

Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour une application particulière, à savoir celle de la réalisation de vestes d'intervention de sapeurs-pompiers.
Il est évident que cela n'est pas limitatif et qu'un tel matériau pourrait être utilisé pour d'autres applications, et dans tous les cas où l'on se trouve en présence de conditions extrêmes, par exemple lors d'un incendie.
A ce jour, pour réaliser des vestes d'intervention, on utilise des structures multicouches qui, d'une manière générale, ainsi que cela ressort de la figure 1 annexée, se composent en général de quatre éléments, à savoir :

un tissu externe (A) ;
une membrane imper-respirante, en général associée à un substrat (B) ;
une barrière thermique constituée généralement par un feutre aiguilleté (C) ; et
une doublure de finition (D).

La réalisation de tels matériaux complexes utilisables dans des conditions extrêmes, est parfaitement connue pour un homme de métier et ressort notamment du brevet français 1 213 415.
Le document WO-A-99 05926 décrit un matériau isolant pouvant présenter différents niveaux d'isolation thermique selon les conditions.
Depuis, de telles structures ont évolué en faisant appel notamment à des matériaux textiles résistant à la chaleur et au feu, à base de polyamide aromatique ou polyamide imide.
Parmi ces matières synthétiques les plus connues, on peut citer, dans la famille des polyamides aromatiques, les fils ou fibres para-aramides, telles que commercialisés par la Société DU PONT DE NEMOURS sous la dénomination "KEVLAR" ou par la société TEIJIN sous les marques « TWARON » et « TECHNORA ». De tels polymères, qui peuvent donc se présenter sous la forme de fibres, fils, ou autres structures, ont fait l'objet de nombreuses publications parmi lesquelles on peut citer le brevet US 3 063 966.
Parmi les matériaux résistant également à la chaleur, et qui font partie de la famille des méta-aramides, on peut citer le polymère commercialisé par la Société KERMEL sous la même dénomination, les fibres commercialisées sous la marque « NOMEX » par la société DUPONT DE NEMOURS et celles commercialisées sous la marque « CONEX » par la société TEIJIN.
Comme indiqué précédemment, l'invention concerne donc le secteur de la réalisation de matériaux multicouches tel qu'illustré à la figure 1.
Dans ces matériaux, un problème se pose en ce qui concerne la barrière thermique, généralement constituée par un feutre aiguilleté, et la doublure de finition située du côté de l'utilisateur.
En effet, les complexes proposés à ce jour ont un inconvénient qui réside essentiellement dans le fait que les vêtements réalisés manquent de confort tant sur le plan physique que sur le plan physiologique.
De plus, dans certaines conditions, ils manquent d'efficacité.
En effet, il a été rapporté qu'environ 50 % des causes de décès pour les pompiers intervenant aux Etats-Unis, sont la conséquence d'un phénomène notoirement connu dans le domaine par le terme "stress thermique", qui est un état dans lequel le corps ne peut plus maintenir une température en dessous de 39°C, ce qui entraîne des troubles divers pouvant être, outre une perte de capacité physique, une perte de lucidité, un évanouissement ou bien un arrêt cardiaque.
Un tel état de stress est provoqué, notamment par le poids des équipements qui peut dépasser 20 kilogrammes, ainsi qu'à la capacité parfois trop isolante de leurs vêtements de protection.

Exposé de l'Invention

Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible de résoudre ce problème par la réalisation d'un nouveau type de matériau permettant d'assurer une fonction de barrière thermique et de préférence également de doublure de finition des structures complexes antérieures du type de celles illustrées à la figure 1.
Ce nouveau type de complexe, que l'on dénommera par l'expression "barrière thermique", permet une isolation modérée en situation normale par le fait qu'il présente une faible épaisseur et une faible charge thermique, ce qui en améliore donc le confort et qui, en fonction de l'accroissement de la température, permet d'avoir une augmentation de l'isolation, cette augmentation pouvant être localisée aux zones où la chaleur est la plus importante lorsque l'utilisateur se trouve confronté à une situation d'urgence face au feu.
D'une manière générale, une telle possibilité est obtenue conformément au matériau selon l'invention, en réalisant un complexe remplissant les fonctions à la fois de barrière thermique et de doublure de finition, en faisant appel à une technique de réalisation d'étoffes tissées, technique connue sous la dénomination tissage de tissus "poche" ou de double étoffe liée.
Une telle technologie consiste à réaliser en une seule opération, deux tissus (ou plus), distincts et superposés, qui sont reliés entre eux par une sélection de fils (chaîne ou trame) qui lient alternativement, selon une sélection prédéterminée, avec l'une ou l'autre des armures des deux tissus superposés.
A titre indicatif, un fil de chaîne de la face supérieure peut, selon une séquence prédéterminée, être lié avec une trame (ou duite) de la face inférieure. Cette liaison peut se faire selon tout type de motif, classiquement pour former des losanges ou bien des tubes.
Généralement, selon l'état de la technique, on inverse les faces envers et endroit de coloris différentes pour obtenir un effet décoratif, ce qui n'est pas souhaitable dans le cadre de l'invention où chaque face doit avoir une fonction spécifique.
Eventuellement, de telles structures double face peuvent être également réalisées par tricotage, soit selon la technique à mailles cueillies soit selon la technique à mailles jetées, plus particulièrement sur des métiers de type tricot chaîne ou Rachel.
D'une manière générale et compte tenu du problème posé de réaliser une barrière thermique dans le cas d'une protection notamment pour vêtements de sapeurs-pompiers en ayant pour objectif d'améliorer le confort desdits vêtements, tant sur le plan physique que physiologique, il a été conçu selon l'invention un matériau complexe multicouches en feuilles permettant de réaliser une barrière thermique composée d'une première et d'une seconde couche, caractérisé en ce que le matériau est réalisé par tissage ou tricotage, de manière à former une structure double face (1,2) superposées, reliées par intermittence entre elles de manière à former des poches, et dans lequel :

l'une des couche présente un retrait sous l'effet de la chaleur ;
la liaison entre les couches est réalisée par liage intermittent d'une sélection de fils pour former lesdites poches.

Avantageusement, la couche présentant un retrait sous l'effet de la chaleur est constituée, en totalité ou en partie, de fils présentant un retrait sous ledit effet de chaleur.
Selon une forme de réalisation préférée, les poches constituent des canaux, seule la famille de fils perpendiculaires auxdits canaux, considérés en totalité ou en partie, présentant un retrait sous l'effet de la chaleur.
Sans pour cela sortir du cadre de l'invention, l'effet de retrait de la couche considérée de la barrière thermique peut résulter de la présence d'une membrane fixée sur ladite couche, ou bien d'une enduction.

Descriptions sommaire des dessins

L'invention et les avantages qu'elle apporte sera cependant mieux compris grâce à la description qui suit d'un exemple de complexe conforme à l'invention et qui est illustrée par les schémas annexés dans lesquels :

La figure 1 illustre, comme indiqué précédemment, un complexe multicouches conventionnel utilisé à ce jour pour la réalisation de vêtements de personnel d'intervention dans des conditions de risques, notamment de vêtements de sapeurs-pompiers ;
La figure 2 est une vue schématique en perspective montrant un exemple de structure d'un complexe permettant de réaliser simultanément la barrière thermique et la doublure de finition présentes dans les complexes précités ;
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un matériau conforme à l'invention lorsque l'utilisateur se trouve dans des conditions normales de travail ;
Les figures 4 et 5 illustrent, vu en coupe et en perspective, de manière schématique, l'évolution du complexe conforme à l'invention lorsque l'utilisateur se trouve confronté à un changement brutal des conditions opératoires, et plus particulièrement à une augmentation soudaine de chaleur;
La figure 6 illustre, de manière conventionnelle, d'une part, ainsi que cela ressort de la vue de gauche, une étoffe double face conforme à l'invention, et d'autre part, ainsi que cela ressort de la vue de droite, le tissu obtenu sur la face endroit (face doublure) ;
La figure 7 est une représentation conventionnelle montrant, vu en coupe sens chaîne, le travail des nappes de fils de chaîne par rapport aux fils de trame, afin de constituer un tissu double face de type poche, liées entre elles selon une séquence prédéterminée.

En se reportant aux figures 2 et 3 annexées, la structure de base conforme à l'invention est donc constituée par un tissu poche comprenant une couche interne désignée par la référence générale (1), une couche externe désignée par la référence générale (2), ces deux couches étant accolées l'une à l'autre et étant liées entre elles, par intermittence, par une sélection de fils de chaîne (3), fils sélectionnés parmi ceux constituant la couche interne.
En d'autres termes, dans une telle structure, les lignes de liaison (3) forment, entre elles, des poches plates constituées entre la couche interne (1) et la couche externe (2).
Dans notre exemple, comme cela ressort plus particulièrement de la figure 2, les fils de chaîne (C1) destinés à former la couche interne (1) côté doublure, ainsi que les fils de trame (T1), sont constitués de fils et plus particulièrement de filés de fibres ne présentant pratiquement aucun pouvoir de rétraction sous l'effet d'une chaleur intense.
Les fils de chaîne (C2) destinés à constituer la couche externe (2), sont constitués quant à eux de fils présentant un léger pouvoir de retrait par rapport aux fils (C1). En revanche, les fils de trame (T2) destinées à constituer la couche externe, sont également à base de filés ne présentant pas de pouvoir de rétraction.
Dans l'exemple concret représenté à la figure 2, la densité en fils de chaîne (C2) et en fils de trame (T2) est divisée par deux par rapport à ceux (C1) et (T1) de l'autre face.
Grâce à une telle structure, le fait d'utiliser pour la couche externe des fils légèrement thermo-rétractables, permet d'obtenir une réaction à la chaleur telle qu'illustrée à la figure 4.
En effet, lorsque la température atteinte par la couche externe (2) est élevée, par exemple dans le cas de l'utilisation pour réaliser les fils de chaîne de fils méta-aramide tel que, par exemple : les isostalamides et les polyaramides, une température de l'ordre de 300°C, il se produit une rétraction de la chaîne externe (C2) qui entraîne un rapprochement des génératrices (3) des zones de liaison. Comme la couche (1) est, quant à elle, stable dimensionnellement à la chaleur, et est par ailleurs protégée en partie par la couche externe, cela entraîne la création d'un relâchement du côté interne, et donc la formation de poches en relief.
On doit noter que même si (C1) et/ou (T1) étaient constitués de matériaux présentant un pouvoir de rétraction, le fait qu'ils soient partiellement protégés par la face (2) créerait un différentiel de température vue par les deux faces et donc un différentiel de retrait créant les poches en relief.
Ces espaces sont augmentés au fur et à mesure de la montée en température, ce qui entraîne une augmentation de l'épaisseur du complexe et un "piégeage d'air", et en conséquence, une augmentation de la capacité isolante.

Exemple :

On réalise un complexe conforme à l'invention, du type illustré par la figure 2, et dont l'armure de tissage est illustrée par la figure 6.
La chaîne (C1), destinée à former la face dirigée vers l'utilisateur, et la trame (T1) destinée également à former cette face, sont réalisées à partir d'un filé de fibres mixtes comportant des fibres de polyamide imide (KERMEL) et de fibres de viscose FR (contenant un agent ignifugeant), et ce dans un mélange 70/30, le titre de ces filés étant égal à Nm 70/2.
Cette face du tissu comporte 26 fils/cm et 24 duites/cm.
La chaîne (C2), qui a cette propriété thermorétractable et qui constitue la couche isolante est, quant à elle, constituée d'un filé de fibres 100 % à base de fibres polyamide imide commercialisé sous le nom commercial KERMEL TECH, le titre de ces fils étant Nm 60/2.
La densité en chaîne (C2) est de 13 fils/cm.
La trame (T2) est, quant à elle, identique à la trame interne et sa densité est de 12 duites/cm.
A la tombée du métier, la masse surfacique de cette étoffe complexe est d'environ 230 g/m2.
La face interne (1), la plus contexturée, fait donc office de doublure, et est celle qui est dirigée vers l'utilisateur. La face (2) constituée de fils thermo-rétractables en chaîne est celle qui fait office de barrière thermique.
Bien évidemment, la forme de réalisation décrite et illustrée du matériau complexe multicouches selon l'invention ne doit pas être considérée comme limitative. L'invention concerne tout matériau complexe multicouches en feuilles dans le but de réaliser une barrière thermique composée d'une première et d'une seconde couche en réalisant une structure double face superposée reliée par intermittence, de manière à former des poches. La liaison des couches s'effectue par liage intermittent d'une sélection de fils.
L'une des couches présente un retrait sous l'effet de la chaleur. Cet effet de retrait est obtenu, si l'on considère l'exemple illustré, sur la totalité ou une partie des fils de liaison constituant les poches.
Cet effet de retrait de l'une des couches peut également résulter de la présence d'une membrane fixée sur la couche considérée. Par exemple, cette membrane peut être exécutée en tout matériau susceptible de présenter un retrait sous l'effet de la chaleur tel que du polyuréthane microporeux, du polyuréthane hydrophile, du polyester hydrophile,
Eventuellement, la couche considérée du matériau complexe peut être soumise à une opération d'enduction telle que à base de polyuréthane, de PVC, de silicone, ..., pour créer l'effet de retrait recherché sous l'action de la chaleur.
Après avoir soumis un tel complexe à des tests de protection à la chaleur radiante selon la norme EN 366 et à la protection à la chaleur convective selon la norme EN 367, il apparaît que les valeurs de protection sont élevées. De plus, la différence entre les temps théoriques de brûlure (t2 ou HTI 24) et les temps théoriques de douleur (t1 ou HTI 12), est améliorée.
En effet, elles sont effectivement supérieures à la moyenne générale observée pour des complexes de l'art antérieur.
Par ailleurs, ce résultat est obtenu en ayant un matériau beaucoup plus souple, et qui présente une moindre charge thermique en usage normal.
Les avantages ressortent bien de la description. On obtient un matériau beaucoup plus souple et confortable, tant sur le plan physique que physiologique par rapport aux complexes selon l'art antérieur.
On améliore également la perception du danger par le fait que ce type de complexe adapte progressivement son niveau d'isolation en fonction du danger thermique.
On peut ajouter que ce complexe ne présente pas les problèmes de vieillissement des feutres aiguilletés classiques (migration des fibres, tassement, ...), ni les problèmes d'abrasion subis ou créés par les barrières thermiques présentant un relief permanent.
En outre, cette nouvelle barrière thermique permet de visualiser l'état de dégradation du complexe. En effet, la réaction ne se faisant qu'en situation extrême, elle correspond à une perte d'efficacité du tissu extérieur et surtout de la membrane généralement associée dans ce type de vêtement.
Dans le cas de poches en forme de canaux dans l'étoffe double conforme à l'invention, ceux-ci seront de préférence disposés verticalement dans le vêtement afin d'éviter que la légère rétraction perpendiculaire ne remonte le bas de la veste et les manches. Ce léger resserrement de la couche en question sur le corps du porteur n'est pas problématique, car il se passe en fait une redistribution de l'air protecteur contenu dans le vêtement en favorisant automatiquement les endroits où la chaleur est ponctuellement la plus élevée.
Bien évidemment, le matériau complexe multicouches selon l'invention peut avantageusement être combiné avec une structure incluant également un tissu externe et une membrane interne respirante en général associée à un substrat conformément aux dispositions générales illustrées figure 1.

Claims

Matériau complexe multicouches en feuille utilisable pour la réalisation de vêtements de protection, notamment pour sapeurs-pompiers, et permettant de réaliser une barrière thermique composée d'une première et d'une seconde couche pour la réalisation de tels vêtements, caractérisé en ce qu'il est réalisé par tissage ou tricotage, de manière à former une structure double face (1,2) superposées, reliées par intermittence entre elles de manière à former des poches, et dans lequel :
• l'une des couche présente un retrait sous l'effet de la chaleur ;

• la liaison entre les couches est réalisée par liage intermittent d'une sélection de fils pour former lesdites poches.
Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche présentant un retrait sous l'effet de la chaleur est constituée, en totalité ou en partie, de fils présentant un retrait sous ledit effet de chaleur.
Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poches constituent des canaux, seule la famille de fils perpendiculaires auxdits canaux, considérés en totalité ou en partie, présentant un retrait sous l'effet de la chaleur.
Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'effet de retrait de la couche considérée résulte de la présence d'une membrane fixée sur ladite couche, ladite membrane étant réalisée dans un matériau apte à lui conférer un retrait sous l'effet de la chaleur.
Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'effet de retrait de la couche considérée résulte de la présence d'une enduction de ladite couche d'un matériau apte à conférer un retrait sous l'effet de la chaleur.
Matériau complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de contexture entre les deux couches est compris entre un pour un et un pour dix.
Matériau complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est combiné avec un tissu externe et une membrane respirante associée à un substrat.