FR2734002A1 - Assemblage d'une bande fibreuse supportee - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un assemblage d'une bande fibreuse supportée. Selon l'invention, elle comprend un matériau de support qui adhère à une bande non tissée de fibres multicomposants comprenant un premier polymère et un second polymère de façon que le second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface des fibres multicomposants et ait une température d'amollissement en dessous des températures d'amollissement du premier polymère et du matériau de support, l'assemblage de la bande fibreuse supportée ayant un débit d'eau d'au moins environ 20% du débit d'eau de la bande non tissée des fibres multicomposants seule. L'invention s'applique notamment à la filtration, surtout des particules fines dans des fluides.

Description

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La présente invention se rapporte à un assemblage d'une bande fibreuse supportée, i.e. une bande fibreuse qui adhère à un matériau de support. La présente invention se rapporte également à une méthode de préparation d'un tel assemblage d'une bande fibreuse supportée, ainsi qu'à des méthodes d'utilisation d'un tel assemblage d'une bande fibreuse supportée. Les milieux de filtration ont été utilisés pour la filtration des particules fines des fluides, en particulier des liquides, depuis de nombreuses années. De tels milieux de filtration sont disponibles dans une grande variété de matériaux pour répondre aux conditions particulières de filtration. Des bandes fibreuses telles que celles décrites dans le brevet U.S. 4 021 281 sont particulièrement bien adaptées à la filtration de certaines matières particulaires
des fluides.
Les bandes fibreuses possèdent l'aptitude d'éliminer certaines particules mais, malheureusement, elles souffrent d'un manque de résistance mécanique, e.g. elles se déforment facilement. Par suite, un matériau de support est souvent joint à une telle bande fibreuse afin de produire un milieu de filtration ayant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes. Cela est particulièrement le cas lorsque le milieu de filtration est utilisé dans des environnements à fort cisaillement ou à écoulement pulsé ou est soumis à de
fortes pressions d'écoulement de retour.
De nombreuses tentatives ont été faites pour joindre
des bandes fibreuses à des matériaux appropriés de support.
Ces tentatives ont consisté à souffler en phase fondue une bande fibreuse directement sur un matériau de support, à laminer thermiquement une bande fibreuse directement sur un matériau de support et à utiliser un adhésif pour fixer une bande fibreuse à un matériau de support. Chacune de ces techniques n'est pas sans poser de problèmes, comme la faible adhérence bande fibreuse-support, un blocage important des pores de la bande fibreuse et/ou du matériau de support, une altération des caractéristiques physiques de la bande
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fibreuse et une introduction de sources possibles de contamination. Il reste donc une nécessité d'une méthode pour faire adhérer une bande fibreuse à la surface d'un matériau de support, en particulier d'un matériau de support rigide, laquelle méthode permet une adhérence sûre de la bande fibreuse au matériau de support, sans affecter sensiblement de manière néfaste ni la bande fibreuse ni le matériau de support. La présente invention cherche à procurer une telle méthode ainsi que l'assemblage de la bande fibreuse supportée
qui en résulte.
La présente invention procure un assemblage d'une bande fibreuse supportée comprenant un matériau de support adhérant à une bande non tissée de fibres multicomposants. Les fibres multicomposants comprennent un premier polymère et un second polymère de façon que le second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface des fibres multicomposants et ait une température d'amollissement plus basse que les températures d'amollissement du premier polymère et du matériau de support. L'assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de la bande non tissée des fibres multicomposants seule. L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention peut de plus comprendre une seconde bande fibreuse qui adhère à la bande non tissée des fibres multicomposants de façon que la bande non tissée des fibres multicomposants soit placée entre la seconde bande fibreuse et le matériau de support et o l'assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de la seconde bande fibreuse seule. La présente invention procure également un élément de filtre comprenant un logement et un tel assemblage d'une bande fibreuse supportée, ainsi qu'une méthode de préparation d'un tel assemblage d'une bande fibreuse supportée et des méthodes d'utilisation dues d'un tel assemblage d'une bande fibreuse supportée.
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L'assemblage de la bande supportée de la présente invention comprend un matériau de support adhérant à une bande non tissée de fibres multicomposants o les fibres multicomposants comprennent un premier polymère et un second polymère de façon que le second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface des fibres multicomposants et ait une température d'amollissement en dessous des températures d'amollissement du premier polymère et du matériau de support et l'assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de la bande non tissée des fibres multicomposants seule. L'assemblage de la bande fibreuse supportée peut de plus comprendre une seconde bande fibreuse qui adhère à la bande non tissée des fibres multicomposants de manière que la bande non tissée des fibres multicomposants soit placée entre la seconde bande fibreuse et le matériau de support et o l'assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de la seconde bande
fibreuse seule.
Bande non tissée de fibres multicomposants La bande non tissée des fibres multicomposants peut comprendre toutes les quantités appropriées des premier et second polymères de façon que le second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface des fibres multicomposants et ait une température d'amollissement en dessous des températures d'amollissement du premier polymère, de la seconde bande fibreuse (si présente) et du matériau de support. Typiquement, les fibres multicomposants comprennent au moins environ 10 % en poids d'un premier polymère ayant une première température d'amollissement et pas plus d'environ 90 % en poids d'un second polymère ayant une seconde température d'amollissement qui est plus basse que la première température d'amollissement ainsi que les températures d'amollissement de la seconde bande fibreuse (si elle est présente) et du matériau de support. Les fibres multicomposants comprennent de préférence au moins environ % en poids, mieux au moins environ 40 % en poids (e.g.
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environ 40-60 % en poids) du premier polymère et pas plus d'environ 70 % en poids, mieux pas plus d'environ 60 % en poids (e.g. environ 60-40 % en poids) du second polymère. Les fibres multicomposants comprennent de préférence une âme du premier polymère et un revêtement du second polymère entourant au moins partiellement sa surface. De préférence, les fibres multicomposants comprennent une âme du premier polymère et une gaine du second polymère (i.e. le second polymère forme un revêtement continu sur la surface de l'âme
du premier polymère).
Les fibres multicomposants de la bande non tissée peuvent être préparées en tout polymère approprié. De préférence, au moins le second polymère et mieux également le premier polymère sont des polymère thermoplastiques. Mieux, les fibres multicomposants de la bande non tissée seront préparées à partir de polyoléfines et/ou polyesters appropriés. Les polymères appropriées comprennent le polyester, le polyethylène, le polypropylène et le polyméthylpentène. Le premier polymère est de préférence du polyester, le second polymère étant de préférence du polyéthylène. Les fibres multicomposants de la bande non tissée peuvent être préparées par tout moyen approprié et formées en une bande non tissée par tout moyen approprié, comme les procédés conventionnels de fabrication de papier de Fourdrinier. Tandis que les fibres multicomposants sont de préférence des fibres bicomposants, i.e. des fibres qui ne sont préparées que de deux polymères, les fibres multicomposants peuvent être préparées à partir de plus de deux polymères, i.e. le premier et/ou second polymère comme décrits ici peuvent être considérés comme des mélanges de polymères. La fibre multicomposants peut également comprendre un promoteur d'adhérence approprié, e.g. un agent de couplage de silane, en particulier quand le matériau de support est un
métal, e.g. l'acier inoxydable.
La combinaison particulière des polymères pour les fibres multicomposants doit être choisie de manière que les températures d'amollissement des premier et second polymères
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diffèrent suffisamment pour que l'amollissement du second polymère puisse s'effectuer sans affecter de façon néfaste le premier polymère ainsi que la seconde bande fibreuse (si présente) et le matériau de support. Ainsi, le premier polymère, la seconde bande fibreuse (si présente) et le matériau de support ont de préférence des températures d'amollissement d'au moins environ 20 C plus hautes mieux d'au moins environ 50 C plus hautes que la température d'amollissement du second polymère. Le second polymère aura typiquement une température d'amollissement d'environ 110 C à environ 200 C, mieux d'environ 110 C à environ 150 C. Alors que les températures de fusion de la seconde bande fibreuse (si présente) du matériau de support et des premier et second polymères de la bande non tissée des fibres multicomposants peuvent être considérées, les températures d'amollissement donnent une mesure plus pratique des températures auxquelles peut avoir lieu la déformation et/ou l'écoulement en phase fondue des divers éléments de l'assemblage d'une bande
fibreuse supportée de la présente invention.
Les fibres multicomposants utilisés pour former la bande non tissée ont de préférence un diamètre moyen d'environ 50 pm ou moins. Mieux, au moins 90 %, de préférence sensiblement la totalité des fibres multicomposants formant
la bande non tissée ont un diamètre d'environ 50 Mm ou moins.
Les fibres multicomposants formant la bande non tissée auront typiquement environ 5-50 pm de diamètre, plus usuellement environ 10-30 pm de diamètre. Les fibres multicomposants peuvent avoir toute longueur appropriée, e.g. environ 0,5-8 cm. La bande non tissée des fibres multicomposants peut avoir tout poids approprié de la feuille (ou base). La bande non tissée des fibres multicomposants a de préférence un poids de la feuille d'au moins environ 20 g/m2, mieux, compris entre environ 20 g/m2 et environ 200 g/m2 et encore
mieux compris entre environ 20 g/m2 et environ 100 g/m2.
La bande non tissée des fibres multicomposants peut être de toute épaisseur appropriée et elle aura généralement
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au moins environ 50 pm d'épaisseur. La bande non tissée des fibres multicomposants est de préférence d'une épaisseur suffisante pour donner la résistance souhaitée à
l'écaillement à l'assemblage de la bande fibreuse supportée.
De plus, la bande non tissée des fibres multicomposants doit être d'une épaisseur suffisante pour permettre la séparation physique souhaitée entre la seconde bande fibreuse quand elle est présente et le matériau de support afin de permettre un écoulement latéral suffisant (e.g. écoulement vers le côté ou vers le bord) à travers la bande non tissée des fibres multicomposants, pour ainsi minimiser la chute de pression à travers l'assemblage de la bande fibreuse supportée. La bande non tissée des fibres multicomposants a de préférence une épaisseur de moins d'environ 5000 pm mieux de moins d'environ
2500 Mm et encore mieux d'environ 50 à environ 1000 Mm.
La bande non tissée des fibres multicomposants doit être aussi uniforme que possible en ce qui concerne l'épaisseur. De préférence, la bande non tissée des fibres multicomposants aura une variabilité d'épaisseur de pas plus d'environ 10 %, de préférence de pas plus d'environ 9 %, ce qui représente environ 3 écarts standards de l'épaisseur moyenne de la bande non tissée. Mieux, la bande non tissée des fibres multicomposants aura une variabilité d'épaisseur
de pas plus d'environ 5 %.
La bande non tissée des fibres multicomposants peut avoir toute perméabilité à l'air appropriée. typiquement, la bande non tissée des fibres multicomposants aura une
perméabilité à l'air d'environ 30000 à environ 500000 lpm/m2.
La bande non tissée des fibres multicomposants a de préférence une perméabilité à l'air d'environ 100000 à
environ 300 000 lpm/m2.
Matériau de support Le matériau de support peut être tout matériau approprié, de façon souhaitable, un matériau qui est plus rigide que la bande non tissée des fibres multicomposants et la seconde bande fibreuse (si elle est présente). Le matériau de support a de manière souhaitable une rigidité à la flexion
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(ASTM D 1388-64) (réapprouvée en 1975; changements éditoriaux en 1975 et 1976) test en porte-à-faux) au moins d'environ 10 fois, de préférence au moins d'environ 50 fois, mieux d'au moins environ 100 fois, e.g. environ 500 fois ou plus et encore mieux d'au moins environ 1000 fois la rigidité à la flexion de la bande non tissée des fibres multicomposants et de la seconde bande fibreuse (si elle est présente). Le matériau de support a également, de préférence, une résistance à la traction égale à au moins environ 5 fois et mieux au moins environ 10 fois la résistance à la traction de la bande non tissée des fibres multicomposants et de la seconde bande fibreuse (si elle est présente). De plus, la température d'amollissement du matériau de support doit être plus grande que la température d'amollissement du second
polymère des fibres multicomposants.
Le matériau de support sera typiquement un matériau polymérique ou un métal. Les matériaux polymériques appropriés de support comprennent du polyamide (e.g. Nylon), du polypropylène, de la polyéthersulfone (PES), de la polysulfone (PSO), du polyétherimide (PEI), de la
polyétheréthercétone (PEEK), et de la polyéthercétone (PEK).
Des matériaux métalliques appropriés comprennent les métaux
comme l'aluminium et des alliages comme l'acier inoxydable.
Le matériau de support peut être sous toute forme appropriée,
e.g. en feuille, fibreux, en maille et analogues.
Le matériau de support peut être poreux, de façon que le fluide filtré s'écoule à travers le matériau de support, ou non poreux de façon que le fluide filtré s'écoule latéralement à travers la bande non tissée des fibres multicomposants, e.g. entre la seconde bande fibreuse (si elle est présente) et le matériau de support. Le matériau de support est de préférence poreux, en particulier une feuille poreuse en acier inoxydable, e.g. avec des trous chimiquement
attaqués à travers elle.
Le matériau de support peut être rendu plus facile à faire adhérer à la bande non tissée des fibres multicomposants en rendant la surface du matériau de support
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rugueuse. Par exemple, le matériau de support, en particulier quand c'est un métal tel que de l'acier inoxydable, peut être rendu plus facile à faire adhérer à la bande non tissée des fibres multicomposants en attaquant et/ou en soumettant le matériau de support à un traitement thermique ou autre
traitement de surface par oxydation.
Seconde bande fibreuse L'assemblage de la bande fibreuse de la présente invention peut comprendre une seconde bande fibreuse, i.e., une bande de fibres en plus de la bande non tissée des fibres multicomposants. Toute bande fibreuse non tissée appropriée
peut être utilisée en tant que la seconde bande fibreuse.
La seconde bande fibreuse peut se composer de tous les matériaux appropriés et elle peut être de tout construction appropriée. La seconde bande fibreuse peut comprendre des fibres multicomposants ou bien des fibres à un seul composant et ainsi, peut être la même ou différente de la bande non tissée des fibres multicomposants. La seconde bande fibreuse comprend de préférence des fibres à un seul composant. La seconde bande fibreuse peut être sous la forme d'une bande fibreuse non tissée ou d'une bande fibreuse tissée (comprenant une maille ou un écran), de préférence une bande
fibreuse non tissée.
En général, quand on utilise une seconde bande fibreuse, ce sera le milieu primaire de filtration avec la bande non tissée des fibres multicomposants étant un moyen pour faire adhérer la seconde bande fibreuse au matériau de support. Méthode d'assemblage L'adhérence de la bande non tissée des fibres multicomposants au matériau de support et à la seconde bande fibreuse (si elle est présente) est effectuée en soumettant la bande non tissée des fibres multicomposants à une température au-dessus de la température d'amollissement du second polymère mais en dessous des températures d'amollissement du premier polymère, de la seconde bande fibreuse (si elle est présente) et du matériau de support. En
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d'autres termes, la bande non tissée des fibres multicomposants est soumise à une température suffisante pour au moins partiellement amollir le seconde polymère sans amollir de façon importante les autres composants de l'assemblage de la bande fibreuse supportée de façon que le second polymère puisse s'écouler en phase fondue sur une étendue suffisante pour effectuer l'adhérence souhaitable entre la bande non tissée des fibres multicomposants et la seconde bande fibreuse (si elle est présente) et le matériau
de support.
Ainsi, la présente invention procure une méthode de préparation d'un assemblage d'une bande fibreuse supportée, o la méthode consiste à (a) placer une bande non tissée de fibres multicomposants en contact avec un matériau de support pour former un assemblage d'une bande fibreuse supportée, o les fibres multicomposants comprennent un premier polymère et un second polymère de façon que le second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface des fibres multicomposants et ait une température d'amollissement en dessous des températures d'amollissement du premier polymère et du matériau de support, (b) soumettre la bande non tissée des fibres multicomposants à une température au-dessus de la température d'amollissement du second polymère et en dessous des températures d'amollissement du premier polymère et du matériau de support et (c) appliquer de la pression à l'assemblage de la bande fibreuse supportée alors que la bande non tissée des fibres multicomposants est à une température au- dessus de la température d'amollissement du second polymère de façon que le matériau de support adhère à la bande non tissée des fibres multicomposants et que l'assemblage de la bande fibreuse supportée ait un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de la bande non
tissée des fibres multicomposants seule.
La méthode de la présente invention consiste de plus à placer la bande non tissée des fibres multicomposants entre le matériau de support et une seconde bande fibreuse, à soumettre la bande non tissée des fibres multicomposants à
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une température au-dessus de la température d'amollissement du second polymère et en dessous des températures d'amollissement du premier polymère de la seconde bande fibreuse et du matériau de support et à appliquer de la pression à l'assemblage de la bande fibreuse supportée alors que la bande non tissée des fibres multicomposants est à une température au-dessus de la température d'amollissement du second polymère, de manière que le matériau de support et la seconde bande fibreuse adhèrent à la bande non tissée des fibres multicomposants, et l'assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit
d'eau de la seconde bande fibreuse seule.
La bande non tissée des fibres multicomposants peut être soumise à la température souhaitée d'amollissement par tout moyen approprié comprenant, sans limitation, des plateaux chauds, une induction, des micro-ondes, une haute fréquence, une convection et analogues. Par exemple, l'assemblage de la présente invention peut être placé dans une four ou sur une plaque chaude ou mieux on peut le faire passer à travers des rouleaux à emprise chauffée et/ou entre des bandes convoyeuses chauffées tant qu'un niveau souhaitable d'adhérence, e.g. de résistance à l'écaillement, est obtenu entre les couches de l'assemblage, sans blocage indu des pores ou bouchage. De même, une portion de l'assemblage peut être portée à la température souhaitée puis
combinée à la ou aux portions restantes de l'assemblage.
De préférence, de la chaleur est appliquée à l'assemblage pendant une période de temps suffisante pour que la bande non tissée des fibres multicomposants atteigne l'équilibre à la température souhaitée. La durée de ce chauffage dépendra en partie de la méthode par laquelle de la chaleur est appliquée et des caractéristiques physiques
précises des composants de l'assemblage.
Alors que la bande non tissée des fibres multicomposants est à la température élevée, i.e., à une température au-dessus de la température d'amollissement du second polymère, l'assemblage est de préférence soumis à
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l'application d'une quantité appropriée de pression, ce qui peut être effectué de toute manière appropriée, e.g. par des rouleaux à emprise et analogue. La quantité de pression appliquée à l'assemblage chauffé qui est nécessaire pour effectuer une bonne adhérence des divers composants de l'assemblage variera de même selon la méthode précise qui est employée pour effectuer l'adhérence des composants de l'assemblage et la nature physique de ces composants. En général, une pression appliquée d'environ 5-1500 kPa sera suffisante, en utilisant plus typiquement une pression
appliquée d'environ 10-1000 kPa.
La pression devra être appliquée pendant un temps suffisant pour permettre au second polymère des fibres multicomposants formant la bande non tissée des fibres multicomposants de se déformer ou de s'écouler en phase fondue afin d'effectuer le degré souhaité d'adhérence entre les composants de l'assemblage sans affecter de façon néfaste, e.g. déformer et/ou provoquer un écoulement en phase fondue, du restant de l'assemblage de la bande fibreuse supportée. En général, la pression souhaitée peut être appliquée pendant environ 1-60 secondes, de préférence
pendant environ 1-30 secondes.
Il faut prendre soin de garantir que la pression appliquée ne sera pas effectuée de manière à affecter de façon néfaste l'assemblage de la bande fibreuse supportée. De plus, une pression ne doit pas être appliquée à l'assemblage de la bande fibreuse supportée qui pourrait rendre la bande non tissée des fibres multicomposants non poreuse ou bien de manière à affecter de façon néfaste les propriétés d'absorption et d'écoulement du fluide à travers la bande non tissée des fibres multicomposants (écoulement latéral et/ou vertical) d'une façon importante, bien que, dans certains cas, il puisse être souhaitable de rendre exprès une portion de la bande non tissée des fibres multicomposants non poreuse, i.e. imperméable à l'écoulement d'un fluide afin, par exemple, de contrôler l'écoulement du fluide. Une telle tentative est particulièrement utile dans l'étanchéification
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hermétique des bords de l'assemblage de la bande fibreuse supportée afin d'empêcher une fuite du fluide et de diriger
l'écoulement du fluide vers une sortie appropriée.
L'assemblage de la bande fibreuse supportée est de façon souhaitable préparé de manière que l'assemblage présente des caractéristiques suffisamment élevées de perméabilité et d'adhérence. En particulier, l'assemblage de la bande fibreuse supportée a de préférence un débit d'eau d'au moins environ 50 %, mieux d'au moins environ 70 % et encore mieux d'au moins environ 90 % du débit d'eau de la bande non tissée des fibres multicomposants et/ou du débit d'eau de la seconde bande fibreuse (si elle est présente). Le débit d'eau est la quantité d'eau par période de temps par unité de pression par unité de l'aire superficielle de
l'assemblage et il s'exprime ici en termes de ml/mn/kPa/m2.
Le débit d'eau est mesuré, si possible, à une pression appliquée de 7 kPa et toutes les valeurs du débit d'eau rapportées ici réfléchissent des mesures à une telle pression appliquée. Par ailleurs, l'assemblage de la bande fibreuse supportée a de préférence des résistances à l'écaillement seconde bande fibreuse-bande non tissée de fibres multicomposants et bande non tissée des fibres multicomposants-matériau de support d'au moins environ 50 kg/m, mieux d'au moins environ 100 kg/m et encore mieux d'au moins environ 150 kg/m quand il est sec et encore mieux également après trempage dans l'eau à 900C pendant 30 minutes. L'assemblage de la bande fibreuse supportée aura de façon idéale des résistances à l'écaillement seconde bande fibreuse-bande non tissée de fibres multicomposants et bande non tissée de fibres multicomposants-matériau de support qui sont suffisamment élevées pour que l'assemblage de la bande fibreuse supportée ne puisse s'écailler sans détruire la
seconde bande fibreuse et/ou le matériau de support.
L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention a de manière souhaitable une rigidité à la flexion (ASTM D 1388-64) qui est égale à au moins environ 10
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fois, de préférence au moins environ 50 fois et mieux au moins environ 100 fois, e.g. environ 500 fois ou plus et encore mieux au moins environ 1000 fois la rigidité à la flexion de la bande non tissée des fibres multicomposants et de la seconde bande fibreuse (si elle est présente). L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention peut de préférence résister à des taux de cisaillement, tels qu'ils sont rencontrés dans la filtration dynamique, d'au moins environ 200 000 s-1 et mieux d'au moins environ 400000 s-1 et encore mieux d'au moins environ 500000 s-1. De même, l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention peut de manière souhaitable résister à des pressions d'écoulement de retour d'au moins environ 100 kPa, de préférence d'au moins environ 200 kPa et mieux d'au moins environ 400 kPa et encore mieux
d'au moins environ 500 kPa.
Méthodes d'utilisation L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention peut être utilisé dans tout but approprié, e.g. dans tout but pour lequel on pourrait utiliser un assemblage fibreux supporté conventionnel. Comme l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention a d'excellentes caractéristiques d'adhérence tout en conservant de bonne caractéristiques de perméabilité, l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention peut également être utilisé dans des applications et environnements o un assemblage d'une bande fibreuse supportée conventionnel peut ne pas être approprié, comme dans des environnements à fort cisaillement ou à écoulement pulsé ou bien dans des applications o l'assemblage de la bande fibreuse supportée est soumis à de fortes pressions d'écoulement de retour. L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention est utile dans des dispositifs et applications de filtration à écoulement transversal et est particulièrement bien adapté dans des dispositifs et applications de filtration dynamique, en
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particulier ceux impliquant des dispositifs de filtration
dynamique rotatifs et vibratoires.
Ainsi, la présente invention procure un élément de filtre comprenant un logement et l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention. Un tel élément de filtre peut inclure l'assemblage de la bande fibreuse supportée, de la présente invention sous toute configurationappropriée, comprenant, par exemple, sous une forme de feuille o le matériau de support est une plaque, une configuration plissée o le matériau de support est une maille ou un configuration tubulaire o le matériau de support est un tube. La présente invention procure également une méthode de filtration d'un fluide, laquelle méthode consiste à faire passer un fluide à travers l'assemblage de
la bande fibreuse supportée de la présente invention.
Exemples
Les exemples qui suivent illustreront mieux la présente invention et, bien entendu, ne doivent pas être pris comme la
limitant d'une quelconque façon.
Exemple 1
Cet exemple illustre les caractéristiques supérieures de perméabilité et d'adhérence de l'assemblage de la bande
fibreuse supportée de la présente invention.
En particulier, la perméabilité a été mesurée d'une bande non tissée fibreuse à un seul composant seule (échantillon 1A), de la bande non tissée fibreuse à un seul composant jointe mais non collée à un support en acier inoxydable (échantillon lB), d'une bande non tissée fibreuse multicomposants seule (échantillon 1C), de la bande non tissée fibreuse multicomposants jointe mais non collée au support en acier inoxydable (échantillon 1D), à la bande non tissée fibreuse multicomposants jointe et collée au support en acier inoxydable (échantillon 1E), de la bande non tissée fibreuse à un seul composant jointe mais non collée au support en acier inoxydable avec la bande non tissée fibreuse
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multicomposants entre eux (échantillon iF) et de la bande non tissée fibreuse à un seul composant collée au support en acier inoxydable avec la bande non tissée fibreuse multicomposants entre eux (échantillon 1G). Les résistances à l'écaillement des divers modes de réalisation collés, à
l'étendue applicable, ont également été déterminés.
La bande non tissée fibreuse à un seul composant utilisée dans cette série d'expériences était Reemay 2016 (Snow Filtration Co. (Cincinnati, Ohio). La bande non tissée avait un poids de la feuille d'environ 46 g/m2 et était une bande non tissée fibreuse, statistiquement orientée,
"spunbonded", composée de 100 % de fibres de polyester.
L'épaisseur de la bande non tissée était d'environ 229 Mm (méthode de test ASTM D 1777-64 (réapprouvée en 1975)) alors que la perméabilité à l'air de la bande était d'environ 274 300 lpm/m2 (méthode de test ASTM D 737-75). La résistance à la traction de la bande non tissée était d'environ 661 kg/m linéaire dans la direction de la machine et d'environ 482 kg/m linéaire dans la direction transversale à la machine
(méthode de test ASTM D 1117-77).
Le support en acier inoxydable était une plaque en acier inoxydable 304 d'une épaisseur d'environ 305 Mm et ayant des trous chimiquement attaqués d'environ 380 pm de diamètre. Ces trous, par lesquels le perméat est drainé, étaient espacés d'environ 900 Mm d'entr'axe, produisant ainsi une aire ouverte d'environ 16 % pour la perméation. La surface de la plaque en acier inoxydable a été chimiquement rendue rugueuse pendant l'attaque des trous, ce qui amélioré le collage. La surface de la plaque a de plus été rendue plus favorable au collage en exposant la plaque aux environ de
370 C pendant environ 1 heure dans un four.
La bande non tissée fibreuse multicomposants qui avait été utilisée dans cette série d'expériences était Celbond T105 (Hoechst-Celanese, Salisbury, Caroline du Nord). La bande non tissée T105 se composait de 100 % de fibres bicomposants concentriquement orientées, ayant une gaine en polyéthylene linéaire de faible densité avec une température
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de fusion de 127 C et une âme en polyester avec une température de fusion de 256 C. La bande non tissée en T105 avait un poids de la feuille d'environ 68 g/m2 et était une bande non tissée fibreuse statistiquement orientée posée à l'état humide, composée de fibres de Celbond T105 d'environ pm de diamètre x 1,27 cm de long. L'épaisseur de la bande non tissée en T105 était d'environ 406 Mm (méthode de test ASTM D 1777-64) alors que la perméabilité à l'air de la bande
était d'environ 167 600 lpm/m2 (méthode de test ASTM D 737-
75). La résistance à la traction de la bande non tissée en T105 était d'environ 107 kg/m linéaire dans la direction de la machine et d'environ 71 kg/m linéaire dans la direction
transversale à la machine (méthode de test ASTM 1117-77).
Le flux du filtrat a été déterminé en mesurant l'écoulement d'eau déionisée à température ambiante (e.g., environ 20-25 C) à une pression appliquée d'environ 7 kPa. Le débit d'eau à travers la bande non tissée fibreuse à un seul composant seule était d'environ 425 lpm/m2 ou environ 62 lpm/m2/kPa. La perméabilité d'un assemblage particulier incorporant la bande non tissée fibreuse à un seul composant a été calculée en déterminant le débit d'eau à environ 7 kPa de pression appliquée à travers l'assemblage et en divisant ce débit par le débit à travers la membrane seule (i.e. environ 425 lpm/m2 ou environ 62 lpm/m2/kPa) pour obtenir un pourcentage de perméabilité. De même, le débit d'eau à travers la bande non tissée fibreuse multicomposants seule était d'environ 436 lpm/m2 ou environ 63 lpm/m2/kPa. La perméabilité d'un assemblage particulier incorporant la bande non tissée fibreuse multicomposants, en l'absence de la bande non tissée fibreuse à un seul composant, a été calculée en déterminant le débit d'eau à environ 7 kPa de pression appliquée à travers l'assemblage et en divisant ce débit par le débit à travers la membrane seule (i.e., environ 436 lpm/m2 ou environ 63 lpm/m2/kPa) pour obtenir un pourcentage
de perméabilité.
Le collage de la bande non tissée fibreuse à un seul composant (étoffe), de la bande non tissée fibreuse
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multicomposants (intercouche) et/ou de la plaque d'acier inoxydable (support) a été effectué en utilisant un appareil de laminage. L'assemblage de la bande fibreuse supportée a été bien mis en couche puis introduit dans l'appareil de laminage qui se composait de bandes convoyeuses supérieure et inférieure chauffées, à travers lesquelles on faisait passer
l'assemblage. La température des bandes a été établie à 160-
C, i.e., au-dessus de la température de fusion du composant de la gaine des fibres bicomposants et en dessous de la température de fusion du composant de l'âme des fibres bicomposants, ainsi que de la bande non tissée fibreuse à un seul composant et du support en acier inoxydable. La distance entre les deux bandes, que l'on appelle hauteur des bandes qui était de 0,9 mm, a été ajustée à peu près à l'épaisseur de l'assemblage non collé afin de chauffer uniformément
l'assemblage avant application de pression dans l'emprise.
L'équilibre thermique a été obtenu tandis que l'assemblage se déplaçait le long des bandes convoyeuses chauffées, avec le temps de résidence avant application de la pression de l'emprise (qui est déterminée par la vitesse des bandes convoyeurs) d'environ 60 secondes. L'espace entre la bande convoyeuse inférieure et le rouleau d'emprise i.e. la hauteur d'emprise était de 0,6 mm, et la pression du rouleau d'emprise était soit d'environ 21 kPa (pour l'échantillon 1E) ou d'environ 186 kPa (pour l'échantillon 1G). Apres sortie du rouleau de l'emprise, on a laissé l'assemblage de la bande
fibreuse supportée refroidir à température ambiante.
La résistance à l'écaillement entre deux couches adhérentes a été déterminée selon ASTM D 2724-79 en écaillant les deux couches l'une de l'autre en directions opposées, à un angle de 180 . La résistance à l'écaillement, pour décrire l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention, est la charge requise pour écailler l'une des deux couches qui adhèrent au loin de l'autre couche (qui est fixe) à une allure de 5,08 cm/mn à un taux constant d'allongement dans une bande de 2,54 cm de large sur 10,16 cm de long des feuilles en adhérence. La résistance à l'écaillement des
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feuilles en adhérence a également été déterminée après avoir trempé chaque bande de test dans de l'eau à 900C pendant 30 minutes. Les conditions de collage et les caractéristiques physiques des divers assemblages évalués dans ces expériences sont indiquées au Tableau 1.
Tableau 1
Echantillon Assemblage Méthode de Perméa- Résistance à Résistance à Résistance à Résistance à collage bilité l'écaillement l'écaillement l'écaillement l'écaillement (%) à sec: humide: à sec: bande humide: support-bande support-bande intercouche- bande
intercouche intercouche étoffe (kg/m) intercouche-
(kg/m) (kg/m) étoffe (kg/m) 1A bande non tissée non collé 97 N/A N/A N/A N/A un seul composant seulement lB bande non tissée non collé 97 N/A N/A N/A N/A un seul composant et support seulement Co 1C bande non tissée non collé 100 N/A N/A N/A N/A multicomposants seulement 1D bande non tissée non collé 100 0 0 N/A N/A multicomposants et support seulement 1E bande non tissé appareil de 90 127 102 N/A N/A multicomposants et laminage support seulement 1F complet non collé 95 0 0 0 0 1G complet appareil de 91 152 75 50 45 laminage Notes: "0" indique le manque de toute adhérence sensible entre les couches "N/A" indique que le test particulier de résistance à l'écaillement n'était pas applicable
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Comme cela est apparent des données indiquées au Tableau 1, l'assemblage d'une bande fibreuse supportée de la présente invention a d'excellentes caractéristiques de perméabilité et d'adhérence. En particulier, l'assemblage d'une bande fibreuse supportée de la présente invention (tel que représenté par les échantillons 1E et 1G) conserve une portion importante de la perméabilité de l'assemblage non collé (représenté par les échantillons 1D et 1F respectivement) et même des bandes non tissées fibreuses à un seul composant ou multicomposants seulement (comme cela est montré par les échantillons 1A et 1C respectivement), tout en ayant d'excellentes caractéristiques d'adhérence comme cela est mis en évidence par les valeurs de résistance à l'écaillement. En réalité, l'existence de la bande non tissée fibreuse multicomposants a peu d'effet néfaste sur la perméabilité, comme cela est illustré par une comparaison des perméabilités de l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention impliquant les bandes non tissées fibreuses à un seul et à plusieurs composants avec le support en acier inoxydable (comme cela est représenté par l'échantillon 1G) et la bande non tissée fibreuse à un seul composant et le support en acier inoxydable seulement (comme
cela est montré par l'échantillon lB).
Les assemblages de bandes fibreuses supportées (comme cela est montré par les échantillons 1E et 1G) avaient d'excellentes caractéristiques de résistance à l'écaillement à l'état humide et à sec, comme entre la bande non tissée
fibreuse multicomposants et le support en acier inoxydable.
L'assemblage de la bande non tissée supportée (représenté par l'échantillon 1G) a également présenté de bonnes caractéristiques de résistance à l'écaillement à l'état humide et à sec, comme entre la bande non tissée fibreuse multicomposants et la bande non tissée fibreuse à un seul composant.
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Exemple 2
Cet exemple illustre les mauvaises caractéristiques de perméabilité d'un assemblage d'une bande fibreuse supportée préparée d'une manière similaire à l'Exemple 1, à l'exception que l'on utilise une bande non tissée fibreuse à un seul composant en tant qu'intercouche entre la bande non tissée fibreuse à un seul composant et le support en acier inoxydable indiqué à l'Exemple 1, contrairement à ce que
dicte la présente invention.
Un assemblage d'une bande fibreuse supporté similaire à ceux de l'Exemple 1 a été préparé en utilisant l'appareil de laminage (sauf avec une pression d'emprise d'environ 186 kPa) pour effectuer le collage de la bande non tissée fibreuse à un seul composant (étoffe) de l'Exemple 1, d'une bande non tissée fibreuse à un seul composant de plus faible température de fusion (intercouche) et de la plaque d'acier inoxydable (support) de l'Exemple 1. L'intercouche de la bande non tissée fibreuse à un seul composant était du polypropylène et elle est commercialisée en tant du Typar
T135 (Midwest Filtration Company, Hamilton, Ohio).
L'intercouche de la bande non tissée fibreuse à un composant avait un poids de la feuille d'environ 31 g/m2 et était une bande non tissée fibreuse "spunbonde" de fibres ayant un diamètre moyen d'environ 23 pm. L'épaisseur de l'intercouche de la bande non tissée fibreuse à un seul composant était d'environ 254 Mm (méthode de test ASTM D 1777-64) alors que la perméabilité à l'air de la bande était d'environ 76 200 lpm/m2 (méthode de test ASTM D 737-75). La résistance à la traction de l'intercouche de la bande non tissée fibreuse à un seul composant était d'environ 482 kg/m linéaire dans la direction de la machine et d'environ 268 kg/m linéaire dans la direction transversale à la machine (méthode de test ASTM
D 1117-77).
La perméabilité et la résistance à l'écaillement de l'assemblage ont été mesurées comme décrit de la même manière qu'indiqué à l'Exemple 1 et les valeurs résultantes sont
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montrées au Tableau 2. Dans les les buts de comparaison, le même assemblage sous forme non collée a été de même testé et les valeurs résultantes sont également indiquées au Tableau 2. En particulier, le flux du filtrat a été déterminé en mesurant l'écoulement d'eau désionisée à température ambiante (e.g. environ 20-25 C) à une pression appliquée d'environ 7 kPa. Le débit d'eau à travers l'assemblage non collé était d'environ 425 lpm/m2 ou environ 62 lpm/m2/kPa. La perméabilité de l'assemblage collé a été calculée en déterminant le débit d'eau à environ 7 kPa de pression appliquée à travers l'assemblage et en divisant ces débits par le débit à travers la membrane seule (i.e. environ 425 lpm/m2 ou environ 62 lpm/m2/kPa), pour obtenir un
pourcentage de perméabilité.
Tableau 2
Echantillon Assemblage Méthode de Perméa- Résistance à Résistance à Résistance à Résistance à collage bilité l'écaillement l'écaillement l'écaillement l'écaillement (%) à sec: humide: à sec: bande humide: support-bande support-bande intercouche- bande
intercouche intercouche étoffe (kg/m) intercouche-
(kg/m) (kg/m) étoffe (kg/m) 2A complet non collé 100 0 0 0 0 2B complet appareil de O * * * * laminage Notes: "0" indique le manque de toute adhérence sensible entre les couches "*" indique que les couches n'ont pu être séparées en les écaillant d'une manière fiable sans dommage
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Comme cela est apparent des données du Tableau 2, tandis que l'assemblage de la bande fibreuse supportée utilisant une intercouche en une bande non tissée d'une fibre à un seul composant avait de bonnes caractéristiques de résistance à l'écaillement, un tel assemblage avait de très mauvaises caractéristiques de permeabilité. En réalité, dans cet exemple particulier de comparaison, il n'y avait pas de perméabilité significative. Bien que la fibre à un seul composant consistait en polypropylene, on peut s'attendre aux mêmes résultats pour d'autres fibres à un seul composant, comme du poylyéthylène qui a une plus faible température de
fusion que le polypropylene.
Exemple 3
Cet exemple illustre les bonnes caractéristiques de perméabilité et d'adhérence d'un autre mode de réalisation de l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention, en particulier d'un assemblage d'une bande fibreuse supportée similaire à ceux de l'Exemple 1, à l'exception de l'utilisation d'une bande tissée fibreuse à un seul composant plutôt que d'une bande non tissée, en conjonction avec une plaque en acier inoxydable et une
intercouche en une bande non tissée fibreuse multicomposants.
Un assemblage d'une bande fibreuse supportée similaire à ceux de l'Exemple 1 a été préparé en utilisant l'appareil de laminage (sauf avec un temps de résidence d'environ 300 secondes avant application d'une pression de l'emprise d'environ 186 kPa) pour effectuer le collage de la bande tissée fibreuse à un seul composant (étoffe), de la bande non tissée fibreuse multicomposants (intercouche) de l'Exemple 1
et de la plaque d'acier inxoydable (support) de l'Exemple 1.
L'étoffe en bande tissée fibreuse à un seul composant était
en polyester et elle est commercialisée en tant que PeCap 7-
5/2 (Tetko, Inc., Briarcliff Manor, New York). L'étoffe de la bande tissée fibreuse à un seul composant avait un poids de la feuille d'environ 64 g/m2 et était un simple tamis à
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tissage carré à motif réversible composé de fibres ayant un diamètre moyen d'environ 33 pm. L'épaisseur de l'étoffe en bande tissée fibreuse à un seul composant était d'environ 65 Mm tandis que l'ouverture de la maille était d'environ 5 Mm avec une aire ouverte de 2 %. La perméabilité et la résistance à l'écaillement de l'assemblage ont été mesurées comme décrit de la même manière qu'indiqué à l'Exemple 1 et les valeurs résultantes sont indiquées ci-dessous au Tableau 3. Dans des buts de comparaison, le même assemblage sous forme non collée a été testé de même et les valeurs résultantes sont également indiquées au Tableau 3. En particulier, le flux du filtrat a été déterminé en mesurant l'écoulement d'eau désionisée à température ambiante (e.g. environ 20-25 C) à une pression appliquée d'environ 7 kPa. Le débit d'eau à travers l'assemblage non collé était d'environ 230 lpm/m2 ou environ 33 lpm/m2/kPa. La perméabilité de l'assemblage collé a été calculée en déterminant le débit d'eau aux environ de 7 kPa de pression appliquée à travers l'assemblage et en divisant ce débit d'eau par le débit à travers la membrane seule (i.e. environ 230 lpm/m2 ou environ 33 lpm/m2/kPa) pour obtenir un
pourcentage de perméabilité.
Tableau 3
Echantillon Assemblage Méthode de Permé- Résistance à Résistance à collage abilité l'écaillement l'écaillement (%) à sec: à sec: bande
support-bande intercouche-
intercouche étoffe (kg/m) (kg/m) 3A complet non collé 100 0 0 appareil de 3B complet appareil de 78 152 36 laminage Note: "O" indique le manque de toute adhérence sensible entre les couches Comme cela est apparent des données indiquées au Tableau 3, l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention utilisant une bande tissée fibreuse plutôt qu'une bande non tissée fibreuse a présenté des
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caractéristiques satisfaisantes de perméabilité et d'adhérence.
Exemple 4
Cet exemple illustre mieux les caractéristiques satisfaisantes de perméabilité et d'adhérence d'un mode de réalisation de l'assemblage de la bande fibreuse supportée de
la présente invention en conditions adverses de filtration.
L'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention de l'Exemple 3 (c'est-à-dire, l'échantillon 3B) a été installé dans un logement de filtre conventionnel. Une suspension d'eau chaude contenant du sucre dissous et divers débris biologiques et fibreux a été pompée à travers l'assemblage de la bande fibreuse supportée afin de déshydrater le fluide. La filtration a été entreprise à une pression d'alimentation d'environ 69 kPa et une température d'alimentation d'environ 50-70 C. Par ailleurs, on a fait osciller l'assemblage de la bande fibreuse supportée aux environ 40 Hz autour d'un axe vertical, à une amplitude
d'environ 2,4 cm, pour améliorer l'écoulement du perméat.
Pendant le cours de la filtration, les débris fibreux et biologiques ont été rejetés par l'assemblage de la bande fibreuse supportée, permettant ainsi à un fluide avec une turbidité considérablement plus faible de traverser l'assemblage. Au bout de 4 heures de filtration, il n'y avait aucune indication d'un délaminage. Ainsi, l'assemblage de la bande fibreuse supportée de la présente invention reste intégral même après une exposition prolongée à des fluides à une haute pression, une haute température et un cisaillement
avec vibration.
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Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Assemblage d'une bande fibreuse supportée, caractérisé en ce qu'il comprend un matériau de support adhérant à une bande non tissée de fibres multicomposants comprenant un premier polymère et un second polymère de façon que ledit second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface desdites fibres multicomposants et ait une température d'amollissement inférieure aux températures d'amollissement dudit premier polymère et dudit matériau de support, o ledit assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de
ladite bande non tissée des fibres multicomposants seule.
2. Assemblage d'une bande fibreuse supportée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance à l'écaillement entre ladite bande non tissée des fibres multicomposants et le matériau de support est d'au moins
environ 50 kg/m.
3. Assemblage d'une bande fibreuse supportée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites fibres multicomposants comprennent une âme dudit premier polymère et
une gaine dudit second polymère.
4. Assemblage d'une bande fibreuse supportée selon
l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce
que ledit assemblage de la bande fibreuse est supporté à un débit d'eau d'au moins environ 50 % du débit d'eau de ladite
bande non tissée des fibres multicomposants seule.
5. Assemblage d'une bande fibreuse supportée selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit assemblage d'une bande fibreuse supportée a un débit d'eau moins environ 70 % du débit d'eau de ladite bande non tissée de fibres
multicomposants seule.
6. Assemblage d'une bande fibreuse supportée selon
l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce
que ledit assemblage de la bande fibreuse supportée comprend de plus une seconde bande fibreuse qui adhère à ladite bande
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non tissée des fibres multicomposants de manière que ladite bande non tissée des fibres multicomposants soit placée entre ladite seconde bande fibreuse et ledit matériau de support et en ce que ledit assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de
ladite seconde bande fibreuse seule.
7. Procédé de filtration d'un fluide caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer un fluide à travers l'assemblage de la bande fibreuse supportée selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6.
8. Elément de filtre caractérisé en ce qu'il comprend un logement et un assemblage d'une bande fibreuse supportée
selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. Procédé de préparation d'un assemblage d'une bande fibreuse supportée caractérisé en ce qu'il consiste à (a) placer une bande non tissée de fibres multicomposants en contact avec un matériau de support pour former un assemblage d'une bande fibreuse supportée, o lesdites fibres multicomposants comprennent un premier polymère et un second polymère de façon que ledit second polymère soit présent sur au moins une portion de la surface desdites fibres multicomposants et ait une température d'amollissement en dessous des températures d'amollissement dudit premier polymère et dudit matériau de support, (b) soumettre ladite bande non tissée des fibres multicomposants à une température au-dessus de la température d'amollissement dudit second polymère et en dessous des températures d'amollisement dudit premier polymère et dudit matériau de support et (c) appliquer de la pression audit assemblage de la bande fibreuse supportée alors que ladite bande non tissée de fibres multicomposants est à une température au- dessus de la température d'amollissement dudit second polymère de manière que ledit matériau de support adhère à ladite bande non tissée de fibres multcomposants, et que ledit assemblage de la bande fibreuse supportée ait un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit d'eau de ladite bande non tissée des
fibres multicomposants seule.
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10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à placer ladite bande non tissée des fibres multicomposants entre lesdits matériaux de support et une seconde bande fibreuse, à soumettre ladite bande non tissée de fibres multicomposants à une température au-dessus de la temperature d'amollissement dudit second polymère et en dessous des températures d'amollissement dudit premier polymère, de ladite seconde bande fibreuse et dudit matériau de support et à appliquer de la pression audit assemblage de la bande fibreuse supportée alors que ladite bande non tissée de fibres multicomposants est à une température au-dessus de la température d'amollissement dudit second polymère, de manière que ledit matériau de support et ladite seconde bande fibreuse adhèrent à ladite bande non tissée des fibres multicomposants et ledit assemblage de la bande fibreuse supportée a un débit d'eau d'au moins environ 20 % du débit
d'eau de ladite seconde bande fibreuse seule.
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