FR2922901A1 - Procede et dispositif de fabrication en continu de nappes fibreuses 3d ; lesdites nappes et leurs utilisations. - Google Patents

Procede et dispositif de fabrication en continu de nappes fibreuses 3d ; lesdites nappes et leurs utilisations. Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet :- un procédé de fabrication en continu d'une nappe (10;10T;100) de fibres (1) tridimensionnelle ;- un dispositif de fabrication en continu d'une nappe (10;10T;100) de fibres (1) tridimensionnelle, convenant à la mise en oeuvre dudit procédé ;- les nappes (10;10T;100) de fibres (1) tridimensionnelles, susceptibles d'être obtenues par ledit procédé ; nappes (10;10T;100) de fibres (1) existantes sous différentes formes, susceptibles d'être obtenues à l'issue de la mise en oeuvre de différentes variantes dudit procédé ; et- les utilisations desdites nappes (10;10T;100) de fibres (1).La présente invention apporte une solution satisfaisante au problème technique de l'obtention de nappes fibreuses (10;10T;100), à partir de fibres (1) longues et/ou courtes, résistantes dans leurs trois dimensions.

Description

La présente invention a pour objet : - un procédé de fabrication en continu d'une nappe de fibres (3D = tridimensionnelle) ; - un dispositif de fabrication en continu d'une nappe de fibres (3D = tridimensionnelle), convenant à la mise en oeuvre dudit procédé - les nappes de fibres (3D = tridimensionnelles), susceptibles d'être obtenues par ledit procédé ; nappes de fibres existantes sous différentes formes, susceptibles d'être obtenues à l'issue de la mise en oeuvre de différentes variantes dudit procédé et - les utilisations desdites nappes de fibres. La présente invention apporte une solution satisfaisante au problème technique de l'obtention de nappes fibreuses, à partir de fibres longues et/ou courtes, résistantes dans leurs trois dimensions. Dans la présente description et les revendications annexées, on parle de nappes de fibres dans la mesure où la structure fibreuse en cause est obtenue en continu. Ce terme de nappe ne limite donc pas la forme de ladite structure fibreuse. Cette structure peut être de section quelconque, notamment de section rectangulaire ou circulaire. Elle peut également présenter des évidements.
Selon l'art antérieur, on a décrit et mis en oeuvre divers procédés d'obtention de nappes de fibres. Dans la demande de brevet US 2005/0098910, on a notamment décrit un procédé et un dispositif pour la formation par voie aéraulique de nappes de fibres longues et/ou courtes, nappes 2D (bidimensionnelles).
En effet, les fibres transportées dans le flux d'air se meuvent majoritairement perpendiculairement à la direction dudit flux et sont donc déposées à plat sur une toile horizontale, dans les directions X et Y. La nappe obtenue présente une structure "mille feuilles". Même consolidée, elle a tendance à se délaminer, dans la mesure où elle renferme très peu (voire pas) de fibres orientées dans la direction Z. Une machine, telle que décrite dans la demande FR 2 277 919, en ouvrant des fibres longues et courtes avec un briseur rotatif et en projetant lesdites fibres ouvertes, dans un flux d'air, sur une surface (toile) aspirante, permet d'orienter quelque peu lesdites fibres dans la troisième dimension (dimension Z). Pour l'obtention du résultat escompté, à savoir la constitution d'une nappe sur la surface aspirante, le flux d'air incident
ne peut être tangentiel à ladite surface (au risque de "souffler la nappe en cours de constitution"). Avec un angle de 600 environ du flux incident par rapport à la toile (de formation de la nappe), les fibres se disposent sur ladite toile selon des plans inclinés d'au plus 30° et s'orientent partiellement dans la direction Z, en prenant une position de S couché. Dans la demande FR 2 692 915, il est proposé une amélioration au dispositif de ladite demande FR 2 277 919. Au sein du dispositif de la demande FR 2 692 915, les fibres qui sont projetées sur la surface aspirante sont un peu plus redressées, dans la mesure où il intervient, pour les relever, un rouleau de guidage aspirant (en vis-à-vis du rouleau désagrégeur desdites fibres). Les fibres présentent, en sortie dudit dispositif, une position de C inversé couché. Le flux chargé de fibres est également projeté quasi perpendiculairement à la surface aspirante (surface de captage des fibres). Ledit flux est quasi parallèle à la surface d'aspiration auxiliaire du rouleau de guidage. Ledit rouleau de guidage n'a toutefois pas vocation à condenser les fibres à sa surface. Il intervient pour réorienter les fibres disposées sur la surface aspirante (de projection). On note incidemment que la technique de projection de fibres implique inéluctablement une ségrégation : fibres plus lourdes/fibres plus légères ; les fibres les plus lourdes se déposant évidemment avant les fibres les plus légères ; lesdites fibres les plus lourdes se concentrant ainsi sur une face de la nappe formée. On connaît également des procédés de fabrication de nappes fibreuses, selon lesquels des nappes de grammage élevé sont générées dans des cheminées doseuses à parois vibrantes, pour généralement alimenter des cardes. Les nappes formées sont constituées de flocons de fibres pré-ouvertes ou de fibres unitaires empilées de façon aléatoire . Une cheminée doreuse améliorée est décrite dans la demande US 2002/0004970. Les fibres accompagnées d'air (flux gazeux fortement concentrés en fibres) sont projetées dans la cheminée. L'air est extrait au travers de la nappe formée, et non au cours de la formation de ladite nappe. En tout état de cause, la vitesse de l'air est faible (< 1 mis). Il convient de ne pas compromettre l'avancement de la nappe.
Dans un tel contexte, les inventeurs proposent un procédé et un dispositif performants pour l'élaboration de nappes fibreuses, à partir de fibres courtes et/ou longues (on qualifie généralement de courtes des fibres dont la longueur est inférieure à 12 mm et donc généralement de longues des fibres dont la longueur est supérieure à 12 mm). Lesdites nappes fibreuses renferment leurs fibres constitutives, orientées dans les trois directions (X, Y, Z). Elles sont donc résistantes dans lesdites trois directions. Elles présentent une structure originale, signature de leur procédé d'obtention. Elle constitue un autre objet de la présente invention. On se propose de décrire maintenant, successivement, de façon générale, les différents objets de ladite présente invention : procédé, dispositif, produit, utilisation dudit produit ... Selon son premier objet, la présente invention concerne donc un procédé de fabrication en continu d'une nappe de fibres. Ledit procédé comprend, de façon caractéristique, mises en oeuvre en continu, les trois étapes suivantes : - l'alimentation en un flux gazeux chargé en fibres, d'une zone de séparation desdites fibres du gaz porteur dudit flux - la séparation desdites fibres dudit gaz porteur par aspiration latérale dudit gaz porteur au travers d'au moins un support poreux, mis en défilement ; lesdites fibres s'accumulant alors, pour une partie d'entre elles, sur une(des) surface(s) d'aspiration latérale(s), leur plus grande dimension le long de ladite(desdites) surface(s), et, pour une autre partie d'entre elles, dans un plan sensiblement perpendiculaire audit flux gazeux incident, leur plus grande dimension dans ledit plan ; l'accumulation desdites fibres, selon ces deux directions (quasi) perpendiculaires, étant maîtrisée au niveau de ladite(desdites) surface(s) d'aspiration pour initier et poursuivre la formation de la nappe; - la progression de la nappe ainsi formée. Ledit procédé est un procédé universel. Il peut être mis en 30 oeuvre avec des fibres courtes, des fibres longues, des mélanges de fibres courtes et de fibres longues. De façon caractéristique, il comprend une ségrégation des fibres d'un flux gazeux, via une aspiration du gaz porteur dudit flux au niveau d'au moins une surface latérale d'aspiration ; ladite aspiration latérale 35 générant au moins deux matelas de fibres : - un au niveau de la(chaque) surface latérale d'aspiration et - un autre, dans la zone ne subissant pas, ou très peu, ladite aspiration latérale en cause ; lesdits deux matelas de fibres présentant leurs fibres constitutives orientées dans des directions (quasi) perpendiculaires.
Dans le cadre du procédé de l'invention, en vue de la constitution de la nappe fibreuse, les fibres sont accumulées, tandis que le gaz porteur est aspiré (au niveau de la(des) surface(s) d'aspiration), selon deux directions perpendiculaires ou quasi perpendiculaires : le long de la(des) surface(s) aspirante(s) (dans la direction du flux incident) et dans un plan sensiblement perpendiculaire au flux incident (ledit plan étant perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire, cela dépendant de l'agencement exact du dispositif). Les matelas de fibres au contact sont évidemment solidaires dans la mesure où les "interfaces" desdits matelas sont formées simultanément avec imbrication des fibres.... Au vu des propos ci-dessus, l'homme du métier comprend que : - la constitution du matelas avec les fibres soufflées non aspirées est optimisée si lesdites fibres sont accumulées dans un espace dont la largeur est supérieure ou égale, avantageusement supérieure, à leur longueur. Ainsi, dans un contexte de deux surfaces aspirantes disposées en vis-à-vis, on a très avantageusement la distance entre lesdites deux surfaces toujours plus grande que la longueur des fibres - les fibres légères, généralement des fibres courtes, s'orientent plus aisément le long de la(des) surface(s) aspirante(s). Ainsi, dans le but de parfaitement stabiliser la nappe (de la solidifier en surface), on fait avantageusement intervenir des fibres thermoliantes, plutôt courtes que longues. L'homme du métier comprend parfaitement que le nombre de matelas au sein d'une nappe est le résultat direct du mode de mise en oeuvre de l'aspiration. Si l'aspiration est ainsi mise en oeuvre entre deux surfaces aspirantes pratiquement verticales, les fibres s'orientent alors soit parallèlement auxdites surfaces d'aspiration (X,Y), en zone latérale (matelas périphériques), soit perpendiculairement (X,Z), en zone centrale (matelas central). Les fibres, au sein de la nappe obtenue, sont disposées en U ; les branches du U symbolisant les fibres (aspirées) en surface de la nappe et la base du U symbolisant les fibres (non aspirées), agencées en entretoise. Les fibres sont amenées, par exemple, soufflées, en suspension dans un gaz porteur. L'homme du métier sait générer et véhiculer de telles 5 suspensions de fibres. Le gaz porteur est en général de l'air mais il ne saurait être exclu de travailler avec un autre gaz porteur. Dans le but de conférer telle ou telle propriété à la nappe fabriquée selon l'invention, on peut souhaiter incorporer en son sein au moins un additif on peut souhaiter faire intervenir au moins un tel additif 10 en amont de sa fabrication. Ainsi, le flux gazeux peut-il être chargé, en sus des fibres, d'au moins un matériau, solide ou liquide, et/ou renfermer des fibres imbibées d'au moins un liquide. L'aspiration mise en oeuvre pour la séparation des fibres peut l'être de façon dissymétrique (on génère alors une nappe dissymétrique. 15 On peut ainsi aspirer sur une partie seulement de la surface de la nappe en formation ou aspirer sur différentes parties de sa surface à différents débits ...) et/ou à des débits variables dans le temps (on génère alors des turbulences qui accentuent la répartition "aléatoire" des fibres au sein de la nappe). 20 L'aspiration est mise en oeuvre au niveau d'une(des) surface(s) d'aspiration latérale(s), au travers d'au moins un support poreux. On a compris que ce support poreux sert à la progression du matelas de fibres constitué sur lui-même, au niveau de ladite(desdites) surface(s) d'aspiration latérale(s). La progression de la nappe est obtenue par 25 l'entraînement dudit support poreux. Tout support poreux intervenant défile en amont de la zone d'aspiration, au niveau de ladite zone d'aspiration (en étant plaqué à la(aux) surface(s) d'aspiration) et en aval de ladite zone d'aspiration. Il peut s'agir d'un simple accessoire de fabrication de la nappe ou ledit accessoire de fabrication peut faire partie 30 intégrante de ladite nappe. Selon une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la(les) surface(s) latérale(s) d'aspiration est(sont) plane(s). Elle(s) peu(ven)t également présenter au moins une zone en relief (qui sera imprimée à la nappe). Elle(s) peu(ven)t égaiement présenter au moins 35 une zone non poreuse, au travers de laquelle il n'y aura pas d'aspiration. La structure du matelas de fibres correspondant ne sera pas homogène.
On a vu ci-dessus que la structure de la nappe obtenue, notamment son état de surface, dépend, évidemment, de la géométrie de la(des) surface(s) d'aspiration latérale(s) (sur la(les)quelle(s) un matelas de fibres est constitué).
On peut indiquer, de façon nullement limitative, que + lorsqu'une unique surface d'aspiration est en cause, elle peut notamment être plane, cylindrique, de préférence à section circulaire ou ovale, prismatique, tronconique ou constituée d'une portion de cylindre (correspondre à une telle portion de cylindre) ... + lorsque plusieurs surfaces d'aspiration (indépendantes) sont en cause, elles peuvent notamment être constituées de deux plans, parallèles ou non, avantageusement parallèles, de deux portions de cylindres, d'un plan et d'une portion de cylindre, d'au moins deux surfaces cylindriques, tronconiques ou prismatiques sensiblement co-axiales. Lesdites plusieurs surfaces d'aspiration sont avantageusement disposées en vis-à-vis. Quelle que soit la forme de la(des) surface(s) d'aspiration latérale(s), elle(s) est(sont) avantageusement disposée(s) verticalement. On peut alors minimiser l'énergie à dépenser pour la progression du flux de fibres.
La(Les)dite(s) surface(s) d'aspiration latérale(s) fait(font) avantageusement avec la direction du flux incident un angle de moins de 45°, de préférence de moins de 22°. La nappe constituée des fibres aspirées et des fibres non aspirées progresse, via la mise en défilement du(des) support(s) poreux, en aval de la(des) surface(s) d'aspiration latérale(s). Avantageusement, elle obstrue son espace de progression. Il s'agit bien évidemment d'éviter tout retour (toute aspiration) d'air ambiant ( via la(les) surface(s) d'aspiration). En aval de la zone de formation de la nappe (de la zone d'aspiration, via la(les) surface(s) d'aspiration latérale(s)) il peut être opportun de prévoir une aspiration secondaire, pour favoriser l'accumulation des fibres dans le plan sensiblement perpendiculaire aux flux gazeux incident. Il peut par ailleurs être opportun de prévoir un post-traitement de la nappe élaborée selon le procédé de l'invention, notamment un post- traitement physico-chimique (lié à ou indépendamment de, l'intervention
en amont d'un matériau dans le flux gazeux et/ou d'un liquide imbibant les fibres ; destiné par exemple à fixer un agent actif, tel un bactéricide, ou à modifier les propriétés des fibres...) et/ou un post-traitement de déformation (compression et/ou un post-traitement de consolidation de ladite nappe (par aiguilletage mécanique ou hydraulique, par Iiage chimique, par thermoliage ; ledit thermoliage faisant intervenir en amont d'un traitement thermique des matériaux thermofusibles, par exemple des fibres thermoliantes en amont de la constitution de la nappe et/ou un liquide d'imprégnation sur la nappe constituée).
Selon son deuxième objet, la présente invention concerne un dispositif de fabrication en continu d'une nappe de fibres. Ledit dispositif convient à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ledit dispositif comprend : - des moyens pour alimenter, en un flux gazeux chargé en 15 fibres, un séparateur apte à séparer lesdites fibres du gaz porteur dudit flux ; -ledit séparateur, comprenant au moins une surface d'aspiration latérale convenant à l'aspiration dudit gaz porteur à son travers ; 20 - un support poreux, agencé devant ladite au moins une surface d'aspiration, convenant à l'accumulation de fibres (une partie desdites fibres) à sa surface - des moyens pour assurer ladite aspiration au travers de ladite au moins une surface d'aspiration et de son support poreux 25 - des moyens pour assurer le défilement dudit(desdits) support(s) poreux - une zone de dégagement de la nappe constituée du(des) support(s) poreux, des fibres accumulées à sa(leur) surface et des autres fibres. 30 Au vu de la description du procédé ci-dessus, on comprend que la pièce maîtresse du dispositif de l'invention est le séparateur (gaz porteur, d'une part/fibres, d'autre part), convenant à une aspiration latérale du gaz (d'une majeure partie de celui-ci) pour la constitution d'un matelas de fibres !e long de la au moins une surface d'aspiration.
On a bien compris que l'aspiration ne concerne qu'une partie des fibres ; que la nappe formée est constituée des fibres aspirées accumulées, et d'autres fibres non aspirées accumulées. Pour ce qui concerne la géométrie de la(des) surface(s) d'aspiration latérale(s) du séparateur, on rappelle ce qui a été précisé plus haut. On peut avoir une surface d'aspiration unique, notamment plane, cylindrique, prismatique, tronconique ou constituée d'une portion de cylindre. On peut avoir plusieurs surfaces d'aspiration, notamment deux plans, deux portions de cylindre, un plan et une portion de cylindre, au moins deux surfaces cylindriques, tronconiques ou prismatiques sensiblement co-axiales. Ces surfaces d'aspiration sont avantageusement agencées en vis-à-vis pour pouvoir générer des nappes présentant une structure symétrique. On conçoit aisément que la(les) surface(s) d'aspiration en cause conditionne(nt) l'état de surface de la nappe formée.
Comme indiqué ci-dessus, la(les) surface(s) d'aspiration du séparateur, avantageusement verticale(s), est(sont) de préférence agencée(s) pour faire un angle de moins de 45°, de préférence de moins de 22°, avec la direction du flux gazeux d'alimentation. Le séparateur et le moyen d'alimentation en fibres du dispositif de l'invention sont prévus et agencés en conséquence. Le dispositif de l'invention peut par ailleurs comprendre, en sus de ses moyens essentiels mentionnés ci-dessus : - des moyens d'aspiration secondaire agencés en aval du séparateur pour assurer une aspiration dans le sens de formation de la 25 nappe et/ou - des moyens pour traiter et/ou déformer et/ou consolider la nappe formée. De tels moyens sont du type des moyens utilisés à ces mêmes fins pour post- traiter des nappes fibreuses obtenues selon l'art antérieur. 30 Les procédé et dispositif de l'invention sont parfaitement décrits en les propos généraux ci-dessus et en référence, ci-après, aux figures annexées, illustrant des variantes. On en vient maintenant au troisième objet de la présente invention : les nappes fibreuses, originales, susceptibles d'être obtenues 35 par le procédé de l'invention (caractérisé par une aspiration latérale du gaz porteur d'un flux gazeux chargé en fibres).
Lesdites nappes de fibres présentent, de façon classique, une(deux) surface(s) principale(s) (sensiblement parallèles) et, de façon caractéristique, elles renferment sur ladite(au moins une desdites deux) surface(s) principale(s), des fibres orientées parallèlement à ladite (ladite au moins une) surface et, dans leur volume, des fibres orientées perpendiculairement à ladite (ladite au moins une) surface. Les nappes de l'invention sont ainsi constituées d'au moins deux matelas de fibres, dont les fibres sont disposées selon des directions sensiblement perpendiculaires.
Elles présentent avantageusement une structure symétrique. Ainsi, elles présentent avantageusement deux surfaces principales sensiblement parallèles et leurs fibres sont disposées en strates en forme de U, droit ou couché ; les branches du U symbolisant les fibres en surface de la nappe et la base du U celles disposées en entretoise. On a compris que de telles nappes sont susceptibles d'être obtenues via une aspiration latérale des fibres mise en oeuvre au niveau de surfaces planes, disposées en vis-à-vis. On peut à leur propos se référer aux figures 1, 2A, 3 et 4 annexées. De telles nappes ("U"), compressées, génèrent d'autres nappes de l'invention, dont les fibres centrales sont disposées en strates en forme de V ou de W, droit ou couché. On peut à leur propos se référer à la figure 2B annexée. Selon une autre variante, les nappes de l'invention présentent une structure fibreuse tubulaire avec un matelas de fibres externe et un matelas de fibre interne. Elles peuvent également présenter une telle structure tubulaire avec un matelas de fibres interne entre deux matelas de fibres externes, en surface. On peut à leur propos se référer tout particulièrement aux figures 5 et 6 annexées. Les nappes de l'invention peuvent ainsi exister selon différentes 30 variantes. De façon caractéristique, elles renferment des fibres orientées dans les trois directions. Les nappes de l'invention peuvent - être constituées majoritairement (plus de 50 % en poids) de fibres longues ; 35 - être constituées majoritairement (plus de 50 % en poids) de fibres courtes ; ou
- être constituées d'un mélange de fibres longues et de fibres courtes. Au sein de tels mélanges, les fibres courtes interviennent, avantageusement, à plus de 10 % en poids. On mentionne ici l'éventuelle présence de fibres thermoliantes et/ou de poudres thermoliantes au sein de nappes fibreuses de l'invention. De telles fibres interviennent généralement en amont du procédé d'élaboration de la nappe, au même titre que les fibres constitutives de ladite nappe. De telles poudres interviennent généralement en aval de la formation de la nappe. Elles sont saupoudrées sur ladite nappe formée.
Pour ce qui concerne les fibres thermoliantes, il s'agit avantageusement de fibres courtes que l'on retrouve avantageusement en surface de la nappe. L'effet de consolidation peut alors être optimisé. Si l'on considère la nappe formée, avant le traitement thermique (post-traitement) visant à fondre lesdites fibres et/ou poudres thermoliantes, ladite nappe renferme donc, avantageusement en surface, des fibres, avantageusement des fibres courtes, thermoliantes et/ou de la poudre thermofusible. Si l'on considère ladite nappe formée, après le traitement thermique (post-traitement) ayant fait fondre lesdites fibres et/ou poudres thermofusibles, ladite nappe renferme des fibres thermoliées, avantageusement en surface. Les nappes de l'invention qui présentent une structure fibreuse originale (voir ci-dessus) peuvent aussi avoir été traitées, de façon classique, au cours de leur élaboration (pour, par exemple, renfermer, de façon stable, un agent actif, tel un bactéricide, et/ou modifier les propriétés des fibres les constituant). Les nappes de l'invention peuvent incorporer sur leur surface, sur leur surface principale ou sur au moins une de leurs surfaces principales, un support poreux. On a vu qu'un tel support poreux, auxiliaire de fabrication, peut former partie intégrante de la nappe de l'invention (alors du type nappe composite). Les nappes de l'invention, particulièrement intéressantes au vu de leur résistance dans les trois dimensions, ont les débouchés des nappes de l'art antérieur et peuvent notamment être avantageusement utilisées dans la fabrication d'articles absorbants, d'articles d'essuyage et/ou de
nettoyage, d'articles pour l'isolation thermique et/ou phonique, de nappes de calage, de matelas, d'oreillers, de composites. L'invention est illustrée par les figures et exemples ci-après. Les figures 1, 3, 4 et 5 illustrent, schématiquement, différents modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, au sein de différents types de dispositif de l'invention. La figure 2A montre, schématiquement, une nappe fibreuse de l'invention, par exemple formée au sein d'un dispositif tel que schématisé sur la figure 1.
La figure 2B montre ladite nappe formée thermocalandrée. La figure 6 montre en coupe, de façon schématique, la nappe en formation dans un dispositif tel que schématisé sur la figure 5. Sur lesdites figures 1 à 6, on a utilisé les mêmes références pour les mêmes éléments ou pour des éléments du même type.
Selon la variante illustrée sur la figure 1, un flux F de fibres 1 en suspension dans un gaz G (air, généralement) (F = G + fibres 1) alimente, via le dispositif d'alimentation (ou cheminée) 2, un séparateur 4. Un dispositif 3 est éventuellement prévu à l'entrée dudit dispositif d'alimentation 2 pour imbiber lesdites fibres 1 d'un liquide L.
Le séparateur 4 est constitué de deux caissons aspirants 5, mis en dépression par les ventilateurs 6. L'aspiration est mise en oeuvre au niveau des surfaces aspirantes 5' planes. Des toiles mobiles 7 défilent devant lesdites surfaces aspirantes 5'. Sur lesdites toiles 7, au niveau desdites surfaces aspirantes 5', se constituent le matelas 10' de fibres 1', présentant leur plus grande dimension le long desdites surfaces 5'. Le matelas 10" de fibres 1" est constitué des fibres 1 "non aspirées" û fibres 1" disposées horizontalement par soufflage et par gravité û au niveau desdites surfaces aspirantes 5'. Lesdites fibres 1 "non aspirées" s'accumulent sur la nappe 10 en formation, en entretoise desdites surfaces aspirantes 5'. La nappe 10, constituée des trois matelas de fibres 10' + 10" + 10', progresse du fait de la mise en défilement des toiles 7 (voir les rouleaux 8 et les flèches à leur niveau). Ladite nappe 10 présente, de façon caractéristique, des fibres 1 disposées en "Ir, où les branches verticales du U sont constituées des fibres 1' disposées parallèlement aux surfaces de séparation 5' des fibres 1 et du gaz G et où la branche horizontale du U est constituée des fibres 1" disposées en entretoise. La zone de formation de la nappe 10 est constituée par l'espace au niveau des surfaces aspirantes 5'. Le niveau haut de la nappe 10 en 5 formation est maintenu dans cet espace. On a référencé 12 la zone de dégagement de la nappe 10. Sur la variante illustrée, deux surfaces aspirantes 5' planes interviennent en vis-à-vis, d'où les deux matelas de bord 10' de la nappe 10, a priori identiques. On conçoit aisément que des conditions 10 d'aspiration dissymétriques permettent de générer deux matelas 10' différents ; que, notamment une aspiration, sur un seul côté, ne génère qu'un seul matelas 10' et donc une nappe de type 10' + 10". Sur les figures 2A et 2B, on a clairement montré l'existence des différents matelas constitutifs de la nappe 10. La figure 2A schématise 15 lesdits matelas 10' + 10" + 10', tels que générés au sein du dispositif de la figure 1. On retrouve, au sein de la structure de ladite nappe 10, les U formés de (trois) fibres l',I" et 1'. La figure 2B schématise ladite nappe thermocalandrée, référencée 10T. Les fibres 1" du matelas central (référencé 10"T) ont été déformées. Elles présentent la forme de V. 20 Selon la variante illustrée sur la figure 3, la suspension fibreuse F (F = G + fibres 1) est soufflée à 45° entre deux toiles 7, mises en défilement à l'horizontal. La zone d'aspiration est délimitée par la surface d'aspiration inférieure plane 52' et la surface d'aspiration supérieure courbe 51' (correspondante à un quart du cylindre horizontal 25 51). Le séparateur (51+52) est ici constitué du caisson 52 et du cylindre 51. Les moyens d'aspiration associés auxdits caisson 52 et cylindre 51 n'ont pas été représentés La nappe 10 obtenue est du type de celle de la figure 1. A toutes fins utiles, en référence aux figures 1 et 3 (aussi 4 et 5, 30 voir ci-après), on précise que la somme des débits des flux d'aspiration (que plus généralement le débit d'aspiration) est égale (égal) au débit incident du flux F. Sur la variante de la figure 4, le séparateur gaz/fibres 40 comprend les deux cylindres 50, présentant des surfaces aspirantes 35 courbes 50'. Les moyens d'aspiration associés auxdits cylindres 50 n'ont pas été représentés.
Le dispositif d'alimentation 2 comprend des moyens de soufflage 20 d'un gaz G (air, généralement) et des dispositifs 21 et 22 d'apport de fibres, respectivement de fibres courtes la et de fibres longues lb dans ledit gaz G. Le flux gazeux FI est ainsi chargé en fibres courtes la et le flux gazeux F est ainsi chargé en fibres courtes la et fibres longues lb. La nappe fibreuse obtenue 10 présente les trois matelas 10440'410'. Les fibres courtes la peuvent tout à fait consister en du fluff et les fibres longues lb en des fibres cardées pneumatiquement sur une 10 machine Rando. Un tel dispositif, horizontal, exige, pour assurer la stabilité des suspensions fibreuses (F1, puis F) un volume de gaz (air) important et conduit donc à condenser les fibres 1 sur les surfaces aspirantes 50' à une vitesse moyenne très élevée. L'homme du métier configure donc 15 opportunément le dispositif de l'invention verticalement (pour minimiser les débits). Sur ladite figure 4, on a montré en aval de la zone 12 de dégagement de la nappe 10 des moyens d'aspiration secondaires 13 de ladite nappe 10 et des moyens de post-traitement 14, 14' et 14" de celle- 20 ci. Lesdits moyens d'aspiration secondaire 13 contribuent à la formation de la nappe tandis que lesdits moyens de post-traitement 14, 14' et 14" interviennent sur la nappe formée. En 14, on a schématisé une enceinte de pré-liage, en 14' des rouleaux de compression et en 14" un four (de liage). 25 Sur la figure 5, on montre un dispositif de l'invention convenant à l'obtention d'une coquille ou tube 100 à paroi de fibres 1. La nappe en cause est évidée et présente une section circulaire (voir la figure 6). Le flux F chargé de fibres 1 est conduit via le dispositif d'alimentation 2 sur la toile 70, entraînée par les rouleaux 8. Ladite toile 30 70 est pliée pour présenter une forme tubulaire. Les fibres 1 sont éventuellement imbibées d'un liquide L. Ladite toile 70 passe devant la surface aspirante 53' du caisson 53. Ce caisson 53 est une couronne à évidement central de section circulaire. Dans ledit évidement intervient un tube 15. L'espace laissé aux fibres 1 (entre ledit caisson 53 et ledit tube 15) est donc tubulaire, d'où l'obtention d'une nappe 100 tubulaire.
Les fibres 1 constituent, d'une part, sur la toile 70 un matelas 100' au sein duquel elles sont disposées parallèlement à la surface aspirante tubulaire 53' et d'autre part, en partie centrale, un matelas 100" avec évidement au sein duquel elles sont disposées perpendiculairement à ladite surface aspirante 53'. On a référencé 400 le séparateur cylindrique de cette figure 5. La nappe tubulaire 100 peut servir à la confection de coquilles, notamment à base de mélange de fibres telles des fibres de bois, de chanvre... pour l'isolation de tuyauteries.
On note que, selon une variante de réalisation du dispositif de l'invention, le tube plein 15 peut être remplacé par un dispositif 16+17, convenant à une aspiration centrale. Alors, la couronne 100 obtenue présenterait deux matelas périphériques du type matelas 100'. Ledit tube 15 peut également être remplacé par un matériau, tel une éponge, qui constituera la partie centrale du produit fini. Ledit produit fini aura une structure composite avec une âme en éponge, entourée d'une couronne de fibres. La figure 6 montre clairement la nappe 100 en formation avec les deux matelas de fibres 100' et 100". Au sein desdits matelas 100' et 20 100", les fibres 1 ne sont pas disposées dans les mêmes directions.
Exemple 1 Des nappes fibreuses sont préparées à partir de mélanges de 25 fibres renfermant : 30 % en masse de fibres polyester de 17 dtex et 40 mm, 15 % en masse de fibres de lin, 15 % en masse de fibres de bois (ou "fluff"), et 40 % en masse de fibres thermoliantes bicomposantes 30 polyester-polyéthylène Trevira T255 de 3 dtex et 6 mm. Les fibres de lin et de bois sont hydrophiles. Les fibres de polyester apportent de la résilience. Les fibres courtes bicomposantes servent à consolider la structure. Les fibres des mélanges de fibres, après mélange desdites fibres 35 selon des procédés connus, sont ouvertes par un cylindre briseur dans un courant d'air à un débit d'environ 600 m3/h.
Une première nappe témoin est réalisée sur une machine Formfiber (selon la technologie de la demande de brevet US 2005/0098910). Les fibres se déposent parallèlement à la toile horizontale de formation de la nappe. Elles s'empilent pour générer une structure "mille feuilles". Une nappe de l'invention est réalisée sur un pilote airlaid de l'invention, tel que schématisé sur la figure 1 annexée. Les caissons aspirants sont écartés de 70 mm, Sur chacun desdits caissons, la zone aspirante présente une largeur, par rapport à la direction du flux, de 25 cm et une longueur de 10 cm. Le débit d'aspiration (d'air) est d'environ 600 m3/h. La vitesse de l'air dans la zone de séparation des fibres et de l'air est calculée à 3, 3 m/s. Les fibres sont condensées par aspiration latérale sur les toiles de formation et dans l'axe du flux, perpendiculairement à ces toiles.
Lesdites fibres se disposent ainsi selon un U, dont les branches symbolisent celles déposées latéralement et la base celles qui s'empilent au coeur de la nappe en formation. La position verticale du dispositif favorise la dépose par gravité des fibres dans le plan perpendiculaire au flux. L'intensité de l'aspiration latérale peut ainsi être minimisée. Les nappes formées sont ensuite comprimées à 35 mm d'épaisseur, sous air chaud à 130°C, puis refroidies et figées à cette épaisseur. L'épaisseur sans pression desdites nappes est mesurée sans contact par un épaissomètre à cellule laser. L'épaisseur est ensuite mesurée sous pression de 0,5 kPa, puis 4,7 kPa, d'abord à l'état sec, puis à l'état humide (après essorage de la nappe, par centrifugation à 2 000 gravités). Toutes mesures permettent de calculer les volumes massiques 30 des nappes et de déterminer leur résistance à la compression. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 Unités Invention Art antérieur Grammage G g/m2 1135 1115 Epaisseur à sec 0 kPa (Laser) h mm 34,4 44,5 Epaisseur à sec 0,5 kPa h' mm 34,2 40,5 Epaisseur à sec 4,7 kPa h" mm 31,6 28,8 Résistance compression à sec 4,7kPa /0,5 kPa "/h' o 92% 71% Volume massique à o kPa 1000*h/G m3/g 30 40 Volume massique à 0,5 kPa 1000*h'1G m3/ 30 36 Volume massique à 4,7 kPa 1000*h"/G m3/g 28 26 Epaisseur humide 0,5kPa h' mm 31,4 32,6 Epaisseur humide 4,7kPa h" mm 25,6 15,3 Résistance compression humide 4,7 kPa /0,5 kPa h"/h' l0 82 47 Volume massique humide à 0,5 kPa 1000*h'/G m3/g 28 29 Volume massique humide à 4,7 kPa 1000*h"/G m3/g 23 14 Les résistances à la compression de la nappe de l'invention sont de 92 % à sec et de 82 % en humide les résistances à la compression de la nappe de l'art antérieur sont de 71 % à sec et de 47 % en humide. La nappe 3D de l'invention est beaucoup plus résistante à la compression.
10 Exemple 2 Des nappes fibreuses (isolantes) d'environ 40 kg/m3 sont préparées à partir d'un mélange de fibres comprenant : - 85 % en masse de fibres longues de chanvre, et 15 % en masse de fibres thermoliantes bicomposantes 15 polyester-copolyester Trevira T254 de 3 dtex et 50 mm. Une première nappe témoin est réalisée selon la technologie de la demande FR 2 277 919 (dite technologie Rando), par cardage pneumatique. Une nappe de l'invention est réalisée dans les conditions 20 décrites à l'exemple 1. Les caractéristiques desdites nappes sont données dans le tableau 2 ci-après.
Tableau 2 Unités Invention Art antérieur Grammage (G) g/m2 1340 1470 Epaisseur à sec 0,5 kPa (h mm 21 9 28,3 Epaisseur à sec 4 7 kPa h" mm 3 1 15 3 Résistance compression à sec 4,7 kPa/0, 5 kPa % 60 54 Epaisseur humide 0,5 kPa (h 17,8 17,7 Epaisseur humide 4,7 kPa (h") 10,3 8,9 Résistance compression humide 4,7 kPa/0,5 kPa % 58 50 Epaisseur après séchage à 0,5 kPa (hs) mm 19,7 17,8 Récupération après séchage à 0,5 kPa (hs/h % 90 63 La nappe de l'invention résiste un peu mieux à la compression. Cependant, une telle nappe, victime d'un dégât des eaux, conservera mieux ses propriétés après séchage qu'une nappe conventionnelle.
Exemple 3 Des nappes pour disques abrasifs de 15 kg/m3 environ 10 comprenant : - 85 % en masse de fibres longues de polyester 33 dtex, de 40 mm, 15 % en masse de fibres thermoliantes bicomposantes polyester-copolyester Trevira T254 de 3 dtex, 50 mm, 15 sont réalisées, l'une selon l'invention, sur le pilote mentionné à l'exemple 1 (voir la figure 1) et l'autre selon la technologie de l'art antérieur (cardage pneumatique Rando ; voir FR 2 277 919). Les caractéristiques desdites nappes sont données dans le tableau 3 ci-après. 20 Tableau 3 Epajsseu sec 0,5 kPa h' Epaisseur à sec 4,7 kPa h" Résistance compression à sec h"/h' 4,7 kPa/0,5 kPa Grammage Unités 2
mm mm nvention 505 34,3 18,6 54 Art an e ieu 39,6 9,4 24 450 La nappe de l'invention résiste mieux à la compression.
Exemple e 4 Des nappes absorbantes d'environ 500 g/m2 contenant 60 % en masse de fibres de bois et 40 % en masse de fibres thermoliantes bicomposantes polypropylène-polyéthylène 2,2 dtex/6 mm sont comparées à des toiles-éponges en viscose alvéolaire de 280 g/m2. Les caractéristiques mécaniques de résistance à la compression et de cohésion interne sont favorables au non-tissé de l'invention (voir le tableau 4 ci- après).
Tableau 4 Invention Toile éponge Grammage G en g/m2 500 280 1 Epaisseur humide 0,5 kPa h' en mm 9 5,2 Epaisseur humide 4,7 kPa h" en mm 7,2 3,8 Densité humide 0,5 kPa d en kg m 56 54 Densité humide 4,7 kPa d en kg m 69 74 Résistance compression humide 4,7 kPa/0,5kPa % 80 69 Cohésion interne CI en cN/cm 286 150

Claims (22)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication en continu d'une nappe (10;10T;100) de fibres (1), caractérisé en ce qu'il comprend, mis en oeuvre en continu : -l'alimentation en un flux gazeux (F) chargé en fibres (1), d'une zone de séparation desdites fibres (1) du gaz porteur (G) dudit flux (F) ; - la séparation desdites fibres (1) dudit gaz porteur (G) par aspiration latérale dudit gaz porteur (G) au travers d'au moins un support 10 poreux (7;70), mis en défilement ; lesdites fibres (1) s'accumulant alors, pour une partie (1') d'entre elles, sur une(des) surface(s) d'aspiration latérale(s) (5';51',52';50';53'), leur plus grande dimension le long de ladite(desdites) surface(s) (5';5l',52';50';53 , et, pour une autre partie (1") d'entre elles, dans un plan sensiblement perpendiculaire audit flux 15 gazeux incident (G), leur plus grande dimension dans ledit plan ; l'accumulation desdites fibres (1), selon ces deux directions (quasi) perpendiculaires, étant maîtrisée au niveau de ladite(desdites) surface(s) d'aspiration (5';51',52';50';53') pour initier et poursuivre la formation de la nappe (10,100) ; 20 - la progression de la nappe (10;100) ainsi formée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz porteur (G) est de l'air.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit flux gazeux (F) est également chargé en au moins un matériau, 25 solide ou liquide, destiné à modifier les propriétés de la nappe et/ou en ce qu'au moins une partie desdites fibres (1) est imbibée d'au moins un liquide (L).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aspiration est mise en oeuvre de façon 30 dissymétrique et/ou à des débits variables dans le temps.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite(lesdites) surface(s) d'aspiration Iatérale(s présente(n au moins une zone en relief et/ou au moins une zone non poreuse. 35
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que :ladite surface d'aspiration est plane, cylindrique (53'), de préférence à section circulaire ou ovale, prismatique, tronconique ou constituée d'une portion de cylindre ou lesdites surfaces d'aspiration sont constituées de deux plans (5'), parallèles ou non, avantageusement parallèles, de deux portions de cylindre (50'), d'un plan (52') et d'une portion de cylindre (51') ou d'au moins deux surfaces cylindriques, tronconiques ou prismatiques sensiblement co-axiales.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la(les) surface(s) d'aspiration (5';51',52';50';53'), avantageusement verticale(s), fait(font) avec la direction du flux incident un angle de moins de 45°, de préférence de moins de 22°.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la nappe (10;100) formée, qui progresse en aval de la(des) surface(s) d'aspiration (5';51',52';50';53') obstrue son espace de progression, de façon à éviter tout retour d'air ambiant.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une aspiration secondaire, en aval de la zone de formation de la nappe (10;100), visant à favoriser l'accumulation desdites fibres (1) dans le plan sensiblement perpendiculaire audit flux gazeux incident (F).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un post-traitement, notamment un traitement physico-chimique et/ou un traitement de déformation et/ou un traitement de consolidation, de la nappe (10;100) formée.
11. Dispositif de fabrication en continu d'une nappe (10;10T;100) de fibres (1), caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour alimenter (2), en un flux gazeux (F) chargé en fibres (1), un séparateur (4;51+52;40;400) apte à séparer lesdites 30 fibres (1) du gaz porteur (G) dudit flux (F) ; - ledit séparateur (4;51+52;40;400), comprenant au moins une surface d'aspiration latérale (5';51',52';50';53') convenant à l'aspiration dudit gaz porteur (G) à son travers ; - un support poreux (7;70), agencé devant ladite au moins une 35 surface d'aspiration (5';51',52';50';53'), convenant à l'accumulation de fibres (1') à sa surface- des moyens pour assurer ladite aspiration (6) au travers de ladite au moins une surface d'aspiration (5';51',52';50';53 et de son support poreux (7;70) ; - des moyens pour assurer le défilement (8) dudit(desdits) 5 support(s) poreux (7;70); - une zone de dégagement (12) de la nappe (10;100) constituée du(des) support(s) poreux (7;70), des fibres accumulées à sa(leur) surface (Ji et des autres fibres (P).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que : 10 ladite surface d'aspiration est plane, cylindrique (53'), de préférence à section circulaire ou ovale, prismatique, tronconique ou constituée d'une portion de cylindre ou lesdites surfaces d'aspiration sont constituées de deux plans (5'), parallèles ou non, avantageusement parallèles, de deux portions de 15 cylindre (50'), d'un plan (51') et d'une portion de cylindre (52') ou d'au moins deux surfaces cylindriques (53'), tronconiques ou prismatiques sensiblement co-axiales
13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la(les) surface(s) d'aspiration (5';51',52';50';53') dudit séparateur 20 (4;51+52;40;400), avantageusement verticale(s), est(sont) agencée(s) pour faire un angle de moins de 45°, de préférence de moins de 22°, avec la direction du flux gazeux (G) d'alimentation.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'aspiration 25 secondaire (13) agencés en aval dudit séparateur (40) pour assurer une aspiration dans le sens de formation de la nappe (10).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (14,14',14") pour traiter et/ou déformer et/ou consolider la nappe (10) formée. 30
16. Nappe (10;100) de fibres (1), présentant une(deux) surface(s) principale(s) (sensiblement parallèles), caractérisée en ce qu'elle renferme, sur ladite(au moins une desdites deux) surface(s) principale(s), des fibres (1') orientées parallèlement à ladite(ladite au moins une) surface et, dans son volume, des fibres (1") orientées 35 perpendiculairement à ladite(ladite au moins une) surface.
17. Nappe (10) de fibres (1) selon la revendication 16, présentant deux surfaces principales sensiblement parallèles, dont les fibres (1) sont disposées en strates en forme de U, droit ou couché, les branches du U symbolisant les fibres (l') en surface de ladite nappe (10) et la base du U celles (1") disposées en entretoises.
18. Nappe (10T) de fibres (1) susceptible d'être obtenue par compression d'une nappe (10) selon la revendication 17, dont les fibres centrales (1") sont disposées en strates en forme de V ou de W, droit ou couché.
19. Nappe (10;10T;100) de fibres (1) selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, constituée majoritairement de fibres longues (lb), majoritairement de fibres courtes (la) ou d'un mélange de fibres longues (lb) et de fibres courtes (la), lesdites fibres courtes (la) intervenant à plus de 10 % en poids dans ledit mélange.
20. Nappe (10;10T;100) selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisée en ce qu'elle renferme, avantageusement en surface, des fibres, avantageusement des fibres courtes, thermoliantes et/ou de la poudre thermofusible ; ou en ce qu'elle renferme des fibres thermoliées, 20 avantageusement en surface.
21. Nappe (10;10T;100) selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisée en ce que sa structure intègre, sur sa(au moins une de ses) surface(s) principale(s), un support poreux (7;70). 25
22. Utilisation d'une nappe (10;10T;100) selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, dans la fabrication d'articles absorbants, d'articles d'essuyage et/ou de nettoyage, d'articles pour l'isolation thermique et/ou phonique, de nappes de calage, de matelas, d'oreillers, de composites.
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