WO2006024786A1 - Vetement de securite comprenant une barriere d'isolation thermique antifeu perforee - Google Patents

Vetement de securite comprenant une barriere d'isolation thermique antifeu perforee Download PDF

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WO2006024786A1
WO2006024786A1 PCT/FR2005/002029 FR2005002029W WO2006024786A1 WO 2006024786 A1 WO2006024786 A1 WO 2006024786A1 FR 2005002029 W FR2005002029 W FR 2005002029W WO 2006024786 A1 WO2006024786 A1 WO 2006024786A1
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barrier
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garment
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PCT/FR2005/002029
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Inventor
Jacques Fourmeux
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Duflot Industrie, (S.A)
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
    • A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
    • A41D31/08—Heat resistant; Fire retardant
    • A41D31/085—Heat resistant; Fire retardant using layered materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24273—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including aperture

Definitions

  • the invention relates to the technical field of thermally insulating and fireproof textile materials and more particularly safety garments using such materials.
  • thermal insulating is meant here textile materials through which the heat flux densities are low, when subjected to a thermal gradient.
  • Anti-fire means thermostable textile materials, retaining a good mechanical strength to a temperature such as that resulting from exposure to 400 ° Celsius.
  • Garment liners used in these different contexts of activity must have, in addition to good thermal barrier or temperature resistance properties, an impact as limited as possible on the comfort of use of the garment.
  • an uncomfortable safety garment may not be worn constantly, and the feeling of discomfort may lead to a decrease in alertness.
  • the presence of the liner should not, ideally, result in excessive weight or volume of the garment.
  • the presence of the lining must not, more ideally, hinder the movements of the person or the evaporation of his perspiration. It is also very important to be able to limit the risks of heat stress, a physiological phenomenon resulting from an increase in the internal temperature of the body which can no longer heat-regulate itself.
  • This heat stress can lead to loss of physical ability, loss of ability, fainting or cardiac arrest.
  • the thermally insulating lining of a fire safety garment must also contribute to the protection of the operator by providing him with a time of escape.
  • the standard EN 367 defines, for an incident thermal flow of 80 kW / m 2 , a time tl2 corresponding to the pain threshold, a time t24 corresponding to a burn to the second degree, the difference t24 - tl2 to be greater than 4 seconds, t24 must be greater than 13 seconds, so that the firefighter has time to release from the moment he feels the pain.
  • the presence of the fire-resistant lining will have to guarantee that the interval separating the pain threshold from the irreversible damage threshold is always greater than the reaction time of the person wearing the fire-resistant garment.
  • Textile complexes incorporating a thermal insulation constituted by a three-dimensional mesh knit, as described in document EP-0,443,991, or by a felt capable of trapping air, are known in particular. described in EP-0,364,370.
  • WO-99/35926 discloses a membrane on which spacers are arranged at regular intervals to create an air layer between said membrane and the textile surface acting as a liner.
  • fireproof thermal insulation liners are made of fibrous and porous material.
  • Radiation is the mode of transfer most often dominant in fibrous materials, and especially as the thermal gradient by which they are exposed is large.
  • the density of conduction flux depends, in turn, on the overall porosity of the fibrous material, the fiber surface area, illustrating its state of division, anisotropy, the distribution of fibers.
  • the natural convection flux density is generally limited in thermally insulating fibrous materials.
  • the insulation obtained by a sheet of fibrous material is generally inversely proportional to the density of this material, the density of the constituent fibers and the thermal conductivity of these constituents.
  • This insulation is proportional to the thickness of the sheet.
  • a first example is related to the choice of a porosity value for the lining material.
  • the air separating the fibers is a medium perfectly transparent to the radiation, so that only the fibers are involved in the diffusion, absorption and re-emission of infra ⁇ red radiation.
  • a second example is related to the choice of a thickness of lining material.
  • a significant thickness of lining leads certainly to a high insulating power, and especially as it reduces the volume of fibers used per unit volume of lining.
  • a third example is more fundamentally related to the choice of a high thermal insulation power liner
  • the establishment of a thermal barrier against the temperature gradients from the outside of the garment to the inside thereof leads ipso facto to the creation of a thermal barrier against temperature gradients ranging from inside the garment to the outside of it.
  • fire safety clothing includes, in fact, from their external faces to their internal faces:
  • an outer fabric most often based on aramid, most of the time having a surface density of 200 to 250 g / m 2 , a microporous impervious-breathable membrane, of phosphoric polyurethane or PTFE type, assembled on a substrate, most often made of aramid fibers or assembled on another layer,
  • thermostable thermal insulation barriers comprising non-woven felts, needled in aramid fibers, these felts being provided with large diameter perforations with a high hole density: hole diameter of 2 at 3 mm, hole density of the order of 2 / cm 2 .
  • thermal barriers of the prior art only partially meet the demand of users, in particular with regard to their heat exchange capacities from their internal face to their external face.
  • the aim of the invention is to propose a safety garment provided with a heat-insulating heat-insulating barrier, fire-resistant, allowing increased evacuation of heat and body perspiration, so as to maintain a second skin impression for the skin. a person using said garment, said thermal barrier, which however retains good fire protection properties and thermal flashes.
  • Safety clothing especially firefighters' clothing, must of course meet quality criteria, in particular with regard to protection against convective heat (standard EN 367) and for protection against radiant heat (ISO 6942) , without negative impact on washing resistance (ISO 6330).
  • the subject of the invention is a safety garment comprising a thermostable and fireproof thermal insulation barrier, disposed between an outer layer intended to face a source of heat or external radiation, and a inner layer, said barrier comprising a plurality of through holes with a diameter of the order of one millimeter, the hole density being of the order of two to three per square centimeter.
  • the barrier has the following characters, possibly combined:
  • the holes are substantially identical and arranged in a rectangular or square mesh
  • its thickness is of the order of one to five millimeters; it is produced from a material chosen from the group comprising polyamide imides, polyimides (PI), aramids, para-aramides, meta-aramids, polyacrylates, aromatic copolyimides, polyacrylonitriles, polyester-ether-ketones, polybenzimidazoles, polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfones (PSO), polyethersulfones (PES), phenylphenylsulfones and phenylpolesulfides (PPS), aramid and polybenzimidazole mixtures, thermally stabilized polyacrylonitrile and polyamide blends, polytrifluorochloroethylenes (PTFCEs), tetrafluoroethene-perfluoroprene copolymers (FEPs);
  • PPFCEs polytrifluorochloroethylenes
  • FEPs tetrafluoroethene-perfluorop
  • fibers selected from the group consisting of metal fibers, glass fibers, non-fire viscose fibers, carbon fibers, preoxidized carbon fibers, silica fibers modacrylic fibers;
  • the garment comprises a breathable microporous membrane, preferably laminated on a textile support, between the outer layer and the insulating thermal barrier.
  • the microporous membrane is prepared from a phosphoric polyurethane sheet, assembled on an aramid fiber substrate.
  • the Applicant has found, following a manufacturing anomaly during research work, that the realization of perforations in a nonwoven needled aramid fiber, with a diameter of holes of the order of a millimeter and a density of holes of the an order of three per square centimeter led to values of evaporative resistance (NF EN 31092) and thermal resistance and permeability index (ISO 11092) exceeding all legitimate expectations, without any crippling effect on the mechanical properties of this non-woven material. (ISO 9073).
  • the evaporative resistance measures the obstacle to the passage of the water vapor and thus to the evaporation of the sweat on the skin, that constitutes a component in a garment.
  • the ISO 11092 standard defines measurement conditions that are close to the conditions of wearing on a skin saturated with moisture.
  • the measuring device is commonly called "skin model”.
  • a porous metal plate of 20cm side simulates the skin: it is heated to 35 ° C by internal electrical resistances: its surface is kept saturated with moisture by an auxiliary feeding device, which compensates the evaporation occurring on the surface of the plate.
  • test piece is placed on the measuring plate, its upper face being scanned by a parallel air flow of 1 m / s.
  • the ambient conditions during the test are 35 ° C. and 40% relative humidity.
  • Evaporative resistance is defined by:
  • H e electrical power supplied to maintain the plate at its initial temperature of 35 ° C when the water evaporates at its surface to transfer through the specimen (in W / m 2 ).
  • the unit of evaporative resistance is m 2 .Pa / W (square meter Pascal per
  • the resistance R e t defined by ISO 11092 is the difference between the resistance R e measured when the specimen covers the measuring plate, and the empty value R e o of the device, measured without a specimen.
  • the evaporative resistance of 1 mm of calm air is 2.2 m 2 .Pa / W.
  • a felt R2 in the same fibers 100 g / m 2 thickness 1.7 mm, non-perforated.
  • the thermal resistance measures the insulation of the product.
  • the ISO 11092 standard defines measurement conditions that are close to the conditions of wearing on the skin.
  • the measuring device is commonly called “skin model”.
  • a 20 cm by 20 cm metal plate that simulates the skin is heated to 35 ° C by an internal electrical resistance.
  • the test piece is placed on the measuring plate, its upper face being scanned by a parallel air flow whose speed is 1 m / s, the temperature of 20 0 C and the relative humidity 65%. Under the effect of the temperature difference between the plate and the atmosphere, a heat transfer is established through the specimen. The electrical energy supplied to the plate is measured to maintain its temperature at 35 ° C.
  • the thermal resistance is defined by:
  • T p water - Tair temperature difference between the measuring plate and the ambient air (in 0 C or K);
  • H e power supplied to the plate to keep its temperature constant at 35 ° C (in W / m 2 ).
  • the unit of thermal resistance is m 2 .K / W (square meter degree Kelvin per Watt).
  • the thermal resistance R ct defined by ISO 11092 is the difference between the resistance Rc measured when the test piece covers the measuring plate, and the empty value R c o of the apparatus, measured without a test piece.
  • the thermal resistance of 1 mm of calm air is 0.037 m 2 .K / W.
  • R ct / R e t R ct thermal resistance of the product in (m 2 .K / W); Ret: evaporative resistance (in m 2 .Pa / W); 60: Ratio 1 / (R c t / R e t) of the calm air (in Pa / K).
  • a warm product is expected to be insulating, but also to allow perspiration to escape: it must therefore have a high thermal resistance and a low evaporative resistance, ie an index of permeability i m t the highest possible.
  • the hottest and most breathable product known is air, the value of the permeability index is necessarily between 0 (non-breathable fabric having a very high evaporative resistance) and 1 (ideal case corresponding to calm air). .
  • Comfort range of a garment is
  • the comfort range of a garment is defined by two extreme temperatures W and t max : tmin: temperature for which the sensation of cold appears: t max : temperature for which appears the discomfort of a wet skin , due to a production of sweat that exceeds the ability of the garment to evacuate.
  • the comfort range of the garment is the difference between (t ma ⁇ - W).
  • a high value means that the garment is self-adapting to very different conditions of use (ambient temperature, activity, poorly ventilated body parts) which require, depending on the case, thermal insulation or evacuation of perspiration; it is not necessary to add or remove clothing when the conditions of use change.
  • the tests are carried out according to ISO 9073-1 (surface density) and ISO 9073-2 (thickness under load of 0.5 kPa), ISO 9073-3 (tensile strength and elongation at break).
  • the nonwoven R1 is that defined previously. It comprises millimeter diameter holes placed on a rectangular mesh pattern with a hole density of the order of 2 to 3 per square centimeter.
  • ISOMEX® aramid fiber needle punched non-woven fabric R1 is EN 532 compliant.
  • the nonwoven R3 is also a perforated needle punch composed of ISOMEX® aramid fibers. It includes millimeter diameter holes placed on a square mesh pattern, the mesh parameter being 4 mm. The density is of the order of 6.25 holes per square centimeter.
  • the nonwoven R4 is also a perforated needle punch composed of ISOMEX® aramid fibers. It comprises holes of two types such as those described previously with reference to Figure 1 of EP-1.129.633 of the Applicant.
  • This nonwoven R4 illustrating the prior art has an evaporative resistance of 7m 2 .Pa / W with a value of 6.8 for a non-perforated felt.
  • the nonwoven R1 with a hole density about one-fifth lower than the previous non-woven R4 is more than ten times more resistant to breaking although lighter (95 against 120 g / m 2 ).
  • the nonwoven R1 also has a lower evaporative resistance than the previous nonwoven R4 (6.7 against 7 m 2 Pa / W).
  • the nonwoven R1 thus ensures a compromise that goes beyond the legitimate expectations of those skilled in the art, between good breathability (evaporative resistance value), sufficient mechanical strengths to handle the product without risk of tearing, great lightness (gain of 25 g / m 2 or 20% compared to the previous nonwoven R4) and thermal performance similar to that of a non-perforated felt.
  • the Applicant has carried out fire tests according to NF EN 367, NF EN 366, NF EN 469 for a four-layer complex: outer fabric,
  • H ⁇ 2 4 15 for a power of 80.75 kW / m 2 (3 tests).
  • the outer layer carbonizes, as well as the PU membrane, the nonwoven blackens and the lining remains intact.
  • t2 -tl time of intersection of the temperature curve with the level 1 curve (pain threshold); t2: time of intersection of the temperature curve with the level 1 curve (2nd degree burn threshold); t3: time required for the transmitted heat flux to reach 2.5 kW / m 2 .
  • the outer layer carbonizes, the membrane melts, the nonwoven blackens and the lining remains intact.
  • thermostable synthetic fibers such as: melamine fibers, for example, Basofil®; aromatic polyamide fibers, for example P84® from Lenzing;
  • phenolic fibers for example Kynol® from Nippon Kynol or Philene® from Saint-Gobain
  • pan preox fibers for example Panox® from RK Carbon Ltd, or
  • polyacrylate fibers for example Inidex® from the company Courtaulds;
  • polybenzimidazole fibers for example PBI® from Hoechst Celanese.
  • This needle-punched nonwoven fabric can be produced from aramid fiber blends such as Nomex ®, Isomex ® or Kevlar ® fibers from Dupont de Nemours, or Kermel ® fibers, Teijin Conex ® fibers or Technora ® fibers from Teijin Ltd, Twaron ® from Akzo, Apyeil ® from Unitika, HMA ® from Hoechst.
  • the perforation density is not necessarily homogeneous.
  • a higher density of holes may be provided in the garment in areas of the body that are little exposed a priori to the risk of direct or indirect burn.
  • the value of the evaporative resistance of garments made from the four-layer complex above generally varies between 22 and 30 bar.m 2 / W.
  • Such values are obtained, for example, when an Isomex ® needled fiber nonwoven of 100 g / m 2 is used.
  • Nomex® type fibers makes it possible to lower this evaporative resistance value to less than 22 bar.m 2 / W.
  • the perforations on an Isomex ® needle-punched non woven fabric improve the evaporative resistance value by 10 to 30%.
  • the outer fabric is substantially impermeable. This property is particularly important for some firefighting interventions, or when the intervention atmosphere is potentially harmful or toxic.
  • this outer fabric is provided with phosphorescent and / or fluorescent strips.
  • the microporous membrane is, for example, Gore-tex®, or phosphoric polyurethane type, assembled on an aramid fiber substrate. Depending on the expected exposure temperatures, various types of fibers may be employed for producing a nonwoven thermal barrier.
  • fibers of the type may be used:
  • polyimide imides polyimides (P 1 I); aramids such as Kermel®, Teijin Conex®, Kevlar®, Twaron®,
  • polyacrylate such as Inidex®
  • aromatic copolyimide polyacrylonitrile
  • polybenzimidazole for example PBI® fibers from Celanise Corp. ;
  • Fibers of the above type may also be employed, such as in particular: - mixture of aramid and polybenzimidazole,
  • the fibers mentioned above in particular polyaramids, may be mixed with glass, carbon or silica fibers.
  • P.S.O polysulfone
  • P.E.S. polyethersulfone
  • the perforated needle-punched nonwoven constituting the insulating thermal barrier may be sewn, using lines of non-rectilinear but for example sinuous seams, on the inner layer.
  • the seam lines made according to the known technique in quilting or padding, form, for example, tiles, of the order of 2.5 to 6 centimeters on the side or are parallel and form low amplitude corrugations, for example. example of the order of 2.5 to 6 centimeters.
  • the bonding of the thermal barrier to the inner layer limits shrinkage during washing of said barrier and thus to prevent the relative displacement of said barrier relative to the inner layer.

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  • Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
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Abstract

Vêtement de sécurité comportant une barrière d'isolation thermique thermostable et anti-feu, disposée entre une couche externe destinée à venir en regard d'une source de chaleur ou de rayonnement extérieur, et une couche interne. La barrière comprend une pluralité de trous débouchants d'un diamètre de l'ordre du millimètre, la densité de trous étant de l'ordre de deux par centimètre carrés.

Description

VETEMENT DE SECURITE COMPRENANT UNE BARRIERE D'ISOLATION THERMIQUE ANTIFEU PERFOREE
L'invention se rapporte au domaine technique des matériaux textiles thermiquement isolants et anti-feu et plus particulièrement des vêtements de sécurité mettant en œuvre de tels matériaux.
Par « thermiquement isolant », on désigne ici des matériaux textiles au travers desquels les densités de flux de chaleur sont faibles, lorsqu'ils sont soumis à un gradient thermique.
Par « anti-feu », on désigne des matériaux textiles thermostables, conservant une bonne tenue mécanique jusqu'à une température telle que celle issue d'une exposition à 400° Celsius.
De nombreuses activités professionnelles impliquent un risque de brûlures directes par flamme, arc électrique, projection de matières chaudes ou de brûlures indirectes par flash thermique. Parmi ces activités, il faut bien entendu citer celle des pompiers, opérateurs de pyro-métallurgie, mais aussi celles des militaires, gendarmes, pilotes d'avion, pilotes de courses automobiles, et d'autres encore dans le domaine de la chimie, de l'industrie sidérurgique, de la verrerie, de l'industrie de l'aluminium, de l'énergie ou du transport. Les doublures de vêtement employées dans ces différents contextes d'activités doivent présenter, en plus de bonnes propriétés de barrière thermique ou de résistance à la température, un impact aussi limité que possible sur le confort d'utilisation du vêtement.
En effet, un vêtement de sécurité peu confortable risque de ne pas être constamment porté, et la sensation d'inconfort peut entraîner une baisse de vigilance.
La présence de la doublure ne doit pas, dans l'idéal, se traduire par un poids ou un volume excessif du vêtement.
La présence de la doublure ne doit pas davantage, dans l'idéal, entraver les mouvements de la personne ou l'évaporation de sa transpiration. II est également très important de pouvoir limiter les risques de stress thermique, phénomène physiologique résultant d'une élévation de la température interne du corps qui ne parvient plus à se thermo-réguler.
Ce stress thermique peut conduire à une perte capacité physique, une perte de capacité, un évanouissement ou bien un arrêt cardiaque.
Il a été rapporté qu'environ 50% des causes de décès pour les pompiers intervenant aux USA sont la conséquence de ce stress thermique.
La doublure thermiquement isolante d'un vêtement de sécurité anti-feu doit également participer à la protection de l'opérateur, en lui ménageant un temps de fuite.
Il existe en effet des situations dans lesquelles peut apparaître une étape de transition très rapide du développement d'un feu générant une augmentation, en quelques secondes, de la température de 500 à 600° Celsius, ce qui correspond à un flux de chaleur incidente de l'ordre de 40 kW/m2. C'est notamment le cas au moment du « flash over » point de départ de l'embrasement généralisé, au cours duquel les pompiers peuvent subir une chaleur radiante et une chaleur convective de flux thermique incident de 40 à 80 kW/m2.
La norme EN 367 définit, pour un flux thermique incident de 80 kW/m2 , un temps tl2 correspondant au seuil de douleur, un temps t24 correspondant à une brûlure au second degré, la différence t24 - tl2 devant être supérieure à 4 secondes, t24 devant être supérieure à 13 secondes, pour que le pompier ait le temps de se dégager à partir du moment où il ressent la douleur.
Le problème de l'évacuation de la transpiration est d'autant plus aigu que certaines activités professionnelles, telles celles des pompiers lors d'incendies, doivent être menées dans des zones géographiques où le climat est chaud, dans un contexte de stress et d'efforts physiques intenses.
Ce problème est encore compliqué par le fait que la transpiration ne s'effectue pas de manière homogène sur toute la surface du corps. Ce problème est d'autant plus sérieux que l'accumulation de transpiration dans le vêtement tend à augmenter sa conductivité thermique, réduisant sa capacité de barrière isolante. Les propriétés de barrière thermique de la doublure ne doivent pas, dans le même temps, supprimer la sensation physique essentielle de chaleur.
En particulier, comme indiqué précédemment, la présence de la doublure anti-feu devra garantir que l'intervalle séparant le seuil de douleur du seuil de dommages irréversibles soit toujours supérieur au temps de réaction de la personne portant le vêtement anti-feu.
Pour tenir compte de ces différentes contraintes, on a proposé dans l'art antérieur différentes solutions techniques.
On connaît notamment des complexes textiles incorporant un isolant thermique constitué par un tricot à mailles tridimensionnelles, ainsi qu'il est décrit dans le document EP-0.443.991, ou par un feutre susceptible d'emprisonner l'air, ainsi qu'il est décrit dans le document EP-0.364.370.
La demande WO-99/35926 décrit une membrane sur laquelle sont disposés à intervalles réguliers des espaceurs afin de créer une couche d'air entre ladite membrane et la surface textile faisant office de doublure.
Dans le document WO-00/66823, on a proposé de disposer des bourrelets en matériau textile, à la surface de la doublure, ces bourrelets créant des canaux d'air entre une nappe textile inflammable et la doublure.
On peut se reporter également au document GB-2.264.705, WO- 99/05296, US-5.136.723 et US-5.924.134.
Conventionnellement, les doublures d'isolation thermique anti-feu sont réalisées en matériau fibreux et poreux.
L'emploi de matériau fibreux et poreux pour la constitution de ces doublures est justifié par leurs propriétés de transfert de chaleur. Ce transfert s'effectue par rayonnement, conduction et convexion naturelle.
Le rayonnement est le mode de transfert le plus souvent dominant dans les matériaux fibreux, et ce d'autant que le gradient thermique par lequel ils sont exposés est grand. La densité de flux de conduction dépend, quant à elle, de la porosité globale du matériau fibreux, de la surface volumique de fibres, illustrant son état de division, de l'anisotropie, de la répartition des fibres. La densité de flux de convection naturelle est en général limitée dans les matériaux fibreux thermiquement isolants.
L'isolation obtenue par une nappe de matériau fibreux est en général inversement proportionnelle à la densité de ce matériau, à la densité des fibres le constituant et à la conductibilité thermique de ces constituants.
Cette isolation est proportionnelle à l'épaisseur de la nappe.
Les éléments qui viennent d'être exposés montrent que la réalisation de doublure isolante anti-feu doit satisfaire à des exigences variées et parfois contradictoires. Trois exemples de telles contradictions peuvent être donnés.
Un premier exemple est lié au choix d'une valeur de porosité pour le matériau de doublure.
Une porosité maximale pour le matériau fibreux et poreux de la doublure peut être recherchée. En effet, l'air séparant les fibres est un milieu parfaitement transparent au rayonnement, de sorte que seules les fibres sont impliquées dans la diffusion, l'absorption et la réémission du rayonnement infra¬ rouge.
Mais une porosité maximale peut entraîner une tenue mécanique réduite, en particulier, aux lavages et au porté, où un volume trop important, qui gène les mouvements.
Un deuxième exemple est lié au choix d'une épaisseur de matériau de doublure.
Une épaisseur importante de doublure conduit certes à un pouvoir isolant élevé, et ce d'autant qu'il réduit le volume de fibres employé par unité de volume de doublure.
Mais une épaisseur importante de doublure peut gêner les mouvements du porteur du vêtement.
De plus, un pouvoir d'isolation thermique élevé pour la doublure ne doit pas être obtenu au détriment de la sensation de douleur, ce seuil de douleur étant variable d'une personne à une autre.
Un troisième exemple est plus fondamentalement lié au choix d'une doublure de pouvoir d'isolation thermique élevée Conventionnellement, la mise en place d'une barrière thermique contre les gradients de température allant de l'extérieur du vêtement vers l'intérieur de celui-ci conduit ipso facto à la création d'une barrière thermique contre les gradients de température allant de l'intérieur du vêtement vers l'extérieur de celui-ci.
Ceci peut entraîner, notamment sous les climats chauds ou désertiques, une sensation d'inconfort, l'évacuation de la transpiration et de la chaleur corporelle étant empêchée par la présence de la doublure.
L'évacuation de chaleur et de transpiration est d'autant plus nécessaire que les vêtements de sécurité anti-feu sont épais et parfois lourds.
Conventionnellement, les vêtements de sécurité anti-feu comprennent en effet, de leurs faces externes vers leurs faces internes :
- un tissu externe, le plus souvent à base aramide, la plupart du temps d'une masse surfacique de 200 à 250 g/m2, - une membrane micro-poreuse imper-respirante, de type polyuréthane phosphorée ou PTFE, assemblée sur un substrat, le plus souvent en fibres aramides ou assemblée sur une autre couche,
- une barrière thermique isolante, le plus souvent formée par un non tissé de fibres aramides, - une doublure de propreté, le plus souvent en 100% aramide ou 50% aramide, 50% viscose FR, protégeant la barrière thermique. Conventionnellement, les barrières thermiques isolantes anti-feu mettent en œuvre des non-tissés, des tissus ou tricots thermiquement stables et ininflammables par la nature des fibres employées. La demanderesse a proposé, antérieurement, des barrières d'isolation thermique thermostable anti-feu comprenant des feutres non-tissés, aiguilletés en fibres aramides, ces feutres étant pourvus de perforations de grand diamètre avec une densité de trous élevée : diamètre de trous de 2 à 3 mm, densité de trous de l'ordre de 2/cm2. La perforation des non-tissés en fibres aramides pose des problèmes industriels importants, du fait de la très grande résistance mécanique de ces fibres. La réalisation de trous dans la barrière thermique entraîne une perte de résistances mécaniques de la doublure, posant problème, pour la résistance au lavage du vêtement anti-feu (voir norme ISO 6330).
Les barrières thermiques de l'art antérieur ne répondent qu'imparfaitement à la demande des utilisateurs, en particulier pour ce qui est de leurs capacités d'échanges thermiques de leur face interne vers leur face externe.
L'invention a pour but de proposer un vêtement de sécurité pourvu d'une, barrière thermiquement isolante thermostable, anti-feu, permettant une évacuation accrue de la chaleur et de la transpiration corporelle, de sorte à maintenir une impression de deuxième peau pour la personne utilisant ledit vêtement, ladite barrière thermique, celle-ci conservant cependant de bonnes propriétés de protection anti-feu et aux flashs thermiques. Le vêtement de sécurité, notamment vêtements de pompier, doit bien sûr répondre aux critères de qualité, en particulier pour ce qui est de la protection contre la chaleur convective (norme EN 367), et pour la protection contre la chaleur radiante (ISO 6942), sans impact négatif vis-à-vis de la résistance aux lavages (norme ISO 6330).
A cette fin, l'invention a pour objet un vêtement de sécurité comportant une barrière d'isolation thermique thermostable et anti-feu, disposée entre une couche externe destinée à venir en regard d'une source de chaleur ou de rayonnement extérieur, et une couche interne, ladite barrière comprenant une pluralité de trous débouchants d'un diamètre de l'ordre du millimètre, la densité de trous étant de l'ordre de deux à trois par centimètre carré. Selon diverses réalisations, la barrière présente les caractères suivants, éventuellement combinés :
- les trous sont sensiblement identiques et disposés suivant une maille rectangulaire ou carrée ;
- son épaisseur est de l'ordre de un à cinq millimètres ; - elle est élaborée à partir d'un matériau choisi parmi le groupe comprenant les polyamides imides, les polyimides (P.I.), les aramides, para aramides, meta aramides, les polyacrylates, les copolyimides aromatiques, les polyacrylonitriles, les polyester-ether-cétone, les polybenzimidazol, les polytétrafluoréthylène (P.T.F.E.), les polysulfones (P.S.O), les polyethersulfones (P.E.S.), les ployphénylsulfones et polysulfures de phénylènes (P.P.S.), les mélange d'aramide et de polybenzimidazole, les mélanges de polyacrylonitrile et de polyamide stabilisées thermiquement, les polytrifluorochloréthylènes (P.T.F.C.E.), les copolymères tétrafluoréthène-perfluoroprène (F.E.P.) ;
- elle est élaborée en un matériau comprenant en outre des fibres choisies parmi le groupe comprenant les fibres métalliques, les fibres de verre, les fibres de viscose « non feu », les fibres de carbone, les fibres de carbone préoxydées, les fibres de silice, les fibres modacryliques ;
- elle se présente sous la forme d'un non tissé élaboré notamment par aiguilletage ou liage jet d'eau ;
- elle est élaborée en fibres aramides notamment vierge substandard ou recyclées. Dans une variante de réalisation, le vêtement comprend une membrane micro poreuse imper-respirante de préférence laminée sur un support textile, entre la couche externe et la barrière thermique isolante.
Dans une réalisation, la membrane micro poreuse est élaborée à partir d'une feuille de polyuréthane phosphore, assemblée sur un substrat en fibres aramides.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante du mode de réalisation.
La demanderesse a constaté, suite à une anomalie de fabrication lors de travaux de recherche, que la réalisation de perforations dans un non-tissé aiguilleté en fibres aramides, avec un diamètre de trous de l'ordre du millimètre et une densité de trous de l'ordre de trois par centimètre carrés conduisait à des valeurs de résistance évaporative (NF EN 31092) et de résistance thermique et indice de perméabilité (ISO 11092) dépassant toute espérance légitime et ce, sans effet rédhibitoire sur les propriétés mécaniques de ce non- tissé (ISO 9073).
La description suivante présente les résultats obtenus. Au préalable, les méthodes d'essais normalisés sont succinctement décrites. I - Résistance évaporative selon NF EN 31092
La résistance évaporative mesure l'obstacle au passage de la vapeur d'eau et donc à l'évaporation de la sueur sur la peau, que constitue un composant dans un vêtement. Plus la valeur est élevée, plus l'obstacle est important : un produit présentant une bonne respirabilité a une résistance évaporative faible.
La norme ISO 11092 définit des conditions de mesure qui se rapprochent des conditions de porter sur une peau saturée en humidité. L'appareil de mesure est couramment appelé « skin model ». Une plaque métallique poreuse de 20cm de côté simule la peau : elle est chauffée à 35°C par des résistances électriques internes : sa surface est maintenue saturée en humidité par un dispositif d'alimentation annexe, qui compense l'évaporation se produisant à la surface de la plaque.
L'éprouvette est posée sur la plaque de mesure, sa face supérieure étant balayée par un flux d'air parallèle de 1 m/s. Les conditions ambiantes pendant le test sont de 350C et 40% d'humidité relative.
Sous l'effet de la différence d'humidité entre la plaque saturée (350C, 100% HR) et l'air ambiant plus sec (35°C, 40% HR), un transfert de vapeur d'eau se développe à travers l'éprouvette. L'évaporation qui se produit à la surface de la plaque transpirante refroidit cette dernière, et l'on mesure l'énergie électrique fournie à la plaque pour conserver sa température initiale de 35°C.
La résistance évaporative est définie par :
Re = v peau "~ Pair) /He Ppeau - Pair : différence d'humidité (pression partielle de la vapeur d'eau en Pa) entre la plaque de mesure saturée et l'air ambiant ;
He : puissance électrique fournie pour maintenir la plaque à sa température initiale de 35°C quand l'eau s'évapore à sa surface pour transférer à travers l'éprouvette (en W/m2). L'unité de résistance évaporative est le m2.Pa/W (mètre carré Pascal par
Watt). La résistance Ret définie par ISO 11092 est la différence entre la résistance Re mesurée lorsque l'éprouvette recouvre la plaque de mesure, et la valeur à vide Reo de l'appareil, mesurée sans éprouvette.
A titre de comparaison, la résistance évaporative de 1 mm d'air calme (pas de convection interne) est de 2,2 m2.Pa/W.
Le tableau ci-dessous donne les résultats pour respectivement :
- un feutre Rl en fibres ISOMEX ® 95 g/m2 d'épaisseur 1,7 mm, perforé selon l'invention ;
- un feutre R2 dans les mêmes fibres, 100 g/m2 épaisseur 1,7 mm, non perforé.
Figure imgf000010_0001
Répétabilité de la mesure :
Ret < 10 m2. Pa/W ± 0.15 m2.Pa/W
Ret > 10m2.Pa/W ± 3.5 %
II - Résistance thermique selon ISO 11092
La résistance thermique mesure l'isolation du produit.
Plus la résistance thermique est élevée, plus l'isolation est importante et plus le produit est chaud.
La norme ISO 11092 définit des conditions de mesure qui se rapprochent des conditions de porter sur la peau. L'appareil de mesure est couramment appelé « skin model ».
Une plaque métallique de 20 cm sur 20 cm qui simule la peau est chauffée à 35°C par une résistance électrique interne.
L'éprouvette est posée sur la plaque de mesure, sa face supérieure étant balayée par un flux d'air parallèle dont la vitesse est de 1 m/s, la température de 200C et l'humidité relative 65%. Sous l'effet de la différence de température entre la plaque et l'ambiance, un transfert thermique s'établit à travers l'éprouvette. On mesure l'énergie électrique fournie à la plaque pour maintenir sa température à 350C.
La résistance thermique est définie par :
Rc = (Tpeau ~" ' air) /He
Tpeau - Tair : différence de température entre la plaque de mesure et l'air ambiant (en 0C ou K) ;
He : puissance fournie à la plaque pour maintenir sa température constante à 35°C (en W/m2).
L'unité de résistance thermique est le m2.K/W (mètre carré degré kelvin par Watt).
La résistance thermique Rct définie par ISO 11092 est la différence entre la résistance Rc mesurée lorsque l'éprouvette recouvre la plaque de mesure, et la valeur à vide Rco de l'appareil, mesurée sans éprouvette.
A titre de comparaison, la résistance thermique de 1 mm d'air calme (sans mouvement de convection interne) est de 0,037 m2.K/W.
Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus pour les non-tissés Rl et R2 définis précédemment.
Figure imgf000011_0001
Répétabilité de la mesure :
Rct < 0.050 m2. K/W ± 0.015 m2.K/W
Rct > 0.050 m2.K/W ± 3,5 % HI - Indice de perméabilité selon ISO 11092
L'indice de perméabilité imt est défini par le rapport entre la résistance thermique Rct et la résistance évaporative Ret du produit, mesurés suivant ISO 11092, rapporté à la valeur de ce même rapport pour l'air calme : imt = (Rct/Ret) produit / (Rct/Ret) air = 60 . Rct/Ret Rct : résistance thermique du produit en (m2.K/W) ; Ret : résistance évaporative (en m2.Pa/W) ; 60 : Rapport 1 /(Rct/Ret) de l'air calme (en Pa/K).
On attend d'un produit chaud qu'il soit isolant mais également qu'il laisse s'évacuer la transpiration : celui-ci doit donc présenter une résistance thermique élevée et une résistance évaporative faible, c'est-à-dire un indice de perméabilité imt le plus élevé possible. Le produit le plus chaud et le plus respirant connu étant l'air, la valeur de l'indice de perméabilité est nécessairement comprise entre 0 (étoffe irrespirante présentant une résistance évaporative très élevée) et 1 (cas idéal correspondant à l'air calme). Plage de confort d'un vêtement :
Pour une activité donnée, la plage de confort d'un vêtement est définie par deux températures extrêmes W et tmax : tmin : température pour laquelle la sensation de froid apparaît : tmax : température pour laquelle apparaît l'inconfort d'une peau mouillée, dû à une production de sueur qui dépasse la capacité d'évacuation du vêtement.
La plage de confort du vêtement est la différence entre (tmaχ - W). Une valeur élevée signifie que le vêtement s'auto-adapte à des conditions d'utilisation très différentes (température ambiante, activité, parties du corps mal ventilées) qui requièrent suivant les cas soit isolation thermique, soit évacuation de la transpiration ; il n'est alors pas nécessaire d'ajouter ou d'enlever des couches vestimentaires lorsque les conditions d'utilisation se modifient.
La température tmin est déterminée par la valeur de la résistance thermique Rct (Rct élevée = température tmin basse = vêtement chaud). La plage de confort (tmax - Wm) est liée à l'indice de perméabilité imt (imt élevée = plage de confort étendue = bonne adaptabilité = niveau de confort élevé).
Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus pour les non-tissés Rl et R2 définis précédemment :
Figure imgf000013_0001
IV - Résistance mécanique
Les essais sont réalisés suivant la norme ISO 9073-1 (masse surfacique) et ISO 9073-2 (épaisseur sous charge de 0.5 kPa), ISO 9073-3 (résistance et allongement à la rupture par traction).
Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous :
Figure imgf000013_0002
Le non tissé Rl est celui défini auparavant. Il comprend des trous de diamètre de l'ordre du millimètre placés sur un motif à maille rectangulaire avec une densité de trous de l'ordre de 2 à 3 par centimètre carré. Le non-tissé Rl, aiguilleté perforé en fibres aramides ISOMEX® est conforme à EN 532.
Le non-tissé R3 est également un aiguilleté perforé composé de fibres aramides ISOMEX®. Il comprend des trous de diamètre de l'ordre du millimètre placés sur un motif à maille carrée, le paramètre de maille valant 4 mm. La densité est de l'ordre de 6,25 trous par centimètre carré.
Le non-tissé R4 est aussi un aiguilleté perforé composé de fibres aramides ISOMEX®. Il comprend des trous de deux types tels que ceux décrits antérieurement en référence à la figure 1 du document EP-1.129.633 de la demanderesse.
Ce non-tissé R4 illustrant l'art antérieur présente une résistance évaporative de 7m2.Pa/W avec une valeur de 6.8 pour un feutre non perforé.
Le non-tissé Rl, avec une densité de trous deux fois plus faible environ que le non tissé antérieur R4 est plus de dix fois plus résistant à la rupture bien que plus léger (95 contre 120 g/m2). Le non-tissé Rl a de plus une résistance évaporative plus faible que le non-tissé R4 antérieur (6.7 contre 7 m2Pa/W).
Le non-tissé Rl assure ainsi un compromis allant au-delà des espérances légitimes de l'homme de l'art, entre une bonne respirabilité (valeur de résistance évaporative), des résistances mécaniques suffisantes pour manipuler le produit sans risque de déchirement, une grande légèreté (gain de 25 g/m2 soit 20% par rapport au non tissé antérieur R4) et des performances thermiques similaires à celles d'un feutre non perforé.
La demanderesse a effectué des tests feu selon NF EN 367, NF EN 366, NF EN 469 pour un complexe quatre couches : - tissu externe,
- membrane PU micro-poreuse imper-respirante,
- non tissé Rl,
- doublure interne de propreté.
Les valeurs suivantes ont été obtenues pour NF EN 367 : HTIi2 = H
HΗ24 = 15 pour une puissance de 80,75 kW/m2 (3 essais). La couche externe carbonise, ainsi que la membrane PU, le non tissé noircit et la doublure reste intacte.
Pour l'essai selon NF EN 366, protocole NF EN 469 (méthode B), trois essais ont été effectués :
Figure imgf000015_0001
de sorte que t2 -tl vaut 7, avec : tl : temps d'intersection de la courbe de température avec la courbe de niveau 1 (seuil de douleur) ; t2 : temps d'intersection de la courbe de température avec la courbe de niveau 1 (seuil de brûlure au deuxième degré) ; t3 : temps nécessaire pour que le flux de chaleur transmis atteigne 2,5 kW/m2. La couche externe carbonise, la membrane fond, le non tissé noircit et la doublure reste intacte.
Les modes de réalisations qui viennent d'être décrits ne sont pas limitatifs.
D'autres fibres synthétiques thermostables peuvent être employées, telles que : - fibres de mélamine, par exemple Basofil ® ; - fibres polyamides aromatiques, par exemple P84 ® de la société Lenzing ;
- fibres phénoliques, par exemple Kynol ® de la société Nippon Kynol ou Philene ® de la société Saint Gobain ; - fibres pan préox, par exemple Panox® de la société RK Carbon Ltd, ou
Sigrafil ® de la société Sigri ;
- fibres polyacrylate, par exemple Inidex ® de la société Courtaulds ;
- fibres de polybenzimidazole, par exemple PBI ® de la société Hoechst Celanese. Ce non tissé aiguilleté peut être élaboré à partir de mélanges de fibres aramides telles que fibres Nomex ®, Isomex ® ou Kevlar ® de la société Dupont de Nemours, ou fibres Kermel ®, fibres Teijin Conex ® ou Technora ® de la société Teijin Ltd, Twaron ® de la société Akzo, Apyeil ® de la société Unitika, HMA ® de la société Hoechst. La densité de perforation n'est pas obligatoirement homogène.
Ainsi, une plus forte densité de trous peut être prévue dans le vêtement au niveau des zones du corps qui sont peu exposées a priori aux risques de brûlure directe ou indirecte.
La valeur de la résistance évaporative des vêtements confectionnés à partir du complexe quatre couches ci-dessus varie en général entre 22 et 30 bar.m2/W.
De telles valeurs sont obtenues par exemple lorsqu'un non tissé aiguilleté de fibres Isomex ® de 100g/m2 est employé.
L'emploi de fibres type Nomex ® permet d'abaisser cette valeur de résistance évaporative à moins de 22 bar.m2/W.
La réalisation de perforations sur un non tissé aiguilleté en Isomex ® permet d'améliorer la valeur de résistance évaporative de 10 à 30%.
Dans certains modes de réalisations, le tissu externe est sensiblement imperméable. Cette propriété est notamment importante pour certaines interventions des pompiers, ou lorsque l'atmosphère d'intervention est potentiellement nocive ou toxique. Dans certains modes de réalisation, ce tissu externe est pourvu de bandes phosphorescentes et/ou fluorescentes.
La membrane micro poreuse est, par exemple, en Gore-tex ®, ou de type polyuréthane phosphore, assemblée sur un substrat en fibres aramides. En fonction des températures d'exposition prévues, divers types de fibres peuvent être employés pour la réalisation d'une barrière thermique non tissée.
Pour des températures d'exposition élevées, peuvent être employées des fibres de type :
- polyamides imides, polyimides (P1I.) ; - aramides tels que Kermel ®, Teijin Conex ®, Kevlar ®, Twaron ®,
Tecnora ® ;
- para aramides, meta aramides ;
- polyacrylate tel qu'Inidex ® ;
- copolyimide aromatique ; - polyacrylonitrile ;
- polyester-éther-cétone ;
- polybenzimidazole, par exemple fibres PBI ® de la société Celanise Corp. ;
- polytétrafluoréthylène (P.T.F.E.) - modacryliques,
- polyphénylsulfone,
- polysulfure de phénylène (P.P.S).
Des mélanges de fibres du type ci-dessus peuvent également être employés, tels que notamment : - mélange d'aramide et de polybenzimidazole,
- mélanges de polyacrylonitrile et de polyamide stabilisées thermiquement.
Le cas échéant, les fibres ci-dessus mentionnées, en particulier polyaramides, peuvent être mélangées à des fibres de verre, de carbone ou de silice.
Lorsque des températures d'exposition plus faibles sont prévues, peuvent être employées des fibres de type : - polytrifluorochloréthylène (P.T.F.C.E.) ;
- copolymère tétrafluoréthène-perfluoroprène (F.E.P.) ;
- polysulfone (P.S.O) ;
- polyéthersulfone (P.E.S.) ; - P.B.O.
Lorsqu'une résistance mécanique et une résistance au lavage sont souhaitées plus particulièrement pour le non tissé aiguilleté perforé constituant la barrière thermique isolante, celui-ci peut être cousu, à l'aide de lignes de coutures non rectilignes mais par exemple sinueuses, sur la couche interne. Les lignes de couture, réalisées selon la technique connue dans le matelassage ou le ouatinage, forment par exemple des carreaux, faisant de l'ordre de 2,5 à 6 centimètres de coté ou bien sont parallèles et forment des ondulations de faible amplitude, par exemple de l'ordre de 2,5 à 6 centimètres. La solidarisation de la barrière thermique à la couche interne permet de limiter la rétraction au lavage de ladite barrière et d'éviter ainsi le déplacement relatif de ladite barrière par rapport à la couche interne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vêtement de sécurité comprenant une barrière d'isolation thermique thermostable et anti-feu, disposée entre une couche externe destinée à venir en regard d'une source de chaleur ou de rayonnement extérieur, et une couche interne, caractérisée en ce que la barrière comprend une pluralité de trous débouchants ayant un diamètre de l'ordre du millimètre, la densité de trous étant de l'ordre de deux à trois par centimètre carré.
2. Vêtement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les trous sont sensiblement identiques et disposés suivant une maille rectangulaire ou carrée.
3. Vêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la barrière est de l'ordre de un à cinq millimètres.
4. Vêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la barrière est élaborée à partir d'un matériau choisi parmi le groupe comprenant : les polyamides imides, les polyimides (P.I.), les aramides, para aramides, meta aramides, les polyacrylates, les copolyimides aromatiques, les polyacry Ion itri les, les polyester-ether-cétone, les polybenzimidazol, les polytétrafluoréthylène (P.T.F.E.), les polysulfones (P.S.O), les polyethersulfones (P.E.S.), les ployphénylsulfones et polysulfures de phénylènes (P.P.S.), les mélange d'aramide et de polybenzimidazole, les mélanges de polyacrylonitrile et de polyamide stabilisées thermiquement, les polytrifluorochloréthylènes (P.T.F.C.E.), les copolymères tétrafluoréthène- perfluoroprène (F.E.P.), les P.B.O.
5. Vêtement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la barrière est élaborée en un matériau comprenant en outre des fibres choisies parmi le groupe comprenant les fibres métalliques, les fibres de verre, les fibres de viscose « non feu », les fibres de carbone, les fibres de carbone préoxydées, les fibres de silice, les fibres modacryliques.
6. Vêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la barrière se présente sous la forme d'un non tissé élaboré par aiguilletage ou liage jet d'eau.
7. Vêtement selon la revendication 6, caractérisée en ce que la barrière est élaborée en fibres aramides notamment vierges, substandard ou recyclées.
8. Vêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une membrane micro poreuse imper-respirante, notamment laminé sur un support textile, entre la couche externe et la barrière thermique isolante.
9. Vêtement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la membrane micro poreuse est élaborée à partir d'une feuille de polyuréthane phosphore, assemblée sur un substrat en fibres aramides.
10. Vêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la barrière thermique isolante et la couche interne sont solidarisées l'une à l'autre par des lignes de couture.
11. Vêtement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les lignes de couture forment des carreaux, faisant de l'ordre de 2,5 à 6 centimètres de coté.
12. Vêtement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les lignes de couture sont parallèles formant des ondulations de faible amplitude, par exemple de l'ordre de 2,5 à 6 centimètres.
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