WO2009056745A2 - Procede et dispositif de fabrication en continu de nappes fibreuses 3d; lesdites nappes et leurs utilisations - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to:
  • a device for continuously manufacturing a fiber web (3D three-dimensional), suitable for implementing said method;
  • the present invention provides a satisfactory solution to the technical problem of obtaining fibrous webs, from long fibers and / or short, resistant in their three dimensions.
  • fiber webs are referred to insofar as the fibrous structure in question is obtained continuously.
  • This term of web does not limit the shape of said fibrous structure.
  • This structure may be of any section, in particular of rectangular or circular section. It may also have recesses.
  • a machine as described in the application FR 2 277 919, by opening long and short fibers with a rotary breaker and by projecting said open fibers in an air flow, on a suction surface (canvas), makes it possible to orient these fibers somewhat in the third dimension (dimension Z).
  • the incident air flow can not be tangential to said surface (at the risk of "blowing the sheet being formed”).
  • the fibers With an angle of about 60 ° of the incident flux with respect to the web (forming the web), the fibers are arranged on said web in inclined planes of at most 30 ° and are oriented partially in the Z direction, taking a position of S lying down.
  • the fibers which are projected on the suction surface are a little more straightened, insofar as it intervenes, to raise them, a suction guide roller (vis-à-vis the disintegrating roller of said fibers).
  • the fibers have, at the output of said device, a recumbent position of C lying down.
  • the flux loaded with fibers is also projected almost perpendicular to the suction surface (fiber collection surface). Said flow is almost parallel to the auxiliary suction surface of the guide roller.
  • Said guide roller is however not intended to condense the fibers on its surface. It intervenes to reorient the fibers arranged on the suction surface (projection).
  • the technique of fiber projection inevitably implies segregation; heavier fibers / lighter fibers; the heavier fibers are obviously deposited before the lighter fibers; said heavier fibers thus concentrating on one side of the formed web.
  • the formed webs consist of pre-open fiber flakes or stacked random unit fibers.
  • An improved metering stack is described in US 2002/0004970. Fibers accompanied by air (gaseous flows highly concentrated in fibers) are projected into the chimney. The air is extracted through the formed web, and not during the formation of said web. In any case, the speed of the air is low ( ⁇ 1 m / s). It is important not to compromise the progress of the water table.
  • methods and devices for obtaining plies from synthetic filaments are also known. Such methods and devices have in particular been described in the applications FR 2 862 986, WO 00/66824 and WO 04/046443.
  • the filaments are generally sucked between rollers leaving the die or after a simple fall.
  • the technical problem of the constitution of webs, homogeneous in the three directions X, Y, Z, is less critical with filaments than with fibers, insofar as, in view of the length of such filaments, spacers or bridges are created automatically.
  • compositions that can be obtained with filaments is however more limited than that which can be obtained with fibers, fiber mixtures.
  • Applications FR 2 862 986 and WO 04/6443 expressly describe fiber filament webs within them. It will be appreciated, however, that filament methods generally involve only one type of filament.
  • the inventors propose a method and an effective device for the production of fibrous webs, from short and / or long fibers (in the present description and the appended claims, short fibers of which the length is is less than about 12 mm and thus long fibers whose length is greater than about 12 mm).
  • Said fibrous webs contain their constituent fibers oriented in the three directions (X, Y, Z). They are therefore resistant in said three directions. They present an original structure, signature of their process of obtaining. It is another object of the present invention.
  • the present invention therefore relates to a method of continuously manufacturing a fiber web.
  • Said method typically comprises, implemented continuously, the following three steps:
  • the method of the invention is therefore implemented with fibers.
  • fibers synthetic (for example, polyester, polypropylene fibers), artificial fibers (for example, glass fiber, viscose fibers), or natural fibers (for example, wood, cotton, hemp, lin), are discontinuous elements of variable length, typically of a length of between 0.5 and 500 mm. In any case, the fibers have a length much less than that of filaments (discontinuous elements).
  • Said process is a universal process. It can be implemented with short fibers (see above), long fibers (see above), blends of short fibers and long fibers. It can be implemented with any type of fiber (synthetic and / or artificial and / or natural). Typically, it comprises a segregation of the fibers of a gas stream, via suction of the carrier gas of said stream at at least one lateral suction surface; said lateral suction generating at least two fiber mattresses:
  • Long fibers may, however, be part of their length at one of said mattresses and at the other end of their length at another of said mattresses.
  • the fibers are accumulated, while the carrier gas is sucked (at the suction surface (s)), according to two perpendicular or quasi-perpendicular directions: along the suction surface (s) (in the direction of the incident flux) and in a plane substantially perpendicular to the incident flux (said plane being perpendicular or substantially perpendicular, this depending the exact arrangement of the device).
  • the fibers accumulated in said plane substantially perpendicular to the incident flux are on at least part of their length, advantageously over their entire length.
  • the fibers having a length less than the minimum distance between the separation surfaces (fibers of the carrier gas) of which at least one is suctioning the formation of the mattress not undergoing very little lateral suction.
  • the mattresses of the fibers in contact are obviously integral insofar as the "interfaces" of said mattresses are formed simultaneously with imbrication fibers. In the hypothesis of the presence of long fibers belonging to the two mattresses, the solidarity of said mattresses is obviously reinforced.
  • the constitution of the mat with the non-aspirated blown fibers is optimized if said fibers are accumulated in a space whose width is greater than or equal to, preferably greater than, their length.
  • the distance between said two surfaces is always advantageously greater than the length of the fibers;
  • thermoling fibers generally short fibers, orient more easily along the suction surface (s).
  • thermoling fibers rather short than long.
  • the fibers then orient either parallel to said suction surfaces (X, Y), in lateral zone (peripheral mattresses), or perpendicularly (X, Z) , in central zone (central mattress).
  • the fibers, within the resulting ply, are arranged in U; the branches of the U symbolizing the fibers (aspirated) on the surface of the web and the base of the U symbolizing the fibers (not aspirated), arranged in a spacer.
  • the fibers are brought, for example, blown, suspended in a carrier gas.
  • the person skilled in the art knows how to generate and convey such fiber suspensions.
  • the carrier gas is generally air but it can not be ruled out to work with another carrier gas.
  • the gas stream can be loaded, in addition to the fibers, at least one material, solid or liquid, and / or contain fibers soaked with at least one liquid.
  • the suction used for the separation of the fibers can be asymmetrically (an asymmetric web is then generated, thus it is possible to suck up only a part of the surface of the forming web or suck on different parts of its surface. at different flow rates ...) and / or at variable flow rates over time (turbulences are then generated which accentuate the "random" distribution of the fibers within the web).
  • Aspiration is carried out at a lateral suction surface (s) through at least one porous support.
  • this porous support is used for the progression of the fiber mat formed on itself, at said (said) surface (s) suction side (s).
  • the progression of the web is obtained by driving said porous support.
  • the (the) lateral surface (s) suction (s) is (are) planar (s). It (s) may also have at least one area in relief (which will be printed with the tablecloth). It (s) may also have at least one non-porous area, through which there will be no aspiration. The structure of the corresponding fiber mat will not be homogeneous.
  • suction surface when a single suction surface is involved, it may especially be planar, cylindrical, preferably of circular or oval, prismatic, frustoconical or constituted by a portion of cylinder (corresponding to such a portion of the cylinder) ... + when several suction surfaces (independent) are involved, they may in particular consist of two planes, parallel or otherwise, advantageously parallel, two portions of cylinders, d a plane and a cylinder portion of at least two substantially coaxial cylindrical, frustoconical or prismatic surfaces. Said plurality of suction surfaces are advantageously arranged vis-à-vis.
  • the said (s) surface (s) suction side (s) is (make) advantageously with the direction of the incident flux an angle of less than 45 °, preferably less than 22 °.
  • the web consisting of aspirated fibers and non-aspirated fibers progresses, by moving the porous support (s) downstream of the lateral suction surface (s).
  • it obstructs its progression space. This is obviously to avoid any return (any suction) of ambient air ⁇ via the (the) surface (s) suction).
  • a post-treatment of the web developed according to the method of the invention in particular a physico-chemical post-treatment (related to or independently of the upstream intervention of a material in the gas stream and / or a liquid soaking the fibers, intended for example to fix an active agent, such as a bactericide, or to modify the properties of the fibers ”) and / or a post-treatment of deformation (compression ...) and / or a post-treatment for consolidating said ply (by mechanical or hydraulic needling, by chemical bonding, by heat-sealing, said thermolysis involving, upstream of a heat treatment, thermofusible materials, for example thermoling fibers upstream of the constitution of the web and / or an impregnating liquid on the formed web).
  • the present invention relates to a device for continuously manufacturing a fiber web.
  • Said device is suitable for implementing the above method.
  • Said device comprises:
  • a separator capable of separating said fibers from the carrier gas of said flow
  • said separator comprising at least one lateral suction surface suitable for the suction of said carrier gas through it; a porous support, arranged in front of said at least one suction surface, suitable for the accumulation of fibers (a part of said fibers) on its surface;
  • the centerpiece of the device of the invention is the separator (carrier gas, on the one hand / fiber, on the other hand), suitable for lateral suction of the gas (of a major part of it) for the constitution of a fiber mat along the at least one suction surface.
  • the suction concerns only part of the fibers; that the web formed consists of accumulated suction fibers, and other non-aspirated fibers (over at least a portion of their length, preferably over their entire length) accumulated.
  • suction surface (s) of the separator As regards the geometry of the lateral suction surface (s) of the separator, reference is made to what has been specified above.
  • These suction surfaces are advantageously arranged vis-à-vis to be able to generate plies having a symmetrical structure. It is easy to see that the suction surface (s) in question conditions (s) the surface state of the formed web.
  • the (s) suction surface (s) of the separator is (are) preferably arranged (s) to make an angle of less than 45 °, preferably less than 22 °, with the direction of the gas flow supply.
  • the separator and the fiber supply means of the device of the invention are provided and arranged accordingly.
  • the device of the invention may also comprise, in addition to its essential means mentioned above:
  • Such means are of the type used for these same purposes for post-processing fibrous webs obtained according to the prior art.
  • the fibrous webs original, obtainable by the process of the invention (characterized by a lateral suction of the carrier gas of a gas stream loaded with fibers).
  • Said fiber sheets have, in a conventional manner, one (two) main surface (s) (substantially parallel) and, typically, they enclose on said (at least one of said two) main surface (s) (s) ), fibers oriented parallel to said (said at least one) surface and, in their volume, oriented fibers, over at least a part of their length, advantageously over their entire length, perpendicular to said (said at least one) surface .
  • the webs of the invention thus consist of at least two fiber mats, the fibers of which are arranged in substantially perpendicular directions. It is recalled that "long" fibers are likely to belong to at least two mattresses.
  • the webs of the invention advantageously have a symmetrical structure.
  • Such webs (U)
  • compressed generate other webs of the invention, whose central fibers are arranged in V-shaped strata or W, straight or coated.
  • FIG. 2B See FIG. 2B.
  • the webs of the invention have a tubular fibrous structure with an outer fiber mat and an inner fiber mat. They may also have such a tubular structure with an internal fiber mat between two external fiber mattresses, on the surface.
  • FIGS. 5 and 6 reference may be made in particular to the attached FIGS. 5 and 6.
  • the webs of the invention can thus exist according to different variants. Typically, they contain fibers oriented in three directions.
  • the webs of the invention can:
  • short fibers i.e. less than about 12 mm in length
  • the short fibers are advantageously more than 10% by weight.
  • thermolating fibers and / or thermolating powders within the fibrous layers of the invention.
  • Such fibers are generally involved upstream of the process of producing the web, in the same way as the constituent fibers of said web.
  • Such powders generally occur downstream of the formation of the web. They are sprinkled on said formed web.
  • thermolating fibers it is advantageously short fibers which are advantageously found on the surface of the sheet.
  • the consolidation effect can then be optimized.
  • said web thus encloses, advantageously on the surface, fibers, advantageously short fibers, heat-resistant and / or hot-melt powder.
  • said web contains thermally bonded fibers, preferably on the surface.
  • Tablecloths of the invention which have an original fibrous structure may also have been conventionally treated during their preparation (for example, to contain, in a stable manner, an active agent, such as a bactericide, and / or modify the properties of the fibers constituting them).
  • an active agent such as a bactericide
  • the webs of the invention may incorporate on their surface, on their main surface or on at least one of their main surfaces, a porous support. It has been seen that such a porous support, a manufacturing aid, can form an integral part of the web of the invention (then of the composite web type).
  • the sheets of the invention which are particularly interesting in view of their resistance in three dimensions, have the outlets of the webs of the prior art and can in particular be advantageously used in the manufacture of absorbent articles, wiping articles and and / or cleaning, articles for thermal and / or sound insulation, tablecloths, mattresses, pillows, composites.
  • FIGS 1, 3, 4 and 5 illustrate, schematically, different embodiments of the method of the invention, in different types of device of the invention.
  • FIG. 2A schematically shows a fibrous web of the invention, for example formed within a device as diagrammatically shown in FIG. 1.
  • Figure 2B shows said thermally-hot-formed web.
  • FIG. 6 shows in section, schematically, the sheet forming in a device as diagrammatically shown in FIG. 5.
  • a stream F of fibers 1 suspended in a gas G (air, generally) feeds, via the feed device (or chimney) 2, a separator 4.
  • a device 3 is optionally provided at the inlet of said feeder 2 for soaking said fibers 1 with a liquid L.
  • the separator 4 consists of two suction boxes 5, which are depressed by the fans 6.
  • the suction is implemented at the level of the suction surfaces 5 'planes.
  • Movable webs 7 run past said suction surfaces 5 '.
  • On said webs 7, at said suction surfaces 5 ' is formed the mattress 10' of fibers 1 ', having their largest dimension along said surfaces 5'.
  • the mattress 10 "of fibers 1" consists of fibers 1 "not aspirated” - fibers 1 "disposed horizontally by blowing and by gravity - at said suction surfaces 5 ', said fibers 1" not aspirated “accumulate on the tablecloth 10 in formation, in spacing of said suction surfaces 5 '.
  • the sheet 10 consisting of three fiber mattresses 10 '+ 10 "+ 10', progresses due to the scrolling of the webs 7 (see the rollers 8 and the arrows at their level).
  • Said sheet 10 typically has "U" -shaped fibers 1, where the vertical legs of the U consist of fibers arranged parallel to the separation surfaces 5 'of the fibers 1 and the gas G and the horizontal branch U is made up of fibers 1 "arranged in spacer.
  • the zone of formation of the ply 10 is constituted by the space at the level of the suction surfaces 5 '.
  • the high level of the web 10 in formation is maintained in this space.
  • FIGS. 2A and 2B the existence of the different mattresses constituting the web 10 has been clearly shown.
  • FIG. 2A diagrammatically shows said mattresses 10 '+ 10 "+ 10', as generated within the device of FIG. 1.
  • the U Fibers 1, 1 "and 1b are shown in Figure 2B, which is referenced as 1OT.
  • the fibers 1" of the central mattress (referenced 10'T) have been deformed. They have the shape of V.
  • Blown fibers are short fibers whose length is significantly less than the width of the space in which they accumulate.
  • the suction zone is delimited by the plane lower suction surface 52 'and the curved upper suction surface 51' (corresponding to a quarter of the horizontal cylinder 51).
  • the separator (51 + 52) here consists of the box 52 and the cylinder 51.
  • the suction means associated with said box 52 and cylinder 51 have not been shown.
  • the sheet 10 obtained is of the type of that of FIG.
  • the gas / fiber separator 40 comprises the two cylinders 50 having curved suction surfaces 50 '.
  • the suction means associated with said cylinders 50 have not been shown.
  • the feed device 2 comprises means 20 for blowing a gas G (air, generally) and devices 21 and 22 for supplying fibers, respectively short fibers 1a, and long fibers 1b in said gas G.
  • the gas stream F 1 is thus charged with short fibers 1a and the gas stream F is thus charged with short fibers 1a and long fibers Ib.
  • the obtained fibrous web 10 has the three mats 10 '+ 10 "+ 10'.
  • the short fibers may quite well consist of fluff and the long fibers Ib are pneumatically carded fibers on a Rando machine.
  • Such a device horizontal, requires, to ensure the stability of the fibrous suspensions (Fi, then F) a large volume of gas (air) and thus leads to condense the fibers 1 on the suction surfaces 50 'at a very high average speed.
  • the skilled person therefore configures conveniently the device of the invention vertically (to minimize flow rates).
  • FIG. 5 shows a device of the invention suitable for obtaining a shell or tube 100 with a fiber wall 1.
  • the sheet in question is hollow and has a circular section (see FIG. 6).
  • F-charged stream F 1 is conducted via feeder 2 to the web 70, driven by the rollers 8. Said cloth 70 is folded to have a tubular shape. The fibers 1 are possibly soaked with a liquid L.
  • Said fabric 70 passes in front of the suction surface 53 'of the box 53.
  • This box 53 is a ring with a central recess circular section. In said recess there is a tube 15.
  • the space left to the fibers 1 (between said box 53 and said tube 15) is therefore tubular, resulting in a tubular sheet 100.
  • the fibers 1 are, on the one hand, on the fabric 70 a mattress 100 'in which they are arranged parallel to the tubular suction surface 53' and secondly, in the central part, a mattress 100 "with recess within of which they are arranged perpendicular to said suction surface 53 '.
  • the cylindrical separator of this FIG. 5 has been referenced 400.
  • the tubular sheet 100 can be used for making shells, especially based on a mixture of fibers such as wood fibers, hemp ... for the insulation of pipes.
  • the solid tube 15 can be replaced by a device 16 + 17, suitable for central aspiration. Then, the crown 100 obtained would present two peripheral mattress type mattresses 100 '. Said tube may also be replaced by a material, such as a sponge, which would then constitute the central part of the finished product. The finished product would have a composite structure with a sponge core, surrounded by a ring of fibers.
  • Figure 6 clearly shows the web 100 being formed with the two fiber mats 100 'and 100 "Within said mats 100' and 100", the fibers 1 are not arranged in the same directions.
  • Fibrous webs are prepared from fiber blends containing:
  • polyester fibers 30% by weight of polyester fibers of 17 dtex and 40 mm
  • wood fibers 15% by weight of wood fibers (or "fluff”).
  • Flax and wood fibers are hydrophilic. Polyester fibers provide resilience. The bicomponent short fibers serve to consolidate the structure.
  • the fibers of the fiber mixtures after mixing said fibers according to known methods, are opened by a breaker cylinder in a stream of air at a flow rate of about 600 m 3 / h.
  • a first control web is made on a Formfiber machine (according to the technology of US patent application 2005/0098910).
  • the fibers are deposited parallel to the horizontal web forming the web. They stack up to generate a "thousand-leaf" structure.
  • a web of the invention is made on an airlaid pilot of the invention, as shown schematically in Figure 1 attached.
  • the suction boxes are spaced 70 mm apart. On each of said boxes, the suction zone has a width, relative to the flow direction, of 25 cm and a length of 10 cm.
  • the suction (air) flow rate is about 600 m 3 / h.
  • the air velocity in the fiber and air separation zone is calculated at 3.3 m / s.
  • the fibers are condensed by lateral suction on the forming webs and in the axis of flow, perpendicular to these webs. Said fibers are thus arranged according to a U, whose branches symbolize those deposited laterally and the base those which stack at the heart of the forming web.
  • the vertical position of the device promotes the removal by gravity of the fibers in the plane perpendicular to the flow.
  • the intensity of the lateral suction can thus be minimized.
  • the formed plies are then compressed to 35 mm thick, in hot air at 130 0 C, then cooled and frozen at this thickness.
  • the pressure-free thickness of said plies is measured without contact by a laser cell thicknessometer.
  • the thickness is then measured under pressure of 0.5 kPa, then 4.7 kPa, first in the dry state, then in the wet state (after spinning of the web, by centrifugation at 2000 gravities).
  • the compressive strengths of the web of the invention are 92% dry and 82% wet; the compressive strengths of the web of the prior art are 71% dry and 47% wet.
  • the 3D web of the invention is much more resistant to compression.
  • Fibrous (insulating) plies of about 40 kg / m 3 are prepared from a fiber blend comprising:
  • Trevira T254 polyester-copolyester 2-component thermobonding fibers of 3 dtex and 50 mm.
  • a first control web is made according to the technology of the application FR 2 277 919 (called Rando technology), by pneumatic carding.
  • a web of the invention is produced under the conditions described in Example 1.
  • Abrasive disc webs of about 15 kg / m 3 including:
  • Trevira T254 thermobonding fibers of 3 dtex, 50 mm are produced, one according to the invention, on the pilot mentioned in example 1 (see FIG. 1) and other according to the technology of the prior art (Rando pneumatic carding, see FR 2 277 919).
  • the web of the invention is more resistant to compression.

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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 œuvre 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 œuvre 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

Procédé et dispositif de fabrication en continu de nappes fibreuses 3D ; lesdites nappes et leurs utilisations.
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 œuvre 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 œuvre 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 œuvre 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 Ia 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 60° 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 doseuse 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 m/s). Il convient de ne pas compromettre l'avancement de la nappe. Selon l'art antérieur, on connaît également des procédés et dispositifs d'obtention de nappes à partir de filaments synthétiques. De tels procédés et dispositifs ont notamment été décrits dans les demandes FR 2 862 986, WO 00/66824 et WO 04/046443.
Les filaments sont généralement aspirés entre des rouleaux en sortie de filière ou à l'issue d'une simple chute.
Le problème technique de la constitution de nappes, homogènes dans les trois directions X, Y, Z, est moins critique avec des filaments qu'avec des fibres, dans la mesure où, au vu de la longueur de tels filaments, des entretoises ou ponts se créent automatiquement.
La palette de composition qu'il est possible d'obtenir avec des filaments est toutefois plus limitée que celle qu'il est possible d'obtenir avec des fibres, des mélanges de fibres. Les demandes FR 2 862 986 et WO 04/6443 décrivent expressément des nappes de filaments avec fibres en leur sein. On conçoit toutefois que, de manière générale, les procédés avec filaments font intervenir un seul type de filament.
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 (dans la présente description et les revendications annexées, on qualifie de courtes des fibres dont la longueur est inférieure à environ 12 mm et donc de longues des fibres dont la longueur est supérieure à environ 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 œuvre 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, sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur dans un plan sensiblement perpendiculaire audit flux gazeux incident ; l'accumulation desdites fibres, selon ces deux directions (quasi) perpendiculaires, étant maîtrisée au niveau de ladite(desdites) surfaœ(s) d'aspiration pour initier et poursuivre la formation de la nappe;
- la progression de la nappe ainsi formée.
De façon caractéristique, le procédé de l'invention est donc mis en œuvre avec des fibres. De telles fibres, synthétiques (par exemple, des fibres de polyester, de polypropylène), artificielles (par exemple, des fibres de verre, de viscose), ou naturelles (par exemple, des fibres de bois, de coton, de chanvre, de lin), sont des éléments discontinus, de longueur variable, typiquement d'une longueur comprise entre 0,5 et 500 mm. En tout état de cause, les fibres présentent une longueur bien inférieure à celle de filaments (éléments discontinus).
De façon nullement limitative, on peut indiquer ici que le procédé de l'invention peut notamment être mis en œuvre :
- avec des fibres synthétiques ; il s'agit généralement de filaments droits ou frisés, coupés à des longueurs variables de 0,5 mm (floc) à 120 mm, souvent de 38 mm ;
- avec des fibres de bois, de 2 mm environ de longueur ;
- avec des linters de coton, de quelques millimètres de longueur (4 à 12 mm, généralement) ;
- avec des fibres coupées de lin ou de chanvre ;
- avec des mélanges de telles fibres.
Ledit procédé est un procédé universel. Il peut être mis en œuvre avec des fibres courtes (voir ci-dessus), des fibres longues (voir ci- dessus), des mélanges de fibres courtes et de fibres longues. Il peut être mis en œuvre avec tout type de fibres (synthétiques et/ou artificielles et/ou naturelles). 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 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. Des fibres "longues" sont toutefois susceptibles d'appartenir sur une partie de leur longueur à un desdits matelas et sur l'autre partie de leur longueur à un autre desdits matelas.
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 fibres accumulées dans ledit plan sensiblement perpendiculaire au flux incident le sont sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur. Dans le cadre de cette variante avantageuse (les fibres présentant une longueur inférieure à la distance minimale entre les surfaces de séparation (des fibres du gaz porteur) dont l'une au moins est aspirante), on optimise la formation du matelas ne subissant pas ou très peu l'aspiration latérale.
Les matelas de fibres au contact sont évidemment solidaires dans la mesure où les "interfaces" desdits matelas sont formées simultanément avec imbrication des fibres. Dans l'hypothèse de la présence de fibres longues appartenant aux deux matelas, la solidarité desdits matelas est évidemment renforcée.
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 Ia longueur des fibres ;
- les fibres légères, généralement des fibres courtes, s'orientent plus aisément Ie 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 œuvre de l'aspiration. Si l'aspiration est ainsi mise en œuvre 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 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 en amont de sa fabrication. Ainsi, Ie 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 œuvre pour la séparation des fibres peut l'être de façon dissymétrique (on génère alors une nappe dissymétrique. 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 Ia répartition "aléatoire" des fibres au sein de Ia nappe).
L'aspiration est mise en œuvre 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 Ia 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 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 intégrante de ladite nappe.
Selon une variante de mise en œuvre 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 également présenter au moins 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) surfaœ(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 iatérale(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 posttraitement 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 liage 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 œuvre du procédé ci-dessus. Ledit dispositif comprend :
- des moyens pour alimenter, en un flux gazeux chargé en 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 ; - 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 ;
- 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,
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 le 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 (sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur) 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 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.
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 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, sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur, 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. On rappelle que des fibres "longues" sont susceptibles d'appartenir à au moins deux matelas.
Les nappes de l'invention 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, au moins en partie, en entretoise. On a compris que de telles nappes sont susceptibles d'être obtenues via une aspiration latérale des fibres mise en œuvre 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 variantes. De façon caractéristique, elles renferment des fibres orientées dans les trois directions.
Les nappes de l'invention peuvent :
- être constituées de fibres longues (i.e. d'une longueur supérieure à environ 12 mm);
- être constituées de fibres courtes (i.e. d'une longueur inférieure à environ 12 mm) ; 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 œuvre 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 œuvre 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 l', présentant leur plus grande dimension le long desdites surfaces 5'. Le matelas 10" de fibres 1" est constitué des fibres 1 "non aspirées" - fibres 1" disposées horizontalement par soufflage et par gravité - 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 "U", où les branches verticales du U sont constituées des fibres l' 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 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 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 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 fibres l', 1" et l'. La figure 2B schématise ladite nappe thermocalandrée, référencée 1OT. Les fibres 1" du matelas central (référencé 10'T) ont été déformées. Elles présentent la forme de V.
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. Les fibres soufflées sont des fibres courtes dont la longueur est signifïcativement inférieure à la largeur de l'espace dans lequel elles s'accumulent. 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 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, 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 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 Ib dans ledit gaz G. Le flux gazeux F1 est ainsi chargé en fibres courtes la et le flux gazeux F est ainsi chargé en fibres courtes la et fibres longues Ib. La nappe fibreuse obtenue 10 présente les trois matelas 10'+ 10"+ 10'.
Les fibres courtes la peuvent tout à fait consister en du fluff et les fibres longues Ib en des fibres cardées pneumatiquement sur une machine Rando.
Un tel dispositif, horizontal, exige, pour assurer la stabilité des suspensions fibreuses (Fi, 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 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- 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).
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 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 constituerait alors la partie centrale du produit fini. Ledit produit fini aurait 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 100", les fibres 1 ne sont pas disposées dans les mêmes directions.
Exemple 1
Des nappes fibreuses sont préparées à partir de mélanges de 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 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 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 cœur 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 1300C, 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 ces mesures permettent de calculer les volumes massiques des nappes et de déterminer leur résistance à la compression.
Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1
Figure imgf000019_0001
Les résistances à Ia 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.
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 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 décrites à l'exemple 1.
Les caractéristiques desdites nappes sont données dans le tableau 2 ci-après.
Tableau 2
Figure imgf000020_0001
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 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, 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.
Tableau 3
Figure imgf000021_0001
La nappe de l'invention résiste mieux à la compression.
Exemple 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
Figure imgf000022_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication en continu d'une nappe (10;10T;10u) de fibres (1), caractérisé en ce qu'il comprend, mises en œuvre 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) dudît gaz porteur (G) par aspiration latérale dudit gaz porteur (G) au travers d'au moins un support poreux (7;70), mis en défilement ; lesdites fibres (1) s'accumulant alors, pour une partie (I1) 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';5r,52';50';53'), et, pour une autre partie (1") d'entre elles, sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur, dans un plan sensiblement perpendiculaire audit flux gazeux incident (G) ; l'accumulation desdites fibres (1), selon ces deux directions (quasi) perpendiculaires, étant maîtrisée au niveau de ladite(desdites) surface(s) d'aspiration (5';511,52';50';53I) pour initier et poursuivre la formation de la nappe (10,100) ;
- 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, solide ou liquide, destiné à modifier les propriétés de la nappe (10; 10T; 100) 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 œuvre de façon 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 latérale(s) présente(nt) au moins une zone en relief et/ou au moins une zone non poreuse.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 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 (51), 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';5r,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 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';5r,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 surface d'aspiration (S'jSl'^'jSG^SS1), convenant à l'accumulation de fibres (I1) à sa surface ;
- des moyens pour assurer ladite aspiration (6) au travers de ladite au moins une surface d'aspiration (5';5r,52';50';53') et de son support poreux (7; 70) ;
- des moyens pour assurer le défilement (8) dudit(desdits) 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 (I1) et des autres fibres (1").
12. Dispositif selon la revendication 11, 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 (511) 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';50I;53l) dudit séparateur (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 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.
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) surfaœ(s) principale(s), des fibres (I1) orientées parallèlement à ladite(ladite au moins une) surface et, dans son volume, des fibres (1") orientées, sur au moins une partie de leur longueur, avantageusement sur toute leur longueur, 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 (I1) 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; 1OT; 100) de fibres (1) selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, constituée de fibres longues (Ib), de fibres courtes (la) ou d'un mélange de fibres longues (Ib) et de fibres courtes (la), lesdites fibres courtes (la) intervenant à plus de 10 % en poids dans ledit mélange.
20. Nappe (10; 1OT; 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, 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).
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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