FR2987846A1 - Fil a base de meta-aramide a tenacite elevee et textile mettant en oeuvre ce fil - Google Patents

Abstract

Ce fil est essentiellement composé de poly(méta-phénylène isophtalamide), c'est-à-dire de méta-aramide. Il est constitué d'un filé de fibres, la distribution de la longueur desdites fibres étant comprise entre 40 et 200 millimètres, et la quantité minimum de fibres en section étant de 40.

Description

FIL A BASE DE META-ARAMIDE A TENACITE ELEVEE ET TEXTILE METTANT EN OEUVRE CE FIL DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention s'inscrit dans le domaine des textiles présentant à la fois des propriétés de résistance à la chaleur et au feu, outre de résistance à l'abrasion. De tels textiles ont vocation à être mis en oeuvre dans le cadre de la fabrication de vêtements de protection à la flamme, à l'arc électrique et de manière générale à toutes sources de chaleur, et donc plus particulièrement à destination des pompiers, des personnels militaires ou des personnels de l'industrie exposés à des risques d'exposition à la flamme. Mais ils ont également vocation à être mis en oeuvre dans l'industrie, notamment au titre 15 de renfort de plastiques, de caoutchouc, de polymères, etc, lorsque notamment la résistance à la chaleur est nécessaire. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE 20 Le développement et la mise au point de vêtements à même d'assurer la protection de l'utilisateur contre les effets de la chaleur constituent un souci des industriels concernés depuis longtemps déjà. Cette demande est particulièrement exacerbée s'agissant des pompiers et des personnels militaires. 25 Parmi les différentes solutions proposées à ce jour, on connaît la mise en oeuvre des fibres dites thermostable, c'est-à-dire résistant au feu. De telles fibres sont notamment constituées par les aramides, et notamment du méta-aramide, mieux connu sous la marque déposée NOMEX®, ou du para-aramide, mieux connu sous la marque déposée KEVLAR®. 30 Qu'il s'agisse du méta- ou du para-aramide, ces fibres synthétiques présentent des performances élevées notamment en termes de termo-stabilité, mais également en terme de résistance mécanique.

Les fibres synthétiques classifiées dans la famille des fibres hautes performances, apportent en effet le meilleur compromis entre résistance mécanique et thermo-stabilité lorsqu'il s'agit de réaliser des tissus non-feu légers comparativement à d'autres matières naturelles ou synthétiques.

Cependant, s'agissant du para-aramide, il présente l'inconvénient d'altérer de manière relativement significative le confort de l'utilisateur en raison de sa relative rigidité. En outre, cette fibre présente une faible affinité tinctoriale lors des opérations de teinture, ainsi qu'une faible tenue aux ultraviolets, réduisant de manière significative ses applications. De fait, cette fibre est principalement appliquée aux domaines de la balistique ou pour des applications industrielles bien déterminées. La fibre méta-aramide est aussi utilisée pour des applications industrielles tels que la filtration, les renforts de caoutchouc, etc. Pour la protection individuelle, elle est très rarement utilisée seule. Afin d'optimiser sa résistance mécanique et sa tenue à la flamme, elle est très souvent associée avec du para-aramide dans des concentrations comprises entre 5% et 85% en poids du fil. Un tel mélange est par exemple commercialisé par la société Dupont de Nemours sous la référence NOMEX type 455, et constitué de 95 % de méta-aramide et de 5% de para-25 aramide. Si ce produit rencontre un certain succès commercial, il se heurte cependant à un certain nombre d'inconvénients. Parmi ceux-ci, figure tout d'abord celui lié aux états de transformation et de préparation des fibres, notamment lors de la filature, du tissage, de 30 la teinture, et de l'entretien du textile.

En outre l'expérience démontre que la tenue à l'abrasion d'un tel produit est relativement réduite, et de plus, que ce type de produit a une tendance au boulochage, c'est-à-dire à la formation de petites boules pelucheuses à sa surface, principalement inhérentes aux frottements.

Ainsi pour réaliser un tissu de bonne facture à partir d'un mélange constitué de 95 % de méta-aramide et de 5% de para-aramide répondant à des critères de résistance à l'abrasion et au boulochage acceptables, il s'avère indispensable de disposer d'une densité de tissu suffisamment serrée, le but étant de limiter le déplacement des fils entre eux et corollairement l'effet de cisaillement des fibres lors du frottement du tissu. Cette nécessité dégrade de façon conséquente la perméabilité à l'air des tissus et de facto le confort au porté. En d'autre termes, on ne dispose pas à ce jour de textiles présentant simultanément des 15 propriétés de thermo-stabilité, de résistance mécanique, voire de confort, ou de prix de sorte qu'un compromis doit nécessairement être envisagé au détriment de l'une voire de deux de ces trois caractéristiques recherchées. L'invention vise donc à obtenir un textile à base de méta aramide, dont chaque 20 opération de transformation de la fibre au tissu teint a été optimisée de façon à obtenir un fil de qualité supérieure, susceptible d'optimiser les caractéristiques mécaniques, plus particulièrement de résistance à la rupture, aux déchirures et à l'abrasion, en vue de la confection de textiles de protection individuelle, outre d'éléments de renforts pour certaines applications dans le domaine de l'industrie. 25 EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention vise tout d'abord un fil essentiellement composé de poly(métaphénylène isophtalamide), c'est-à-dire de méta-aramide, constitué d'un filé de fibres, la 30 distribution de la longueur des dites fibres étant comprise entre 40 et 200 millimètres, et dont la quantité minimum de fibre en section est de 40.

Par l'adverbe « essentiellement », l'invention entend signifier qu'une très grosse concentration en méta-aramide est mise en oeuvre à l'exclusion de para-aramide. En effet, l'invention peut prévoir également dans le cadre de la réalisation du fil de 5 l'invention, soit un fil constitué à 100 % de méta-aramide, soit dans des variantes décrites plus en détails ci-après, l'adjonction de fibres antistatiques composées d'un noyau conducteur à base de fibre de carbone recouvert d'une matrice à base de polyamide 6 ou de polyamide 66. L'effet de contrôle des charges électrostatiques est donné par transfert et diffusion de la charge et par décharge à effet corona. Une telle 10 fibre est par exemple commercialisée sous la marque Beltron®, fabriquée par la société KB SEIREN. Cette fibre confère un caractère anti-statique définitif au textile mettant en oeuvre ce fil, et notamment au tissu, de manière à répondre à la norme EN 1149-3. La proportion de ces fibres varie typiquement entre 1 et 3 % en poids. 15 L'invention vise également des textiles résultant de la mise en oeuvre d'un tel fil, notamment tissu, avec insertion du fil de l'invention en chaine et en trame. Le fil peut également être tricoté en maille cueillie ou maille jetée. Il peut servir dans le cadre de la réalisation de renforts de plastique, de caoutchouc, de 20 polymère, de fluo-polymère, de nitrile, butyle, voire pour le support de membranes imper respirantes. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 Le fil caractéristique de l'invention est donc essentiellement constitué de méta-aramide. Selon l'invention les fibres de base sont obtenues à partir d'un précurseur multifilament de méta-aramide, présentant une ténacité de 36 cN /tex.

La fibre de base est obtenue par un procédé de préparation connu sous le nom d'étirage-craquage. Ce procédé consiste à craquer un câble précurseur de filaments continus par étirage et rupture contrôlée entre des cylindres tournants à des vitesses différentes. Le câble passe en effet entre deux séries de rouleaux dont la vitesse des rouleaux de sortie est supérieure à la vitesse des rouleaux d'entrée. Cette méthode permet d'arranger et d'aligner les zones cristallines du polymère jusqu'à la rupture des liaisons chimiques les plus fragiles. On obtient ainsi une mèche avec des longueurs de fibres présentant une distribution 10 régulière entre 40 et 200 millimètres dont chaque fibre unitaire contient une orientation cristalline optimisée dans le sens de la longueur de celle-ci. La distribution (Gaussienne) de la longueur des fibres est beaucoup plus large que le système de fibres obtenues par coupe à la guillotine ou cutter, ce qui confère au fil en 15 résultant des propriétés mécaniques supérieures. Le système de filature des fibres qui en découle est classique à savoir que la mèche de fibres craquées est affinée et filé sur un système de filature à anneaux fibres longues. 20 Le fil issu de cette filature présente une très bonne homogénéité et régularité, permettant au textile mettant en oeuvre ce fil une meilleure tenue au boulochage et à l'abrasion. En outre, on obtient un fil dont la quantité minimum de fibres à la section est typiquement de 40 à 50, permettant ainsi l'obtention d'un filé de fibres unitaire très fin, 25 susceptible d'optimiser le confort du vêtement réalisé à partir d'un tel fil. Dans les faits, on obtient un fil dont le titre est typiquement comprit entre 85 et 220 dtex, et présentant une ténacité lorsque le fil est composé de 100 % de méta-aramide, de 30 cN/tex. 30 Bien évidement, cette valeur de la ténacité dépend également de la ténacité du précurseur de départ. En l'espèce, cette ténacité a été mesurée alors que celle du précurseur de départ était de 36 cN/tex. Ce faisant, il peut être observé que l'on obtient un fil dont la ténacité est supérieure de plus de 80 % de la ténacité d'origine.

Il y a lieu de comparer cette caractéristique à celle d'un fil résultant de la filature opérée à partir de fibres courtes, c'est-à-dire dont les fibres d'origines sont obtenues par découpe à la guillotine ou au cutter. Les mesures de ténacité réalisées pour un fil ainsi obtenu, également à base de méta-aramide montrent qu'une valeur seulement de 20 cN/tex est observée. Avantageusement, on peut rajouter aux fibres de méta-aramide, c'est-à-dire avant filature et réalisation du fil de l'invention, des fibres conférant des propriétés antistatiques, telles que notamment des fibres de carbon/polyamide Beltron® type 931 ou autre fibre conférant un caractère anti-statique définitif au tissu. La proportion de ces fibres antistatiques est typiquement comprise entre 1 et 3 % en poids, afin de répondre à la norme EN 1149-3. Pour des raisons de confort, il peut également être envisagé d'intégrer également 20 d'autres fibres dans la réalisation du fil de l'invention, et typiquement de la viscose, de la laine ou de la soie, typiquement à raison de 11 à 13 % en poids. Le fil en question est converti sous forme de tissu dit chaine et trame. Dans les faits, on entrecroise des fils de façon perpendiculaire selon un mode liage répétitif sur la largeur 25 et sur la longueur de l'étoffe. En l'occurrence le tissu a été défini pour répondre aux besoins d'une confection pour des vêtements de protection, tels que blousons, combinaisons de vol ou couche extérieur de veste pompier. Le fil envisagé est un fil NOMEX® 110 dtex à deux bouts de résistance à la rupture de 30 680 cN mesurée selon la norme ISO 2062 8-2. La réalisation du tissu est un Sergé 2 Lie 2 d'un poids de 160 grammes par mètre carré.

Un système de contrôle des tensions des fils au dévidage des bobines et à l'ourdissage du fil est mis en place afin de limiter les phénomènes de tension et de surtension. Une tension constante de 0.20 N est appliquée à chaque fil.

L'objectif est d'obtenir une tension identique parfaite entre chaque fil constituant la chaine du tissu ainsi qu'une faible pilosité de fil avant le tissage. Un contrôle de la résistance à la rupture du fil est opéré avant le tissage avec une valeur moyenne de 678 cN mesurée selon la norme ISO 2062 8-2 avant tissage pour 680 cN 10 sur le fil d'origine. Le tissage est réalisé sur des machines, dont les organes sont modifiés de façon à diminuer les phénomènes de frottement et d'érosion du fil. Un test de résistance mécanique après tissage montre que le fil a conservé la résistance mécanique de 678 cN. 15 Après tissage, le tissu est ennobli selon la méthode conventionnelle de teinture des meta-aramides avec un prélavage à la continu afin d'éliminer les huiles et impuretés, puis teint sur jet ou autoclave. Le tissu est ensuite séché et stabilisé sur rame. Un post lavage est ensuite effectué afin d'éliminer toutes traces d'excès de colorants ou solvants. 20 Après contrôle de la résistance du fil sur tissu fini, la valeur de 675 cN est très proche de la valeur d'origine de 680 cN mesurée selon la norme ISO 2062 8-2. EXEMPLE DE REALISATION 25 Exemple 1: Invention Tissu fabriqué à partir du fil de la dite invention de ténacité 30 cN /Tex. Le fil a été placé dans le sens de la chaine avec une densité de 32 fil/cm La construction est un Sergé 2/2. Le poids final est de 160 g/m2. 30 Exemple 2 : On réalise un tissu, selon la même armure et la même densité de fil en chaine et trame, à base d'un fil réalisé en méta-aramide NOMEX® type 455 de même densité.

On a reporté dans le tableau ci-dessous les caractéristiques obtenues. Référence Matière Poids Résistance Résistance Resistance Resistance Abrasion ISO Boulochage EN Chaine Trame Déchirement Chaine EN ISO 13937-2 déchirement 12947-2 EN 12945-2 12127 EN ISO EN ISO Trame 13934-1 13934-1 EN ISO 13937-2 Exemple 1 100 % 160g/m2 120 120 8 5 8 7 75000 5 Méta- aramide Exemple 2 93 % 160g/m2 100 100 3 7 4 32000 3 Méta- aramide Il résulte ainsi de ces exemples comparatifs, qu'on obtient tout d'abord un tissu avec le fil de l'invention présentant une résistance mécanique supérieure de plus de 20 % par rapport à celui de l'exemple 2, outre une résistance à la déchirure supérieure à 50 %. On relève également une résistance à l'abrasion deux fois plus élevée avec 32000 cycles 10 sous une pression de 12 kPa, c'est-à-dire selon les tests réalisés en conformité avec la norme ISO 12947-2.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Fil essentiellement composé de poly(méta-phénylène isophtalamide), c'est-à-dire de méta-aramide, constitué d'un filé de fibres, la distribution de la longueur desdites fibres étant comprise entre 40 et 200 millimètres, et la quantité minimum de fibres en section étant de 40.
2. 2. Fil selon la revendication 1, dont le précurseur des fibres qui le constituent sont de coloris naturel ou pigmenté.
3. 3. Fil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que fibres à propriété anti-statique entrent dans sa composition, à raison de 1 à 3 % en poids.
4. 4. Fil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que fibres de viscose, de laine ou de soie entrent dans sa composition, à raison de 11 à 13 % en poids.
5. 5. Tissu obtenu au moyen d'un fil conforme à l'une des revendications 1 à 4, inséré en chaine et en trame.
6. 6. Tricot obtenu au moyen d'un fil conforme à l'une des revendications 1 à 4, réalisé sur métier chaine ou rachel ou circulaire.
7. 7. Vêtement de protection contre la chaleur, et notamment contre l'incendie réalisé à partir d'un tissu ou d'un tricot selon les revendications 5 ou 6.
8. 8. Elément de renfort de matière plastique, de caoutchouc, de polymère, de fluopolymère, de nitrile, butyle réalisé à partir d'un tissu conforme à la revendication 5.