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Vous êtes ici : Accueil > Formation > Tutoriels > Les non-tissés > La consolidation, la finition et la transformation   Révision : 07 juillet 2005
 
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Gérard Coste - EFPG/IRFIP
(29 juin 2004)

IV - La consolidation, la finition et la transformation

Si l’on excepte les techniques utilisant la voie fondue, il est nécessaire de consolider la majorité des voiles non tissés obtenus.

 

IV-1- La consolidation chimique (Latex Bonding)

On utilise des polymères et des copolymères d’acide acrylique, des copolymères de styrène butadiène et des copolymères d’éthylène et acétate de vinyle. Ces produits plus connus sous le nom générique de latex. Ils se présentent sous forme de dispersions aqueuses stabilisées. Ils sont introduits dans le voile par des techniques diverses :

L’action de consolidation se développe ensuite dans une sécherie ou un four adapté.

La figure ci-dessous représente deux échantillons de non-tissé, consolidés à l'aide de latex, et dont la surface est examinée à l'aide d'un microscope à balayage (MEB). Leur consolidation a été effectuée :

Surface d'un non-tissé en cellulose, obtenu par voie sèche et consolidé par pulvérisation de latex
     
Coupe d'un non-tissé obtenu par voie humide et consolidé par imprégnation de latex
Photo 24 : Surface d'un non tissé en cellulose pour essuyage, obtenu par voie sèche (airdry) et consolidé par pulvérisation de latex EVA Photo 25 : Coupe d'un non tissé pour revêtement mural, obtenu par voie humide et consolidé par imprégnation de latex en presse encoleuse (size press)
Consolidation chimique

Remarque : on peut également utiliser comme liant des adhésifs en poudre, des mousses, et dans certains cas des solvants organiques.

 

IV-2- La consolidation thermique (Thermal Bonding)

On utilise la propriété de thermo-plasticité et de thermo-fixation de certaines fibres synthétiques qui peuvent créer une adhésion sous des conditions de température adaptées.

Ces fibres peuvent constituer le voile initial ou être introduites dès la constitution du voile. Dans ce dernier cas elles ont souvent une température de fusion plus basse.

La chaleur nécessaire pour la thermo-fixation peut être apportée par :

Les photographies 26 à 29 ci-dessous présentent quelques exemples de consolidation thermique (par chauffage, par calandrage à chaud et par thermofusion).

Coupe d'un non tissé cellulose/polyoléfine (pâte fluff) consolidé thermiquement
     
Surface d'un non-tissé synthétique consolidé par calandrage à chaud à picots
Photo 26 : Coupe d'un non tissé en cellulose (pâte fluff) et polyoléfine thermoscelable  pour produit absorbant, obtenu par voie sèche (air dry) et consolidé thermiquement. Photo 27 : Surface d'un non tissé à base synthétique pour serviette à usage unique, consolidé par calandrage à chaud (à picots)
 
Coupe d'un non tissé obtenu par voie fondue et consolidé par thermofusion
Photo 28 : Surface d'un non tissé obtenu par voie fondue et consolidé par thermofusion (face B) Photo 29 : Surface d'un non tissé obtenu par voie fondue et consolidé par thermofusion (face A)
Consolidation thermique

La figure ci-dessous représente schématiquement une installation produisant un voile cellulose/polymère multicouche renforcé par la méthode aérodynamique. Ce voile est ensuite consolidé thermiquement et gaufré. (Source : documentation technique M&J Paper Division -- aujourd'hui M&J Fibretech).

Fabrication d'un voile non-tissé cellulose/polymère par consolidation thermique
Figure 07 - Production d'un non tissé cellulose/polymère par consolidation thermique

IV-3- La consolidation mécanique (needle punching)

On réalise dans ce cas un enchevêtrement physique des fibres constituant les voiles par une technique dite aiguilletage. Cette technique est similaire à celle utilisée par les fournisseurs de feutres pour papeterie pour l’obtention d’habillages humides pour machine à papier. L’aiguilleteuse est équipée d’une tête ou sont insérées une multitude d’aiguilles métalliques ou de barbes spécialement conçues à cet effet.

La figure ci-dessous représente deux de ces aiguilles.

Aiguilles utilisées pour l'aiguilletage des non-tissés
Figure 08 - Aiguilles pour aiguilletage

La figure suivante représente la pointe d'une aiguille, agrandie environ 10 fois. On voit nettement les encoches qui accrochent des fibres au passage, les tirent à travers le voile à l'aller, les laissant en place au retour.

Pointe d'une aiguille (aiguilletage des non-tissés) grossie 10 fois
Figure  09 - Pointe d'une aiguille (x10 environ)

La photographie 30 ci-dessous représente la surface d'un textile non-tissé en viscose qui a été consolidé par aiguilletage mécanique. On notera la trace du passage de l'aiguille au centre de la photo.

Surface d'un non-tissé en viscose consolidé par aiguilletage
Photo 30 - Surface d'un non tissé en viscose, consolidé par aiguilletage mécanique (needle punching).
Consolidation mécanique

IV-4- La consolidation hydraulique (Spunlace ou hydroentanglement)

Le premier brevet décrivant la consolidation hydraulique d'un produit non tissé a été déposé en 1961, et accordé en novembre 1965 (Joseph Guerin, U.S.  3,214,819). Une longue bataille juridique s'engagea lorsque les premiers non tissés hydrauliquement consolidés arrivèrent sur le marché une douzaine d'années plus tard, avec pour conséquence que le principe du procédé tomba dans le domaine public. Cela permit à différentes firmes de développer concurremment leur procédé, chacune se protégeant via ses propres brevets de perfectionnement. Citons par exemple le procédé d’un ingénieur de l’Ecole Française de Papeterie de Grenoble -- M. André VUILLAUME -- procédé qui est actuellement commercialisé sous le nom de « Jetlace » par la société Rieter (usine à Montbonnot dans l’Isère).

Le premier non tissé consolidé hydrauliquement a été mis sur le marché par la société américaine DuPont en 1973, sous la marque "Sontara", après dix années de recherche et de développement. Aujourd'hui, les principaux producteurs américains sont les sociétés DuPont, Chicopee (division de Johnson & Johnson) et Veratec (ex-Kendall). A l'échelle mondiale, les japonais sont les plus gros producteurs de non tissés hydrauliquement consolidés. Actuellement, le procédé de consolidation hydraulique se répand plus rapidement que les autres.

Ce procédé utilise des jets d'eau sous haute pression pour enchevêtrer les fibres. Serré entre une grille et une bande de compression, le voile est d'abord compacté et humidifié pour éviter la formation de poches d'air, comme le montre la figure ci-dessous (inspirée d'un document Fleissner). Circulant sur un cylindre perforé recouvert d'une toile fine, le voile est soumis à des jets d'eau sous forte pression (150-250 bars) sur une face, puis sur l'autre. Les injecteurs sont des trous de 80-150 µm de diamètre, disposés à raison de 1-3 trous par millimètre, sur des rangées distantes de 3-5 mm. La pression de l'eau croît des premiers aux derniers injecteurs. Pour éviter de "noyer" le matériau, l'intérieur des cylindres est en dépression. L'eau résiduelle est éliminée par aspiration d'abord, puis par séchage. Vous trouverez d'autres détails techniques sur le site du constructeur Fleissner : principe du procédé, conception des injecteurs, photographies du matériel et exemples de paramètres de fonctionnement. On notera que Fleissner construit sous licence du groupe PGI, lequel a racheté le procédé à BBA Nonwovens.

fabrication d'un voile non-tissé par consolidation hydraulique (spunlace)
Figure 10 - Schéma de la consolidation hydraulique

Un voile hydrauliquement consolidé peut être ou non perforé, selon la taille des trous de la grille sur laquelle il a été traité. Il peut également être gaufré. En bas d'une page du site Web de la société Baiksan, on trouvera des photographies illustrant ces différents cas (des images réalisées à l'EFPG seront publiées au mois de septembre 2004).

La technique consomme beaucoup d'eau -- on cite souvent le chiffre considérable de 800 kg d'eau par kg de produit consolidé. Pour l'économie du procédé, l'eau doit absolument être recyclée. Pour éviter qu'elle ne bouche les injecteurs, elle doit être soigneusement filtrée et traitée (y compris par floculation lorsque le non tissé contient du coton). L'expérience montre également que son pH doit être neutre, et sa dureté faible. Enfin, il faut empêcher que les bactéries ne s'y développent et contaminent le non tissé.

Consolidés par cette méthode, les non tissés présentent des propriétés particulières : ils sont doux au toucher, ils forment des plis harmonieux quand on les suspend ("drapability" en anglais), ils sont assez résistants à la traction, ils se mettent en forme facilement. Contrairement aux non tissés consolidés chimiquement, ils ne contiennent pas d'adjuvant, ce qui est important pour les applications alimentaires et médicales.

Le principe de fonctionnement du procédé reste encore un peu mystérieux. Une chose est certaine : les jets d'eau sous pression ne jouent pas le rôle des aiguilles de la consolidation mécanique. Ce n'est pratiquement pas au droit des jets que la consolidation du voile s'effectue, mais entre jets voisins, dans une région appelée "zone de turbulence". Comme le montre la figure ci-dessous, seule une partie de l'eau des jets traverse directement la grille sur laquelle repose le voile. Le reste du jet ricoche sur la grille, et une zone très turbulente se forme là où les eaux des jets voisins se mélangent. A moins que l'on ne veuille obtenir un produit final ajouré, on réalise la grille avec des trous les plus fins possibles, de telle sorte que la fraction du jet qui ricoche soit la plus grande possible. Comme le milieu microporeux qui constitue la grille ne possède pas une résistance mécanique suffisante pour résister à l'impact des jets (lesquels arrivent à une vitesse de plusieurs centaines de km/h), la grille repose sur un support constitué de lames verticales.

Fonctionnement de la consolidation hydraulique (spunlace)
Figure 11 - Fonctionnement de la consolidation hydraulique

Les photographies 31 et 32 ci-dessous présentent deux exemples de consolidation d'un textile non tissé par aiguilletage hydraulique.

Surface d'un non-tissé cellulose/polyester, voie humide, consolidation hydraulique
     
Surface d'un non-tissé viscose/polyester pour essuyage, voie sèche, consolidation hydraulique
Photo 31 : Non tissé cellulose/polyester obtenu par voie humide, consolidé par aiguilletage hydraulique, pour donner de la résistance mécanique au voile humide Photo 32 : Non tissé viscose/polyester pour essuyage, obtenu par voie sèche (carded laid) et consolidé par aiguilletage hydraulique seul (pas de latex)
Consolidation hydraulique

On notera enfin que, depuis quelques années, le procédé spunlace est également appliqué à des produits tissés, auxquels il confère des propriétés particulières.

 

IV-5- La finition et la transformation des non tissés

Les non tissés obtenus peuvent être traités lors des phases de fabrication et de consolidation, généralement à l’aide de produits chimiques qui peuvent améliorer leurs caractéristiques d’hydrophobie, de porosité, d’absorbance, d’ignifugation, d’antistatique, etc.

En finition des opérations supplémentaires sont également mises en place pour modifier leurs propriétés et les adapter aux besoins sans cesse évolutifs de la majorité des clients. Citons :

La transformation permet la mise en forme du non tissé pour une utilisation plus rationnelle.

     
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