Composite yarn, method for obtaining same and resulting textile structure

Description of equivalent WO 03056082 A2

FIL COMPOSITE, PROCEDE D'OBTENTION ET STRUCTURE TEXTILE OBTENUE

La présente invention concerne un fil composite à usage technique ou industriel, pouvant être assemblé en tous types de structures textiles, notamment nappes textiles appropriées, pour répondre à toutes applications ou spécifications particulières, par exemple pour la fabrication de stores ou rideaux. Plus particulièrement l'invention concerne des fils composites susceptibles d'être obtenus par enduction.

De manière générale on connaît déjà, et la Demanderesse fabrique et vend des fils composites techniques, comprenant :

- une âme comportant un fil continu, notamment en matériau inorganique comme le verre, ou organique comme le polyester, le polyamide, l'alcool de polyvinyle, et

- une gaine ou enveloppe comportant une matrice, constituée par au moins un matériau polymère chloré, par exemple un polychlorure de vinyle (PVC), une charge minérale ignifugeante incorporée et distribuée dans ladite matrice, et un plastifiant. Préférentiellement, mais de manière non exclusive, un tel fil est obtenu par enduction en une ou deux couches, de l'âme avec un plastisol comprenant le matériau polymère chloré, par exemple du polychlorure de vinyle, et le plastifiant, puis par gélification du plastisol autour de l'âme.

Les tissus techniques obtenus avec de tels fils, et lorsqu'ils sont mis en œuvre dans différents environnements, notamment pour l'aménagement tant intérieur qu'extérieur d'immeubles ou constructions, par exemple à titre de stores, sont soumis à des exigences de comportement au feu, définies par des réglementations' et/ou procédures d'homologation ou autorisation, nationales ou internationales. Ainsi, la réglementation applicable à de tels tissus en République

Fédérale d'Allemagne définit différents classements, caractérisés notamment par la longueur de l'échantillon détruite par le feu, et par la température des fumées de combustion, et identifiés par les lettres B1 à B3, la lettre B1 caractérisant le meilleur comportement au feu accessible par un matériau comprenant des matières organiques. Et la réglementation applicable en France définit quant à elle, également différents classements selon les normes NF 1601 et NF P 92503, d'une part caractérisés notamment par l'émission de fumées et identifiés par les lettres FO à F5, F3 étant le meilleur comportement accessible par un matériau contenant un polymère halogène, et d'autre part caractérisés notamment par la température d'inflammation résiduelle du tissu, et identifiés par les lettres MO à M4, la lettre M1 identifiant le meilleur comportement au feu généralement accessible par un matériau comprenant des matières organiques. Différentes tentatives ont été faites pour améliorer intrinsèquement le comportement au feu de ces fils composites, par exemple en utilisant des plastifiants particuliers, comme des phosphates organiques. Malheureusement, l'utilisation de tels plastifiants détériore les caractéristiques de mise en œuvre (souplesse, pouvoir glissant, etc..) de ces fils, ce qui nuit à leur tissage postérieur, et rend ce dernier plus difficile. Par ailleurs, l'incorporation de tels plastifiants augmente l'indice de fumée.

S'agissant des performances de la charge ignifugeante proprement dite, différents documents ont proposé divers composés ou diverses compositions, susceptibles d'améliorer le comportement au feu des matrices plastiques dans lesquelles la charge ignifugeante est incorporée, sans que l'application ou la mise en forme de la matière plastique ignifugée, par exemple sous forme de fil, soit précisée.

Ainsi, selon le document JP-A-58185637, pour une matrice à base de polychlorure de vinyle, on a proposé une charge ignifugeante comprenant un polyéthylène chloré, un composé choisi parmi notamment les oxydes et/ou hydroxydes d'antimoine, et d'aluminium, et préférentiel lement un autre composé choisi parmi certains sels de zinc, dont le borate de zinc ; des produits à base d'étain par exemple le stannate de zinc.

Et conformément au document FR-A-2 448 554, toujours pour une matrice à base de polychlorure de vinyle, incorporant par ailleurs un stabilisant, un plastifiant constitué par un ester phosphorique, et une charge d'hydroxyde d'alumine, on a proposé une charge ignifugeante comprenant un oxyde d'antimoine, éventuellement associé à un borate de zinc.

Aucune des charges ignifugeantes précédemment proposées ne convient pour améliorer dans les proportions souhaitées le comportement au feu d'un fil composite tel que précédemment considéré, et ce sans dégrader ses autres propriétés, par exemple mécaniques.

Il n'est pas possible, non plus, d'augmenter de manière significative la proportion pondérale de la charge ignifugeante, sauf à détériorer comme précédemment les caractéristiques de mise en oeuvre du fil composite.

La présente invention a pour objet un fil composite enduit, présentant globalement et intrinsèquement un comportement au feu amélioré, en favorisant la dissipation de la chaleur et en permettant de réduire fortement le phénomène aléatoire de propagation de flamme mesuré par des tests au feu selon la norme NF P 92 503 sur tout tissu obtenu à partir du fil composite selon l'invention.

Les propriétés de tenue en température sont améliorées en raison de la répartition régulière des fibres dans le matériau polymère d'enduction qui permet la dissipation de la chaleur, en effet lorsque les fibres sont regroupées elles constituent une voie de conduction préférentielle qui favorise la propagation de la chaleur.

La présente invention a pour objet un fil composite constitué d'un fil continu, obtenu par filature de fibres en un matériau organique ou inorganique ou de fibres naturelles comme le lin ou le coton, et d'un matériau polymère, caractérisé en ce que les fibres constitutives dudit fil continu sont réparties uniformément dans ledit matériau polymère de telle façon que chacune desdites fibres soit enrobée par ledit matériau polymère.

Ce fil composite est susceptible d'être utilisé seul ou comme âme pour la fabrication de fils composites obtenus par une seconde enduction avec un matériau polymère.

La présente invention a également pour objet un fil composite enduit susceptible d'être obtenu par un procédé d'enduction avec un matériau polymère, caractérisé en ce qu'il comprend une âme constituée par un fil composite tel que précédemment défini et en ce que le matériau polymère constitué autour de l'âme et le matériau polymère constitutif de l'âme sont de même nature.

En fonction des caractéristiques de comportement au feu demandées ce fil composite est susceptible d'être utilisé comme âme pour la fabrication de fils composites ignifugés obtenus par enduction avec des polymères comportant des charges ignifugeantes. On obtient ainsi des fils présentant globalement et intrinsèquement un comportement au feu amélioré en utilisant moins de charge ignifugeante.

La présente invention a également pour objet un fil composite ignifugé enduit susceptible d'être obtenu par un procédé d'enduction avec un matériau polymère comprenant une charge ignifugeante, caractérisé en ce qu'il comprend une âme constituée par un fil composite tel que précédemment défini et en ce que le matériau polymère constitué autour de l'âme et le matériau polymère constitutif de l'âme sont de même nature.

Selon l'invention, ladite enduction est susceptible d'être effectuée avec une préparation liquide de monomère ou de polymère, par exemple une préparation liquide de polymère est obtenue par fusion d'un polymère ou par dispersion, par exemple sous forme de plastisol, et par exemple une préparation liquide de monomère est constituée d'un monomère liquide qui polymérisera sous l'effet de la chaleur ou par irradiation, par exemple irradiation UN..

L'invention concerne également le procédé de fabrication d'un fil composite caractérisé en ce qu'on soumet un fil continu, obtenu par filature de fibres en un matériau organique ou inorganique ou de fibres naturelles, à un procédé d'ouverture mécanique du fil permettant la séparation desdites fibres, simultanément ou préalablement à son enduction par un matériau polymère.

Elle concerne en outre le procédé de fabrication d'un fil composite caractérisé en ce qu'on soumet un fil continu, obtenu par filature de fibres en un matériau organique ou inorganique ou de fibres naturelles, à un procédé d'ouverture mécanique du fil permettant la séparation desdites fibres, simultanément ou préalablement à une enduction primaire avec une préparation liquide de monomère ou de polymère à l'état liquide, et en ce qu'on soumet le fil composite obtenu à un seconde enduction avec une préparation liquide de monomère ou de polymère.

De préférence le monomère ou polymère de la seconde enduction est de même nature que le monomère ou polymère de la première enduction.

Elle concerne en outre le procédé de fabrication d'un fil composite ignifugé caractérisé en ce qu'on soumet un fil continu, obtenu par filature de fibres en un matériau organique ou inorganique ou de fibres naturelles, à un procédé d'ouverture mécanique du fil permettant la séparation desdites fibres, simultanément ou préalablement à une enduction primaire avec une préparation liquide de monomère ou de polymère à l'état liquide ne comportant pas de charge ignifugeante, et en ce qu'on soumet le fil composite obtenu à un seconde enduction avec une préparation liquide de monomère ou de polymère à l'état liquide comportant une charge ignifugeante.

Par ouverture mécanique on entend tout procédé permettant simultanément ou préalablement à l'enduction l'ouverture des fibres tels que le dérompage, par l'application d'un jet d'air, d'un jet d'eau, d'un traitement par ultra-sons, l'application d'une pression mécanique, par exemple un écrasement du fil ou tout procédé permettant d'écarter les fibres pour permettre la pénétration du matériau polymère à l'intérieur des fibres constitutives dudit fil. Le fil selon l'invention ne présente aucun des phénomènes de dégainage et de nuançage observés avec les fils de l'art antérieur.

Ces résultats sont obtenus sans nuire aux caractéristiques de mise en œuvre du même fil, requises pour le tissage, et ces caractéristiques sont mêmes améliorées. Ainsi les tissus obtenus par tissage de ces fils composites sont mieux protégés des intempéries, par suppression ou diminution des remontées capillaires, et plus faciles à découper par suppression des phénomènes de défibrillation à la coupe.

Par préparation liquide de monomères ou de polymères, on entend toute formulation liquide à base de monomères ou de polymères. Par formulation on entend tout mélange comportant au moins un produit par exemple dispersion, solution, mélange de monomères et/ou d'oligomères.

Par dispersion de polymère on entend toute préparation de polymère à l'état divisé comprenant des additifs dans un liquide organique ou non.

Par « plastisol » on entend une dispersion de polymères, de charges et autres additifs, à l'état finement divisé, dans un plastifiant.

A titre de matériau polymère, on peut utiliser des polymères chlorés, des silicones, des polyuréthanes, des acryliques, des copolymères ethylène-vinyle acétate EVA, des terpolymeres ethylène propylène diène monomère, EPDM.

A titre de matériau polymère chloré, on peut utiliser conformément à l'invention, toute résine PVC susceptible d'être plastifiée, et notamment pouvant être de ce fait mise en œuvre sous forme de plastisol. Par matériau polymère chloré, on entend, ou un polymère chloré pur ou un copolymère de chlorure de vinyle copolymérisé avec d'autres monomères, ou encore un polymère chloré qui est allié avec d'autres polymères.

Parmi les monomères qui peuvent être copolymérisés avec le chlorure de vinyle, on citera notamment des oléfines comme par exemple l'éthylène, des esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés, comme l'acétate de vinyle, le butyrate de vinyle ou les maléates; des dérivés vinyliques halogènes comme, par exemple, le chlorure de vinylidène, des esters d'acide acrylique ou méthacrylique comme l'acrylate de butyle.

A titre de polymère chloré, on citera par exemple le polychlorure de vinyle mais aussi les PVC surchlorés, les polychlorures de vinylidène et les polyoléfines chlorées.

De manière préférentielle, mais non exclusive, le matériau polymère chloré selon la présente invention a une teneur pondérale en halogène comprise entre 40 et 70 %. A titre de matériau polymère siliconé, on peut utiliser selon l'invention les organopolysiloxanes et plus particulièrement les résines et élastomères de polysiloxane avec ou sans diluant.

A titre de matériau polymère polyuréthane, on peut utiliser selon l'invention tout matériau constitué d'une chaîne hydrocarbonée comportant le motif uréthane ou -NHCOO-.

S'agissant du fil continu il est lui-même constitué par un ou plusieurs filaments continus ou fibres. Sa nature chimique peut être organique, par exemple en polyester, polyamide, polyvinyl, acrylique, d'origine naturelle comme le lin ou le coton, ou inorganique, par exemple en verre ou silice, étant entendu que sa température de fusion doit être supérieure à celle de mise en œuvre du matériau polymère

La charge ignifugeante est choisie dans le groupe constitué par le borate de zinc, l'hydroxyde d'aluminium, le trioxyde d'antimoine et l'hydroxystannate de zinc, les composés de molybdène, les dérivés halogènes, les composés à halogènes actifs, les composés phosphores et les systèmes intumescents.

D'autres charges peuvent être incorporées et distribuées dans la préparation liquide de monomères ou de polymères, en plus de la charge ignifugeante, par exemple une charge pigmentaire, de la silice, du talc, des billes de verre et/ou une charge stabilisante. En pareil cas, la composition pondérale totale du fil composite, en matières inorganiques, se trouve évidemment modifiée ou affectée.

Dans le cas de l'utilisation de plastisol, grâce à l'invention, il demeure possible de recourir à des plastifiants traditionnels, par exemple comprenant au moins un phtalate, et par conséquent de ne pas compromettre les propriétés de mise en oeuvre du fil, vis-à-vis de son tissage ultérieur.

L'invention permet aussi de limiter pondéralement la charge ignifugeante, dans des proportions n'excédant pas 50% de la matrice plastique. Au-delà on assiste à une altération des propriétés notamment mécaniques du fil composite.

L'ensemble des caractéristiques techniques du fil sont améliorées. On notera plus particulièrement notamment la répartition homogène du matériau polymère constitué autour de l'âme, la résistance à la capillarité, l'homogénéité des coloris et l'accrochage de la gaine sur l'âme.

Dans le cas de l'utilisation de plastisol PVC, l'ajout d'agent d'accrochage du type isocyanate n'est pas nécessaire.

La figure 1 représente en coupe un fil composite ignifugé de l'art antérieur. La figure 2 représente en coupe un fil composite ignifugé selon l'invention.

On observe la répartition homogène des fibres 1 dans la préparation de monomère ou de polymère 2 appliquée à l'état liquide et refroidie ou polymérisée après application. L'enduction secondaire 3 est également régulièrement répartie dans le fil composite selon l'invention.

Le tableau comparatif suivant permet d'illustrer l'ensemble de ces caractéristiques, en comparaison avec un fil enduit de manière conventionnelle, dans le cas particulier de l'utilisation d'un matériau polymère chloré, le PVC. <img file="WO03056082A2_D0001.tif" />

Le taux d'emport est le taux d'imprégnation du fil il est défini par la formule suivante : poids du fil enduit - poids du fil x 100 poids du fil enduit

ILO représente l'Indice Limite d'Oxygène, il est déterminé selon la norme NF G 07128. Pour la préparation de formulations selon l'invention, à base de polymère chloré comme le PVC, à titre d'exemple les ingrédients suivants ont été utilisés : Résines : a. résine de PVC

Vinnolit P4472, Vinnolit P70, Vinnolit P70 PS (VINNOLIT), SELIN 372 No (SELVAN) b. résine filler Lacovyl B 1050 (ATOFINA), Vinnolit C65V (VINNOLIT), Vinnolit

C66(VINNOLIT), C66W. Plastifiants :

DINP (Jayflex DINP, Palatinol N (BASF), Vestinol 9 (OXENO)), TXIB (Eastman TXIB), DIDP (Jayflex DIDP (EXXON), Palatinol Z (BASF)), BBP (Santicizer 206) (FERRO)

Stabilisants : a. Stabilisant thermique à base de Pb (Baerostab V 220) (BAERLOCHER) à base de Sels organique de Baryum Zinc (Lastab DC 261 GL (LAGOR), Mark BZ 561 (WITCO)) à base de Thio Etain (Baerostab M62 A(BAERLOCHER)) b. Stabilisant UV

Benzotriazole ou benzophénone (Tinuvin 320, Tinuvin 571 , Tinuvin P (WITCO)) Charges :

Charges opacifiantes : Sulfure de zinc, ZnS (sachtolit L (SACHTLEBEN)), Dioxyde de Titane (KRONOS) Ignifugeants :

Borate de Zinc (Firebreak ZB (USBORAX)) Hydroxyde d'aluminium (Alumine SH 5) (OMYA)

Troxyde d'antimoine (Oxyde d'antimoine / Timonox) (SICA, CAMPINE, PLC)

Hydroxystannate de Zinc (StormFlam ZHS (JOSEPH STOREY) Additifs : Modificateurs de viscosité / agents rhéologiques : Viscobyk-4013,

CAB-O-SIL, Exxsol D80 (BYK-CHEMIE, CABOT.EXXON) Agents mouillants : disperplast-1142 (BYK-CHEMIE).

Le verre favorisant la dissipation de la chaleur, le phénomène de la propagation de flamme rencontré lors de tests au feu selon la norme NF 92503 sur tissu, est avec un tissu obtenu par tissage d'un fil ignifugé selon l'invention, fortement réduit car le matériau polymère est mieux réparti au cœur des fibres et la chaleur emmagasinée est alors mieux dissipée par les fibres.

Cette optimisation de la dissipation permet globalement d'abaisser le taux de charges ignifugeantes dans Le fil composite ignifugé enduit.

Les exemples suivants permettent d'illustrer l'invention dans le cas particulier de l'utilisation d'un matériau polymère à base de silicone.

Par enduction selon le procédé de l'invention d'un fil minéral/fibre de verre continue/silionne, c'est à dire en soumettant le fil à une ouverture mécanique par dérompage simultanément ou préalablement à l'enduction par une préparation liquide de polymère à base de polymère silicone on obtient un fil composite ignifugé enduit selon l'invention sans halogène.

La formulation d'enduction est définie par une viscosité comprise entre 500 et 10 000 mPa.s et de préférence entre 1000 et 5000 mPa.s, mesurée à 25°C avec un viscosimètre Brookfield RVT à 20tr/min, broche 4.

L'enduction est effectuée avec une formulation comportant les produits suivants :

Silicone 100 pcr

Solvant/eau 0 à 50 pcr Charges(pigment, ignifugeant..) 0 à 20 pcr

Réticulant 2 à 6 pcr

Additifs 0 à 5 pcr

Additifs 0 à 5 pcr

Les silicones utilisés sont par exemple :

Elastosil RD6635, RD 3151 ou 45539 WP (WACKER), Rhodosil

RTV 1519 (RHODIA), Dow FC227TS (DOW CORNING), 9050/30P de DOW

CORNING, 6600 F de WACKER, SILASTIC LPX de DOW CORNING,

Silicolease UV Poly 200 et UV cata 211 de RHODIA. Les diluants sont choisis parmi le toluène, le xylène, le white spirit ou l'eau. Les charges sont constituées par exemple de borate de zinc

Firebreak ZB, d'hydroxyde d'aluminium (OMYA), d'alumine SH5n de promoteur comm Elastosil 45568 VP ou HF86 (WACKER), de retardateur HTV-SB

WACKER), d'hydrofugeant WS60E (WACKER) ou de billes de verre (SOVITEC), de pâte pigmentaire RAL de chez WACKER.

Les formulations suivantes ont été effectuées et des fils composites selon l'invention obtenus par enduction.

Exemple 1 :

Première enduction Taux d'emport 30%

9050/30P de DOW CORNING 100 pcr

(viscosité 3 000 cPo)

Deuxième enduction Taux d'emport 30 % 9050/30 P 100 pcr

Silastic (DOW CORNING) 2pcr

Exemple 2 :

Première enduction Taux d'emport 15% 9050/30P de DOW CORNING

Deuxième enduction Taux d'emport 15 %

RD3151 (WACKER) 100 pcr

HTV-SB batch 2 (WACKER) 0,5 pcr

Borate de ZNFirebreak 5 pcr Pâte pigmentaire RAL (WACKER) .. 2 pcr

Réticulant Elastosil W (WACKER) .. 3 pcr

Exemple 3 :

Une seule enduction Taux d'emport 18 % 6600 F (WACKER) 100 pcr

HTV-SB batch 2 (WACKER) 1 pcr

ATH (ALCAN) 20 pcr

Réticulant Elastosil W (WACKER) .. 5 pcr Toluène 20 pcr Exemple 4 :

Les silicones utilisés sont réticulables aux UV.

Première enduction

Silicolease UV Poly 200 (RHODIA). 100 parts Silicolease UV Cata 211 (RHODIA) 2 à 5 parts

Deuxième enduction

Silicolease UV Poly 200 (RHODIA). 100 parts

Silicolease UV Cata 211 (RHODIA) 2 à 5 parts

Charges ignifugeantes Pigment

Les tissus obtenus avec un fil composite selon l'invention n'ont pas besoin d'un traitement postérieur pour améliorer leur comportement au feu.

Un fil composite selon l'invention ne présente aucune défibrillation à la coupe, il est plus hydrophobe, son toucher est plus "soft", et les textiles obtenus par tissage sont antisalissures.

Un fil composite selon la présente invention peut être intégré dans toutes structures textiles, ou assemblé selon toutes structures textiles requises, bidimensionnelles (nappes, tissus, etc.. ) ou tridimensionnelles (tresses par exemple).

Le fil composite peut tout d'abord être coupé et divisé en fils élémentaires, pouvant être entremêlés et fixés les uns aux autres, sous forme de structures textiles non tissées, mats par exemple. La fixation des fils élémentaires entremêlés peut être obtenue par imprégnation avec une substance adhésive appropriée, ou encore par thermo-fusion du matériau polymère de la gaine.

Le fil composite peut ensuite être assemblé sur lui-même, dans toutes structures textiles tricotées appropriées, mais il peut être assemblé avec d'autres fils, selon la présente invention ou non, pour constituer différentes structures bidimensionnelles ou tridimensionnelles; dans ce dernier cas, il peut s'agir de grilles dans lesquelles les fils selon la présente invention sont entrecroisés et fixés avec d'autres fils, selon la présente invention ou non, et de tissus, dans lesquels les fils composites selon l'invention sont tissés avec d'autres fils de chaîne et/ou trame, également selon l'invention ou non. Une application toute particulière de la présente invention concerne l'obtention de tissus techniques, destinés à la réalisation ou fabrication de stores ou rideaux tant intérieurs qu'extérieurs.

Après essais au feu, tous ces tissus ont montré qu'ils satisfaisaient, et à la réglementation allemande avec le classement B1 , et à la réglementation française avec le classement M1 et F3.