28 Jan LES NONTISSES

Les non-tissés

 III – La fabrication des non tissés

III-1- Introduction

La fabrication des non tissés est à l’origine issue des industries du textile, du papier, du plastique et du cuir qui, pour répondre à un marché réel et émergeant, ont adapté leurs procédés et leurs matières premières.

De nos jours la fabrication des non tissés est devenue une industrie à part entière, qui utilise principalement quatre procédés de base pour la formation de voiles et produits non tissés :

• la voie sèche ;
• la voie fondue ou filature directe ;
• la voie humide ou voie papetière ;
• les techniques spécialisées avec en particulier la formation in situ.

III-2- L’obtention du voile par voie sèche (Drylaid)

La formation du voile par voie sèche peut être obtenue :

• par cardage (procédé mécanique : Drylaid carded) ;
• par un procédé aérodynamique (Airlaid) consistant à véhiculer et à disperser des fibres dans un flux d’air.

III-2-1- La création du voile par cardage (Drylaid carded)

Le cardage est l’une des techniques de base de l’industrie textile. Alimentée en fibres brutes, la carde fournit un voile dont les impuretés (graines, fibres courtes, poussières…) sont éliminées. Suivant sa conception, elle fournit des voiles dont les fibres sont parallèles ou distribuées au hasard.

L’invention du cardage remonte aux temps préhistoriques. Pendant de nombreux siècles, on a cardé manuellement les fibres naturelles (ex : la laine) à l’aide de deux planchettes en bois (10 x 30 cm) pourvue de pointes, que l’on faisait glisser l’une sur l’autre pour aligner les fibres. Les premières machines à carder apparurent au milieu du 18^éme siècle, mais c’est en 1775 que Richard Arkwright déposa en Angleterre le brevet (intitulé « Carding Engine ») qui permit d’industrialiser pleinement le procédé. Le principe d’une telle machine est représenté ci-dessous.

Comme on peut le voir sur la figure, une carde comprend trois parties :

• la première partie permet d’introduire les fibres via un « cylindre alimentaire » (taker-in, licker-in, feed roll) ;
• la seconde partie effectue l’opération de cardage proprement dite. Elle comporte un « tambour principal » (carding cylinder), entouré de satellites. Chaque satellite est constitué d’un « cylindre travailleur » (worker roll) associé à un « cylindre dépouilleur » (stripper roll). Le cylindre dépouilleur est chargé du nettoyage du cylindre travailleur. Le tambour principal et les cylindres travailleurs sont dotés d’un revêtement hérissés de pointes, et ils jouent le rôle des planchettes de jadis ;
• la troisième partie récupère le voile grâce à un « tambour peigneur » (doffer, doffing cylinder).

Depuis quelques dizaines d’années, les constructeurs ont sophistiqué l’alimentation en fibres, multiplié le nombre de tambours et accru les vitesses de rotation pour augmenter la productivité (« fast carding »).

Des fibres de plusieurs sortes peuvent être mélangées avant de passer en cardeuse. La création du voile à l’aide d’une carde présente l’avantage de permettre l’utilisation de fibres relativement longues.

Les fibres constituants le voile sont ensuite le plus souvent liées par imprégnation ou pulvérisation avant de passer dans un four pour séchage et polymérisation. D’autres techniques tels l’aiguilletage mécanique ou hydraulique, ou des calandres chauffées peuvent également assurer la cohésion de la structure.

 III-2-2- Le procédé aérodynamique voie sèche (Airlaid)

Le procédé par voie sèche consiste à amener et à faire passer les fibres à travers des cylindres rotatifs perforés ou des systèmes de distribution pour former un voile sur une toile transporteuse (caisse de distribution située au dessus d’une toile avec système de vide incorporé au dessous de la toile). Les fibres utilisées doivent être plus courtes que dans le procédé par cardage. La figure ci-dessous représente schématiquement le procédé La figure suivante représente un échantillon de non-tissé Cellulose/Polyoléfine obtenu par le procédé aérodynamique et voie sèche (Airlaid). La consolidation a été effectuée par liaison « thermobonded » (fibres thermoscelables).

 III-3- L’obtention du voile par voie fondue (Spunlaid ou Polymer to Web) 

Le procédé est assez limité dans le choix des fibres pouvant être utilisées, car il ne s’applique qu’aux polymères qui peuvent être filés à l’état fondu :

• le polypropylène (PP). Une bonne moité des non-tissés obtenus par voie fondue utilisent le polypropylène ;
• le polyéthylène téréphtalate (PET) ;
• le polyamide (PA), dont le plus connu commercialement s’appelle le Nylon ;
• le polyéthylène (PE).

Certes, la fabrication d’un non tissé utilisant ces polymères peut s’effectuer par voie sèche (cardage), à partir de balles de produit déjà filé. Mais il est souvent plus intéressant économiquement de regrouper en une seule opération la fabrication du fil et celle du non tissé. C’est la production du voile par voie fondue. En anglais, le procédé s’appelle spunlaid process. Le procédé par voie fondue peut être assimilé à une filature directe et génère des non tissés de plus grande résistance mais souvent moins homogènes que ceux obtenus par les autres procédés.

Le procédé par voie fondue comprend deux techniques principales :

• spinbonding technology ou spunbonded fabric (S en abrégé) — en français : extrusion. Cette technique produit des fils dont le diamètre varie de 13 à 16 µm ;
• melt blown (M en abrégé) — en français : extrusion soufflage. Cette technique produit des fils plus fins que la précédente (2 à 5 µm de diamètre).

L’extrusion (Spinbonding technology). Son fonctionnement est illustré par la figure ci-dessous (inspirée d’un document Geodis, quatrième producteur mondial de non tissés). Le polymère utilisé est livré sous forme de granulés. Il est fondu dans un malaxeur, puis pompé vers les filières. Les filaments obtenus sont trempés à l’aide d’air froid, étirés et déposés sur un tapis transporteur pour former un voile dont l’uniformité est assurée par des dispositifs adaptés. Certaines adhésions entre filaments peuvent déjà se réaliser compte tenu de la température résiduelle de ces filaments après la sortie des filières, et ce malgré le refroidissement.

L’extrusion soufflage (Melt blown). Le fonctionnement de ce procédé est illustré de manière très schématique par la figure ci-dessous (inspirée du même document Geodis que précédemment). En sortie de filière, les fils sont étirés par soufflage d’air chaud, avant d’être trempés à l’air froid. Cette technique, mise au point par la société Exxon, est inspirée d’une technologie verrière antérieurement connue. Elle permet d’obtenir des fils plus fins que le spinbonding.

Les voiles obtenus par le procédé Melt Blown trouvent leur application dans le domaine de la filtration : filtration industrielle, masques individuels, etc. 

On notera les deux points suivants :

• le procédé par voie fondue utilise souvent une co-extrusion de deux (ou plus) polymères en granules pour optimiser les caractéristiques et les propriétés du non tissé manufacturé ;
• il est de plus en plus fréquent d’associer le spunlaid et le meltblown pour obtenir des produits multi-couches ; la séquence la plus fréquente est SMS, mais on rencontre également SMMS.

III-4- L’obtention du voile par voie humide (Wetlaid)

Ce procédé est similaire au procédé papetier. Les fibres utilisées sont dispersées, triturées, puis diluées avec une très grande quantité d’eau pour former une pâte contenant 0,1 à 0,25 g/l. de matière sèche. Cette pâte est envoyée sur la toile d’égouttage de l’unité de formation (schéma ci-dessous : toile inclinée et montante), permettant de réaliser la formation du matelas fibreux ou voile par une formation immergée, puis égouttage de l’eau sur des caisses aspirantes.

Le procédé par voie humide permet l’utilisation d’une très large gamme de fibres (cellulosiques, synthétiques, régénérées ou minérales). La seule limitation se situe au niveau des fibres très longues. 

Ce procédé conduit à des non tissés plus homogènes et plus fermés et permet surtout la réalisation de produits nécessitant un très bon contrôle de l’orientation des fibres : produits très orientés ou les fibres sont quasiment parallèles au sens de fabrication ou sens marche, et produits « carrés » où les fibres sont orientées au hasard, certaines selon le sens marche et certaines selon le sens travers.

III-5- Une technique particulière, le FLASH SPINNING

Dans le procédé FLASH SPINNING, le polymère utilisé est dissout par un solvant approprié, la solution obtenue est ensuite pulvérisée dans un récipient maintenu sous vide ce qui provoque l’évaporation quasi instantanée du solvant (on réalise un flash) et génère un nuage de fibres longues et très fines qui sont ensuite récupérées et consolidées pour former un voile.

La figure suivante représente un échantillon de non tissé Tyvek^® (Polyéthylène haute densité) obtenu par le procédé Flash Spinning. La consolidation a été effectuée par fusion (Heat Bonded).

Bonne lecture,