LAPLANTE, Denis (19 Rue Beauséjour, St-Elzéar, Beauce G0S 2J0, CA)
SCHEUBEL, Gérard (53 rue d'Auteuil, no.6, Québec G1R 4C2, CA)
LAPLANTE, Denis (19 Rue Beauséjour, St-Elzéar, Beauce G0S 2J0, CA)
| REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau textile multicouche résistant à une éventuelle perforation par un objet pointu, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) mettre en contact une ou plusieurs couches d'un matériau non tissé comprenant une certaine quantité de fibres thermofusibles, avec une ou plusieurs couches d'un matériau tissé pour former un matériau multicouche; b) consolider les couches du matériau multicouche issu de l'étape a) par un traitement mécanique afin d'entremêler certaines des fibres du matériau non tissé dans le matériau tissé; c) faire subir au matériau multicouche consolidé issu de l'étape b) un traitement thermique amenant certaines des fibres thermofusibles du matériau non tissé à fondre dans le matériau tissé; et d) laisser refroidir le matériau issu de l'étape c) afin d'obtenir le matériau composite multicouche. 2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le traitement mécanique est un aiguilletage des fibres du matériau non tissé au travers le matériau tissé. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'aiguilletage est réalisé avec un nombre de perforations par centimètre carré compris entre environ 30 et 500. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'aiguilletage est réalisé avec une pénétration au travers du matériau tissé d'environ 3 à 15 millimètres. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le traitement thermique a lieu à une température de 15O0C à 22O0C pendant 2 à 5 minutes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le traitement thermique entraine un retrait du matériau multicouche d'environ 3 à 15 % des dimensions dudit matériau avant le traitement thermique. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau subit en outre un traitement de calandrage pendant ou après l'étape c). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau multicouche subit en outre un traitement chimique comprenant une imprégnation partielle par enduction ou totale par immersion du matériau multicouche dans un latex avant l'étape c) ou après l'étape d). 9. Matériau composite multicouche résistant à une éventuelle perforation par un objet pointu, ledit matériau comprenant au moins une couche d'un matériau tissé adjacent à au moins une couche d'un matériau non tissé comprenant des fibres, le matériau non-tissé comprenant une certaine quantité de fibres thermofusibles entremêlées au travers de la couche de matériau tissé, certaines de ces fibres thermofusibles entremêlées ayant fondu par un traitement thermique, permettant ainsi de consolider ledit matériau composite multicouche. 10. Matériau selon la revendication 9, comprenant au moins deux couches de matériau tissé empilées et adjacentes à au moins une couche de matériau non tissé. 11. Matériau selon la revendication 10, comprenant en outre une couche de mousse résiliente adjacente audites moins deux couches de matériau tissé. 12. Matériau selon l'une quelconques des revendications 9 à 11 , comprenant deux couches de matériau non tissé entre lesquelles se trouvent empilées au moins deux couches de matériau tissé. 13. Matériau selon l'une quelconques des revendications 9 à 12, dans lequel le matériau tissé est construit de filaments continus arrangés sous forme d'armure tridimensionnelle ou unie, et a une masse surfacique d'environ 200 à 1200 g/m2. 14. Matériau selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel le matériau tissé est constitué de filaments de polyesters, polyamides, poly-aramides, polyoléfines ou verre, ou de tissus composites faits de filaments co-mêlés. 15. Matériau selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel la matériau tissé est constitué de filaments de polyester ou de polyamide de haute ténacité de titre variant de 250 décitex à 1800 décitex. 16. Matériau selon la revendication 15, dans lequel les filaments de polyester ou de polyamide possèdent un retrait de 3 à 12% à une température de 2000C. 17. Matériau selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, dans lequel le matériau non tissé comprend au moins un matelas de fibres non tissées, ledit matelas ayant une masse surfacique comprise entre 80 et 800 g/m2. 18. Matériau selon la revendication 17, dans lequel le matelas de non tissé comprend des fibres de polyester, de polyamide, de poly-aramide, de cellulose, de fibres co- extrudées, de polyoléfines ou un mélange de ces fibres. 19. Matériau selon la revendication 17 ou 18, dans lequel le matelas de non tissé comprend en outre environ 2 à 10% de fibres conductrices d'électricité. 20. Matériau selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel le matelas de non tissé contient en outre des fibres aux propriétés bactéricides. 21. Matériau selon l'une quelconque des revendications 9 à 20, comprenant en outre au moins une couche de tissu en surface du matériau composite, ledit au moins tissu comprenant éventuellement des fibres aux propriétés bactéricides. 22. Matériau selon l'une quelconque des revendications 9 à 21 , ledit matériau ayant une résistance à la perforation supérieure d'au moins 1200 N selon les normes ASTM F- 2412 et/ou ASTM F-2413. 23. Utilisation du matériau composite multicouches selon l'une quelconques des revendications 9 à 22, pour la fabrication de première de montage ou comme fausse moulée utilisées dans la fabrication de chaussures ou d'orthèse de sécurité. |
Domaine de l'invention
La présente invention a pour objet un matériau textile composite multicouche destinée en particulier, mais non exclusivement, à la fabrication de semelles de chaussures de sécurité assurant la protection des personnes contre la pénétration dans le pied à travers la semelle, d'objets pointus tels que des clous, pointes, éclats d'obus, etc. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce matériau composite et son usage dans la fabrication de chaussures de sécurité.
Description de l'art antérieur
L'utilisation de plaques métalliques dans la fabrication de chaussures de sécurité est connue depuis longtemps et cette méthode est la plus utilisée à ce jour. Cependant, l'introduction d'une plaque métallique rigide complique considérablement la confection d'une chaussure de sécurité. En plus, elle ne couvre pas toute la surface de la semelle ce qui peut occasionner des blessures en périphérie de la semelle. En outre, les plaques métalliques ont le désavantage d'être rigides, lourdes et détectables par des détecteurs de métaux, ce qui peut ne pas être souhaitable dans des applications à usage militaire.
Pour remédier à ces problèmes, diverses solutions à base de matériaux textiles ont été imaginées et brevetés.
Le brevet américain no. US 5,578,358 (Foy et al.) décrit des matériaux faits de plusieurs couches de tissu de poly-aramide, densément consolidées mais non liées ensemble, sauf sur les côtés. Les filaments de ces tissus ont des titres de moins de 500 décitex. Les matériaux ainsi constitués sont envisagés pour résister à la perforation d'habits par des objets tels des pics à glace. Ce matériau ne peut atteindre toutefois le niveau de performance requis dans l'industrie de la chaussure si ce n'est qu'en employant un nombre élevé de couches de tissu et en procédant au montage complexe de la chaussure.
Les brevets américains no. US 5,996,255 (Ventura) et no. US 6,167,639 (Ventura) décrivent l'utilisation de plusieurs couches de tissu densément consolidées, mais non liées ensembles, attachées sur les bords d'une chaussure. Ce matériau est efficace a le désavantage de nécessiter un montage complexe de la chaussure et utilise des tissus de poly-aramide de type kevlar ® , ces tissus étant confectionnés avec des filaments de 70 à 200 dtex.
Le brevet américain no. US 6,368,989 (Pascual et al.) décrit une semelle faite à base de plusieurs couches de tissus de poly-aramide, liées ensemble par une matrice de résine de type polyéthylène sans toutefois faire en sorte que le composite soit saturé avec la résine. L'assemblage ainsi créé peut être collé ou cousu sur la base de la chaussure. Le nombre de couches varie entre 4 et 10 pour obtenir les résultats désirés et cette construction, si elle peut permettre d'obtenir les performances à la perforation souhaitée, est une solution très coûteuse pour résoudre le problème de la perforation à travers la base de la chaussure.
Le brevet européen no. EP 1 613 185 B1 (Fenzi) décrit une amélioration du brevet ci- dessus mentionné no. US 6 368 989, en utilisant seulement un nombre réduit de tissus de poly-aramides, les autres couches étant faites à partir de filaments de polyester de haute ténacité. Les couches de tissus sont collées ensemble et non imprégnées de résine thermoplastique, et elles sont par ailleurs enduites de résine de polyester ou d'acrylique chargées de poudre minérale, telles que des silicates d'aluminium broyés finement, et ce pour augmenter la résistance à la perforation par une pointe. Les produits obtenus ont le désavantage d'avoir une souplesse trop élevée dans de nombreuses applications et de nécessiter des inserts supplémentaires pour augmenter la rigidité de la chaussure.
La demande de brevet no. WO 2006/040679 A2 (Fenzi) mentionne l'élimination des couches de tissus de poly-aramide et l'utilisation de tissus de polyester de haute ténacité seulement, en mettant l'accent sur la méthode de tissage de ces tissus.
L'assemblage final de la première de montage reste identique à celui décrit dans le brevet EP 1 613 185 précité au nom du même inventeur. Les tissus assemblés par collage à l'aide de résine ne peuvent pas être recyclés à la fin de la vie utile de la chaussure.
Le brevet américain no. 5,994,245 (Marier et al.) au nom de la Demanderesse, décrit une semelle isolante laminée constituée d'une couche en mousse résiliente et d'un matelas de fibres, les fibres pénétrant partiellement le matelas par aiguilletage. La semelle est de plus renforcée par une imprégnation du matelas par une résine thermoplastique, un latex ou un solvant contenant une résine. Le matelas ainsi imprégné est ensuite chauffé à une température comprise entre 100 et 200 0 C pour permettre le durcissement de la résine ou l'évaporation du solvant. Bien que la semelle possède des propriétés intéressantes, celle-ci manque de souplesse de par l'utilisation non optionnelle de la résine durcie.
A ce jour, il n'existe aucun matériau composite connu permettant de résoudre les inconvénients relevés pour les matériaux décrits dans l'art antérieur.
II existe donc un réel besoin pour un nouveau matériau composite textile et un procédé de fabrication simplifiée permettant à la fois de réaliser une première de montage de rigidité adéquate et résistante à la perforation d'objet pointu, en utilisant une méthode simple de confection de celle-ci. Sommaire de l'invention
La présente invention a donc pour but de répondre aux besoins ci-dessus évoqués.
L'invention a donc pour premier objet un procédé de fabrication d'un matériau textile multicouche résistant à une éventuelle perforation par un objet pointu, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) mettre en contact une ou plusieurs couches d'un matériau non tissé comprenant une certaine quantité de fibres thermofusibles, avec une ou plusieurs couches d'un matériau tissé pour former un matériau multicouche; b) consolider les couches du matériau multicouche issu de l'étape a) par un premier traitement mécanique afin d'entremêler certaines des fibres du matériau non tissé dans le matériau tissé; c) faire subir au matériau multicouche consolidé issu de l'étape b) un traitement thermique amenant certaines des fibres thermofusibles du matériau non tissé à fondre dans le matériau tissé; et d) laisser refroidir le matériau issu de l'étape c) afin d'obtenir le matériau composite multicouche.
L'invention a aussi pour objet un matériau composite multicouche résistant à une éventuelle perforation par un objet pointu, ledit matériau comprenant au moins une couche d'un matériau tissé adjacent à au moins une couche d'un matériau non tissé comprenant des fibres, le matériau non-tissé comprenant une certaine quantité de fibres thermofusibles entremêlées au travers de la couche de matériau tissé, certaines de ces fibres thermofusibles entremêlées ayant fondu par un traitement thermique, permettant ainsi de consolider ledit matériau composite multicouche.
Ce matériau en pratique est obtenu par le procédé ci-dessus mentionné. L'invention a en outre pour objet l'utilisation du matériau composite multicouche défini ci- dessus, pour la fabrication de première de montage ou comme fausse moulée utilisées dans la fabrication de chaussures ou d'orthèses de sécurité.
Tel qu'indiqué ci-dessus, le matériau composite textile selon l'invention se présente comme une première de montage et peut être utilisée pour le montage de chaussures résistantes à la perforation, montage réalisé selon les méthodes couramment utilisées dans l'industrie de la chaussure telles que la technique Strobel, la technique de collage ou la technique d'injection.
La confection d'une première de montage peut utiliser avantageusement les propriétés des matériaux composites non tissés utilisés dans l'industrie comme premières de montage, pour leur souplesse longitudinale, leur rigidité à la torsion, leur résistance à la fatigue, la capacité de dissiper l'électricité statique ou de présenter des propriétés antibactériennes.
La matériau composite multicouche selon l'invention peut permettre d'atteindre les performances requises par le législateur, et fait appel à une combinaison de tissus et de mats de non tissés combinés et consolidés préférentiellement par aiguilletage dont on assure la rigidité par un traitement thermique ou une imprégnation par un liant chimique.
L'invention et ses avantages ressortiront mieux de la description non limitative qui suit faite en se référant aux dessins annexés.
Brève description des dessins
La figure 1a est une vue schématique en coupe d'un matériau composite textile multicouche selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1b est une vue agrandie d'une partie du matériau composite illustré sur la Figure 1a.
La figure 2 est une vue schématique d'un équipement utilisable pour la fabrication du matériau composite selon un second mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un matériau composite selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Tel qu'indiqué ci-dessus l'invention concerne un matériau composite multicouche résistant à une éventuelle perforation par un objet pointu.
Ce matériau composite multicouche comprend au moins une couche d'un matériau tissé adjacent à au moins une couche d'un matériau non tissé comprenant des fibres dont une partie est transférée à travers le matériau tissé par le traitement mécanique.
Le matériau peut contenir deux couches ou plus de matériau tissé. Le matériau peut également contenir deux couches ou plus de matériau non tissé. L'invention ne se limite pas au nombre de couches de matériau tissé ou non tissé utilisées pour le construire, ni dans l'agencement des couches les unes par rapport aux autres.
Préférentiellement, le matériau tissé est construit de filaments continus arrangés sous forme d'armure tridimensionnelle ou unie. Plus préférentiellement les filaments sont continus et arrangés sous forme d'armure tridimensionnelle.
Le matériau tissé peut avoir une masse surfacique d'environ 200 à 1000 g/m 2 (grammes par mètre carré), préférentiellement d'environ 500 à 850 g/m 2 . Par « environ », il faut comprendre que les mesures indiquées dans la présente demande de brevet ont une précision qui ne peut pas être inférieure à la précision de l'appareil ayant permis d'obtenir lesdites mesures. Il est communément admis qu'une précision de 10% d'une mesure soit acceptable et inclut le terme « environ ».
Le matériau tissé peut être constitué de filaments de polyesters, polyamides, poly- aramides, polyoléfines ou verre, ou de tissus composites faits de filaments co-mêlés. Préférentiellement, le matériau tissé peut être constitué de filaments de polyester ou de polyamide de haute ténacité de titre variant d'environ 250 décitex à 1800 décitex, préférentiellement d'environ 420 à 1100 décitex.
Les filaments de polyester ou de polyamide possèdent de préférence un retrait d'environ 3 à 12% à une température d'environ 200 0 C, plus préférentiellement encore le retrait est d'environ 4 à 7%.
Le matériau non tissé utilisé pour la fabrication du matériau composite multicouche selon l'invention peut comprendre préférentiellement au moins un matelas de non tissé.
Préférentiellement, le ou les matelas de non tissé utilisés ont une masse surfacique comprise entre environ 80 et 800 g/m 2 , plus préférentiellement encore entre environ 150 et 650 g/m 2 .
Le matelas de non tissé peut comprendre des fibres de polyester, polyamide, poly- aramide, de cellulose telles que du lyocell ® de la rayonne, des fibres co-extrudées, de polyoléfines ou un mélange de ces fibres.
De nombreuses autres fonctionnalités peuvent être ajoutées en utilisant des fibres fonctionnalisées appropriées. Ainsi, le matelas de non tissé peut comprendre en outre environ 2 à 10% de fibres conductrices d'électricité Préférentiellement, ces fibres conductrices d'électricité comprennent des fibres de nylon enduites d'argent ou de nickel, des fibres inoxydables, des fibres enrobées de carbone ou toute autre fibre ayant des propriétés conductrices d'électricité
Par exemple, 2% de fibres conductrices faites de Nylon ® enrobé d'argent, telle la Xstatic ® de Nobel, permet d'obtenir une résistance inférieure à 100 Ohms, ce qui est en deçà des normes de conductivité électrique en usage dans le domaine des chaussures de sécurité D'autres fibres conductrices ou antistatiques peuvent être utilisées telles que des fibres enrobées de carbone, des fibres imprégnées de sels de cuivre, des fibres d acier inoxydable Les proportions de ces fibres dans les mélanges de non tissés déterminent le niveau de résistivité souhaité et rendent la première de montage conductrice ou antistatique
En outre, le matelas de non tissé peut contenir d'environ 10 à 50% de fibres aux propriétés bactéricides Préférentiellement, ces fibres aux propriétés bactéricides comprennent des composés d'argent, de trichlosane, ou tout autre composé aux propriétés bactéricides
En outre, le matelas de non tissé peut contenir d'environ 10 à 100% de fibres fusibles à la chaleur
Une fois construit, le matériau composite multicouche selon l'invention peut également être pourvu d'au moins un tissu de surface Préférentiellement, ce tissu peut comprendre éventuellement des fibres aux propriétés bactéricides, particulièrement utiles lorsque le matériau composite est utilisé pour la fabrication de semelles de chaussures amovibles ou d'orthèses, évitant ainsi la prolifération de bactéries au sein de la chaussure Les différentes couches du matériau composite sont consolidées les unes aux autres par un traitement mécanique permettant à certaines fibres du matériau non tissé de traverser la couche de matériau tissé, SUIVI d'un traitement thermique Le matériau composite multicouche a alors une résistance à la perforation de plus de 1200 N selon la norme ASTM F2412/2413 ou de plus de 1100 N sans que la pointe ne soit apparente selon la norme EN12568 2008
La résistance à la perforation d'une première de montage de non tissé utilisée pour des chaussures de marche conventionnelles varie de 150 à 300 N (N pour Newton) selon son grammage de 500 à 1300 g/m 2 lorsque la mesure est effectuée conformément à la norme ASTM F2412/2413. Il a d'abord été envisagé de résoudre ce problème en fabriquant un matériau composite de non tissé de haute densité Toutefois le grammage de feutre nécessaire pour obtenir la résistance de 1200 N requise par cette norme fut de 5000 g/m 2 avec une densité de 0,40 grammes par centimètre cube, soit une épaisseur de 12,5 mm, ce qui rendrait la première de montage trop épaisse et trop lourde pour être utilisée selon les techniques en usage dans l'industrie de la chaussure Une épaisseur maximale tolerable pour une première de montage se situe entre 2,5 et 6 mm
II a été envisagé d'introduire des matériaux tissés dans le matériau non tissé en faisant traverser les fibres de polyester d'un matelas fibreux préalablement pré consolidé par un faible aiguilletage de façon à ce que les fibres puissent être entraînées par les barbes ou aspérités des aiguilles à travers le ou les tissus servant dans ce cas de barrière à la pénétration de la pointe lors de l'essai de perforation
Divers tissus ont été expérimentés pour déterminer la nature, le matériau composite et le nombre de couches de tissés nécessaires à l'obtention d'un composite résistant à une force minimale de perforation de 1200 N selon la norme ASTM F2412/2413
Le tableau 1 ci-dessous résume les résultats d'essais sur divers tissus pris individuellement Tableau 1
Le tableau 1 révèle que les tissus à base de nylon Cordura ® présentent le facteur FP/G (soit la force de perforation par rapport au grammage du tissu) le plus élevé. On peut toutefois prévoir avoir besoin de cinq couches de tissu avec un grammage d'environ 350 g/m 2 et on peut penser réduire le nombre de couches à 4 si le grammage du tissu de Nylon ® est de 435 g/m 2 au minimum. Ainsi, à titre d'essayés tissus ont été choisis pour être utilisé dans la confection du composite faisant l'objet de la présente invention avec une résistance à la perforation de 320 N selon la norme ASTM F 2412/2413. En perforant trois couches de ces tissus superposés librement , cet assemblage a montré une résistance à la perforation de 870N. Lorsque trois couches de ces tissus ont été superposés et combinés par aiguilletage puis chauffées selon la méthode décrite, la résistance à la perforation a augmentée à 1426 N. On a profité ainsi d'un effet de consolidation de la structure permettant de fabriquer un produit répondant aux besoins sans ajout notable de matériel, alors qu'il aurait fallu adjoindre plusieurs couches additionnelles de tissu pour atteindre le résultat escompté
Dans le tableau 1 , les essais 5 et 7 montrent l'impact positif d'un blocage des fils du matériau composite tissé par thermo fixation du matériau composite tissé à 200 0 C pendant 4 minutes.
Une autre méthode consiste à enduire les tissus de résine thermoplastique, en l'occurrence une résine de polyuréthane dans le cas des essais 8 à 10, ceci permettant de bloquer le matériau composite du tissu en évitant le déplacement des fils du tissu sous la poussée des éléments perforants et ainsi résister davantage à la perforation. Par le fait même on peut envisager de diminuer le nombre de couches de tissu à 3 couches au lieu de 4 ou 5. Par ailleurs, il a été montré que le côté enduit devait être placé face à l'objet perforant car la résistance du coté enduit est supérieure d'environ 50 N à celle du coté non enduit (essaies 9 et 1 1 ).
Là encore l'effet combiné de la thermo fixation du tissu et de l'enduction permet d'obtenir la résistance la plus élevée et en corollaire on évite l'effilochage des fils lors de la découpe des bases de montage de la chaussure.
Un des objectifs de la présente invention est de réduire au maximum le nombre de couches dans la première de montage pour faciliter la consolidation du matériau composite par aiguilletage. Il a été envisagé d'exploiter davantage l'interpénétration des fibres des non tissés avec les filaments des tissus pour en augmenter l'effet barrière à la pénétration d'un objet pointu.
Pour arriver à cet effet de resserrement du matériau, des filaments de polyester ou de Nylon ® à haut niveau de retrait ont été tissés. Ces tissus ont été fixés sur un cadre à picot en leur laissant une possibilité de rétrécir de 7 à 10% dans toutes les directions et en les exposant à une température de 200 0 C pendant 4 minutes dans un four. La résistance à la perforation des tissus augmente de manière sensible comme on peut le noter pour les tissus des essais 11 et 12 (Tableau 1 ).
Les valeurs atteintes sont toutefois insuffisantes pour réaliser une première de montage en deux couches résistant à une force de perforation de plus de 1200 N selon la norme ASTM F2412/2413. Afin de consolider davantage ce matériau composite et créer un effet barrière accru, des matelas de non tissé composés d'un mélange de fibres de polyester et de fibres liantes ont été placés dessus et en dessous de deux couches de tissu puis aiguilletés de part et d'autre à l'aide d'aiguilles ayant des barbes capables de transporter les fibres de ces matelas à travers les deux couches de tissu. Cette consolidation permet de combler des interstices entre les filaments du tissu.
La consolidation par aiguilletage des fibres de non tissés adjacents aux tissus à travers la structure composite ainsi formée est renforcée lors de la thermo-fixation de celle-ci. La résistance au délaminage est entre les couches de tissus est augmentée de manière à ce que lors d'un essai d'arrachage du perpendiculaire à la première de montage, celle- ci soit de plus de 100 livres, la résistance minimale requise étant de 80 livres.
Le procédé de fabrication du matériau textile multicouche selon l'invention comprend les étapes suivantes: a) mettre en contact une ou plusieurs couches de matériau non tissé avec une ou plusieurs couches de matériau tissé pour former un matériau multicouche; b) consolider les couches du matériau multicouche issu de l'étape a) par un premier traitement mécanique afin d'entremêler certaines des fibres du matériau non tissé dans le matériau tissé; et
c) faire subir au matériau multicouche issu de l'étape b) un traitement thermique amenant certaines des fibres thermofusibles du matériau non tissé à fondre dans le matériau tissé; et d) laisser refroidir le matériau issu de l'étape c) afin d'obtenir le matériau composite multicouche.
Préférentiellement, le matériau composite est assemblé par aiguilletage et est soumis à une température suffisamment élevée pour assurer la fusion des fibres liantes et la liaison avec les autres fibres constituantes des non tissés et avec les filaments des tissus de renforcement. Une pression simultanée par des éléments de calandre permet en outre de diminuer l'épaisseur du composite et d'en augmenter la densité.
L'aiguilletage des fibres du matériau non tissé au travers le matériau tissé est préférentiellement réalisé à l'aide d'aiguilles munies de barbes de faible agressivité pour ne pas endommager le matériau tissé.
L'aiguilletage peut être réalisé avec un nombre de perforations par centimètre carré d'environ 30 à 500, préférentiellement le nombre de perforations est d'environ 50 à 150.
De plus, l'aiguilletage peut être réalisé avec une pénétration au travers du matériau tissé d'environ 3 à 15 millimètres, préférentiellement la pénétration est d'environ 6 à 13 millimètres.
Préférentiellement, le traitement thermique a lieu à une température de 15O 0 C à 22O 0 C, préférentiellement d'environ 17O 0 C à 200 0 C, pendant 2 à 5 minutes lors duquel le matériau multicouche subit un retrait de 3 à 7% de ses dimensions d'origine. Cette opération permet aussi de stabiliser le composite et d'éviter le retrait à la chaleur de la première de montage lors des opérations de vulcanisation lorsque cette méthode est utilisée pour fabriquer la chaussure.
Les fibres liantes du matelas fibreux peuvent être choisies dans les familles de polyoléfines telles le polyéthylène, le polypropylène ou un arrangement des deux polymères sous forme de fibres concentriques, à paroi de plus bas point de fusion.
Les fibres de polyamide à bas point de fusion peuvent aussi être utilisées ainsi que celles à base de polyester amorphe à bas point de fusion ou des fibres de type concentrique ayant une âme à plus haut point de fusion que l'écorce en co-polyester amorphe ou cristallin. Cette liste n'est pas limitative à ces exemples et peut être étendue à d'autres polymères disponibles à l'état de fibres.
Les fibres constituantes des non tissés sont choisies dans la famille des fibres de polyester et des fibres de nylon ou dans un mélange des celle-ci. On peut aussi introduire une proportion de fibres cellulosiques telles que du lyocell (nom générique ou Tencel ® ) ou de viscose dans l'un ou l'autre des non tissés constituants du composite afin de conférer à celui-ci la capacité d'absorber d'humidité du pied. D'autres fibres constituantes, telles les fibres acryliques, peuvent être mélangées en proportions variables avec les fibres synthétiques.
Des fibres de polyester peuvent aussi être traitées avec des sels d'argent, soit par diffusion dans un autoclave, en traitement de surface ou encore dans la masse. Par exemple, l'utilisation de 25% d'une fibre polyester Fosshield ® de Foss Manufacturing permet de conférer une protection antibactérienne à la première de montage. D'autres agents actifs présentant des propriétés antibactériennes peuvent aussi être utilisés à ces fins. Le choix des fibres sera influencé par les contraintes de montage et d'utilisation des chaussures mais aussi par la méthode de recyclage potentiel du composite obtenu. On favorisera donc des produits compatibles pouvant faire l'objet de recyclage par fusion des polymères ou par effilochage.
Un procédé utilisable en alternative aux fibres thermo liantes pour lier entre elles les fibres des non tissés et les filaments des tissus du composite aiguilleté consiste à faire subir au matériau composite un traitement chimique. Préférentiellement, le matériau est imprégné totalement ou en partie seulement avec des résines à base de latex acryliques, d'alcool de polyvinyle, de styrène butadiène, pour ne nommer que les principales, en des quantités telles que la liaison fibre à fibre soit améliorée sans toutefois trop rigidifier le matériau composite ainsi obtenu et diminuer la résistance à la perforation du composite. La résine qui permet de lier entre elles les fibres du composite peut en outre contenir des agents antibactériens ou antistatiques si nécessaire.
Il est en outre possible de combiner à cette base de montage des éléments tels des mousses de polyuréthane de résilience élevée, tels que celles décrites dans le brevet américain no. US 5 994 245 au nom de la demanderesse, afin d'améliorer le confort de la chaussure de sécurité sans avoir besoin de rajouter de couche résiliente additionnelle.
Le matériau composite selon l'invention a par ailleurs l'avantage d'être composé de matériau thermoplastique et donc de pouvoir être moulée à la chaleur pour prendre la forme du pied. Elle peut alors avantageusement être utilisée comme fausse moulée résistante à la perforation pour augmenter la résistance d'une chaussure de sécurité à des niveaux encore plus élevés ou encore conférer une résistance à la perforation et du confort à des articles chaussant de faible résistance à la perforation par simple ajout de cette fausse moulée. Les figure 1 a et 1 b illustrent un matériau composite textile (4) selon un mode de réalisation préféré de l'invention, obtenu par aiguilletage de deux couches extérieures de matériau non tissé (2) au travers de trois couches de matériau tissé (1 ) et consolidée par liaison thermique.
La figure 2 illustre un équipement pour fabriquer un matériau composite multicouche (4) selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention. Dans cet équipement, deux couches d'un matériau non tissé (2) sont déroulées de part et d'autre de deux couches d'un matériau tissé (1 ) et sont soumises ensemble au mouvement de perforation d'une aiguilleuse (a) qui transfère les fibres des couches de matériau non tissé (2) à travers les couches du matériau tissé (1 ) pour former un matériau composite intimement mêlé (3). Le composite (3) ainsi former est soumis à la chaleur dans un four (b) et subit aussi un retrait de sorte à densifier le matériau composite. Une compression additionnelle à l'aide d'une calandre (c) permet de réduire l'épaisseur du matériau composite. Celui-ci est alors découpé en plaques de produit fini (4) destinées à être découpées sous forme de premières de montage.
La figure 3 illustre un autre mode de réalisation préféré de l'invention, consistant en décrit un matériau composite (5) résistant à la perforation qui intègre une couche de mousse résiliente (6). Dans ce matériau, une couche de non tissé (2) est aiguilletée à travers deux couches de tissu (1 ) et une couche de mousse de polyuréthane résiliente (6). Ce composite est consolidé par liaison thermique.
Exemples
Les exemples suivants illustrent la fabrication de divers matériaux composites multicouches selon l'invention.
Exemple 1 :
On fabrique un matériau non tissé d'un grammage de 300 g/m 2 fait à partir de fibres de polyester d'un titre de 3.3 décitex consolidé à raison de 60 perforations par centimètre carré. Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes :
- une première couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 300 g/m 2 ;
- trois couches d'un tissu de polyester enduit de résine polyuréthane thermoplastique, le coté enduit étant orienté vers les aiguilles qui vont perforer les diverses couches; et
- une deuxième couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 300 g/m 2 .
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15 mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6,5 mm.
Le produit multicouche est comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 4,2 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1150 Newtons selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
La flexibilité du produit obtenu est très élevée et ne peut servir de base de montage de chaussures de sécurité sous cette forme.
On réalise alors une imprégnation partielle du composite par de la résine acrylique à raison de 200 g/m 2 , et après séchage et réticulation de cette résine, on obtient un matériau composite présente une bonne rigidité pour permettre le montage de la chaussure.
Le matériau composite ainsi obtenu a une résistance à la perforation de 1251 N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
Exemple 2 : Un matériau non tissé fait à partir de fibres de 6.7 décitex de polyester d'un grammage de 300 g/m 2 est consolidé à raison de 60 perforations par centimètre carré. Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes :
- une première couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 300 g/m 2 ; - trois couches de tissu de polyester enduit de résine polyuréthane thermoplastique, le coté enduit orienté vers les aiguilles qui vont perforer les diverses couches. Ces couches ont été thermo fixées à une température de 190 0 C pendant 3 minutes; et
- une deuxième couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 300 g/m 2 .
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15 mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6,5 mm.
Le produit multicouche est comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 4,2 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1277N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
La flexibilité du produit obtenu est très élevée et ne peut servir de base de montage de chaussure de sécurité sous cette forme.
On réalise alors une imprégnation partielle du composite par de la résine acrylique et, après séchage et réticulation de cette résine, on obtient un produit composite présente une bonne rigidité pour permettre le montage de la chaussure.
Ce matériau composite final a une résistance à la perforation de 1430 N selon la norme ASTM F 2412 / 2413. Exemple 3 :
Un matériau non tissé d'un grammage de 175 g/m 2 fait à partir d'un mélange à 70 % de fibres de 3.3 décitex de polyester et de 30% de fibres liantes de type cœur - écorce dont la partie liante est un co-polyester cristallin au point de fusion de 180 0 C est consolidé par aiguilletage à raison de 60 perforations par centimètre carré.
Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes :
- une première couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 ; - deux couches de tissu de polyester de 820 g/m 2 fait à base de filaments avec un taux de retrait à 200 0 C de 7%; et
- une deuxième couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 .
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15 mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6,8 mm.
Le produit multicouche est chauffé dans un four à 200 0 C pendant 3 minutes, il est fixé de manière à pouvoir rétrécir de manière contrôlée d'environ 7%. Le produit est comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 5,0 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1484N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former une base de montage d'une chaussure de sécurité.
Exemple 4 : Un matériau non tissé d'un grammage de 175 g/m 2 fait à partir de 100% de fibres de 3.3 décitex de polyester est consolidé par aiguilletage à raison de 60 perforations par centimètre carré. Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes :
- une première couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 ;
- deux couches de tissu de polyester de 820 g/m 2 fait à base de filaments avec un taux de retrait à 200 0 C de 7%; et - une deuxième couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 .
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15 mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6,8 mm.
Le produit multicouche est imprégné d'un seul coté à l'aide de latex acrylique puis séché dans un four à 200 0 C pendant 4 minutes, il est fixé de manière à pouvoir rétrécir de manière contrôlée d'environ 7%. Le produit est alors comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 5,0 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1350 N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former une base de montage d'une chaussure de sécurité.
Exemple 5 :
Un matériau non tissé d'un grammage de 175 g/m 2 fait à partir d'un mélange à 67% de fibres de 3.3 décitex de polyester et de 30% de fibres liantes de type cœur - écorce dont la partie liante est un co-polyester cristallin au point de fusion de 18O 0 C et 3% de fibre de Nylon ® enrobée d'argent de titre de 1.8 décitex est consolidé par aiguilletage à raison de 60 perforations par centimètre carré.
Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes : - une première couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 ; - deux couches de tissu de polyester de 820 g/m 2 fait à base de filaments avec un taux de retrait à 200 0 C de 7%; et
- une deuxième couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 .
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15 mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6,8 mm.
Le produit multicouche est chauffé dans un four à 200 0 C pendant 3 minutes, il est fixé de manière à pouvoir rétrécir de manière contrôlée d'environ 7%. Le produit est comprimé dans une calandre chauffée à 190 0 C pour obtenir une épaisseur de 5,0 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1484 N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
Ce matériau composite présente en outre une résistance de moins de 100 Ohms.
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former une base de montage d'une chaussure de sécurité.
Exemple 6 :
Un matériau non tissé d'un grammage de 175 g/m 2 fait à partir d'un mélange à 67 % de fibres de 3,3 décitex de polyester et de 30% de fibres liantes de type cœur - écorce dont la partie liante est un co-polyester cristallin au point de fusion de 18O 0 C et 3% de fibre de nylon ® enrobée d'argent de titre de 1 ,8 décitex, est consolidé par aiguilletage à raison de 60 perforations par centimètre carré.
Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes : - une couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m; - deux couches de tissu de polyester de 820 g/m 2 fait à base de filaments avec un taux de retrait à 200 0 C de 7%, ces couches de tissu de polyester ont été pré rétrécies dans un four pendant 3 minutes à 200 0 C; et une couche de mousse de polyuréthane de résilience élevée de 3 mm d'épaisseur.
Ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 15mm le matériau composite multicouche à raison de 80 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 8,1 mm.
Le produit multicouche est chauffé dans un four à 200 0 C pendant 3 minutes. Le produit est comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 6,7 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1434 N selon la norme ASTM F 2412 / 2413.
Ce matériau composite présente en outre une résistance de moins de 100 Ohms.
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former la base de montage d'une chaussure de sécurité.
Exemple 7 :
Un matériau non tissé d'un grammage de 175 g/m 2 fait à partir d'un mélange à 67 % de fibres de 3,3 décitex de polyester et de 30% de fibres liantes de type cœur - écorce dont la partie liante est un co-polyester cristallin au point de fusion de 18O 0 C est consolidé par aiguilletage à raison de 60 perforations par centimètre carré.
Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches suivantes : - une couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 ;
- quatre couches de tissu de polyester de structure taffetas de 865 g/m 2 fait à base de filaments de polyester de haute ténacité avec un taux de retrait à 200 0 C de 5%; et - une seconde couche d'un matériau non-tissé pré consolidé de 175 g/m 2 .
Toutes ces couches sont aiguilletées ensemble en pénétrant de 13 mm le matériau composite multicouche à raison de 125 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 6.5 mm
Le produit multicouche est chauffé dans un four à 200 0 C pendant 3 minutes. Le produit est comprimé dans une calandre chauffée à 19O 0 C pour obtenir une épaisseur de 5.5 mm.
Ce matériau composite ne permet pas la perforation d'une pointe à une valeur de 1 100N conformément à la norme EN12568 :2008
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former la base de montage d'une chaussure de sécurité.
Exemple 8:
Un matériau non consolidé de grammage de 175 g/m 2 fait à partir d'un mélange à 34% de fibres de 3,3 décitex de polyester et de 66% de fibres liantes de type cœur - écorce dont la partie liante est un co-polyester cristallin amorphe de point de ramollissement de 110 0 C est aiguilleté dans un assemblage de tissu de taffetas de 1050 g/m 2 construit à partir de filaments de polyester de haute ténacité de 55 Tex dans le sens de la chaine et ayant une trame fait à partir de filaments de 110 Tex.
Sur le tablier d'alimentation d'une aiguilleteuse, on superpose les couches pré consolidées décrites ci-dessus. Elles sont assemblées par aiguilletage à l'aide d'aiguilles pénétrant de 11 mm les couches pré-consolidées à raison de 125 perforations par centimètre carré. Le produit a une épaisseur de 5.5 mm
Le produit multicouche est chauffé dans un four à 18O 0 C pendant 3 minutes. Le produit est comprimé dans une calandre chauffée à 190 0 C pour obtenir une épaisseur de 4.8 mm.
Ce matériau composite a une résistance à la perforation de 1367 N lorsque testé selon la norme ASTM F2412/2413.
La rigidité du produit obtenu est très suffisante pour former la base de montage d'une chaussure de sécurité.
Bien que plusieurs modes préférés de l'invention aient été décrits ci-dessus et illustrés dans les dessins annexés, l'invention n'est pas limitée à ces seuls modes de réalisation. Des changements et modifications pourraient en fait être effectués par une personne versée dans le domaine sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention.