Les etoffes formees en totalite ou en partie de fils de matie- es synthetiques thermoplastiques, peuvent etre soudees l'une ä l'au- tre au lieu d'etre cousues. A cet effet, une tec nique appropriee est celle du soudage par ultrasons, du fait qu'elle peαrtet de fai- 5 re fondre les fils du tissu tres localement ä l'endroit precis ou l'on veut souder, la temperature la plus elevee se situant aux points de contact, c'est-ä-dire ä l'endroit meme ou la matiere oit etre ramollie en vue du soudage realise consecutivement au refroidisse— ment de cette matiere ainsi ramollie. ^* ig La resistance mecanique de oes soudures est cependant relati¬ vement faible etant donne que la fusion du tissu en matiere plasti- que ä l'endroit de la soudure σonstitue une solution de continuite de la structure textile et de ce fait une amorce de rupture des fi- bres. C'est la raison pour laquelle ce type de liaison de tissu n'est

15 guere utilise ä l'heure actuelle que pour des tissus relativement epais, de l'ordre de 200 g/m-2 ou plus et pour des parties de vete- ment oü le tissu n'est pas susceptible d'etre soumis ä des efforts importants, ce qui li ite fortement les possibilites d'application de ce procede de liaison de tissu. Or, ce procede presente un inte-

2Q ret certain ccmpte tenu de sa rapidite et du gros avantage que cons- titue le fait d'assembler deux bords de tissu sans appcrt de matie¬ re, ce qui ameliore le σonfort, cαnme par exemple pour la fermetu- re de la pointe d'un bas oü le bourrelet resultant de la couture est genant. II offre de ce fait, dans l'avenir, des perspectives prc et-

25 teuses, pour autant que la resistance de la soudure soit amelioree.

Or, dans le cas de tissus tres fins, cαnme les tissus de bas qui se situent generalement au-dessous de 100 ä 150 g/m ²

les parties renforcees, la resistance des soudures realisees par ul¬ trasons est extremement faible et en tout cas insuffisante pour re- sister aux sollicitations auxquelles elles sont sou ises. C'est la raison pour laquelle le soudage de tissus fins, faits de materiaux thermoplastiques n'est pas utilise industrielle ent.

II est difficile, encore ä l'heure actuelle d'expliquer les rai- sons pour lesquelles, la resistance de ces soudures est si faible. Töutefois, certains elements de reponse apparaissent peu ä peu. C'est ainsi que l'on constate generale ent que la rupture de deux nappes textiles soudees par ultrasons ne se produit pas dans la zone sou- dee, mais au bord de cette zone. On peut alors admettre que la zo¬ ne de soudage ne participe pas directe ent ä la. resistance aux sol¬ licitations du fait que la resistance du tissu est considerablement reduite autour des zones de soudage. Pour effectuer le soudage de deux nappes de tissus par ultrasons, il est necessaire de serrer ces deux nappes entre une enclume et une sonotrode pour cαπmuniquer des variations de pression ä frequence ultrasoniques ä ces nappes. Il est vraisemblable que la pression exercee alors que la matiere est chauffee ä une temperature süffisante pour provoquer le ther osou- dage est la cause d'une amorce de rupture autour de la zone de sou¬ dage. Les essais de soudage realises avec une pression reduite ont montre l'impossibilite de realiser la soudure, meme en augmentant la duree d'application des ultrasons.

Cette particularite du soudage de matiere textile a dejä ete utilisee dans le brevet US 3949127 pour realiser un non-tisse. ajou- re en soudant les filaments for ant le non-tisse en de multiples zo¬ nes et en etirant le tissu pour rompre les zones intensement fondues de la Peripherie de oas zones ou les filaments sont soudes les uns aux autres. Ccrane dans le cas de la soudure de deux tissus, la rup- ture intervient autour de la zone intensement fondue. Il s'agit sim- plement dans ce brevet d'utiliser cette particularite dans une ap- plication speciale qui n'a rien ä voir avec le soudage de deux nap¬ pes textiles.

Au contraire, le brevet <3B 1092 052 propose de re edier ä cet inconvenient dans un cas particulier dans .lequel on soude deux tis¬ sus entre lesquels est interpose un non-tisse de rerabourrage en po- lyester de 28 mra d'epaisseur ayant un volu e specifique avant ecra-

sement de 350 αrß/g et de αomprimer le "n.Äfc is e jusqu'ä ce que son volume specifique soit compris entre 1 et 2 atß/h a l'endroit ou l'on effectue le soudage par ultrasons. Ceci signifie que dans la zone de soudage, la densite de la matiere estTnferieure ä celle du po- lyester, ce qui revient ä dire que- la structure de la soudure est aeree, que tous les filaments ne sont pas soudes ense ble. II est mentionne dans ce brevet que si le volume specifique est amene au-des- sous de 1 cm-Vg, une fusion excessive se produit, acco pagnee d'un affaiblessement de la soudure. II s'agit dans ce cas d'une Situation tout ä fait speciale ou il est possible de jouer sur la capacite d'e- crasement du non-tisse initialement de 28 mm d'epaisseur. Par con- tre, cette possibilite n'existe pas dans le cas de tissus surtout lorsqu'il s'agit de tissus fins de moins de 100 ä 150 g/m ³ .

II existe egalement des brevets US 3 661 667, 3 867 232 et 3 331 719 et DOS 1953409 relatifs au soudage de matiere ther oplas- tique en feuille.

Le brevet US 3 661 667 se rapporte au soudage de deux pellicu- les photographiques par le soudage d'une bände de papier intermedi- aire dont une face est recouverte d'une couche de matiere thermoplas- tique. La presence du papier permet de limiter la fusion ä l'inter- face de cette couche de matiere thermoplastique et du film egalement en une matiere thermoplastique.

Le brevet US 3 867 232 se rapporte au soudage par ultrasons de pellicules photographiques dont au moins la surface est en une re- sine thermosplastique, ä l'aide d'une sonotrode unie de saillies rectangulaires destinees ä concentrer l'energie. Une couche de Te¬ flon (marque deposee) recouvre la sonotrode pour aider ä concentrer l'energie, pour garantir la Separation des extremites de la sonotro¬ de de la soudure et pour empecher l'emulsion photographique de se deposer sur la sonotrode.

Le brevet US 3 331 719 se rapporte au soudage par ultrasons de rubans d'enregistrement magnetiques ou de films en interposa t un ruban adhesif entre la sonotrode et le ruban adjacent, apres quoi le ruban adhesif est decolle et le Joint ainsi forme est regulier et resistant.

Enfin le DOS 1 953 409 se rapporte au soudage par ultrasons de feuilles de matiere thermoplastiques d'epaisseur inferieure ä 25 u

OMPI -

en interposant une feuille de papier entre la sonotrode et 1'enclu¬ me et les feuilles ä souder pour les maintenir au für et ä esure de leur deplacement par rapport ä la tete de soudage.

Le soudage de matiere thermoplastique en feuille et celui de nappes de matiere textile presentent des particularites assez dif- ferentes. Une feuille de matiere thermoplastique a la meme densite que celle de la matiere fondue et eile est de ce fait non compres- sible. Par. consequent, le soudage intervient ä l'interface des deux* feuilles ä souder et la pression pour amener ces faces en contact peut etre relativement bien adaptee. Par σonsequent, la soudure de telles feuilles ne pose pas les memes problemes que celle du souda¬ ge de nappes textiles. Dans ce cas, les fibres ou filaments formant les nappes soit directement dans les non-tisses, soit sous forme de fils dans les etoffes tissees ou tricotees, doivent etre suffisa - ment comprimes pour former une masse relativement cc pacte avant d'e¬ tre soumis aux variations de pression ultrosoniques. On a vu que jus- qu'ici, au-dessous d'une certaine pression, le soudage ne se produit pas ou tres mal et que, lorsque la pression exercee sur les tissus est süffisante pour obtenir le soudage, on constate que la soudure est tres fragile et que la rupture se prcduit essentiellement sur le bord de la zone soudee. C'est l'une des raisons pour lesquelles le soudage des nappes textiles s'effectue par petits points genera- le ent repartis sur deux lignes paralleles adjacentes, de maniere ä augmenter au maximum la longueur du peri etre de soudage. L'autre raison de ce soudage par points vient de la necessite de conserver l'elasticite du- tissu. algre ces precautions, il n'est pas possi- ble d'obtenir des soudures suffisam ent resistantes surtout lorsque le tissu est fin et en particulier lorsqu'il est plus leger que 100 ä 150 g/m ² . L'examen microscopique des soudures de nappes textiles par ul¬ trasons montre que la zone de soudage est extremement π-ince et tres concentree. On remarque une transition brusque entre une zone ou la matiere est oo pletement fondue et la structure textile qu'entoure cette zone. De ce fait, le nombre de fibres ou filaments des nappes qui sont effectivement relies ä la zone soudee est faible, de Sor¬ te que cette zone constitue une veritable amorce de rupture. L'ex¬ treme minceur de la zone dans laquelle la matiere est fondue montre

qu'une certaine partie de la matiere prise entre 1'enclume et la so¬ notrode est chassee lateralement de la zone de soudage σonsecutive- ment ä la pression exercee et au chauffage.

Le but de la presente invention est d'aπeliorer la resistance des soudures de nappes textiles ^* de ^' aniere ä permettre de remplacer la couture des tissus fo mes au moins en partie de matiere thermo¬ plastique par le soudage.

A cet ef et, 1' invention a. tout d'abord pour objet le soudage d'un materiau textile en nappe compose d'au moins 50% de fibres ou filaments ther oplastiques, ce soudage resultant d'un ramollissement localise de la matiere thermoplastique contenue dans chacune de ces nappes caracterise par le fait que les portions soudees desdites nap¬ pes ont des masses representant au moins 80% des masses initiales des portions correspondantes de ces nappes avant le soudage, que la resistance au cisaillement de ces portions soudees correspond ä au moins 10% de la resistance ä la traction du materiau teste dans le meme sens et que la resistance au pelage correspond ä au moins 5% de cette meme resistance ä la traction.

Cette invention a egalement pour objet un procede de soudage de ce materiau textile, caracterise. par le fait que l'on presse les portions ä souder dudit materiau l'une contre l'autre entre deux ma- choires de serrage par 1*intermediaire d'au moins une feuille inter¬ posee entre la machoire presentant la plus petite surface de serra¬ ge et ledit materiau textile et et l'on trans et des vibrations ul- trasoniques ä l'une de ces machoires.

La ise en oeuvre de ce procede a ete executee sur une machi¬ ne Branson type 460 dont la puissance electrique est de 700 W, la frequence de Vibration de 20'000 Hz et l'amplitude de la sonotrode de 0,06 mm. L*enclume est formee de deux peignes adjacents de 50 mm de longueur chacun, ä dents de section rectangulaires decalees les unes par rapport aux autres. Les dents de l'un des peignes ont des sectiσns droites de 0,4 X 0,5 mm et σelles de l'autre peigne des sec- tions droites de 0,5 X 0,6 mm.La sonotrode presente une surface rec- tangulaire de 12 mm de largeur. Les dents des peignes et la sonotro- de for ent une paire de machoires entre lesquelles des nappes du ma¬ teriau textile ä souder sont serrees.

Une premiere serie d'essais .oomparatifs a ete realise sur un

tricot polyamide pour bas de 60 g/m ² et de 69 g/m ² et 94 g/m ² dans les parties renforcees du bas. Les essais ont ete realises sur la partie renforcee de 69 gm ² . Ce tricot a ete soude d'une part en ser- rant deux couches ou nappes entre 1'enclume ä double peigne et la sonotrode, d'autre part conformement au procede selon 1'invention, c'est-ä-dire, en interposant une feuille de papier entre chaque nap- pe de tricot et la sonotrode, respectivement 1'enclume. Dans chaque cas on a adapte la puissance de soudage afin d'obtenir les meilleu- res proprietes ecaniques possibles de la soudure. Ces essais pre- liminaires ont permis de fixer les conditions suivantes pour le sou¬ dage avec et sans interposition de feuilles de papier. Tableau I

Soudage Pression Duree d'applica- Duree de ser age

Kg/mm ² tion des ultra- apres ultrasons (s) sons (s)

Avec papier 0,9 0,2 0,2

Sans papier 1,6 0,4 0,2

Cette serie d'essais a montre . de facon parfaitement repetiti- ve que la resistance des soudures realisees avec interposition de papier est tres nettement superieure que celles realisees sans pa¬ pier. En outre le mode de rupture est sensiblement different entre les deux types de soudure. Contrairement ä ce qu'on a dejä indique pour la soudure sans papier, celle avec papier ne se rompt pas au- tour ^' de la zone de soudage.

Des observations faites sur des σoupes, au microscope ä lumie- re polarisante ont montre que la soudure avec papier forme une zo¬ ne de pression plus etendue ä la fois en epaisseur et en largeur que la zone de fusion obtenue sans papier. Un plus grand no bre de fi- bres est englobe dans les zones de soudage ameliorant la resistan¬ ce entre le tissu et les zones de soudage. L'augmentation de 1'epais¬ seur de la soudure provient evidemment de la pression plus faible necessaire au soudage avec papier. Il faut entionner ici que les essais realises pour souder sans papier avec une pression reduite, ont donne de tres mauvais resultats, meme en allongeant le temps de soudage. Les feuilles de papier provoquent appare ment une reparti- tion de la pression mecanique exercee par la sonotrode et vraisse -

blablement un agrandissement de la zone affectee par l'energie ul- trasonique. Toutefois, le rδle d'isolant thermique joue par le pa¬ pier a sans aucun doute son importance, sans quoi la reduction no¬ table d'energie necessaire au soudage avec interposition de papier serait difficilement" explicable. On ^* constate qu'avec le meme appa- reil, c'est-ä-dire la meme puissance electrique, la meme frequence et la meme amplitude, il faut deux fois moins de temps et une pres¬ sion presque deux fois plus faible pour souder avec papier que sans papier. Le rδle de 1'isolant thermique a ete mis en evidence en effec- tuant une serie d'essais en remplagant les feuilles de papier par des feuilles d'aluminium. Ces essais ont montre qu'en odifiant aus- si bien les pressions que les durees d'application des ultrasons, il est i possible de souder deux nappes de tissu dans ces conditions. La soudure ne se forme pas et en augmentant l'energie on arrive ä percer les nappes de tissu sans les souder. On peut admettre que cet essai est une de onstration du rδle que l'isolation thermique joue dans ce procede. En effet, si la presence d'une feuille n'avait qu'un rδle mecanique, on ne voit pas pourquoi la feuille d'aluminium ne produirait pas le meme effet. Par contre on oαmprend tres bien que l'impossibilite de realiser une soudure dans ces conditions provient de la dissipation de chaleur accrue due ä la presence des feuilles d'aluminium qui jouent le rδle d'ailettes augmentant la surface de transfert avec l'atmosphere. Des essais cxit ete faits avec differentes feuilles de papier plus ou moins epaisses et ont permis d'obtenir des resultats assez comparables. On a aussi constate des resultats positifs avec une feuil¬ le de papier buvard entre les peignes de 1'enclume et les nappes tex¬ tiles ä souder. Une seconde serie d'essais a ete realisee avec un tissu de pa- rapluie en polyamide realises en fils ä multifilaments, de 74 g/m* ² . Cαime precede ment, il s'agit d'essais comparatifs entre des soudu¬ res realisees avec inerposition de feuilles de papier entre la so¬ notrode respectivement 1'enclume et les nappes de tissu ä souder et sans feuilles de papier intermediaires. Le reglage de l'appareil pour l'obtention des meilleures proprietes mecaniques de soudage dans les deux cas correspond aux valeurs indiquees dans le tableau suivant:

O PI

^• ^i&nτiti

Tableau II

Soudage Pression Duree d'applica- Duree de serrage

Kg/mm ² tion des ultra- apres ultrasons (s) sons (s) Avec papier 1,4 0,2 0,2

Sans papier 2,0 0,2 0,2

Ces essais ont donne des resultats tout ä fait comparables ä ceux de la premiere serie, c'est-ä-dire que le soudage realise avec papier a une resistance mecanique tres superieure au soudage reali¬ se sans papier. Les examens microscopiques des soudures ont revele les emes differences que celles entionnees au sujet du tricot sou- de, ä savoir une zone de fusion plus epaisse, et plus large. Il est remarquable egalement qu'en general, la surface de la soudure avec papier laisse apparaitre dans la zone fondue une trace des fibres ou des filaments textiles initiaux, tandis que la zone fondue sans papier a une apparence quasi vitreuse. Cette difference est egale¬ ment bien visible sur les coupes des soudures observees au micros- cope ä lumiere polarisante. On a procede ä des tests de resistance mecanique ä l'aide des deux series de soudages realises avec et sans papier sur le tricot respectivement sur le tissu sus-mentionne. Les echantillons soumis ä ces tests ont ete coupes ä 2 cm de largeur et ont ete soumis ä la resistance de la soudure au cisaillement d'une part et au pelage d'au- tre part. Ces essais ont tous ete realises Statistiquement sur plu- sieurs echantillons et les resultats obtenus ont ete compares ä la resistance ä la traction du tissu prise dans la meme direction par rapport aux fils de chaϊne et de trame du tissu que la direction dans laquelle les soudures ont ete testees. C'est ainsi que si le souda- ge a ete realise dans la direction de la trame, les tests ont ete realises perpendiculairement ä la ligne de soudage, c'est-ä-dire dans la direction de la chaϊne et le tissu a ete lui aussi teste dans la meme direction. En effet la resistance du tissu varie suivant la di ^¬ rection dans laquelle on exerce l'effort de traction par rapport aux fils. Le tableau III ci-dessous donne les resultats. La seconde partie de ce tableau donne le nombre d'echantillons n testes la valeur oyen- ne X de chaque serie de tests, l'ecart type 2 et le pourcentage en-

/ OMPI

tre les valeurs moyennes respectives et les valeurs moyennes rele- vees sur le tissu lui-meme.

Tableau III Tissus - Tricot

Tissu S o u d a g e Tricot S o a g e seul cisaillement pelage seul cisaillement pelage

Papier avec sans avec sans avec sans avec sans kg/cm kg/cm kg/cm kg/cm kg/cm kg/cm kg/αn kg/cm kg/cm kg/cm

13.7 2,16 0,96 0,94 0,20 1,82 0,94 0,06 0,64 0,06

15.5 2,00 0,88 0,96 0,11 2,32 0,84 0,08 0,80 0,09

14.8 2,16 0,84 0,94 0,14 2,30 0,96 0,08 0,74 0,05 14,5 2,02 1,18 0,79 0,16 2,42 0,74 0,08 0,86 0,05

13.9 1,76 0,74 1,02 0,09 2,06 0,76 0,09 0,58 0,06 14,0 1,82 0,90 0,98 0,22 2,60 0,74 0,10 0,60 0,03

13.6 1,90 0,86 1,00 0,20 2,84 0,74 0,11 0,50 0,07 1,64 0,80 0,98 0,14 ^* 0,58 0,08 0,48 0,06 1,84 1,02 0,96 0,16. 0,70 0,12 0,56 0,08

1,62 0,84 0,94 0,22 0,66 0,10 0,60 0,08

1,44 0,86 0,66 0,10 0,54 0,09

0,76 0,08 0,64 0,11 n 7 11 10 11 10 7 12 12 12 12 x 14,3 1,85 0,90 0,99 0,17 2,33 0,75 0,09 0,63 0,07

& 0,68 0,23 0,12 0,07 0,05 0,33 0,11 0,02 0,11 0,02

% 100 13 6 7 1 100 32 4 27 3

Ces resultats necessitent quelques cαnmentaires. Oi re arque, en αomparant les pourcentages, ^' que la resistance du soudage reali¬ se selon le procede objet de 1'invention est multipliee par plus de deux et jusqu'ä huit fois ce qui est considerable. On constate que les pourcentages sont tres variables suivant qu'il s'agit du tissu ou du tricot. A ce sujet, il faut tenir compte du fait que la resis- tance ä la traction du tissu est environ six fois plus elevee que celle du tricot. De ce fait et meme si les pourcentages paraissent faibles dans le cas du tissu, la resistance est de l'ordre du cfou-

O FI

/»,, WIPO «

ble en valeur absolue que celle du tricot. Par consequent, ces re¬ sultats mαntrent que le soudage realise selon 1'invention donne des valeurs industriellement valables.

On a deja mentionne le fait que les soudures realisees avec in- terposition de feuilles de papier sont sensible ent plus epaisses que celles realisees sans papier. Outre le fait que la fusion est plus prononcee dans les soudures sans papier, on constate sur les coupes observees au icroscope que sous 1'effet des vibrations et de la pression, la matiere fondue se ble refluer du centre vers la Peripherie de la zone de soudage, de sorte que la soudure s'apparen- te ä un predecoupage.

Une serie de tests a ete mise en oeuvre pour evaluer la reduc- tion de la masse de matiere dans la zone de fusion en la comparant ä la masse correspondante de tissu, ceci dans le cas du soudage a- vec et sans papier. Compte tenu de la difficulte de decouper ä l'in- terieur des zones de soudages de l'ordre de 0,2 ä 0,3 mm ² realisees lors des essais precedents, on a augmente la surface des zones en formant trois zones circulaires de 3 mm de diametre chacune, sepa- rees de 2 mm les unes des autres. On a procede ä une serie de regla- ges pour adapter les parametres de soudage ä ces nouvelles conditions, jusqu'ä ce que l'on obtienne le meilleur soudage dans un cas cαπme dans l'autre. Ensuite on a procede ä une serie de soudage et on a decoupe des rondelles de matiere au centre de la zone fondue ä l'ai¬ de d'un poinςon de 1,5 mm de diametre interieur. Le soudage* a ete realise dans le tissu de 74 g/m ² et dans la partie renforcee du tri¬ cot de 94 g/m ² . La masse de αes tissus en double epaisseur et d'un diametre de 1,5 mm est de 260/ug pour le tissu et de 330Λig pour le tricot. Le tableau IV ci-dessous donne les resultats de ces tests ainsi que leur nombre n, le calcul des moyennes X, 1'ecart type et 1'ecart en % par rapport ä la masse correspondante de deux nappes de tissu.

OM

Tableau IV

Tissus Tricot

Masse Soudure (ug) Masse Soudure <ug)

Avec Sans Avec Sans papier papier papier papier

267 225 259 164

262 209 269 190

272 190 261 192

233 174 284 183

239 177 265 195

240 182 248 199

259 337 220

253 315 245

280 328 229 303 238. 348 236 338 228 266 238 255 267

- 366 363 365

Nombre (n) 9 6 17 14

Moyenne(X) 256 193 303 218

Ecart ( ) 16 20 42 28

% 98 74 92 66

On constate dans le cas du tissu cα me dans celui du tricot une nette reduction de masse de la zone de fusion dans le cas du souda¬ ge sans papier, respectivement 26% et 34% tandis que, le soudage a- vec papier ne revele qu'une diminution de masse negligeable respec- tivement 2% et 8%. Meme en prenant les echantillons un ä un au lieu de leur moyenne, on constate une nette distinction entre les deux types de soudage qui se situe ä environ 80%-85% de la masse initiale.