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CA 02464718 2004-04-22
WO 03/039281 PCT/FR02/03804
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COMPLEXE TEXTILE POUR ISOLATION THERMIQUE
L'invention se rattache au secteur technique des articles textiles
pouvant être uülisés comme isolants thermiques, notamment pour la
réalisation de complexes textiles de protection aux risques liés au feu.
L'invention vise avantageusement une application du complexe
textile pour la confection de vêtements d'intervention et de protection pour
1 o les sapeurs-pompiers. Bien évidemment, cette application ne doit pas être
considérée comme limitative.
Ainsi, le complexe textile selon l'invention trouve une application
dans tous les cas où l'on se trouve en présence de conditions extrêmes, par
exemple lors d'un incendie, et plus généralement pour assurer une
protection contre une source de chaleur élevée.
Généralement, comme le montre schématiquement la figure 1, pour
réaliser des vestes d'intervention et de protection, on utilise, d'une manière
connue, des structures multicouches qui se composent de quatre éléments, à
savoir
- un tissu externe (A) ;
- une membrane imper-respirante, généralement associée à un
substrat (B) ;
- une barrière thermique constituée généralement par un feutre
aiguilleté (C) ;
- une doublure de finition (D).
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Cet état de la technique peut être illustré par l'enseignement du
brevet FR 1.213.415.
On sait par ailleurs que ce type de vêtements de protection doit
posséder un certain nombre de critères, notamment de protection contre la
chaleur radiante et contre la chaleur convective, posséder une bonne
stabilité thermique des matériaux constitutifs, remplir des critères
d'ini~amm~.b~l~~~ pure et posséder une bonne imperméabilité.
1 o I1 est ~~~le~ent ~~paru excessivement iy~or~~nt de pouvoir se
prémunir du rïs~~e c~e stress thermique qui est un p~ënomène physiologique
résultant d'une ~~évatie~z~ c~~ la températNce inter~.e çiu c~~s qui ne
parvient
plus à se tj~.er~p~~~éguler. Il peut en résp~t~r une perte de çapa~ité
physique,.
une perte de lucidité, un évanouissem~pt ~ou bien un arrêt cardiaque
Il est éga~~tu~~t apparu impo~~.nt de pQ~ypir protéger l'opérateur,
dans les conditiq~~ ~~trêmes et acci~y~.te~~s, ~ptment en lui ménageant
un temps de fuit. .~1 existe en effet des situations dans lesquelles peut
apparaître une étapè de transition très rapide du développement d'un feu
2o générant une augmentation très rapide, en quelques secondes, de la
température de 500 à 600°C par exemple ce qui correspond à un flux de
chaleur incidente de l'ordre de 40 kW au m2. Il est donc important de
résister à cette augmentation brutale de température pendant un temps
suffisant pour s'écarter du foyer.
Pour tenter d'atteindre ces objectifs, on a proposé des complexes
textiles incorporant un isolant thermique constitué par un tricot à mailles
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tridimensionnelles, comme il ressort de l'enseignement du brevet EP
0.443.991, ou par un feutre susceptible d'emprisonner de l'air, comme il
ressort de l'enseignement du brevet EP 0.364.370. L'isolation thermique,
résultant de l'air emprisonné, confère une protection importante contre les
flux de chaleur. Toutefois, dans cette forme de réalisation de l'isolant
thermique (mailles tridimensionnelles ou feutres), le toucher et l'aspect ne
sont pas satisfaisants. Le vétement est souvent considéré comme peu
hygiénique, désagréable à porter et peu esthétique d'où la nécessité
d'associer au complexe textile réalisé, une doublure de propreté. Cette
1 o solution tend toutefois à alourdir le complexe tout en compliquant sa
confection.
On a également observé que les mailles tridimensionnelles ou les
feutres ont tendance à limiter l'évacuation de la vapeur d'eau résultant de la
transpiration, ce qui accroit les phénomènes de stress thermique.
Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé de
remplacer les isolants thermiques constitués de mailles tridimensionnelles
ou feutres, par d'autres structures susceptibles d'emprisonner de l'air. IJne
2o solution ressort de l'enseignement de la demande de brevet W~99/35926
qui fait état d'une membrane sur laquelle sont disposés, à intervalles
réguliers, des espaceurs afin de créer une couche d'air entre ladite
membrane et une surface textile faisant par exemple office de doublure. Les
espaceurs, constitués par des plots de polymère fixés sur ladite membrane,
ont tendance à augmenter la sensibilité à l'abrasion des autres couches du
complexe ainsi réalisé.
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Dans la demande internationale WO00/66823, on a proposé de
disposer des bourrelets en matériau textile, à la surface d'une doublure. Ces
bourrelets créent des canaux d'air entre.une nappe textile ininflammable et
la doublure. La présence de ces bourrelets augmente la sensibilité à
l'abrasion de la couche du complexe qui porte les bourrelets.
On a également proposé des solutions mettant en oeuvre des couches
parallèles espacées assujetties à des moyens aptes à faire varier l'espace
entre lesdites couches pour créer, d'une manière correspondante, une
1o barrière thermique. On peut citer par exemple l'enseignement du brevet GB
2.264.705 qui divulgue un article textile composé de deux couches
parallèles constituëes d'une pluralité de fils. Chacune des couches coopère
avec des moyens devant être actionnés manuellement pour les déplacer
l'une par rapport â l'autre, ce qui provoque l'inclinaison ou le redressement
des fils de liaison correspondant à un rapprochement desdites couches, en
position inclinée des fils, et à un écartement des couches en position
redressée desdits fils. Cette solution nécessite une intervention manuelle et
vise exclusivement une application poux une protection contre le froid.
2o Dans la demande internationale W099/05926, le complexe
comprend deux couches totalement indépendantes l'une de l'autre disposées
dans deux plans parallèles afm de délimiter un espace pour le
positionnement d'un matériau à mémoire de forme. Sous l'effet de Ia
chaleur, le matériau à mémoire de forme fait varier l'espace entre les deux
couches. Cette solution nécessite donc des moyens de mise en aeuvre
particulier et gënère une structure manquant de souplesse.
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A partir de cet état de la technique et pour remédier aux
inconvénients précités, le problème que se propose de résoudre l'invention
est de créer une barrière thermique permettant d'obtenir une isolation
modérée en situation normale correspondant à une faible épaisseur pour un
5 plus grand confort d'utilisation et d'obtenir automatiquement une isolation
plus forte et localisée aux endroits où la chaleur est plus forte en situation
d'urgence.
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un
1 o complexe textile pour isolation thermique notamment pour la réalisation de
vétements de protection présentant une structure tissée ou tricotée ayant au
moins deux parois liées d'une manière espacée par une pluralité de fils qui a
tendance naturellement à se coucher, de sorte que, dans cette position,
l'espacement est réduit et inférieur à la longueur des fils de liaison. L'une
des parois au moins, notamment la paroi destinée à être soumise à la
chaleur, est apte à se rétracter sous l'effet de la chaleur pour provoquer,
d'une manière concomitante, le redressement des fils de liaison
correspondant à un accroissement de l'espacement entre lesdites parois
réalisées en totalité ou en partie pour être thermostables.
Avantageusement, les fils de liaison sont tissés ou tricotés
partiellement avec chacune des couches.
Dans une forme de réalisation, chaque paroi ou couche résulte d'un
entrelacement de fils de chaîne et de fils de trame, les fils de liaison sont
disposës en chaire, Ie couchage desdits fils s'effectuant dans le sens trame.
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Compte tenu de ces dispositions, il apparait que le fait d'utiliser,
pour l'une des couches au moins, une matière thermo-rétractable en trame
de la face externe permet d'obtenir une réacïion intéressante à la chaleur.
En effet, lorsque Ia température atteinte par la couche ou paroi thermo-
rétractable est suffisamment élevée, il se produit une rétraction de la trame,
ce qui a pour effet de redresser les fils de liaison et, d'une manière
concomitante, d'augmenter, au fiu- et à mesure de l'élévation en
température, l'épaisseur du complexe et par conséquent sa capacité isolante.
Par ailleurs, la sélection d'un fil de liaison en matière para-aramide
Io permet d'obtenir, d'une part, une bonne résilience et, d'autre part, une
résistance suffisante à la compression lorsque la barrière thermique a été
partiellement carbonisée, compte tenu des caractéristiques de
thermostabilité du fil de liaison.
Avantageusement, les fils de chaîne et de trame de chaque paroi sont
sélectionnés paxmi ceux de Ia famille des polyamides-imides du type de
ceux connus sou la marque « I~ERMEL », en pur ou en mélange avec
d'autres fibres.
2o Chaque paroi présente la même densité de fils, ou bien les deux
parois présentent des densités de fils différentes.
Le complexe, tel que défini, peut être combiné avec une nappe
externe en matériau ignifugé et une membrane imper-respirante avec
substrat.
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L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures
des dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique illustrant, comme indiqué, un
complexe multicouches du type de ceux parfaitement connus et utilisés à ce
jour pour la réalisation de vêtements de personnel d'intervention dans des
conditions de risque, notamment de vêtements de sapeurs-pompiers ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du
complexe textile selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective à caractère purement
lo schématique montrant le complexe textile soumis à une température
considérée comme normale ; dans cette position, les fils de liaison sont
couchés ;
- la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 montrant, sous
l'effet d'une chaleur importante, la rétraction d'une des parois provoquant
le redressement des fils de liaison et l'augmentation de l'épaisseur du
complexe ;
- la figure 5 est un graphique montrant la réponse du complexe
pendant la montée en température dans le cas d'une chaleur radiante ;
- la figure 6 est un graphique montrant Ia réponse du complexe
2o pendant la montée en température dans le cas d'une chaleur convective.
Le principe du complexe textile selon l'invention est illustré aux
figures 3 et 4 des dessins. Le complexe présente une structure tissée ou
tricotée ayant deux parois ou couches (Pl) et (P2) liées d'une manière
espacée par une pluralité de fils (F). Les fils de liaison (F) sont tissés ou
tricotés partiellement avec chacune des couches.
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Or, il est apparu que les fils de liaison (F) ont une tendance naturelle
à se coucher sur le côté, de sorte que l'épaisseur (e) du complexe considérée
entre les deux couches (P 1) et (P2), est moins importante que la longueur
des fils de liaison. Il en résulte donc qu'un redressement de ces fils de
liaison, va provoquer, d'une manière correspondante, une augmentation de
l'espace (e).
Pour obtenir ce résultat, l'une des parois au moins, notamment la
paroi (P 1) destinée à être soumise à une chaleur importante, est apte à se
1 o rétracter sous l' effet de ladite chaleur. II en résulte que lorsque la
température atteinte par la couche (Pl) est suffisamment élevée, de l'ordre
de 200 à 300°C par exemple, il peut y avoir, comme le montre
schématiquement la figure 4, une rétraction de ladite couche, ce qui aura
pour effet de redresser les fils de liaison (F) provoquant, d'une manière
concomitante, une augmentation de l'épaisseur (e) au fur et à mesure de la
montée de température. Il en résulte bien évidemment une augmentation de
Ia capacité isolante d'un tel complexe.
A partir de ce concept de base, différentes formes de réalisation
2o peuvent étre envisagëes.
Par exemple, chaque paroi ou couche (P1) et (P2) résulte d'un
entrelacement de fils de chaîne et de trame. Les fils de liaison, (F) sont
disposés en chaîne, de sorte que le couchage de ces derniers s'effectue dans
le sens de la trame. La réalisation de ce type de complexe par tissage ou
tricotage de fils est parfaitement connue pour un homme du métier.
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Comme il sera indiqué dans la suite de la description, les fils de
liaison {F) sont un para-aramide connu pour sa très bonne thermostabilité,
ce qui permet d'obtenir, d'une part, une bonne résilience et, d'autre part,
une résistance suffisante à la compression, lorsque Ia barrière thermique est
parkiellement carbonisée.
On rappelle qu'au moins une des parois est tissée ou tricotée à partir
de fils comprenant des fils thermostables.
20 Les fils de chaîne et de trame de chaque paroi (Pl) et (P2) sont
avantageusement sélectionnés parmi ceux de Ia famille des méta-aramides
en pur ou en mélange, du type de ceux connus sous la marque « KERMEL »
(RHODLA) ou « N~ME~» (DUPONT) ou « CONEX » (TEIJIN). Dans
l'exemple de la figure 2, Ia paroi (P1) est réalisée en fils de chaîne (C1) et
i5 en fils de trame (TI), en matière thermo-rétractable. Avantageusement, seul
(TI) est thermorétractable. La paroi (P2) est réalisée en fils de chaîne (CZ)
et en fils de trame (T2). Les fils de liaison (F) sont avantageusement
constitués par un fil de chaîne reliant les fils de trame (T1) et (T2) de
chacune des parois (P 1) et (P2).
Chaque paroi (P 1) et (P2) peut présenter, par tissage ou tricotage, la
même densité de fil. Ou bien, pour chaque paroi, cette densité peut être
différente.
Par exemple, le tissage ou tricotage le plus dense constitue la paroi
destinée à étre dirigée vers l'utilisateur en faisant avantageusement office
de doublure.
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Les fils thermostables utilisés peuvent être réalisés en matériau
synthétique artificiel ou naturel, ou en un mélange. D'une manièxe préférée,
on utilise des fils à base de méta-aramide par exemple de métaphénylène
isophtalamide ou de polyamide-imide, éventuellement en combinaison avec
5 de la viscose ignifugée. Il est également possible d'utiliser des fls à base
d'un mélange de fibres de modacrylique et de coton ignifugé.
Comme indiqué, la longueur du fil d'espacement entre les parois
(Pl) et (PZ) détermine l'espace (e) entre ces parois et par conséquent
10 l'épaisseur du matelas d'air ainsi constitué pour l'isolation thermique. La
longueur du fiI de liaison (F) est de préférence comprise entre 1 et 10 mm
environ. On rappelle que Ie fil d'espacement est avantageusement un fiI à
base de para-aramide tel que le paraphénylène téréphtalamide par exemple
(« KE1~LAR » de DUPONT, « TWARON » et « TECHNORA » de TEIJIN)
7. 5
Le complexe textile tel que défini selon Ies caractéristique de
l'invention peut être utilisë seul ou en combinaison avec d'autres nappes de
fils ou de fibres poux constituer un article multicouches du type de ceux
connus pour un homme du métier (figure 1).
Par exemple, le complexe tel que défini est combiné avec une nappe
constituée d'un textile ignifugé et d'une nappe constituée d'une membrane.
La membrane est de préférence comprise entre le textile ignifugé et le
complexe textile d'isolation thermique, selon l'invention. Le textile ignifugé
est destiné à former une face ou paroi qui ne sera pas en contact avec
l'utilisateur. Par exemple, le textile ignifugé est de préférence constitué
d'un tissu à base de fils ou fibres de métaphénylène isophtalamide ou de
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polyamide-imide, avec éventuellement des fils ou fibres de paraphénylène
téréphtalamide, etlou des fils ou fibres antistatiques ou autre para-aramide
ou fibres ou fils type PB~ ou PBI.
La membrane peut être constituée pax un filin xnicroporeux ou
hydrophile, par exemple à base de polytétrafluoroéthylène, de polyuréthane
ignifugé ou de polyester. Cette membrane peut âtre libre dans le complexe
ou associée par .exemple par contre collage à un support textile, tel qu'un
tissu ou un non-tissé à base de fibres de mâta-aramide ou de polyamide-
2 o imide.
Cet effet de retrait de l'une des couches peut également résulter de la
présence d'une membrane fixée sur la couche considérée. Par exemple,
cette membrane peut être exécutée en tout matériau susceptible de présenter
un retrait sous l'effet de la chaleur teI que du polyuréthane microporeux, du
polyuréthane hydrophile, du polyester hydrophile, ....
Le complexe selon l'invention en combinaison avec un textile
ignifugé et une membrane, trouve une application particulièrement
2o avantageuse pour la confecüon d'un vêtement pour la protection contre les
risques liés au feu, par exemple une veste de sapeur-pompier.
On décrit ci-après un exemple de réalisation d'un complexe textile
selon l'invention, les parois (P1) et (P2) relevant de l'armure illustrée
figure
2.
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- les fils de châme (C1) de la paroi (P1) sont constitués par des filés
de fibres de polyamide-imide de titre Nm 8012 de densité 13
fils/cm ;
- les fils de trame (TI) de la paroi (Pl) sont constitués par des filés
de fibres de polyamide-imide de titre Nm 60/1 de densité 27
duites/cm ;
- les fils de chaîne (C2) et de trame (T2) de la paroi (P2) sont
constitués par des filés de fibres de polyamide-imide de titre Nm
80/2 de densité respective 20 et 27 fils/cm ;
lo - les fils de chaire d'espacement (F) sont constitués par des filés de
fibres de para-aramide de titre Nm 80/2 de densité 6 fils/cm ;
La masse surfacique de l'article est d'environ 240 g/m2 et
l'espacement entre les parois (P1) et (P2), d'environ 2 mm en position
normale (liaison couchée).
Des mesures de la protection aux flux thermiques du complexe ont
donné les résultats suivants
_ Selon Ia norme EN 366, test â la chaleur radiante : 28 secondes en
2o ta et 7,3 secondes en t2-tl. On renvoie au diagramme de la figure 5.
- Selon 1a norme EN 367, test â la chaleur convective (figure 6)
~ HTI 24 (temps théorique de brûlure) de 18 secondes
~ HTI 24 - HTI 12 (temps théorique de douleur) de 5
secondes
Il résulte de ces graphiques, d'une manière remarquable, que les
valeurs types « temps de fuite », c'est-à-dire les différences entre les temps
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théoriques de bnîlure (t2 ou HTI 24), et les temps théoriques de douleur (tl
ou HTI 12), sont supérieures à la moyenne générale observée pour des
complexes de ce niveau. On observe également une élévation significative
de l'épaisseur sous l'effet de la chaleur radiante, et une augmentation de 1a
différence entre (tI) et (t2) signifiant une augmentation théorique de la
protection après Ie seuil de douleur.
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on
souligne que le complexe obtenu présente une excellente respirabilité, un
1 o excellent aspect visuel, ainsi qu'une excellente protection thermique.
