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CA 02591218 2007-06-07
WO 2006/067316 PCT/FR2005/003172
MATERIAU MULTICOUCHES POUR VETEMENTS DE PROTECTION
CONTRE LA CHALEUR
La présente invention se rapporte de manière générale au domaine des
matériaux textiles multicouches utilisés pour la réalisation de vêtements de
protection contre la chaleur et le feu, notamment pour sapeurs-pompiers.
L'invention a trait en particulier à un matériau multicouches présentant comme
tissu extérieur un tissu double étoffe dont le poids est supérieur ou égal à
285
g/mZ=
Les vêtements de protection contre la chaleur et le feu doivent remplir
un certain nombre de critères, notamment de :
- protection contre la chaleur radiante et contre la chaleur convective ;
- bonne stabilité thermique des matériaux constitutifs ;
- ininflammabilité ;
- bonne imperméabilité ;
- respirabilité ;
- grande liberté de mouvement.
A ce jour, pour réaliser des vêtements d'intervention pour sapeurs
pompiers on utilise des structures multicouches pesant généralement entre 500
g/mZ et 700 g/m2 qui, de manière générale, se composent de quatre ou cinq
couches, par'exemple une telle structure se compose de la superposition des
couches suivantes
- un tissu extérieur (première couche) pesant classiquement entre 200 et 250
g/m2 ;
- une membrane imper-respirante (deuxième couche) à 50 g/m2, en général
associée à un substrat (troisième couche) à 100 g/m2 placé entre la membrane
et le tissu extérieur ;
- une barrière thermique (quatrième couche) constituée généralement par un
feutre aiguilleté de 100 à 200 g/m2;
- une doublure de finition (cinquième couche) à environ 130 g/m2.
Pour ce type de matériaux, le poids des couches situées devant la
membrane est compris entre 300 et 350 g/m2, celui des couches situées
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derrière la membrane étant compris entre 230 et 330 g/m2. On considère
qu'une couche est située devant la membrane, lorsqu'elle est du côté extérieur
du vêtement porté par l'utilisateur par rapport à ladite membrane et
inversement qu'une couche est située derrière la membrane lorsqu'elle est du
côté intérieur du vêtement porté par l'utilisateur par rapport à la membrane.
Ainsi le rapport pondéral entre les couches devant la membrane et les couches
derrière la membrane est dans une fourchette de 0,9 à 1,6.
Or, le demandeur a mis en évidence, et c'est un des mérites de
l'invention, que, de manière surprenante, pour un matériau 'multicouches ayant
un poids au mètre carré donné, le fait de mettre une charge pondérale plus
importante devant la membrane, notamment par l'utilisation d'un tissu
extérieur
plus lourd, et d'augmenter ainsi le rapport entre le poids des couches situées
devant la membrane et celui des couches situées derrière la membrane permet
d'améliorer la résistance de tels matériaux multicouches à des températures
élevées, et de ce fait, la protection des sapeurs-pompiers lors des
interventions
au feu.
La présente invention a pour but de proposer un matériau multicouches
à propriétés thermiques améliorées utilisable pour la réalisation de vêtements
de protection, notamment pour sapeurs-pompiers.
La présente invention a trait à un matériau multicouches destiné à la
réalisation de vêtements de protection, notamment pour sapeurs-pompiers,
comprenant, de l'extérieur vers l'intérieur :
- un tissu extérieur double-étoffe comprenant une face dite extérieure
et une face intérieure,
- éventuellement un support de membrane ;
- une membrane imper-respirante ;
- éventuellement une barrière thermique ;
- une doublure de finition,
ledit matériau étant caractérisé en ce que le tissu extérieur a un poids
supérieur
ou égal à 285 g/mz et en ce que le rapport entre le poids au mètre carré des
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couches situées devant la membrane et celui des couches situées derrière la
membrane est supérieur à 1,8, de préférence compris,entre 3 et 4.
Par ailleurs, d'autres solutions techniques préconisent d'augmenter la
capacité d'isolation thermique des vêtements de protection en faisant appel à
des structures susceptibles d'emprisonner de l'air. Ce choix répond notamment
à la préoccupation constante tournée vers l'amélioration des propriétés
isolantes sans pour autant réduire la respirabilité ou la liberté de mouvement
et
surtout sans augmenter le poids total du vêtement.
A cet effet, l'invention se rapporte à un matériau multicouches tel que
décrit ci-dessus caractérisé en ce que :
- ladite face extérieure est réalisée en fils ou fibres thermo-réactifs;
- ladite face intérieure comprend des fils ou fibres stables sous l'effet de
la
chaleur, éventuellement en alternance avec des fils ou fibres thermo-réactifs.
De manière préférée, les faces extérieures et intérieures sont liées par liage
intermittent.
Avantageusement, la rétraction de ladite face extérieure sous l'effet de la
chaleur s'effectue dans le sens chaîne.
Dans une variante de réalisation, lesdits fils ou fibres thermo-réactifs,
intégrés dans ladite face intérieure, sont en sens trame.
Dans une autre variante de réalisation, lesdits fils ou fibres thermo-
réactifs,
intégrés dans ladite seconde face intérieure, sont en sens chaîne.
Par fils ou fibres thermo-réactifs on entend des fils ou fibres présentant
une certaine capacité de rétraction sous l'effet de la chaleur, mais aussi un
certain maintien de l'intégrité de la matière.
De préférence, les fils ou fibres thermo-réactifs font partie de la famille
des
méta-aramides, alors que pour les fibres stables sous l'effet de la chaleur
les
fibres de type para-aramides ou PBO sont le meilleur choix.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui
va
suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique un complexe
multicouches traditionnel ;
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- la figure 2 représente de manière schématique un complexe
multicouches selon l'invention ;
- la figure 3 représente de manière conventionnelle un tissu extérieur
conforme à l'invention, vu en coupe ;
- la figure 4 représente le tissu extérieur de la figure 3, sous l'effet de
la chaleur ;
- la figure 5 représente le tissu extérieur de la figure 4, vu en
perspective;
- la figure 6 représente l'armure type du tissu extérieur selon un mode
de réalisation, avec une vue conventionnelle (figure 6a) et une vue
longitudinale (figure 6b).
La figure 1 illustre un complexe multicouches, à cinq couches,
classiquement utilisé pour la réalisation de vêtements de protection contre la
chaleur et le feu, notamment pour sapeurs-pompiers. Dans cette figure, la
couche A désigne le tissu extérieur, la couche B désigne l'ensemble formé par
la
membrane B1 avec son support B2, la couche C désigne le feutre aiguilleté
matelassé et la couche D désigne la doublure.
La figure 2 illustre un complexe multicouches, à quatre couches, selon
l'invention. Dans cette figure, la couche A' désigne le tissu extérieur double-
étoffe, la couche B' désigne l'ensemble formé par la membrane B'1 et son
support B'2 et la couche D' désigne la doublure. Dans ce complexe il n'y a pas
de barrière thermique
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un tissu extérieur double-
étoffe, conforme à l'invention, en conditions de température normales. Le
tissu
extérieur 1 comporte une face extérieure 2 et une face intérieure 3 reliées
entre
elles par des points de liaison 4.
Les figures 4 et 5 illustrent, en coupe et en perspective, de manière
schématique, le mode de réaction thermique du tissu extérieur de la figure 3
lorsque celui-ci est soumis à une augmentation soudaine de la température.
La figure 6 illustre l'armure type du tissu extérieur dans un mode de
réalisation, avec un exemple concret de contexture. La figure 6a est une vue
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conventionnelle du dessin d'armure. La figure 6b est une vue longitudinale
explicitant la façon dont les deux faces 2 et 3 sont liées entre elles.
L'invention a pour objet un matériau multicouches comprenant un tissu
extérieur dont le poids est supérieur ou égal à 285 g/mZ et pour lequel le
5 rapport entre le poids au mètre carré des couches situées devant la membrane
et celui des couches situées derrière la membrane est supérieur à 1,8.
Une étude a mis en évidence un gain significatif d'efficacité du nouveau
complexe.
Une comparaison a été faite entre un exemple de complexe selon l'invention
et deux types de complexe conventionnels, tous comportant la même
membrane (en polyuréthane microporeux), laminée sur le même support (non-
tissé aramide 100% de 100 g/mz). Le tissu extérieur de facture "classique" des
deux complexes témoins est un mélange méta-aramide / para-aramide. Un des
témoins est un complexe classique, proposant une très bonne protection
(complexe cxl). L'autre est un complexe très fin, optimisant le confort et
passant aux limites basses les normes de protection thermique pour les
vêtements d'intervention de sapeurs-pompiers (selon norme EN 469) (complexe
cx2). Les normes de test de protection thermique utilisées étaient
respectivement la norme EN 367 pour la protection contre la chaleur convective
et ISO 6942 pour la protection contre la chaleur radiante.
Le complexe cxl est composé des couches suivantes :
- un tissu extérieur à 200 g/m2 ;
- un support de membrane B2 à 100 g/m2 ;
- une membrane Bl à 50 g/m2 ;
- un feutre C et une doublure D à 220 g/mz.
Le complexe cx2 est composé des couches suivantes
- un tissu extérieur à 200 g/m2 ;
- un support de membrane B2 à 100 g/m2 ;
- une membrane Bi à 50 g/m2 ;
- une doublure D à 165 g/m2.
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Malgré leur performances en protection et en confort nettement différents,
les deux complexes cxl et cx2 ont présenté des rapports protection thermique /
résistance évaporative (Ret) équivalents : de l'ordre de 0,8 pour le rapport
protection chaleur convective HT124 / Ret, et de 1 pour le rapport protection
chaleur radiante RT124 / Ret.
Le complexe selon l'invention testé dans cette étude comparative est
composé des couches suivantes :
- un tissu extérieur double-étoffe (A') de 320 g/mz ;
- un support de membrane (B'2) à 100 g/m2;
- une membrane (B') à 50 g/mZ ;
- une doublure (D') aramide/viscose à 130 g/m2.
Dans ce complexe, le rapport poids des couches situées devant la
membrane/poids des couches situées derrière la membrane est de 3,23.
Ce complexe multicouches se caractérise par un ratio HTi/Ret d'environ 1
(soit une augmentation de 20% par rapport aux complexes classiques), alors
que le ratio RT124/Ret est d'environ 1,35 (soit une augmentation de 35% par
rapport aux complexes classiques), comme mesuré au moyen des normes ISO
6942 pour la chaleur radiante et FR EN 367 pour la chaleur convective.
Cette meilleure performance obtenue dans le cas du complexe
multicouches selon l'invention peut s'expliquer par le fait que mettre une
charge
pondérale plus importante devant la membrane permet d'augmenter la durée
d'exposition thermique nécessaire pour détruire la membrane, ralentissant
ainsi
le moment où l'air chaud va pouvoir traverser directement le complexe.
Un tissu extérieur avec un poids -285 g/m2 permet d'assurer un meilleur
rapport confort/protection pour les vêtements de protection.
Le tissu extérieur double -étoffe entrant dans la composition du matériau
multicouches selon l'invention est réalisé par tissage ou tricotage de manière
à
former une structure double face, les faces extérieure et intérieure étant
reliées
entre elles par intermittence. Par exemple, les fils de chaîne de la face
extérieure prennent par intermittence les duites des fils de trame de la face
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intérieure. Le terme tissu est pris dans son acception générique, quelque
soit le mode de liage, par tissage ou tricotage. De préférence dans la
structure
double-face du tissu extérieur, chacune des deux faces présente des fils ayant
une certaine capacité de rétraction sous l'effet de la chaleur, cet effet
étant
différencié d'une face à l'autre.
Avantageusement, la rétraction de ladite première face extérieure sous
l'effet de la chaleur s'effectue dans le sens chaîne.
Dans un mode de réalisation, lesdits fils ou fibres thermo-réactifs intégrés
dans ladite face intérieure sont en sens trame. Dans un autre mode de
réalisation, lesdits fils ou fibres thermo-réactifs intégrés dans ladite face
intérieure sont en sens chaîne.
Les fils ou fibres thermo-réactifs sont répartis dans la face intérieure selon
au moins une direction et sont séparés au moins en partie par des fils stables
dimensionnellement sous l'effet de la chaleur.
Les fils ou fibres thermo-réactifs entrant dans la composition de la face
extérieure et de la face intérieure font, de préférence, partie de la famille
des
méta-aramides. Les fils ou fibres stables dimensionnellement sous l'effet de
la
chaleur, entrant dans la composition de la face intérieure font, de
préférence,
partie de la famille des para-aramides.
Selon une variante de réalisation, le matériau multicouches selon l'invention
permet d'améliorer l'isolation thermique lors de l'exposition à un flux
thermique
important grâce à la capacité du tissu extérieur de voir son épaisseur
augmenter grâce à une double rétraction sous l'effet de la chaleur. Dans un
premier temps, lorsque la température atteinte par la face extérieure 2 est
suffisamment élevée (figures 4 et 5), il se produit une rétraction des fils
thermoactifs entrant dans la composition de ladite face 2, ce qui va conduire
à
la formation de poches 5 entre les deux faces 2,3 du fait de la liaison
intermittente 4 et du fait que la face intérieure 3 ne subit pas la même
rétraction. Ces poches 5 créent une barrière thermique devant la face
intérieure
3 du tissu extérieur 1, ladite barrière thermique étant constituée par l'air
emprisonné à l'intérieur desdites poches.
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Cet effet isolant produit un retard supplémentaire dans le passage de l'air
chaud qui pénètre la face extérieure 2, avant d'atteindre la face intérieure
3.
Ce n'est que lorsque la température de la face intérieure 3 atteint la
température de rétraction des fils thermo-réactifs entrant dans la composition
de ladite face 3, qu'a lieu la rétraction de ces derniers, conduisant à la
formation de bossages dans cette face intérieure 3. Ceci est possible car les
fils
ou fibres thermo-réactifs sont répartis dans la face inférieure 3 selon au
moins
une direction et sont séparés au moins en partie par des fils stables
dimensionnellement sous I'effet de la chaleur.
L'air emprisonné dans les poches et les bossages, formés entre la face
extérieure 2 et la face intérieure 3, et dans les éventuels bossages formés
entre
la face intérieure 3 et le support de membrane constitue une barrière de
protection qui permet d'augmenter la durée nécessaire à l'air chaud de
traverser le tissu extérieur 1 pour atteindre la membrane.
La face extérieure comprend des fils de chaîne et des fils de trame
constitués par des fils ou fibres thermo-réactifs. De tels fils sont de
préférence
des filés de fibres constitués d'un mélange de fibres méta-aramide et de
fibres
antistatiques. Dans le cas des fils méta-aramide de type ICERMEL , la
température de rétraction est de l'ordre de 300 C (température du matériau).
Le temps nécessaire pour que la matière atteigne cette température dépend de
plusieurs facteurs, notamment de la source de chaleur et de la densité du
tissu.
La face intérieure comprend des fils ou fibres stables sous l'effet de la
chaleur, éventuellement en alternance avec des fils ou fibres thermo-réactifs
si
l'on recherche l'effet de rétraction en deux temps. Dans ce dernier cas, les
fils
ou fibres thermo-réactifs sont répartis dans la face intérieure selon au moins
une direction et sont séparés au moins en partie par des fils stables
dimensionnellement sous l'effet de la chaleur, de manière à ce que ladite face
intérieure forme des cellules en relief ou bossages sous l'effet de la chaleur
et
de la rétraction préférentielle des fils thermo-réactifs.
La répartition des fils thermo-réactifs dans la face intérieure peut être
régulière ou irrégulière, selon une direction donnée de la surface. Selon un
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mode de réalisation particulier de la face intérieure, la répartition des fils
thermo-réactifs, selon au moins une direction de la face, est régulière.
La face intérieure est avantageusement une surface tissée ou tricotée, de
préférence une surface tissée. Les fils thermo-réactifs présents dans la face
intérieure sont des fils de chaîne et/ou des fils de trame. Ils sont repartis
dans
le sens machine et/ou dans le sens transversal de la surface. Ils peuvent être
présents uniquement dans le sens machine ou uniquement dans le sens
transversal.
Les fils thermo-réactifs sont séparés au moins en partie les uns des autres
par un certain nombre de fils stables sous l'effet de la chaleur dans la face
intérieure.
Les fils thermo-réactifs entrant dans la composition de la face intérieure
sont
des fils sélectionnés dans le groupe : méta-aramides, mélamine, poly-imides
aromatiques, polyacrylates, polyphénylènes.
Les fils stables dimensionnellement sous l'effet de la chaleur entrant dans la
composition de la face intérieure sont sélectionnés dans le groupe : para-
aramides, PBO (polyparaphénylène-2,6-benzobisoxazole) et assimilés.
Les fils ou fibres thermoréactifs peuvent être utilisés seuls ou en mélange
avec des fils ou fibres stables dimensionnellement sous l'effet de la chaleur.
Un
exemple est constitué par le mélange modacrylique avec para-aramide.
Le tissu double-étoffe extérieur entrant dans la composition d'un complexe
multicouches selon l'invention est réalisé par tissage ou tricotage de manière
à
former une structure à deux faces reliées par intermittence entre elles.
Lesdites
faces extérieure et intérieure sont reliées entre elles de telle manière que
les fils
de chaîne de la face extérieure prennent les duites des fils de trame de la
face
intérieure. Ce type de structure permet de créer des poches dans la face
extérieure lorsque celle-ci est soumise à une température suffisamment élevée
pour provoquer la rétraction des fils thermo-réactifs qui entrent dans sa
composition.
Par ailleurs, la présence de fils para-aramides dans la face intérieure du
tissu
double-étoffe conforme à l'invention confère à celui-ci une grande résistance
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mécanique et au feu, sans les inconvénients connus pour ce type de fils,
notamment sensibilité aux ultraviolets et à l'abrasion, de par la position
interne
de cette face dans le tissu double-étoffe extérieur.
Dans un premier exemple précis de réalisation, donné à titre d'exemple
5 non exhaustif, le tissu extérieur double-étoffe (A'), conforme au dessin
d'armure de la figure 6a et au mode de liage entre les deux faces de la figure
6b, fait 295 g/mz. Il est composé, pour la face extérieure, uniquement de fils
thermo-réactifs qui sont en l'occurrence des fils 99/1 méta- aramide/fibre
antistatique de titre Nm 70/2. Il est composé pour la face intérieure
10 uniquement de fils stables dimensionnellement qui sont en l'occurrence des
fils
100% para-aramides de titre Nm 100/2. La liaison entre les deux faces est
réalisée par la prise intermittente par certains fils de chaîne de la face
extérieure de certains fils de trame de la face intérieure.
L'exemple illustré à la figure 6 décrit un tissu double-étoffe, composé de
fils
de Chaîne (CExr) et de Trame (T x,-) en méta-aramide Nm 70/2 pour la face
extérieure (EXT) et de fils de Chaîne (CINT) et de Trame (TINT) en para-
aramide
Nm 100/2 pour la face intérieure (INT). Les fils de chaîne (CEXT) de la face
extérieure (EXT) viennent accrocher les duites N 1(D1) et N 27 (D27) faisant
partie de la face intérieure (INT), aiternativement. Ceci a pour résultat de
lier
les deux faces entre elles et en même temps de constituer des canaux (poches)
plats, dans le sens trame du tissu.
Un second exemple de réalisation consiste à remplacer les duites du rapport
d'armure N 1(Di), 3 (D3), 27 (D27) et 29 (D29), faisant partie de la face
intérieure (INT) par des fils thermo-réactifs. Indépendamment de la structure
double-étoffe, la face intérieure est alors équivalente à une toile faite de
fils
para-aramides, comportant des rayures sens trame tous les 5 mm environ,
faites par les fils thermo-réactifs. Dans le principe de fonctionnement,
lorsque
ces fils sont portés à une température suffisante en cas d'accident (de
l'ordre
de 300 C dans le cas de fils thermo-réactifs en méta-aramide), ils vont tirer
la
structure de fils para-aramide stables, faisant froncer le tissu de façon
régulière,
ce qui augmente l'épaisseur de la face interne et ainsi son pouvoir isolant.
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A titre d'exemple de complexe multi-couche particulièrement efficace pour la
réalisation de vêtement d'intervention pour sapeurs-pompiers, ce tissu
extérieur
double-étoffe pourrait être associé aux couches suivantes :
- membrane de type polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou polyuréthane
microporeux ou hydrophile, laminée sur un support non-tissé en aramide 100%
de 85 g/m2 ;
- doublure toile aramide / viscose FR 50/50 de 115 g/m2,
pour un poids total de complexe de l'ordre de 550 g/m2, ou bien, pour
augmenter encore plus la protection thermique, une addition d'une couche de
non-tissé aramide 100% de 55 g/m2 matelassée sur la doublure pour un poids
total de complexe de 600 g/m2 environ.
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