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questions-réponses

Quelles sont les principales fibres textiles ?

Les fibres naturelles

végétales (coton, lin, chanvre, Kapok...), animales (laine, soie...) ou minérales (amiante).

Les fibres artificielles

qui proviennent de matières naturelles dissoutes, puis filées par un procédé d’extrusion. Il s'agit en général de fibres cellulosiques de type rayonne, viscose ou dérivé provenant du bois et du papier, mais on retrouve également les fibres de verre ou de basalte.

Les fibres synthétiques

soit 65 % de l’ensemble des fibres existantes, qui sont principalement issues du pétrole. Elles sont obtenues par filage de polymères* généralement issus d'hydrocarbures ou de produits provenant de la biomasse comme l'amidon de maïs.

Les fibres de spécialités

3 types de fibres organiques. Celles à Hautes performances mécaniques comme les fibres de para-aramide et les fibres de polyéthylène haute ténacité. Celles à Hautes performances thermiques (méta-aramide, para-aramide, PBO), même si leurs performances sont inférieures à celles des fibres inorganiques. Enfin celles qui regroupent les deux (HP à la fois mécaniques et thermiques).
Les fibres inorganiques qui se distinguent par de bonnes caractéristiques mécaniques et thermiques, associées dans certains cas à des propriétés particulières (diélectriques, conductrices...) dépendant de leur nature (fibres de verre, fibres de basalte, fibres céramiques « hautes températures », fibres de carbone, fibres métalliques).
Fils et filés hybrides, obtenus en associant des matières différentes, telles que des fibres ou fils de renforcement avec des fibres thermoplastiques.

Les fibres fonctionnalisées

correspondant à des fibres traditionnelles chimiquement modifiées.

Note :
Entre les fibres synthétiques standards et celles de spécialités, il existe les fibres thermoplastiques hautes performances qui possèdent des points de fusion ou de ramollissement élevés (PEEK, PPS, Vectran, PTFE, PVDF).

Les fibres artificielles et synthétiques sont souvent regroupées sous le nom de fibres chimiques. Leurs principales familles sont répertoriées dans la liste des codes édité par le Bureau international de standardisation des fibres artificielles (BISFA).

*(PES : polyesters, PA : polyamides, PP : polypropylène, PE : polyéthylène, acryliques dont PAN : polyacrylonitrile, chlorofibres dont PVC : polychlorure de vinyle...).

Fibres et fils à usage technique / Laurence CARAMARO - date de publication : 10 oct. 2005 - Techniques de l'ingénieur

Quels sont leurs procédés de fabrication ?

Le procédé de filage

consiste à produire des filaments artificiels ou bien synthétiques à partir d’une matière à l’état fondu ou en solution que l’on extrude à travers une filière constituée d’un certain nombre d’orifices (de l’unité à quelques centaines de milliers). Lors de cette étape, des additifs sont incorporés pour fonctionnaliser les filaments.

La voie fondue, de loin la plus utilisée, ne s’applique qu’aux polymères ayant un point de fusion défini et sans réaction secondaire. C’est le cas des fibres synthétiques les plus courantes comme les polyesters.

La voie en solution sert à régénérer les fibres artificielles et certaines fibres synthétiques soit par séchage du solvant, on parle alors de voie sèche (cas du PVC), soit par coagulation dans un bain, on parle de voie humide (cas de l’acrylique et de la viscose).
Cependant, c’est le filage électrostatique (electrospinning), développé initialement aux États-Unis, qui revient en première ligne avec les nanotechnologies. Il permet ainsi de produire des nappes de filaments avec une très faible porosité (membranes de protection, filtres...).

Le procédé de filature

mélange des fibres de propriétés complémentaires pour la fabrication de fils hybrides selon différentes étapes telles que :
• le cardage qui démêle et parallélise les fibres entre elles (ruban de carde) ;
• des étirages successifs du ruban, pour obtenir une mèche de fibres très légèrement consolidée par une légère torsion ;
• un dernier étirage associé à une torsion plus ou moins importante selon la ténacité recherchée (open-end, friction, jet d’air...).

Après les opérations de filage ou de filature les procédés de transformation des fils et filés

interviennent, pour améliorer leurs caractéristiques mécaniques, pour conférer des propriétés de gonflant et d’élasticité, pour recouvrir un fil d’âme par enroulement hélicoïdal avec un ou plusieurs fils simples, pour protéger certains fils fragiles comme le carbone ou les fibres céramiques lors des opérations de transformation des fils en surfaces textiles, et pour enduire, imprégner ou faire adhérer à l’aide de résines.

Fibres et fils à usage technique / Laurence CARAMARO - date de publication : 10 oct. 2005 - Techniques de l'ingénieur

Contribution à l'étude et à la caractérisation de nanofibres obtenues par électro-filage : application aux domaines médical et composite, thèse Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (LPMT) de l’université de Haute-Alsace, Mulhouse / Nabyl Khenoussi
p.8-10. 29-novembre-2010

Dispersion et Filage continu par coagulation de nanotubes de carbone, Thèse, Université Bordeaux I, Ecole Doctorale des Sciences Chimiques / Antoine Lucas, p.33-42. 27-Fev-2009

Comment obtenir des fibres de carbone ?

La majorité des fibres de renforcement en carbone sont obtenues par traitement thermique de fibres, précurseur de poly-acrylonitrile (PAN).

Après filage, les monofilaments peuvent être étirés jusqu'à 500 % d'allongement, afin de leur conférer une orientation axiale préférentielle. Cette opération est réalisée au cours de traitements à chaud par passage sur des rouleaux chauffants ou dans de la vapeur d'eau, ce qui facilite l'étirage.

Quels sont ces traitements thermiques ?

D’abord, l’oxydation des fibres de PAN pour les rendre infusibles.
Puis la carbonisation sous azote, jusqu'à des températures de 1 200 à 1 500 °C, pour obtenir une fibre dite « haute résistance » (HR).
Ensuite la graphitisation au cours de laquelle la fibre carbonisée est portée, sous gaz inerte, quelques minutes à une température de 2 000 à 3 000 °C, sous une tension contrôlée. Contenant alors plus de 99 % de carbone, grâce à l'élimination des atomes d'azote et d'oxygène, elle devient une fibre dite « haut module ».
Enfin, le traitement de surface favorise une bonne adhérence des fibres de carbone avec les matrices (attaque physique pour créer une certaine rugosité avec de véritables points d'ancrage mécanique, traitement chimique par oxydation pour obtenir une légère rugosité et des fonctions chimiques polaires, traitement thermique par plasma ou l'immersion des fibres dans une solution oxydante puis chauffage dans un four).

L’ensimage leur succèdent

Il lie les monofilaments et améliore la résistance au frottement.

Il diminue la formation de « bourres » en facilitant la mise en œuvre des fibres de carbone lors des opérations d'enroulement, de tissage et de préimprégnation.

Composites à fibres de carbone dans le génie civil - Les fibres de carbone / Jean LUYCKX - date de publication : 10 févr. 1999 - Techniques de l'ingénieur

Quelles sont les fonctions des textiles ?

Fonctions mécaniques

Fonctions d'échanges

Fonctions  biologiques

Absorption d'énergie

Respirabilité

isolation ou conductivité thermique,

isolation ou conductivité électrique

Biocompatibilité, prothèse/orthèse

Résistance

Conduction de la lumière

Effet bactériostatique

Maintien et fixation

Filtration

Antibactérien,

antiacarien

Renfort

Echange d'ions,

support de catalyse

Fonction imper-respirante

Compression

Absorption de liquides ou étanchéité,

Perméabilité/imperméabilité

Biodégradable

Elasticité

Ecoulement des charges électrostatiques

Contention

Fonctions de protection des biens et des personnes

Fonctions de protection de l'environnement

Fonctions pour améliorer le confort

Protection thermique, comportement au feu

Absorption de polluant

Antibactérien

Protection mécanique, anti-coupure et anti-perforation

Protection des cultures

Contrôle des odeurs

Protection contre les risques nucléaires, radiologiques, biologiques, chimiques, balistiques

Isolation thermique

Thermorégulateur

Antistatique

Imper-respirant

Fonctions pour faciliter l'emploi ou l'entretien du textile

Fonctions de sécurité et de santé pour répondre à de nouvelles réglementations

Antitache

Protection contre :

Antistatique

chaleur et flamme

Défroissabilité

risque chimique

Séchage rapide

UV

acariens, moustiques...

Comment fonctionnaliser des textiles ?

Soit au niveau des fibres

par association de monomères spécifiques ou par incorporation en masse d’additifs spécifiques à l’extrusion (en voie fondue pour le polypropylène, le polyester, le polyamide et en voie solvant pour l’acrylique, le PVC, la viscose).

Soit lors des technologies d’ennoblissement traditionnelles

par des apprêts mécaniques, par des traitements chimiques ou par complexage en structurant le textile par assemblage de pièces, contre-collage de plusieurs couches ou laminage d’une membrane imper-respirante.

Soit avec des technologies dites nouvelles ou émergentes

telles que la microencapsulation, les traitements sol-gel, les nanotechnologies, le greffage pour fixation chimique d’agents, ou bien telle que la technique plasma qui utilise un gaz ionisé par des décharges électriques ou par des ondes électromagnétiques de hautes fréquences, pour modifier la chimie de surface des fibres en conservant leur apparence et leurs propriétés.

Fonctionnalisation Anti-bactérienne Passive ou Active de Supports Textiles par Voie Sol-Gel ou Photochimique, Thèse préparée au sein du Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) dans l'École Doctorale « Ingénierie – Matériaux, Mécanique, Énergétique, Environnement, Procédés, (IMEP-2), Université de Grenoble, Spécialité : « Matériaux, Mécanique, Génie Civil et Électrochimie / Mouna MESSAOUD 11-Février-2011

En quoi consiste la pultrusion ?

La pultrusion est une technique particulière de formage des composites

dans laquelle la matière est poussée vers l’entrée de filière et en même temps tirée en sortie. Les nouvelles technologies permettent des combinaisons quasi-infinies de couples renforts/matrices, avec des fibres à orientation maîtrisée. Il est possible de créer aisément des géométries même complexes, cela en continu et à coûts réduits, en raison du degré d’automatisation des profilés et du peu de main-d’œuvre nécessaire. On distingue au moins deux grandes familles : la pultrusion des résines thermodurcissables (TD) et celle des résines thermoplastiques (TP).

La première s’effectue en 5 étapes

Tout d’abord, la préparation des matières premières avec surtout la formulation de la viscosité des résines, l’évaluation de leur durée de vie et des conditions de sécurité lors des manipulations ; le contrôle des renforts et leur stockage.
Puis l’imprégnation et le préformage avec un système de captage des composés organiques volatils (COV) par aspiration puis traitement de l'air ambiant.
Ensuite l’étape de la polymérisation

suivie de celle du tirage des profilés avec des « pinces en tandem » qui alternativement viennent serrer le profilé puis tirer, ou avec un « caterpillar » (système constitué de deux chaînes contrarotatives qui entraînent le profilé). Cette technologie est limitée à la production de géométries simples et est aussi particulièrement appréciée pour les grandes vitesses de défilement (production de thermoplastiques de 0 à 20 m par minute).
Enfin la coupe avec une scie mobile à disque diamanté qui débite le profilé en avançant.

La deuxième, plus difficile à réaliser, concerne les résines thermoplastiques

qui favorisent un grand choix de sélection de matrices, une aptitude à être retravaillées à chaud (déformation, surmoulage, co-extrusion, thermosoudage, etc.) et une agression plus faible de l'environnement par rapport aux thermodurcissables. On distingue deux grandes « sous-familles », celle où le mélange des fibres et matrices est effectué en amont (en général chez le producteur de matière première), celle où il est réalisé en aval sur la ligne de production.
La viscosité importante de la plupart des matrices thermoplastiques rend très complexe et délicate la deuxième étape pourtant essentielle. Elle concerne le mélange de la matrice au renfort, gage de performances finales des produits. C’est le « cœur du savoir faire » des quelques producteurs développant cette voie.
Loin d'être anodine, la dernière étape concerne la coupe et l’usinage en ligne. Elle doit conserver la précision avec une vitesse de défilement beaucoup plus importante et des natures de matériaux différentes eu égard à ceux qui fondent. Facteur influent de productivité de la ligne, elle est placée sous le sceau de la confidentialité.

Pultrusion / Laurent DESTOUCHES - date de publication : 10 janv. 2010 - Techniques de l'ingénieur

Vidéo :
Processus de pultrusion - vidéo 1mn32s

Fibres naturelles : pourquoi ont-elles un rôle important ?

"Près de 30 millions de tonnes de fibres naturelles sont produites chaque année dans le monde. Les fibres naturelles servent à fabriquer des vêtements, des revêtements et autres textiles destinés aux consommateurs ; nombre d'entre elles sont utilisées à des fins industrielles pour l'emballage, la fabrication de papier et de matériaux composites divers, destinés entre autres à l'industrie automobile. Si les fibres naturelles sont importantes pour le consommateur et pour leurs usages industriels, elles sont aussi une source de revenus pour les paysans qui les produisent. Dans nombre de pays en développement et de pays moins avancés, le produit de la vente et de l'exportation des fibres naturelles contribue grandement aux revenus et à la sécurité alimentaire des paysans pauvres et des ouvriers de l'industrie des fibres. Les fibres naturelles jouent un rôle de premier plan dans l'économie de certains pays en développement, par exemple le coton dans certains pays d'Afrique de l'Ouest, le jute au Bangladesh et le sisal en Tanzanie. Elles jouent parfois un rôle secondaire à l'échelle nationale mais de premier plan au niveau local, c'est le cas du jute au Bengale-Occidental (Inde) et du sisal dans le nord-est du Brésil."

Année internationale des fibres naturelles 2009

Abaca, coco, jute : les fibres du futur ?

"La sévérité de la législation environnementale et l’intérêt des consommateurs pour la question écologique accélèrent la transition vers la "bio-économie" et les modèles du développement durable, ouvrant ainsi de riches perspectives aux marchés des fibres naturelles. Pour opérer cette transformation, il est nécessaire de substituer à de nombreuses matières d’origine fossile − dites pétrochimiques − ou minérale des produits provenant de ressources renouvelables végétales et animales.

L’intérêt de remplacer les matières synthétiques, qui emploient des intrants non durables, par des fibres naturelles est de plus en plus largement reconnu.

Ces dernières présentent des avantages techniques et financiers, et permettent de surcroît de répondre à la préoccupation croissante des consommateurs pour les normes environnementales, sociales et de durabilité, en contribuant :
• à favoriser le développement d’une agriculture durable ;
• à l’adoption de techniques de production et de transformation respectueuses de l’environnement ;
• à stimuler le développement économique ; et
• à renforcer la participation des petits exploitants dans la chaîne de valeur.

Les fibres dures (abaca, coco et sisal) et libériennes (jute et kénaf) sont des fibres naturelles aux usages finaux multiples.

Leur polyvalence et leurs caractéristiques écologiques constituent autant d'atouts solides par rapport aux matières synthétiques. Chacune a ses propres forces mais toutes profitent de leur origine naturelle et du fait qu’elles sont de plus en plus largement reconnues comme un choix durable.

Les recherches démontrent de manière de plus en plus évidente les avantages techniques et économiques qu'il y a à intégrer des composants naturels dans les produits industriels.

C'est ainsi que les fibres naturelles servent aujourd’hui à développer des produits compétitifs qui affichent d’excellentes caractéristiques techniques et nuisent moins à l’environnement que les produits actuels composés de matières pétrochimiques.

En plus des produits traditionnels tels que la corde, la ficelle et les tapis, on retrouve des matériaux composites à base de fibre dans l'emballage, les constructions et l'ameublement.

La valeur économique de la fibre dépend de son marché final et des coûts de production."

FAO

Le lin : un avenir prometteur dans l'industrie ?

"Premier producteur mondial de lin, la France cherche à côté du textile, son débouché traditionnel, de nouveaux marchés : les matériaux composites renforcés en fibres végétales lui offrent un avenir prometteur dans l'industrie, de l'automobile à l'aéronautique.

La faible densité et les propriétés mécaniques de la fibre de lin garantissent la légèreté de ces nouveaux matériaux. Elles leurs assurent maniabilité, résistance à la rupture, à la compression et à la torsion.

Dans l'industrie automobile, utilisé en renfort pour les portières ou les tableaux de bord, le composite du lin allège le poids des véhicules, permet des économies de carburant et constitue un excellent isolant thermique et acoustique.

L'industrie aéronautique s'intéresse de près à ses qualités de résistance et à sa capacité à absorber les chocs et les vibrations. A l'horizon 2020, l'aviation civile devrait utiliser au moins 60% de matériaux composites, selon Arvalis, l'institut du végétal.

L'industrie du loisir s'intéresse particulièrement aux fibres de lin. Le nautisme utilise déjà ce composite léger et maniable pour la coque de petites embarcations de série.

Les fabricants l'introduisent aussi dans les raquettes de tennis et dans les cadres de vélo pour leur capacité anti-choc et anti-vibration.

Régulateur thermique et phonique, la laine de lin est l'isolant écologique par excellence dans l'habitat. Design et lin font aussi bon ménage dans la création de mobilier d'intérieur recyclable."

JEC Composites, 30 Jul 2012

De la soie d'araignée produite par des vers transgéniques ?

"Une équipe américaine a créé des vers à soie génétiquement modifiés capables de produire une soie presque aussi solide que celle des araignées

rapporte la BBC. Dans le journal PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), ces chercheurs de l'université du Wyoming expliquent qu'ils sont parvenus à introduire un composant de la soie d'araignée dans celle des vers.

Interrogé par la BBC, le Dr Christopher Holland de l'université d'Oxford estime que cette découverte est une véritable avancée vers la production industrielle de soie ultra-résistante. Les principales applications pourraient concerner le secteur médical avec des fils de suture et des implants plus solides. Mais la soie des vers génétiquement modifiés pourrait aussi se révéler une alternative plus écologique aux plastiques renforcés."

Le monde - 4 janvier 2012

Vous avez dit fibre de basalte ?

"La fibre de basalte est une fibre naturelle issue de la roche volcanique. Cette roche formée à partir de magma refroidi confère des propriétés exceptionnelles à la fibre de basalte. Elle est plus légère et plus résistante que la fibre de verre.

-   Résistance thermique : La fibre de basalte, dans le textile industriel, est connu pour ses grandes propriétés thermiques, elle est ainsi incombustible.

-   Résistance mécanique : La fibre de basalte possède de bonnes propriétés mécaniques. Ainsi elle est plus résistante que la fibre de verre.

-   Isolation thermique : La fibre de basalte couvre une large plage de température qui lui confère un réel avantage en matière d’isolation thermique : -260°C à +1200° C.

-   Résistance aux radiations : La fibre de basalte résiste aux radiations et trouve ainsi une application dans l’isolation nucléaire.

-   Résistance chimique : La fibre de basalte résiste aux acides ainsi qu’aux UV.

-   Excellente imperméabilité.

-   Contrainte économique : La fibre de basalte est 3 fois plus cher que la fibre de verre.

La fibre de basalte est ainsi utilisée dans :

- Protection feu
- Construction automobile
- Transports
- Bâtiment
- Isolation nucléaire
- Renfort de matériaux composites..."

ET Tech

Club Textile Intégral : textile technique

Sécrétions des myxines : des textiles d'origine inattendue ?

"Les myxines appartiennent à une famille d'animaux aquatiques anguilliformes vivant dans les fonds marins, qui n'ont que très peu évolué au cours de ces dernières 300 millions d'années.

Lorsqu'elles se sentent menacées, les myxines secrètent une substance gélatineuse contenant du mucus et des dizaines de milliers de filaments protéiques.

Ces filaments protéiques, appelés filaments intermédiaires, possèdent des propriétés mécaniques pouvant rivaliser avec celles des toiles d'araignées.

Les sécrétions des myxines sont étudiées comme nouvelle source de fibres naturelles qui pourraient participer un jour à la diminution de notre dépendance vis à vis du pétrole.

L'industrie du textile a besoin d'une alternative renouvelable et abordable aux polymères produits à partir du pétrole. Une étude récente menée par Atsuko Negishi de l'Université de Guelph et publiée en ligne sur le site du journal Biomacromolecules, montre que les filaments protéiques extraits des sécrétions de myxines pourraient être filés et tissés en biomatériaux d'un nouveau type utilisables sous forme de fibres ou de films."

Bulletin électronique Canada, no 411, 12/11/2012

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