Développement de fibres fines multicomposantes pour la filtration de l’air

par Esma Ayad

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux

Sous la direction de Éric Devaux.

Soutenue le 13-12-2016

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Roubaix, Nord) (laboratoire) .


  • Résumé

    Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet FILAIRCO et consiste à développer des fibres fines pour la filtration de l’air. L’objectif final est d’augmenter l’efficacité de filtration en diminuant le diamètre des fibres des médias filtrants. Le filage bicomposant permet d’associer des polymères selon des morphologies « segmentée » et « îles-en-mer ». Ces structures favorisent la diminution du diamètre des fibres après la séparation des composants. Un procédé d’hydroliage permet la séparation, mais elle nécessite une morphologie avec une interface stable et faible. Des viscosités équivalentes et une différence de température de cristallisation entre les matériaux sont identifiées comme les paramètres pertinents influant sur les morphologies. Le polypropylène (PP) et le polyamide (PA6) sont mis en œuvre selon les deux morphologies. Ils doivent éviter l’encapsulation du polymère le plus visqueux par le moins visqueux, et présentent la cohésion la plus faible, pour une meilleure séparation. Selon le placement des matériaux, la cohésion est plus ou moins forte. L’association PPîlesPA6mer avec une morphologie d’interface faible favorise la fracturation. Les fibres PA6îlesPPmer et PPîlesPA6mer (diamètre ~ 26 µm) sont transformées en voiles nontissés par des procédés de cardage et spunbond, puis dissociées. L’analyse de la perméabilité à l’air et l’observation microscopique (MEB) ont révélé une fracturation facilitée des fibres PPîlesPA6mer. Leur diamètre final passe de 3,6 à 1,1 µm avec le passage de 37 à 300 îles. Enfin, l’influence de l’étirage sur la cohésion des composants et la diminution du diamètre initial des fibres a permis d’optimiser les paramètres de filage.

  • Titre traduit

    Development of multicomponent fine fibers for air filtration application


  • Résumé

    This study is part of the project FILAIRCO which consists in the development of fine fibers for air filtration. The ultimate goal is to increase filtration efficiency by decreasing diameter of fibers in nonwoven webs. Bicomponent melt spinning allows polymers combination according to “segmented pie” and “islands-in-the-sea” morphologies. Thus, subsequent fiber splitting is promoted by hydroentanglement process. However, components splitting requires a fiber morphology with stable and poor interface. Equivalent viscosities and difference of crystallization temperatures are the relevant parameters influencing morphologies fibers. Polypropylene (PP) and polyamide 6 (PA6) were performed within the two morphologies. Polymers are evenly distributed to avoid encapsulation phenomenon of the most viscous polymer by the less viscous one. Polymers don’t need cohesion to allow fiber splitting by hydroentanglement process. Depending on polymers localization within “islands-in-the-sea” morphology, polymers cohesion is more or less strong. PPislandsPA6sea association with poor interface enables fiber splitting unlike PA6islandsPPsea fiber. Both fibers PA6islandsPPsea and PPislandsPA6sea (diameter ~ 26 µm) are performed using carding and spunbond processes and fiber splitting is allowed with hydroentanglement process. Air permeability and SEM analysis show fiber splitting is promoted for PPislandsPA6sea couple. Decrease of fiber diameter from 3.6 to 1.1 µm is allowed with increase of islands in the morphology from 37 to 300. Finally, influence of draw ratio on polymers cohesion and decrease of fiber diameter are studied to optimize bicomponent melt spinning process parameters.


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