Non-tissés : tendances et opportunités actuelles

L'avenir des non-tissés s'annonce intéressant et potentiellement très enrichissant.

Par Dr. Behnam Pourdeyhimi, rédacteur technique

Alors que les industries des non-tissés et du textile partagent un héritage commun, l'industrie des non-tissés s'est développée pour présenter une large gamme de produits à base de fibres techniques et de polymères qui sont pilotés par des processus à haute vitesse, à faible coût, innovants et à valeur ajoutée. L'industrie du non-tissé a créé un écosystème basé sur l'automatisation, réduisant la dépendance à l'égard de la main-d'œuvre à faible coût - par conséquent, l'industrie n'a pas eu à installer d'installations de fabrication dans les régions à faible coût de main-d'œuvre du monde. Les non-tissés sont généralement fabriqués et transformés là où ils sont vendus, minimisant ainsi les frais d'expédition.

L'industrie a adapté les technologies des industries des pâtes et papiers et de l'extrusion, par exemple, pour créer les produits souhaités à un coût raisonnable. La conversion automatisée est une partie importante de la chaîne d'approvisionnement des non-tissés depuis de nombreuses années, et aujourd'hui, l'industrie peut produire plus de 1 000 couches par minute.

De toute évidence, une grande vitesse, un grand volume et un faible coût unitaire de production exigent une automatisation complète. Cela signifie à son tour que les petites séries et la flexibilité des offres deviennent limitées.

Les segments non tissés actuels de l'industrie comprennent les fournisseurs de matières premières, les producteurs de produits en rouleaux, les convertisseurs/fabricants des produits d'utilisation finale, une industrie des machines prenant en charge les trois catégories précédentes, les fournisseurs de matériaux auxiliaires, les fabricants d'équipements de bobinage, de refendage et d'emballage, entre autres segments. Cette liste n'offre pas une image aussi claire qu'on pourrait l'imaginer, car l'image est encore plus obscurcie par divers degrés d'intégration verticale et horizontale au sein de l'industrie. Globalement, le tableau est encore compliqué par le marché local et les nuances économiques.

Ce qui est clair cependant, c'est que l'industrie des non-tissés continue d'être adaptative, créative et implacablement opportuniste. Cela signifie que dans les années à venir, il peut y avoir une gamme de produits qui peuvent remplacer les textiles plus traditionnels - certains peuvent y voir une opportunité, tandis que d'autres peuvent y voir une menace.

Alors que le passage à une production durable est en partie motivé par la réglementation et la fiscalité, l'industrie des non-tissés a toujours été à l'avant-garde de la lutte pour la durabilité. Lors de l'ITMA 2015, la durabilité était l'un des principaux thèmes qui ont dominé certaines des sessions éducatives, des discussions et des récompenses. Le sujet était également évident dans les thèmes présentés par un certain nombre de fabricants clés. Presque entièrement, les exposants de non-tissés à l'ITMA 2015 se sont concentrés dans une certaine mesure sur la durabilité.

Des mots comme durabilité, recycler, réduire et réutiliser sont plus que des mots à la mode dans le monde des non-tissés, ils sont réels. Ajoutez à ces mots aussi réinventez. Compte tenu des macro-tendances mondiales, la réinvention des produits et processus existants est plus réelle que jamais.

En janvier 2018, la Commission européenne a adopté la première stratégie globale sur les plastiques au monde. En mai, la commission a publié le rapport "Les plastiques à usage unique : nouvelles mesures pour réduire les déchets marins", qui proposait de nouvelles règles pour réduire les 10 déchets plastiques les plus retrouvés sur les plages européennes, qui représentent 43 % du total des déchets marins. Les 10 articles sont :

Les actions préconisées pour réduire ces déchets incluent :

Cette interdiction des plastiques à usage unique a déjà eu un impact sur l'industrie du non-tissé. L'article 10 de la liste, les lingettes humides non tissées et les articles sanitaires, a été soumis à la REP. Il s'agit d'une approche politique qui étend la responsabilité du producteur pour un produit au-delà de la portée actuelle - pour la santé et la sécurité des travailleurs, la sécurité des consommateurs et les coûts de production - pour inclure également la gestion du produit après que le produit a été utilisé par les consommateurs. Les politiques de REP transfèrent généralement le coût de la gestion des déchets ou la collecte physique partiellement ou totalement des gouvernements locaux aux producteurs. Les politiques peuvent également impliquer des incitations pour que les producteurs tiennent compte des considérations environnementales lors de la conception de leurs produits.

L'EPR a été lancé pour la première fois en Europe il y a plus de 20 ans. Depuis lors, la grande majorité des États membres de l'Union européenne ont mis en place la REP pour les emballages.

La REP n'est pas une option pour des produits tels que les lingettes pour bébés et les produits hygiéniques. Ces produits sont fabriqués à partir d'un mélange de cellulose et d'une fibre synthétique comme le polyester (PET) ou le polypropylène (PP), et sont principalement fabriqués à l'aide de méthodes de cardage et d'hydroenchevêtrement.

Se conformer à la décision de l'Union européenne nécessite une solution différente pour les lingettes humides et les articles sanitaires. L'industrie des non-tissés offre des alternatives pour produire des lingettes et d'autres produits durables. Par exemple, une innovation majeure a été proposée par la société autrichienne Andritz AG. Le procédé Wetlace™ haute performance pour les lingettes jetables dans les toilettes, dispersibles et biodégradables a été présenté en 2015. De même, la société allemande Trützschler Nonwovens GmbH, en collaboration avec le groupe Voith, en Allemagne, propose des solutions qui peuvent remplacer les fibres polymères fossiles existantes. produits contenant de la cellulose et d'autres polymères biosourcés tels que l'acide polylactique (PLA) pour surmonter l'interdiction de l'UE.

Ces processus peuvent produire des lingettes en combinant des technologies de pose humide et d'hydroenchevêtrement éprouvées pour produire des non-tissés et des lingettes non tissées à partir de matières premières 100 % naturelles et/ou renouvelables sans liants chimiques. Les processus élargissent également la gamme d'offres potentielles permettant également de traiter le carbone et le verre sur les mêmes machines.

La structuration permet aux producteurs de différencier clairement leurs produits avec un nombre presque illimité de modèles possibles. Un exemple de lingette jetable dans les toilettes à base de cellulose à 100 % présentant une illustration unique est illustré à la figure 1.

Ces procédés par voie humide/hydroenchevêtrement sont économiquement viables en ce sens qu'ils ont un débit beaucoup plus élevé que les systèmes actuels de cardage/hydroenchevêtrement qu'ils remplacent. Bien que les coûts en capital puissent être plus élevés, le coût total du système est inférieur en raison du débit plus élevé et cela ne devrait se traduire par aucune augmentation des coûts pour le consommateur. En effet, cela peut entraîner une baisse du coût unitaire total si les volumes sont suffisamment importants - et pour les marchés concernés, ils le sont effectivement.

Un autre domaine d'intérêt majeur est la réutilisation. Il existe une activité industrielle importante autour du zéro déchet ainsi que du recyclage. Il s'agit d'un véritable défi pour les industries telles que l'industrie des non-tissés, où la production à grand volume signifie également de grands volumes de bordures et autres déchets. La réutilisation sera un domaine d'intérêt majeur pour de nombreuses entreprises. Les activités se concentreront sur la recherche de nouvelles applications pour ces déchets ou la réutilisation complète du même produit. Le défi sera avec les matériaux mixtes et aussi le recyclage/réutilisation des fibres bi-composants. De nouvelles approches, de nouveaux agents de compatibilité et de nouvelles chimies seront nécessaires pour recycler les matériaux mixtes.

L'accent sera également beaucoup plus mis sur l'utilisation de biopolymères tels que le PLA, le polyhydroxyalcanoate (PHA), le polyhydroxybutyrate (PHB) et leurs mélanges, et si possible, les fibres de cellulose. Il est probable qu'une génération de nouveaux produits remplacera l'état de l'art existant. L'une des clés est que ces nouveaux matériaux doivent également être économiquement durables - aujourd'hui, l'industrie dispose de nombreuses solutions durables qui ne le sont pas encore économiquement et qui resteront un défi à moins que les réglementations et la fiscalité ne l'emportent sur les coûts des matériaux. Dans les marchés plus de niche, ces nouveaux produits bio-friendly apparaîtront en premier, comme on l'a vu avec les filtres à café/thé à base de PLA et les dosettes de café à usage unique.

Plusieurs facteurs conduiront à l'utilisation de non-tissés dans les produits textiles traditionnels. Ceux-ci sont:

Le sens du mot durable, un mot populaire à l'heure actuelle, n'est pas toujours clair. Les non-tissés peuvent être durables ou avoir un cycle de vie court. La plupart des non-tissés sont conçus pour être des produits à usage unique et fonctionnent de manière adéquate pour les applications pour lesquelles ils sont conçus. Les produits tels que les non-tissés automobiles et les non-tissés géosynthétiques sont destinés à durer longtemps et sont souvent appelés durables. L'industrie des non-tissés préfère désigner ces produits plus durables comme des non-tissés à longue durée de vie plutôt que comme des produits durables.

L'industrie dispose également de non-tissés à usages multiples. Par exemple, de nombreuses lingettes commerciales utilisées en Europe aujourd'hui sont à usages multiples, c'est-à-dire qu'elles peuvent être utilisées pour essuyer une surface, puis être lavées, rincées et nettoyées pour être réutilisées plusieurs fois.

Du point de vue des vêtements fonctionnels, les matériaux doivent résister à de multiples lavages sans perte de fonctionnalité ou d'apparence. Il y a une distinction ici : les non-tissés à longue durée de vie ne sont pas nécessairement lavables, bien qu'ils puissent fonctionner très longtemps. Les non-tissés durables et lavables sont une classe complètement différente, et il n'y a pas trop de produits de ce type sur le marché… pour le moment. Méfiez-vous des produits non tissés fonctionnels dans les applications de vêtements techniques, car ils apparaîtront beaucoup plus tôt que beaucoup ne l'imaginent. La technologie de choix dépendra des actifs en place, des applications et des fonctions requises, entre autres facteurs. Cependant, les structures hydroenchevêtrées spunbond seront optimales pour de telles applications en raison de leur résistance, de leur durabilité et de leur flexibilité dans le choix des matériaux. Le polymère sur tissu permet l'utilisation de polymères qui ne sont pas couramment utilisés, ce qui peut conduire à des attributs de performance qui différencieraient ces structures du pack.

Historiquement, il y a eu deux efforts majeurs pour former des tissus durables. PGI Nonwovens, qui fait maintenant partie d'Evansville, Indiana, Berry Global Inc., a lancé la gamme de tissus Miratec® il n'y a pas si longtemps. Ces produits à base de fibres discontinues ont été cardés et hydroenchevêtrés avec une liaison chimique supplémentaire. L'hydro-enchevêtrement a été réalisé à l'aide de la technologie unique Apex® de PGI qui pouvait créer des textures et des structures équivalentes à n'importe quel textile. Miratec comportait des mélanges de fibres et pouvait donner des performances égales ou supérieures à ses homologues tissés. La plupart de ces tissus contenaient des liants supplémentaires pour s'assurer que les tissus ne se démêleraient pas pendant le lavage. Par conséquent, ces tissus n'avaient pas la main ou le drapé requis pour la plupart des utilisations, et par conséquent, leur utilisation est restée limitée.

L'autre effort en matière de non-tissés durables a été réalisé par le groupe Freudenberg, basé en Allemagne, qui a utilisé la technologie bicomposant spunbond couplée à l'hydroenchevêtrement.1 La technologie d'extrusion bicomposant spunbond consiste à filer des filaments continus composés de deux polymères qui sont déposés sur une courroie de formage et liés mécaniquement, thermiquement ou chimiquement. Le procédé de filage à fibres fines n'est souvent capable de produire que des fibres de plus de 10 à 15 microns. La clé de cette technologie sera de former une structure composée de fibres plus petites que d'habitude et cela signifie seulement que des types de fibres exotiques seront nécessaires pour ces applications. L'un des brevets clés dans ce domaine est détenu par Freudenberg (Robert Groten, et al), qui détaille le processus de séparation des fibres de tarte segmentées dans un processus continu utilisant l'hydroenchevêtrement - un processus qui utilise des rideaux à jet d'eau à haute pression pour se déplacer mécaniquement, envelopper et enchevêtrer les fibres.2 Au cours du processus, les jets d'eau divisent les segments bicomposants, ce qui donne deux fibres différentes en forme de coin (voir la figure 2). Le terme séparable fait référence aux fibres bicomposants qui ont une seule interface commune et où les deux composants sont exposés à l'air à la surface des fibres. Des exemples classiques de fibres séparables comprennent la tarte segmentée (voir la figure 3), le ruban segmenté et côte à côte. La séparation mécanique nécessite que les composants de la fibre aient peu d'affinité les uns avec les autres ; par conséquent, la sélection des polymères et des ratios de polymères joue un rôle clé dans la capacité à se fendre et la qualité de la fibre fendue.3

Le tissu de Freudenberg a été commercialisé sous le nom d'Evolon® - à l'origine une tarte à 16 segments - et est le premier tissu microdenier réutilisable et durable disponible dans le commerce. La dernière version d'Evolon, une tarte à 32 segments, est une structure étonnante qui offre une surface lisse et uniforme idéale pour les applications d'impression.

La taille des fibres après séparation dépend du diamètre de la fibre d'origine, du nombre de segments et des paramètres de filage. Il y a quelques limites à la structure segmentée du secteur. Cependant, les fibres en forme de coin formées lors de la séparation ont tendance à se tasser de manière dense, et cela peut souvent conduire à une faible résistance à la déchirure. Une structure hybride composée de deux fibres bicomposantes ou plus peut conduire à une plus grande perméabilité et une plus grande résistance à la déchirure. L'une de ces structures est le non-tissé durable Madeline produit par la société turque Mogul Co. Ltd.

Les microfibres spunbond sont également formées en éliminant l'un des composants d'une structure à deux composants à l'aide de solvants caustiques et autres. La section transversale la plus couramment utilisée est celle des îles dans la mer, où la mer est retirée en laissant les îles derrière. Lorsque le nombre d'îlots augmente, la taille des fibres résultantes diminue. Étant donné que cette méthode nécessite l'élimination d'un composant, il existe souvent des problèmes environnementaux ainsi que des coûts supplémentaires en raison du processus d'élimination et du gaspillage du polymère marin. De plus, le défi avec ces structures est que les îles ont tendance à rester regroupées.

Les non-tissés en microfibre sont utilisés dans les produits en daim et en cuir, les lingettes durables et les composants automobiles tels que les garnitures de toit, mais ont peu progressé dans les applications de vêtements techniques durables et lavables. Cela s'explique en partie par le fait que les tissus microdeniers manquaient jusqu'à présent de drapé et d'étirement adéquats et qu'ils sont difficiles à teindre - ils ne peuvent pas produire de nuances profondes.

Il y a eu un certain nombre de tentatives pour surmonter les défauts des non-tissés durables à microdeniers et à fibres discontinues existants, qui ont abouti à un certain nombre de nouveaux développements. Ci-dessous, un aperçu de l'avenir et de ce que certaines nouvelles technologies peuvent offrir dans une structure non tissée durable.

Structures avec super transport d'humidité . Des produits tels que Coolmax®, 4DG et d'autres structures utilisent la forme des fibres comme moyen de créer une capillarité pour un transport rapide de l'humidité.

Coolmax® est essentiellement une fibre plate avec une finition de surface supérieure pour permettre le transport de l'humidité. En raison de sa forme, il se tasse également différemment des fibres rondes, ce qui entraîne une plus grande capillarité.

La fibre 4DG (Deep Grooved) développée à l'origine par Eastman Chemical Co., Kingsport, Tennessee, et Procter & Gamble Company (P&G), basée à Cincinnati, est formée en contrôlant la forme des filières et, par conséquent, les fibres sont normalement plus grandes que ce qui est couramment utilisé dans les vêtements, et non idéal pour les applications de vêtements techniques, sauf s'il est utilisé dans une structure mixte.

Une nouvelle structure émergente est connue sous le nom de fibre ailée ou fibre à nano-canaux (voir figure 4).4 Bien qu'elle ait été créée à l'origine pour être utilisée dans un non-tissé spunbond, les filaments ou même les fibres discontinues peuvent facilement être utilisés dans des Coolmax et d'autres structures similaires sont utilisées. Ici, les filaments sont formés comme une fibre bicomposant où le composant ailé est enveloppé par une gaine sacrificielle à peu près la même que les îles dans la mer. La forme est contrôlée par la conception du spinpack et non par la filière.

Par conséquent, des fibres aussi petites que 1 denier ou moins sont possibles et avec une densité inférieure à 0,7 gramme par centimètre cube, ces fibres peuvent être légères, offrir une gestion de la chaleur et de l'humidité comme aucune autre fibre. Avec cette technologie, les fibres sont formées dans le produit final et une étape de finition enlève la gaine sacrificielle pour libérer les fibres ailées. Les fibres ne s'interdigitent pas, mais restent séparées, ce qui améliore la perméabilité et la capillarité. Les fibres peuvent atteindre une surface spécifique de 20 mètres carrés par gramme (m2/g) contre 0,2 m2/g pour une fibre ronde de même taille.

La structure des non-tissés à base de fibres ailées est durable, drapable et constituera un composant intéressant dans les vêtements de sport (voir figure 5). Qu'il s'agisse d'un tissu tricoté, tissé ou non tissé, la surface élevée se traduira par une absorption beaucoup plus rapide et, par conséquent, pour les applications à même la peau nécessitant une gestion de l'humidité, cette structure peut offrir des performances inégalées.

Notez que les structures fabriquées avec des fibres telles que la fibre ailée peuvent également être utilisées pour former des lingettes, des filtres et des produits en daim et en cuir durables.

Structures micro et nanofibres à haute résistance . Les non-tissés ne sont pas nécessairement connus pour leur résistance car ils ont tendance à être associés à des produits jetables. Cependant, des non-tissés performants sont utilisés pour stabiliser des structures telles que des routes et des remblais, bien qu'ils soient souvent lourds et pas nécessairement drapables.

On a récemment découvert que par des actions mécaniques - cisaillement et hydroenchevêtrement - les fibres des îles dans la mer peuvent être fibrillées (voir Figure 6).5-6 Si le composant marin est fracturé et fibrillé, la mer reste dans la structure non seulement ce qui rend le processus plus économique et respectueux de l'environnement, mais les éléments marins fracturés/fibrillés enveloppent les fibres et peuvent agir comme un liant lorsqu'ils sont fondus.7

Cela permet la formation de structures composées de fibres submicroniques qui sont supérieures en termes de résistance à la déchirure et à la traction et aux propriétés d'abrasion, et offre des propriétés difficilement réalisables.8 En tant que substrat enduit, elles peuvent être formées en abris, tentes et auvents. 9 La figure 7 montre une tente pleine grandeur récemment livrée à la base aérienne de Tyndel.

L'impression textile à grande vitesse va changer la donne pour l'industrie textile traditionnelle ainsi que pour l'industrie des non-tissés. La réduction des SKU et la possibilité de faire de la personnalisation de masse et de l'impression à la demande vont changer l'industrie textile telle que nous la connaissons. Les non-tissés durables trouveront également probablement leur place dans les domaines plus traditionnels des textiles où les non-tissés durables imprimés remplaceront de nombreux textiles tels que nous les connaissons. La nouvelle génération d'Evolon, le tissu Madeline et les nouvelles structures de tissu émergentes utilisant la fibre ailée ou les îles fibrillées dans la mer démontrées par The Nonwovens Institute, Raleigh, Caroline du Nord, changeront la donne à cet égard.

Les tendances macro en matière de durabilité entraîneront de nouvelles innovations majeures en matière de produits et de processus dans les non-tissés. En outre, de nouveaux développements dans les non-tissés durables pourraient émerger en tant que prochaine génération de textiles techniques pour de nombreuses applications critiques. Ces structures sont également solides et possèdent une surface nettement plus élevée que les tissus existants qui permettront des fonctionnalités qui ne sont pas disponibles aujourd'hui.

Notez que certains des développements peuvent également avoir un impact sur les tissés et les tricots, car les technologies de fibres développées pour les nouveaux non-tissés peuvent facilement être transformées en filaments et en fibres discontinues pouvant être utilisées pour fabriquer des tissus tissés et tricotés, formant la base de la prochaine génération de vêtements techniques. tissus.

Cependant, les non-tissés émergents ne seront pas les non-tissés de votre père et seront différents des non-tissés utilisés aujourd'hui. L'avenir des non-tissés s'annonce intéressant et potentiellement très enrichissant. Le salon IDEA du mois de mars mettra en lumière certaines de ces nouveautés.

Les références:

1 Groten, R., Grissett, G. "Advances made in Micro-Denier Durable Nonwovens", Présenté à TechTextil, 29 mars 2006, Atlanta, Géorgie, États-Unis

2 Nakajima, T, Advanced Fiber Science, Woodhead Publishing Limited, 1992, pp 108-109.

3 Durany A, Anantharamaiah N, Pourdeyhimi B, "Non-tissés en micro et nanofibres produits au moyen de fibres fibrillantes/fracturantes Islands-in-the-Sea" (2009) J Mater Sci 44(21):5926

4 Fibres et textiles à grande surface fabriqués à partir de la même, brevet américain 8,129,019

5 Nagendra, A., Verenich, S., Pourdeyhimi, B., Tissus non tissés durables via la fracturation des filaments bicomposants des îles dans la mer. JEFF, Volume 3, Numéro 3, 2008

6 Fedorova, N; "Enquête sur l'utilité de la technologie des fibres bicomposantes des îles dans la mer dans le processus de filage", (2007) Dissertation, Fiber and Polymer Science, North Carolina State University

7 Tissus micro et nanofibres par fibrillation des îles dans les fibres marines, brevets américains 7,981,226 et 8,420,556

8 Tissus durables à haute résistance produits par fibrillation de fibres multilobes, brevet américain 7,883,772

9 Fedorova, N; Pourdeyhimi, B. Non-tissés à base de microfibres et de nanofibres de nylon haute résistance via spunbonding, Journal of Applied Polymer Science, 2007, Vol. 104, 3434

Janvier/Février 2019