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Etude réalisée en collaboration avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Gemtex), Ecole Nationale Supérieure des arts et Industries Textiles (ENSAIT), à la demande de la Sté EUROPÉENNE de la MAILLE et des TISSUS TECHNIQUES (BUGIS TISSUS TECHNIQUES).

ATTENTION DANGER !!!

Le marché de la fibre haute performance est un marché porteur en constante hausse annuelle.

La production de fibres para-aramides représente en 2000 environ 55% du volume mondial total de fibres à hautes performances mécaniques, la même évolution est prévue en 2001 : soit 10% d’augmentation annuelle.

Néanmoins ce secteur doit tout de même faire face à certaines restrictions dues notamment à des difficultés économiques et techniques.

Dans ce contexte, de nombreux filateurs et recycleurs ont décidé de traiter les déchets et résidus d’aramides produisant ainsi de la matière apparemment équivalente pour un prix au kilo de l’ordre de 50% moins cher que les para-aramides de premier choix.

Cependant à l'instar de nombreuses entreprises de protection individuelle, et utilisant ces para-aramides de premier choix nous avons perdu des marchés importants face à des concurrents commercialisant des articles en aramide recyclé et vantant des propriétés identiques à celles d’aramide noble.

Or, d’après les statistiques des mutuelles allemandes (source HVBG) par exemple, de nombreux accidents de travail durant l’année 2000 ont eu lieu avec des vêtements de protection confectionnés en aramide recyclé et n’ayant pas été à la hauteur des performances exigées.

Dans cet article, nous comparerons et discuterons de certaines propriétés mécaniques et thermiques de deux para-aramides 1^er choix : Kevlar® (DuPont de Nemours) et Twaron® face à un para-aramide de second choix, ou « sans marque », et un para-aramide régénéré.

- Para-aramide de second choix c’est-à-dire présentant un défaut de longueur de coupe de fibres et/ou d’ensimage par rapport au premier choix, filé de fibres 1/14 Nm (71 Tex).

- Para-aramide régénéré par effilochage 1/14 (71 Tex). Le principe de la régénération est le suivant : les déchets sont récupérés au niveau de diverses entreprises utilisant du para-aramide. Ils subissent une ouvraison très dure de la matière pour en récupérer des fibres relativement courtes qui sont ensuite filées pour obtenir un fil d’aramide régénéré .

Les échantillons de tricot testés sont produits au laboratoire GEMTEX à l’ENSAIT et la contexture retenue est le point de Rome (Figure 1).

Cette structure a été choisie car elle présente des poids au mètre carré et épaisseur importants. En effet, une masse surfacique élevée de l’ordre de 1000g/m² dans notre cas, permet de diminuer l’erreur dans la mesure de perte de poids au calorimètre à cône (cf. ci-après). Il en est de même pour le paramètre d’épaisseur du tricot vis-à-vis des tests à la coupure effectués. Le métier à tricoter utilisé est un métier Jacquard électronique Shima Seiki de type SES122FF de telle manière à contrôler tous les paramètres de tricotage et donc avoir un tricotage parfaitement reproductible. De ce fait, seul le paramètre fil est ici analysé et comparé. A ce sujet le nombre de fils tricotés est de 4 pour une finesse de Nm 1/14 et de 8 pour Nm 1/28 pour s’approcher de Nm 3 : le titrage maximum accepté par le métier.

Cette norme de coupure par tranchage est incluse dans la norme « gants de protection contre les risques mécaniques ». Cette norme modélise et évalue la résistance d’un tricot à des lames tranchantes (arme blanche, scie à ruban, tronçonneuse…). Ce test a été choisi pour notre étude comparative étant donné la large diffusion des tricots en para-aramides dans le domaine de la protection individuelle. L’aspect anti-coupure nous paraît donc comme étant une caractéristique significative de la performance d’un tricot c’est-à-dire, dans notre cas, la performance du fil tricoté.

Les tests ont été réalisés à l’aide du Couptest (Figure 2) commercialisé par la société SODEMAT de Troyes.

La figure 3 montre les comportements des quatre tricots à la coupure. On peut observer que l’ordre de grandeur de l’indice de coupure se situe autour de 18-20. La norme établit un classement par niveau (1 à 5) et le passage entre la classe 4 et 5 est la valeur 20 pour l’indice de coupure. Dans ce cas, seul le Kevlar® permet au point de Rome de passer la classe 5. Les trois autres para-aramides sont équivalents en ce sens qu’ils confèrent au tricot une classe 4, cependant très proche de la classe 5 et du niveau atteint par le tricot Kevlar®.

La protection individuelle contre les contraintes mécaniques abrasives est assurée principalement sur le marché par des articles conçus à partir de para-aramides. C’est pourquoi le test à l’abrasion nous a semblé comme révélateur en terme de comparaison des quatre matériaux testés. Le matériel utilisé est un Martindale de type 325 à six têtes de travail indépendantes. L’abrasif utilisé est du papier de verre grade 100, très agressif et prescrit pour les tricots techniques.

Le test montre que contrairement à la résistance à la coupure, dans ce cas, les comportement ne sont pas les mêmes. En effet, le meilleur comportement est celui du Kevlar® qui présente une perte de poids, due à l’abrasion, de 30% au bout 2500 cycles. Ensuite viennent le Twaron® et l’aramide second choix qui ont une résistance à l’abrasion moindre : respectivement 44% et 37% de perte de masse après 2000 cycles. Finalement la matière la moins performante est le tricot à base d’aramide régénéré qui résiste à deux fois moins de cycles que le tricot Kevlar®.

La mauvaise performance du tricot aramide régénéré était prévisible. En effet, le fil d’aramide régénéré fibrille beaucoup plus à cause de la régénération subies par les fibres, les fibrilles et les aspérités s’accrochent beaucoup plus à l’abrasif.

En terme de résistance à l’abrasion, le Kevlar® ressort vainqueur et l’aramide régénéré grand perdant. Le Twaron® et l’aramide second choix ont des performances se rapprochant du Kevlar® mais à un niveau en dessous.

Les expériences ont été effectuées au CREPIM (Centre de Recherche et d’Etude sur les Procédés d’Ignifugation des Matériaux, Pas de Calais, France).

Tous nos tests ont été effectués avec une irradiance de 75 kW/m² (condition de post flash-over), ce qui correspond à une température d’environ 900°C.

Ce dispositif permet de mesurer de nombreux paramètres parmi lesquels nous avons retenu le débit calorifique, en kW/m², dégagé lors de la combustion du matériau (noté ultérieurement RHR pour Rate of Heat Release) (Figure 7).

Comme nous pouvons le constater les quatre courbes ont une allure identique. Tous les pics de RHR sont compris entre 225 et 240 kW/m², c’est-à-dire quasiment égaux puisque nous nous trouvons dans la marge d’erreur de l’appareil (10% de la mesure). Cependant le point à souligner est le fait que le tricot en aramide régénéré ait un temps d’ignition de 6 secondes alors que les autres tricots s’enflamment entre 24 et 25 secondes, c’est-à-dire quatre fois plus tardivement. Le tricot à base d’aramide régénéré abaisse donc fortement le temps d’ignition par rapport aux autres tricots, ceci n’étant évidemment pas de bonne augure pour une application en protection individuelle.

Cette différence de comportement est principalement due au procédé de régénération. En effet lorsque le recycleur reçoit les déchets de tricots, de fils, ceux-ci contiennent beaucoup d’impuretés notamment des fibres étrangères telles que le coton (Figure 8). De plus, le processus de recyclage est très agressif pour la matière (ouvrage violent de la matière) ce qui entraîne une fibrillation importante des fibres régénérées facilitant d’autant plus leur ignition (effet de mèche).

Evaluation empirique de l’aptitude à la barrière thermique avec un épiradiateur :

Afin d’avoir une idée des performances d’un tricot en terme de barrière thermique, nous avons décidé de monter un dispositif constitué d’un épiradiateur en porcelaine, de thermocouples reliés à un ordinateur et d’un système rudimentaire de fixation du tricot à tester.

Nous avons testé les quatre types de tricots. Nous présentons ici, seulement les résultats du point de Rome en Kevlar® et de celui en aramide régénéré car les résultats avec le Twaron® et l’aramide second choix sont similaires à ceux du Kevlar®.

L’évaluation de la barrière thermique sur le tricot en Kevlar® montre que le tricot permet d'isoler jusqu'à 170°C à une température de surface T₁ d'environ 350°C (courbe rouge).

D’autre part nous observons qu’avec le tricot en aramide régénéré (courbe verte), la différence de température est quasiment équivalente (160°C à T₁=370°C à l’épiradiateur). Par contre on remarque que la différence de température entre T₁=100°C et T₁=300°C, est 45°C supérieure en moyenne pour le tricot en Kevlar® que pour celui en aramide régénéré.

Une analyse thermogravimétrique montre, grâce à un palier d’une heure à 300°C, le comportement de nos matériaux en isotherme. Ce palier est atteint en 6 min grâce à une rampe de 50°C/min. Ce test simule un choc thermique tels que ceux auxquels doivent faire face certains vêtements de protection. On observe une différence entre les deux courbes du graphes (cf. graphe ci-dessous).

En conclusion, un tricot en aramide régénéré se dégradera plus rapidement qu’un article fait en Kevlar® lors d’un choc thermique important.

Nous avons décidé d’évaluer le taux en fibres type cellulosique et laine présentes dans le fil d’aramide régénéré. En effet, seuls ces types de fibres sont identifiables dans notre cas. Pour les fibres chimiques de type poly(ester) ou poly(amide) les solvants à utiliser sont de type polaire autrement dit, pouvant dégrader également la fibre de para-aramide. Cependant les fibres étrangères majoritairement présentes dans ce type de fils sont celles de types laine et/ou cellulosiques, notre test donne donc un chiffre proche de la teneur totale en fibres étrangères.

Cette étude nous a permis de mettre en évidence les différences de performance entre quatre types de para-aramides commerciaux ; deux principaux groupes, comme nous pouvions l’attendre, sont apparus :

Le premier groupe étant celui composé des fils de Kevlar®, Twaron® et aramide second choix (pour rappel : fils d’aramide premier choix présentant un défaut de longueur de fibres et/ou d’ensimage). Le second composé uniquement du fil d’aramide régénéré.

Les différences de comportement, et donc l’apparition de ces deux groupes, sont à la fois d’ordre thermique et mécanique. En effet nous avons vu précédemment que si les performances sont comparables en coupure, les performances à l’abrasion des matériaux testés ne sont pas équivalentes. En effet l’aramide régénéré possède une résistance abrasive beaucoup plus faible que les trois autres para-aramides. Nous avons également vu que la résistance thermique de produits en aramide régénéré est limitée par rapport aux aramides second choix, Twaron® et Kevlar® ; et par conséquent augmente la probabilité d’accident dans les métiers où le risque d’exposition à de fortes températures est présent.

Après une telle étude, il faut espérer que les fabricants d’articles de protection individuelle, utilisant de l’aramide régénéré en vantant des performances à la hauteur des para-aramides les plus chers, prendront leur responsabilité…

Danger pour la protection que vous croyez donner,
Danger pour tromperie,
Danger pour fraude,
Danger pour des poursuites éventuelles,
Danger parce que vous croyez être de bonne foi,
Danger pour votre image de marque,
Danger pour les idées reçues,
Danger pour une économie bien mal pensée...

En toute bonne foi, vous croyez protéger vos personnels et les individus avec un produit à base de fibres régénérées parce que vos fournisseurs vous l'ont certifié, l'avez-vous vérifié?

Jusqu'à présent nous avions la même démarche, mais cela ne nous suffit plus.

La volonté de baisser les coûts de production ne peut en aucun cas se substituer à celle de protéger efficacement l’intégrité physique de l’individu.