TEXTILE A MEMOIRE DE FORME ET PROCEDE POUR SA REALISATION, AINSI QUE SON UTILISATION

Abstract

 La structure textile tricotée est réalisée par technologie maille chaîne ou Rachel comportant des fils ou des bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme (103, 104), insérés en sens production, liés entre eux par tricotage au moyen de fils textiles de nature différente (101), lesdits fils réalisés en matériau à mémoire de forme demeurant sensiblement rectilignes au sein de la structure.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

[0001] L'invention concerne le domaine des textiles dit « intelligents ». Plus spécifiquement, elle concerne les textiles à mémoire de forme, c'est-à-dire, constitués d'une structure réalisée en un matériau souple adaptable susceptible de modifier sa forme de façon réversible en réponse à une sollicitation de l'environnement. La nature de cette sollicitation peut être de nature diverse : thermique, mécanique, électrique, énergétique..... Le retour à l'état originel peut-être obtenu de façon spontanée par relâchement de la contrainte précédente ou de manière assistée par une action externe de nature thermique ou mécanique.

[0002] Ce textile est un hybride composé de fils ou bandelettes à mémoire de forme, disposés de façon rectiligne en sens travers et/ou en sens production, reliés par d'autres fils textile à mémoire de forme ou non.

[0003] L'invention a vocation à être mise en oeuvre notamment dans les domaines suivants : médical (prothèses, ...), bâtiment, automobile, mais également moulages domestiques ou industriels.

[0004] Il est destiné à obtenir une variation de forme dans les étapes d'utilisation du produit en fonction de la température ou de contraintes mécaniques auquel il est soumis selon les états martensitiques ou austénitiques du matériau à mémoire de forme. Les variations de forme résultent des propriétés super élastiques, également dénommées pseudo-élastiques dans la littérature, du matériau ou de l'effet de mémoire de forme simple ou double effet à la température.

[0005] L'invention concerne également un procédé pour la réalisation d'un tel textile. Il repose principalement sur l'utilisation de la modification de l'état physique du matériau à mémoire de forme par effet joule lors de chaque cycle de retournement de la trame.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE

[0006] Les matériaux à mémoire de forme sont connus à ce jour dans les applications militaires et aéronautiques, mais surtout dans les applications médicales, en particulier pour l'élaboration de stents cardiaques.

[0007] Le document FR 2 712 177 décrit un élément prothétique constitué d'un tissu résultant du tissage ou du tricotage de fils polyesters multibrins formant une structure aérée à mailles carrées ou rectangulaires, les fils polyesters pouvant être combinés avec des fils métalliques avec ou non une mémoire.

[0008] On connaît aussi les utilisations pour les applications optiques dans les montures de lunettes.

[0009] Les alliages à mémoire de forme sont des alliages possédant notamment la capacité de « garder en mémoire » une forme initiale et d'y retourner même après une déformation. Ils présentent ainsi la possibilité d'alterner entre deux formes préalablement mémorisées lorsque la température varie autour d'une température critique. Ils présentent en outre un comportement super élastique permettant des allongements sans déformation permanente, supérieurs à ceux des autres métaux.

[0010] Parmi les principaux alliages à mémoire de forme, on retrouve toute une variété d'alliages de nickel et de titane comme constituants principaux, en proportions presque égales. Le nitinol désigne de manière générique l'ensemble de ces alliages.

[0011] Dans le domaine textile, on a proposé l'utilisation de tels matériaux, par exemple dans le document EP 2 028 309. Ce document décrit une structure textile réalisées sur un métier à crochets comportant des fils à mémoire de forme intégrés en trame partielle, en vue de la réalisation de systèmes d'absorption de vibrations dans des matériaux composites, et en particulier pour la réalisation de casques de protection.

[0012] Ces textiles intégrant des fils à mémoire de forme ont des armures relativement complexes, impliquant pour les fils en question des rayons de courbure significatifs. De tels rayons de courbure limitent le diamètre du fil utilisable (environ 100 ou 200 micromètres maximum). Ces armures rendent également complexes l'utilisation de la caractéristique de mémoire de forme puisque les fils sont soumis à des cheminements tortueux et donc à de nombreuses contraintes mécaniques qui ne permettent pas de prédire la forme obtenue après croisement des fils sur le métier textile.

[0013] Par ailleurs un apprentissage ultérieur de forme, c'est-à-dire après réalisation du textile n'est pas possible en raison de la température nécessaire à un tel apprentissage (250 à 500°C), incompatible avec la température de fusion de la plupart des fibres textiles.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0014] L'invention vise une structure textile tricotée en technologie maille chaîne ou Rachel comportant des fils ou des bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme, insérés en sens production et éventuellement aussi en sens travers, et liés entre eux par tricotage au moyen de fils textiles de nature différente.

[0015] Dans l'armure textile, les fils à mémoire de forme conservent une disposition très proche d'une situation rectiligne en chaine, voire en trame. Cette disposition est obtenue par l'utilisation d'un trameur et passage en chaine directement sans maillage des fils. Les deux directions peuvent être utilisées simultanément.

[0016] Ainsi, des fils ou des bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme peuvent être insérés en sens production. Ils demeurent sensiblement rectilignes au sein de ladite structure et sont liés à la structure. De par la conservation d'une direction sensiblement rectiligne des fils ou bandelettes en matériau à mémoire de forme, on respecte l'état métallurgique dudit matériau, et corollairement, ses caractéristiques recherchées de mémoire de forme.

[0017] Le passage direct des fils à mémoire de forme, par exemple à la déroulée, et non à la défilée, réduit très fortement les contraintes mécaniques auxquels ils sont soumis, et permet ainsi de conserver les caractéristiques de mémoire de forme préalablement données audits fils.

[0018] Les fils à mémoire de forme peuvent-être réalisés en un alliage métallique de type nitinol (alliage Nickel-Titane) ou Cu-Ni par exemple ou composé de polymères spécifiques intégrant des nanotubes de carbone, par exemple, aptes à leur conférer des propriétés de mémoire de forme.

[0019] Ils sont constitués de fils proprement dits, de diamètre compris entre 50 micromètres et 5 millimètres, ou de bandelettes, dont la largeur est comprise entre 50 micromètres et 5 millimètres, et dont l'épaisseur est comprise entre 50 et 600 micromètres.

[0020] Les fils de liaison entre les fils rectilignes sont de nature textile. A titre d'exemple, on peut citer le polyester, le polyamide, le polyéthylène, le polypropylène, voire même les fibres de verre, de basalte, des fils métalliques, voire des fils à mémoire de forme plus fin que les fils principaux insérés en chaine et/ou en trame (typiquement 30 à 80 micromètres de diamètre).

[0021] En outre, le passage en direct permet l'utilisation de fils à mémoire de forme relativement rigide, typiquement des alliages de nitinol de 100 micromètres à 5 millimètres de diamètre ou plus, inutilisables dans d'autres conditions en raison justement d'un tel diamètre.
L'utilisation de fils minéraux ou métalliques permet aussi l'apprentissage de forme éventuellement postérieurement à l'élaboration du textile puisque ces fibres résistent aux températures très élevées nécessaire à cet apprentissage (150 à 500°C).

[0022] La présente invention permet d'obtenir une structure textile capable :

• soit de retrouver une forme après mise en place, par effet de super élasticité, c'est-à-dire capacité à retrouver une forme initiale après déformation importante dans la phase de mise en place ;
• soit de retrouver une forme sous l'effet de la température d'utilisation ;
• soit à adopter des formes différentes dans les différentes phases d'exploitation du textile, tel que par exemple pour un store de voiture ou de bâtiment

[0023] Ainsi, dans le premier cas (super élasticité), l'invention est susceptible d'être mise en oeuvre dans une application médicale d'implants pariétaux, et de manière générale d'implants médicaux ou chirurgicaux. L'implant peut être replié sur lui-même ou comprimé pour être introduit par un orifice réduit (coelioscopie) pratiqué par le chirurgien et retrouve sa forme dans la cavité abdominale. La même propriété de super élasticité peut être utilisée pour d'autres utilisations domestiques ou industrielles.

[0024] Dans le deuxième cas (effet mémoire simple sens lié à la température), l'invention peut par exemple, être mise en oeuvre également dans des utilisations médicales. La structure textile constitutive d'un implant retrouve une forme particulière à la température du corps humain. Dans des applications industrielles, l'invention est utilisée dans une plage de température donnée correspondant à la phase martensitique du fil.

[0025] Dans le troisième cas, l'invention trouve application dans le bâtiment ou l'automobile, notamment pour la réalisation d'un store. Celui-ci est enroulé et stocké sur un support (arbre) rectiligne, et lorsqu'il est déplié, il adopte une forme galbée ou autre forme prédéterminée épousant la forme du vitrage, en raison de la mémoire de forme qui lui a été conférée. Cette forme galbée résulte d'un retour à l'état martensitique ou de l'utilisation de la super-élasticité qui confère à la structure une certaine rigidité. La forme galbée est alors obtenue soit par mise en forme soit simplement par la pression mécanique exercée sur les bords du tissu ou complexe.

[0026] En outre, selon l'invention, la structure textile obtenue peut subir après son élaboration un apprentissage de forme double effet afin de lui conférer deux formes différentes à des températures différentes, typiquement entre 40 et 100°C et entre 120 et 260 °C. Ce faisant, elle est susceptible d'être mise en oeuvre pour la réalisation de moules de pâtisserie ou de moules industriels.
Ainsi, dans le cadre d'un moule de pâtisserie, celui-ci peut se refermer pour la cuisson, sous l'effet de la température et s'ouvre lors du refroidissement. L'effet inverse peut bien évidemment être obtenu lors de phases de congélation ou de surgélation.

[0027] Selon une variante, l'armure utilisée pour les fils de liage peut être de nature diverse, simple ou double tricot, deux ou trois barres, les fils de liage travaillant en chaînette simple aiguille, et en jetée sous deux aiguilles. Les fils à mémoire de forme sont introduits en trame sur tout ou partie du textile.

[0028] D'autres armures plus ou moins fermées peuvent être mises en oeuvre avec une densité de fils textile importante, donnant une structure fermée ou des structures plus ouvertes avec des fils textile en traversée diagonale.

[0029] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la structure textile peut également comporter des fils à mémoire de forme orientés sens chaîne intégrés en passage direct, parfois appelé cabestan dans l'une des armures précédemment décrites. Dans ce cas lesdits fils peuvent être intégrés sur cantre ou ensouple à la déroulée pour respecter la mémoire de forme éventuellement déjà donnée.

[0030] La structure textile tricotée de l'invention peut également comporter des zones munies de fils à mémoire de forme en trame et éventuellement cabestan et d'autres zones exemptes de ces fils de trame ou cabestan grâce à un enfilage particulier ou de par l'utilisation d'un trameur électronique programmable.

[0031] Le même processus peut être mis en oeuvre sur métier multiaxial pour obtenir une orientation des fils à mémoire de forme selon un angle de 20 à 80° par rapport à la direction principale de production.

[0032] Selon l'invention, le fil de liage est choisi dans le groupe non limitatif comprenant le type monofilament ou multifilament de polyester, de polyamide, de polyéthylène, de polypropylène ou de métal ou encore le verre ou tout autre matériau minéral (basalte par exemple) pouvant résister aux températures éventuellement élevés (250 à 500°C) d'apprentissage de forme des matériaux à mémoire de forme.

[0033] L'invention vise également le procédé de réalisation d'une telle structure. Ce procédé met en oeuvre la technologie maille jetée avec trameur ou la technologie Rachel multi-axiale.

[0034] Selon ce procédé, on peut appliquer aux fils ou bandelettes à mémoire de forme, notamment lorsqu'ils sont trop rigides pour permettre de leur imprimer un angle proche de 180° lors du retour de tramage, une tension électrique lors du retournement du trameur, provoquant un échauffement local uniquement entre deux électrodes et intégrés sur le piqueur de retournement ou la passette du trameur. Cet échauffement est très important et fait perdre au fil à mémoire de forme sa rigidité et éventuellement localement sa mémoire de forme, conférant alors une grande facilité de déformation du matériau. Cet échauffement est avantageusement pratiqué sur une zone variant de 0,15 à 5 cm environ à l'aide d'une double électrode sur ou à proximité du piqueur de retournement ou de la passette du trameur pour obtenir une déformation du fil pendant la phase de retournement.

[0035] Dans le cadre de l'invention, on peut en outre associer un « fleeze » ou voile à la structure ainsi réalisée. Ce « fleeze » ou voile peut être un non tissé, un tissé, un tissu de mailles ou encore un film plastique. Ce « fleeze » associé peut assurer une fonction technique, par exemple de filtration, de protection anti-insectes ou encore de séparation de milieux dans une application médicale ou industrielle par exemple. Les fils ou bandelettes à mémoire de forme permettent alors de maintenir la structure en place ou en forme. Il peut également être envisagé que l'activation de la mémoire de forme par passage à l'état austénitique assure une fonction particulière (nettoyage d'un filtre par exemple).

[0036] Comme déjà évoqué, le procédé de l'invention peut prévoir l'apprentissage de forme de la structure consécutivement à son élaboration, et notamment à haute température, typiquement comprise entre 150 et 500 °C, en raison de la nature des fils de liage alors utilisés (métalliques, verre, basalte).

[0037] En variante, le procédé de réalisation de l'invention met en oeuvre un métier double fonture. Au moins l'une des deux fontures présente les caractéristiques décrites en intégrant les fils à mémoire de forme selon les descriptions antérieures.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0038] La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées.

La figure 1 est une représentation schématique d'une structure textile tricotée obtenue sur un métier de type Rachel trameur.

La figure 2 est une représentation schématique d'une structure analogue à celle de la figure 1, mais avec insertion de fils à mémoire de forme à la fois en chaîne et en trame.

Les figures 3a et 3b illustrent une utilisation médicale de la structure textile de l'invention, respectivement en position repliée et dépliée.

Les figures 4a à 4c illustrent schématiquement l'utilisation de la structure textile de l'invention pour la réalisation d'un store pour toit panoramique d'un véhicule automobile.

La figure 5 est une illustration schématique du procédé de l'invention qui peut être appliqué pour permettre le retournement de trame par échauffement électrique.

La figure 6 est une représentation schématique d'une structure textile tricotée conforme à l'invention, mettant en oeuvre une autre armure.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

[0039] On a donc illustré en relation avec la figure 1 la structure textile, telle qu'obtenue avec la technologie Rachel, telle que par exemple avec un métier de type Karl Mayer ou Liba. On pourrait encore mettre en oeuvre la technologie crochets de type Comez, ou encore un métier de technologie chaîne.

[0040] En l'espèce, il s'agit d'une structure de fils de liaison 101 de type charmeuse, tricot, intégrant des fils 103 réalisés en matériau à mémoire de forme, et typiquement en nitinol, insérés en trame ou sens travers.

[0041] Les fils de liaison 101 sont de facture traditionnelle, et par exemple, réalisés en polyester.

[0042] Cependant, on peut choisir pour ces fils de liaison, des matériaux résistants à la température d'apprentissage du matériau à mémoire de forme des fils 103. Par exemple, ils peuvent être de nature minérale (verre ou basalte), ou métallique (acier inoxydable, nickel,...), et dans cette hypothèse, supporter des températures de traitement subséquent plus importantes, permettant alors à la structure textile obtenue par voie conventionnelle de subit un apprentissage de forme aux températures classiques d'apprentissage de forme des fils 103 entrant dans sa constitution.

[0043] La figure 2 illustre une variante de l'invention, dans laquelle les fils à mémoire de forme 103 et 104 sont orientés en sens chaine et en sens trame.

[0044] On a représenté en relation avec les figures 3a et 3b un exemple d'application de la structure textile de l'invention au titre d'un implant. La figure 3a montre l'implant en situation « repliée », propre à permettre sa mise en place ou son insertion dans un lieu déterminé par le praticien.

[0045] La figure 3b montre l'implant en place dans le corps humain, ledit implant ayant recouvré une forme prédéfinie, en l'espèce plane, sous l'effet de la température du corps humain, et par la mise en oeuvre des fils à mémoire de forme 303 et 303, orientés dans l'exemple décrit en sens chaine et en sens trame.

[0046] On a représenté en relation avec les figures 4a à 4c une autre application de la structure textile de l'invention, à savoir, la réalisation d'un store destiné à occulter sur demande, un toit panoramique, par exemple d'un véhicule automobile.

[0047] La figure 4a est une coupe du pavillon 405 de la voiture, sur laquelle on peut observer le store 406 occultant ou translucide en position. Ce store peut être stocké sur un arbre rectiligne 407, ménagé par exemple à l'aplomb de la lunette arrière dudit véhicule (voir figure 4c).

[0048] La figure 4b montre le principe de fonctionnement du store. Celui-ci, lorsqu'il est déroulé de l'arbre de stockage 407, adopte une forme galbée sensiblement parallèle au toit dudit véhicule, en raison de la mise en oeuvre des fils à mémoire de forme 403, qui, en raison des caractéristiques de super élasticité qu'ils développent, induisent le retour du store à une forme préalablement déterminée. Cette forme galbée peut également résulter de la rigidité propre des fils à mémoire de forme, de sorte qu'en raison de la présence de glissière 408, ménagées de part et d'autre du toit, le store adopte une telle forme.

[0049] La figure 5 est un schéma du trameur d'une machine de type Rachel ou crochet intégrant un dispositif de mise sous tension électrique locale du fil de trame.

[0050] La structure de fil de liage 501 schématisé ici par des traits fins parallèles, peut être une armure pleine ou ajourée. Elle intègre en trame des fils à mémoire de forme de type métallique 502. Le fil est distribué par le curseur en translation alternative muni d'une passette 504 pour le passage du fil 502.

[0051] Les piqueurs du trameur 503 maintiennent le fil et le rabattent par un mouvement de monte et baisse au moment de la formation de la maille pour intégrer la trame.

[0052] Au moment parfaitement adapté dans le cycle de la mise en place de la trame et pour une durée très précise liée à la résistance du fil et à la vitesse de la machine, une tension électrique est appliquée entre les électrodes 505 et 506 ou 505 et 507 afin de permettre la déformation locale du fil métallique à mémoire de forme en suite de l'effet Joule localement généré.

[0053] Cette déformation permet de réaliser le retour de trame du fil à mémoire de forme au delà d'un diamètre d'environ 200 µm, impossible sans ce dispositif, et en jouant sur la super-élasticité du matériau à mémoire de forme.

[0054] On a représenté au sein de la figure 6 une forme de réalisation de l'invention. Celle-ci vise notamment à illustrer l'orientation rectiligne des fils ou bandelettes à mémoire de forme 603 au sein du tricot ainsi défini, et dans l'objectif, comme mentionné précédemment, de respecter l'état métallurgique du matériau les constituant, et corollairement, de ses propriétés recherchées de mémoire de forme.

[0055] Dans cette structure, les fils maillants 601 et 602 forment un filet, alors que les fils à mémoire de forme 603 passent d'une chainette à l'autre par légère translation de la barre de guidage de ces fils.

[0056] Les fils à mémoire de forme 603 sont donc intégrés dans cette structure à la déroulée, puisqu'ils émanent d'un donneur de fil, de sorte que l'on évite les frottements et les échauffements susceptibles de les modifier.

[0057] Ce type de structure est parfaitement déformable comme peut l'être un filet à température ambiante, si ladite température correspond à l'état martensitique du matériau constitutif des fils à mémoire de forme 603. Lorsque l'on élève la température, pour atteindre l'état austénitique dudit matériau, en raison de l'effet mémoire de forme conféré auxdits fils, le filet tend à se refermer, lesdits fils redevenant rectiligne en raison de l'élévation de température. Si cependant, la température correspond à l'état austénitique du matériau, l'effet de super élasticité tend à maintenir le filet fermé, et tend en tout cas à s'opposer à son ouverture.

Revendications

1. Structure textile tricotée réalisée par technologie maille chaîne ou Rachel comportant des fils ou des bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme (103, 104, 303, 304, 403, 603), caractérisée :

• en ce que les fils ou bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme sont insérés en sens production,

• et en ce que les fils ou bandelettes sont liés entre eux par tricotage au moyen de fils textiles de nature différente (101, 601, 602), et en ce que lesdits fils ou bandelettes réalisés en matériau à mémoire de forme demeurant sensiblement rectilignes au sein de la structure.

2. Structure textile tricotée selon la revendication 1, caractérisée en ce que des fils ou des bandelettes (104, 304, 603) réalisés en matériau à mémoire de forme sont en outre insérés en sens travers, en ce qu'ils demeurent sensiblement rectilignes au sein de ladite structure et en ce qu'ils sont liés à la structure.

3. Structure textile tricotée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le diamètre des fils réalisés en matériau à mémoire de forme est compris entre 50 micromètres et 5 millimètres.

4. Structure textile tricotée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la largeur des bandelettes (103, 104, 303, 304, 403, 603) réalisées en matériau à mémoire de forme est comprise entre 50 micromètres et 5 millimètres, et en ce que leur épaisseur est comprise entre 50 et 600 micromètres.

5. Structure textile tricotée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les fils de liage (101, 601, 602) sont des fils mono- ou multi filaments, et sont réalisés en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyester, le polyamide, le polyéthylène, le polypropylène, les métaux ou une fibre minérale de type verre ou basalte.

6. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il met en oeuvre la technologie maille jetée avec trameur ou la technologie Rachel multi-axiale.

7. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'on associe un « fleeze » ou voile à la structure, ledit « fleeze » ou voile étant réalisé en un non tissé, un tissé, un tissu de mailles ou un film plastique.

8. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les fils de chaine et les fils de trame à mémoire de forme (104, 304, 603) sont chauffés dans la phase du retour de tramage, par application localisée d'une tension électrique apte à induire par effet Joule un échauffement local dudit fil.

9. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'application de la tension électrique est réalisée au moyen de deux électrodes intégrées sur le piqueur de retournement ou dans la passette du trameur du métier chaine ou Rachel.

10. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écartement des deux électrodes au niveau de leur zone de coopération avec le fil à mémoire de forme est compris entre 0,15 et 5 cm.

11. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la structure textile obtenue subit après son élaboration un apprentissage de forme à haute température entre 150 et 500°C.

12. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il met en oeuvre un métier double fonture, l'une des deux fontures au moins intégrant des fils à mémoires de forme selon l'une des caractéristiques décrites.

13. Procédé pour la réalisation d'une structure textile tricotée conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la structure textile obtenue subit après son élaboration un apprentissage de forme double effet afin de lui conférer deux formes différentes à des températures différentes, typiquement entre 40 et 100°C et entre 120 et 260°C.

14. Utilisation de la structure textile tricotée conforme à l'une des revendications 1 à 5 pour la réalisation de produits choisis dans le groupe comprenant les implants médicaux ou chirurgicaux, les stores pour l'automobile ou pour l'habitation, les moules, notamment de pâtisserie ou industriels.

Dessins