Fibres, textiles et non-tissés en filtration

Le marché de la filtration comprend une vingtaine de segments de marché variés offrant tous des opportunités aux producteurs de textiles techniques.

Par Edward C. Gregor

Les textiles techniques jouent un rôle majeur et rentable dans les médias de filtration. Une grande variété de fibres, de fils dref, de tissus non tissés, de tissus tissés multifilaments et monofilaments et, dans certains cas, de mélanges ou de combinaisons de plusieurs des éléments ci-dessus, sont utilisés dans les applications de filtration. Dans cet article, les montants en dollars sont pour l'Amérique du Nord spécifiques aux médias de filtration en fibres, textiles et non tissés dans le marché global de près de 2 milliards de dollars. Les médias de filtration remplissent un grand nombre d'utilisations spécifiques ainsi qu'un nombre écrasant de niches plus petites qui, lorsqu'elles sont combinées, permettent une croissance globale à un taux supérieur au taux de croissance du produit intérieur brut (PIB) de nombreux pays développés.

La croissance est motivée par de nombreux facteurs, souvent menés par des actions législatives et des lois des gouvernements et agences mondiaux, nationaux, étatiques, régionaux et locaux pour un environnement plus propre. En bout de ligne, la législation a été le meilleur ami de la filtration. Non moins importante, la filtration est largement utilisée pour assurer la qualité des produits de nombreux produits manufacturés, des produits chimiques aux produits pharmaceutiques et de nombreux autres produits manufacturés.

Les tissus de filtration non tissés sont l'un des segments de marché les plus importants de l'industrie des non tissés et sans doute l'un des plus rentables. "L'industrie de la filtration connaît une bonne consolidation, à tous les niveaux, avec une activité considérable de fusions et acquisitions au cours des dernières années", a déclaré Brad Kalil, directeur des études de marché et des statistiques de l'Association de l'industrie des tissus non tissés (INDA), basée à Cary, en Caroline du Nord.

Ce segment utilise des polymères artificiels et des fibres inorganiques pour produire les filtres. Le polyester et le polypropylène dominent ; avec du nylon, de la fibre de verre, des méta-aramides, des polymères fluorés et du sulfure de polyphénylène (PPS) et d'autres polymères également utilisés en raison de leurs propriétés particulières. En plus de ces fibres, un polymère durable et renouvelable produit par NatureWorks LLC, basé à Minnetonka, dans le Minnesota, commence à trouver sa place sur le marché de la filtration. « Les fibres renouvelables Ingeo™ PLA [acide polylactique] sont utilisées dans des volumes croissants où l'on trouve des filtres jetables tels que des tissus spunbond et meltblown dans des sacs d'aspirateur ainsi qu'une large gamme d'applications de performance, y compris des filtres à café et à thé », a déclaré Robert Green, directeur commercial mondial, Fibres et non-tissés, NatureWorks. "D'autres non-tissés, comme les nanofibres PLA, présentent une cohérence de traitement exceptionnelle, une gamme de capacités de charge et un meilleur développement de la structure non tissée offrant une perte de charge plus faible."

Les quatre tissus synthétiques non tissés les plus utilisés sont :

Dans les deux derniers formats, les fibres sont formées in situ directement à partir d'un polymère fondu créant des tissus non tissés sans l'utilisation de fibres préexistantes. Les non-tissés Airlaid sont formés à partir de fibres courtes et/ou de pulpe de bois. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un véritable non-tissé, les "fils" filés Dref sont un type de support spécialisé qui contourne le format des produits en rouleau. Les fils Dref volumineux sont directement enroulés autour d'un noyau central d'un tube de cartouche pour former ce que l'on appelle des cartouches enroulées. « Nous produisons des fils pour cartouches bobinées depuis plus de 25 ans, un support fibreux important pour un grand nombre d'utilisateurs », a déclaré Gilbert Patrick, président de Patrick Yarns, basé à Kings Mountain, en Caroline du Nord, un important fournisseur de fils dref.

Les non-tissés les plus utilisés en termes de chiffre d'affaires sont les tissus aiguilletés généralement fabriqués à partir de polyester, mais parfois de polypropylène et d'autres fibres polymères, notamment les méta-aramides et le PPS. Des tissus non tissés lourds dans la gamme de 14 à 22 onces par mètre carré (oz/yd2) sont utilisés dans les filtres à manches pour capturer les particules émises dans les centrales électriques au charbon et les multiples contaminants dans les installations industrielles avant de s'échapper dans l'atmosphère ou un environnement de travail. Les sacs en tissu liquide fabriqués à partir de feutres aiguilletés sont souvent de l'ordre de 8 oz/yd2 et éliminent les particules des flux liquides et servent souvent de préfiltres dans une grande variété d'industries, y compris le traitement chimique et les processus de travail des métaux.

Les tissus Spunbond sont beaucoup plus légers et se situent dans la gamme de 0,5 à 4 oz/yd2. Généralement, ces non-tissés sont fabriqués à partir de polyester, de polypropylène et de nylon ; et se trouvent dans de nombreuses applications courantes, y compris les séparateurs de support plissé pour les cartouches à membrane microporeuse, les systèmes de refroidissement et les filtres de piscine et de spa. Les spunbonds sont disponibles auprès de nombreux fournisseurs, notamment Avanti basé à Cranbury, NJ, Berry Plastics basé à Evansville, Ind. et Cerex Advanced Fabrics Inc., Cantonment, Floride.

« Les tissus en nylon filé-lié de Cerex Advanced Fabrics offrent aux producteurs de filtres un substrat de support plus fin, plus solide et plus uniforme qui peut résister aux températures élevées, aux pulsations du système et aux attaques chimiques », a déclaré Jim Walker, président et chef de la direction de Cerex. "Le nylon permet des conceptions de filtres avec plus de plis offrant une plus grande surface de filtre, ce qui réduit la chute de pression et augmente la capacité de rétention de la poussière, tout en offrant une excellente durabilité pour les intervalles d'entretien plus longs d'aujourd'hui."

Les tissus soufflés à l'état fondu sont produits en volumes assez importants sous forme de rouleaux et se retrouvent à la fois dans l'air et dans plusieurs produits de filtration de liquide en raison de leur grande capacité de rétention de la saleté. Au cours des 25 dernières années, les cartouches de liquide soufflé à l'état fondu - également appelées cartouches filées par pulvérisation - où les fibres sont déposées sur un mandrin rotatif semblable à un tour et finies en cartouches de 3 pouces de diamètre sur 10 pouces de long en une seule étape processus sont devenus plus courants. Les cartouches Meltblown évitent l'utilisation de produits en rouleau et ont tendance à être moins coûteuses en raison de leur processus de fabrication efficace.

Filtration Technology Corp. (FTC), basée à Houston, produit des filtres en platine capables de contenir des quantités extrêmement importantes de contaminants à l'aide de tissus non tissés. "FTC fournit des filtres à liquide dans de nombreuses configurations, mais aucun n'est comparable à nos filtres de la série Platinum, qui peuvent retenir jusqu'à plusieurs centaines de livres de contaminants", a déclaré Chris Wallace, vice-président de FTC. "Le motif de plis unique de notre technologie brevetée Platinum maximise la surface du média dans un récipient sous pression, ce qui réduit les débits et augmente la capacité de chargement des contaminants par cartouche filtrante. La technologie Platinum offre à nos clients une durée de vie en ligne plus longue, ce qui se traduit par des coûts de filtration directs inférieurs, des coûts de maintenance réduits et des temps d'arrêt minimaux. Une autre caractéristique de cette technologie est la flexibilité d'offrir la technologie à un large éventail d'applications et de marchés, puisque nous pouvons utiliser n'importe quel tissu non tissé ou humide dans ce motif de plis unique."

Les non-tissés en nanofibres sont l'une des technologies les plus récentes en matière de médias filtrants. Des fibres fines de taille nanométrique sont ajoutées dans des poids allant de 1 à 2 grammes par mètre carré à la surface des non-tissés lourds par voie humide et filés-liés. Les filtres plissés sont destinés à collecter les particules fines sur la surface amont du média composite. À ce jour, cette technologie s'est largement limitée à la filtration de l'air dans des cartouches de dépoussiérage ou des filtres d'admission d'air de moteur destinés à être utilisés dans les automobiles et les camions. « Un grand fournisseur de produits de filtration hautement diversifié comme Clarcor utilise pratiquement tous les tissus imaginables, en particulier les non-tissés mélangés synthétiques et/ou cellulosiques, dans une large gamme de produits allant de la production d'électricité au transport, au pétrole et au gaz, à l'air résidentiel, ainsi qu'au traitement de l'eau et des eaux usées et bien d'autres », a déclaré Leonard Castellano, ingénieur en chef au centre d'innovation de Clarcor, basé à Franklin, au Tennessee. "Il n'y a pratiquement pas d'industrie que nous touchons qui n'utilise pas de textiles, de non-tissés, de constructions en microfibres à nanofibres sous une forme ou une autre." Fait intéressant, Parker Filtration a récemment fait une offre pour acquérir Clarcor - Clarcor est devenu plus tôt cette année le nouveau propriétaire de FibeRio Technologies, un producteur d'équipements en nanofibres.

Les médias de filtration Wetlaid sont fabriqués sur des équipements de fabrication de papier standard. Le processus utilise généralement des fibres synthétiques, en fibre de verre et/ou cellulosiques raccourcies, y compris des mélanges que l'on trouve sur les marchés des lubrifiants, de l'huile et des filtres d'admission d'air moteur courants dans les véhicules automobiles et les camions. L'air HEPA/ULPA et de nombreux laboratoires utilisent des filtres fabriqués à partir de micro et macro fibres de verre par voie humide, tout comme les filtres hydrauliques, qui sont souvent combinés avec un tissu de support non tissé spunbond.

Les fibres de polyester et de liant polyester Wetlaid sont utilisées comme support - support - tissus pour les membranes dans les processus d'osmose inverse (RO), de nanofiltration et d'ultrafiltration (UF) et les conceptions de modules en spirale. Les principaux fournisseurs de substrats sont AWA Paper, basé au Japon, et Neenah Paper, basé à Alpharetta, en Géorgie. Les supports de membrane sont hautement spécialisés et doivent résister à une pression élevée du système, reposer parfaitement à plat sur toute la largeur du tissu et ne pas avoir de fibres permanentes qui peuvent pénétrer une membrane enduite recouvrant ainsi la surface du substrat.

Les tissus monofilaments sont principalement fabriqués à partir de polyester ou de nylon avec d'autres polymères utilisés en plus petits volumes. Les fils varient en diamètre de 20 microns fins à 1 000 microns grossiers, selon l'application. Les coûts de tissu sont liés à la taille du fil et au nombre de fils par pied carré. Les tissus ont tendance à être utilisés dans les filtres de surface et sont capables de filtrer ou de tamiser les particules d'une taille définie. Les applications incluent les filtres médicaux utilisés en chirurgie à cœur ouvert, les filtres de transmission automobile, les filtres de climatisation et d'injection de carburant, les filtres utilisés comme tamis dans le traitement de la farine et du blé, ainsi que les tissus lourds utilisés comme courroies de déshydratation des boues. En Amérique du Nord, la taille du marché approche les 80 millions de dollars et est proche de 200 millions de dollars dans le monde. Parmi les principaux fournisseurs mondiaux de tissus filtrants monofilaments figurent la société suisse Sefar AG et la société italienne Saati SpA

L'industrie textile ne considère normalement pas les toiles métalliques et autres textiles métalliques au sens traditionnel, mais ce produit est étroitement lié aux textiles traditionnels et est utilisé comme média de filtration alternatif, en particulier dans les applications où des tissus monofilaments tissés de précision sont utilisés. Les toiles métalliques de précision sont tissées principalement par des fournisseurs basés en Europe, notamment G. Bopp & Co. AG, basé en Suisse, et Haver & Boecker OHG, basé en Allemagne. Les constructions de non-précision ont tendance à venir d'Asie. Le tissu métallique d'origine asiatique est souvent utilisé lorsque les pressions d'écoulement de liquide sont suffisamment élevées pour nécessiter la rigidité du support, encapsulant un non-tissé non rigide et / ou un tissu par voie humide dans une construction en sandwich. La production nord-américaine est relativement modeste et se concentre principalement sur des tissages spéciaux fabriqués à partir de métaux fortement alliés. Le tissu métallique est couramment utilisé dans la filtration des polymères pour produire des fibres textiles, des films minces, des filtres aérospatiaux et est largement utilisé dans le tamisage et le tamisage. En Amérique du Nord, la taille du marché des produits en rouleau s'élève à 100 millions de dollars.

Dans l'ensemble, les tissus de filtration synthétiques multifilaments ne sont pas particulièrement courants au-delà d'un volume modeste dans les applications de plaques et de cadres, ou en tant que mélanges de fils multifilaments et monofilaments de la société allemande C. Cramer GmbH & Co. KG, Sefar, Dodenhoff Industrial Textiles Inc., Westlake, Ohio, pour n'en nommer que quelques fabricants.

Les toiles de verre tissées se trouvent dans des utilisations finales à haute température, principalement dans les constructions de filtres à manches. Les principaux producteurs nord-américains de tissus tissés incluent Greensboro, NC-based BGF Industries Inc., Anderson, SC-based JPS Composite Materials and Filtration Specialties Co., Abilene, Texas. Les producteurs de verre Wetlaid comprennent Lydall Inc., basé à Manchester, dans le Connecticut, Hollingsworth & Vose, basé à East Walpole, dans le Massachusetts, et Bernard Dumas, basé en France. Les applications incluent les médias filtrants HEPA/UPLA, coalescents, de laboratoire et hydrauliques. Le marché mondial combiné des médias de filtration pour les tissus de verre tissés et humides se situe à plus de 300 millions de dollars.

Les tricots Raschel, circulaires et tricotés sont utilisés dans les médias filtrants, bien qu'ils soient consommés en volumes très limités. Cependant, certains tricots de chaîne sont largement présents dans les modules enroulés en spirale utilisés dans UF / NF et RO, et construits à partir de fils bicomposants, thermocollés pour stabiliser le tissu, tout en agissant comme un maillage d'espacement pour permettre l'écoulement du liquide - flux - vers le noyau central du module. Le volume est important, augmentant de plus de dix pour cent chaque année. Les utilisateurs incluent The Dow Chemical Co., basé à Midland, Michigan, Koch Membrane Systems Inc., basé à Wilmington, Mass. et Hydranautics, Oceanside, Californie.

Toutes les formes de médias de filtration se développent généralement à un taux de croissance annuel composé de 2 à 5 % supérieur au PIB dans de nombreux pays développés. Les mandats législatifs, mentionnés plus haut, expliquent une bonne part de cette croissance. L'utilisation croissante de nouvelles technologies - telles que les nanofibres dans les cartouches de dépoussiérage et les filtres d'admission d'air du moteur, ainsi que les tissus d'espacement en tricot avec des fils bicomposants utilisés dans les modules enroulés en spirale RO/UF - contribuent également à la croissance du segment. Il existe de nombreux besoins non satisfaits de l'industrie, notamment le désir d'avoir des filtres à durée de vie plus longue et une meilleure distribution des fibres dans les non-tissés, pour ne citer que deux besoins. En fin de compte, comme l'indique un récent document "Point of View" de l'American Filtration & Separations Society, "il n'y a pratiquement pas de pollution, de contamination ou de problème environnemental qui ne puisse être évité ou résolu par l'utilisation de technologies de filtration et de séparation".

Caractéristiques notables de l'industrie :

Note de l'éditeur : Ed Gregor est propriétaire d'Edward C. Gregor & Associates LLC et peut être contacté au 803-431-7427 ou [email protected]

Mars/Avril 2017