Investigation and analysis of the impact of fibre mixing on the strength of nonwoven fabrics produced using double-drum carding machines

Des tissus plus résistants à partir de fibres du quotidien

Des lingettes humides et blouses médicales aux chiffons de nettoyage, de nombreux produits courants reposent sur des non-tissés constitués de fibres emmêlées plutôt que sur des trames tissées traditionnelles. Cette étude pose une question apparemment simple : de quelle manière la façon dont ces fibres sont mélangées dans la machine influe-t-elle sur la résistance du tissu final ? En observant à l’intérieur des cardeurs industriels — les machines qui peignent et mélangent les fibres — les auteurs montrent que modifier le parcours des fibres dans la machine peut augmenter la résistance tout en utilisant la même quantité de matière.

Comment les cardeurs modernes façonnent nos matériaux

Les non-tissés tels que le spunlace dépendent d’une étape de prétraitement précise appelée cardage. Lors du cardage, des fibres lâches sont déposées sur des cylindres en rotation rapide recouverts de dents métalliques fines, qui peignent les amas et forment une couche mince et aérée appelée nappe. Pour les mélanges viscose–polyester largement utilisés en hygiène et dans les textiles techniques, la qualité de cette étape — la manière dont les fibres sont ouvertes, orientées et mélangées de façon homogène — influence fortement la résistance du tissu. Toutefois, les cardeurs sont des ensembles complexes de tambours et de petits rouleaux tournant à vitesses différentes, si bien qu’il est loin d’être trivial de prédire comment leur conception affecte le mélange des fibres.

Deux machines, trois modes d’exploitation

Les chercheurs se sont concentrés sur une ligne industrielle produisant un non-tissé léger (40 grammes par mètre carré) à partir d’un mélange de 80 % polyester et 20 % viscose. Ils ont comparé deux cardeurs modernes « à double tambour » présentant des agencements internes différents. L’un utilisait un tambour intermédiaire unique pour transférer les fibres entre ses deux cylindres principaux ; l’autre employait un système plus élaboré de quatre tambours de transfert, permettant un débit plus élevé. L’équipe a réalisé trois essais de production : d’abord en n’utilisant que le cardeur le plus simple à pleine charge, puis seulement le cardeur le plus avancé à pleine charge, et enfin en faisant fonctionner les deux cardeurs ensemble à mi-charge chacun. Dans tous les cas, la vitesse de production globale et la masse du tissu ont été maintenues constantes.

Mesurer le parcours caché des fibres

Pour relier le comportement des machines à la performance du tissu, les auteurs ont combiné des mesures expérimentales et un modèle mathématique du mouvement des fibres à l’intérieur des cardeurs. Le modèle considère le transfert des fibres entre rouleaux comme un processus probabiliste : à chaque point de contact entre surfaces, une fibre a une certaine probabilité d’être saisie et entraînée. À partir de la géométrie de la machine, des vitesses des rouleaux et du « piquant » de leurs revêtements, le modèle calcule deux indicateurs clés : le temps moyen passé par les fibres dans le cardeur, et la distance qu’elles parcourent en circulant autour des tambours et des rouleaux travailleurs–dégratteurs. Ces valeurs ont été calculées séparément pour les deux machines et pour chaque configuration d’essai.

Parallèlement, l’équipe a produit des milliers de mètres de tissu et découpé des bandes d’essai sur la largeur complète de la nappe de 3,2 mètres. À l’aide d’essais de traction standard, elle a mesuré la résistance aussi bien dans la direction de production (MD, pour machine direction) que dans la direction transversale (CD, pour cross direction). L’analyse statistique a confirmé que les trois configurations produisaient des niveaux de résistance significativement différents. Les valeurs MD et CD les plus élevées — ainsi que le rapport le plus équilibré entre elles — ont été observées lorsque les deux cardeurs fonctionnaient ensemble à mi-charge, même si le débit total restait identique.

Des parcours de fibres plus longs, des nappes plus résistantes

Le modèle a révélé pourquoi la configuration à deux cardeurs offrait la meilleure performance. Dans ce dispositif, le temps moyen passé par chaque fibre dans les cardeurs était similaire à celui des autres essais, mais la distance totale parcourue au sein de l’une des machines était sensiblement plus longue — plus de 26 mètres de circulation contre environ 17 mètres dans la conception la plus simple. Ce trajet prolongé expose les fibres à davantage d’actions de peignage et de mélange, conduisant à un mélange plus homogène et à une meilleure orientation. L’étude a mis en évidence un lien empirique clair : les tissus étaient les plus résistants lorsque la longueur de parcours calculée des fibres dans les cardeurs était maximale. Autrement dit, ce n’est pas seulement la durée de séjour des fibres dans la machine qui compte, mais l’intensité de leur recirculation et de leur mélange.

Concevoir des produits plus propres, moins chers et plus résistants

Vu du point de vue de l’utilisateur, la conclusion est que de meilleures conceptions de machines peuvent rendre les produits jetables plus robustes et potentiellement plus durables sans ajouter de fibres. Faire fonctionner deux cardeurs en tandem et régler la façon dont les fibres sont acheminées entre leurs tambours permet aux fabricants d’augmenter le parcours de mélange interne tout en conservant la vitesse de production et la masse du tissu inchangées. Cela ouvre la possibilité d’utiliser moins de matière première pour une résistance équivalente, ce qui réduit les coûts, diminue la consommation d’énergie et limite la quantité de fibre synthétique se retrouvant dans les déchets. Les auteurs concluent que la distance moyenne de circulation des fibres dans la section de cardage est un indicateur simple mais puissant de la résistance du tissu — et une cible pratique pour les ingénieurs cherchant à améliorer les performances des non-tissés.

Citation: Niedziela, M., Sąsiadek, M., Woźniak, W. et al. Investigation and analysis of the impact of fibre mixing on the strength of nonwoven fabrics produced using double-drum carding machines. Sci Rep 16, 11708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47728-8

Mots-clés: nonwoven fabrics, fibre mixing, carding machines, spunlace production, textile mechanics