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L’électrofilage est un procédé développé par Rayleigh en 1897 (Burger et al., 2006) qui produit des structures de fibres non tissées . La norme ASTM D 1117-80 définit les tissus de fibres non tissées comme « toute structure textile dont les fibres sont collées ou emboitées, ou les deux, par un moyen mécanique, thermique, chimique ou par un solvant ou encore par une combinaison des méthodes précédentes. Le terme ne comprend pas le papier ou les tissus qui sont tissés, tricotés ou capitonnés.» (Traduction libre depuis (Horrocks et Anand, 2000, p. 130). Bien que cette norme ait été discontinuée en 2009, cette définition a été reprise par la norme D3878 – 07, où les termes « structure textile » ont été remplacés par « tissu ».
Plusieurs domaines font usage de l’électrofilage pour développer, optimiser et fabriquer des tissus dont les propriétés répondent à des besoins très spécifiques. Bien que deux applications sur trois de ce procédé soient destinées au domaine médical (Burger et al., 2006), il est aussi utilisé dans plusieurs autres industries. L’une des applications consiste à fabriquer des structures de nanofibres de carbone (Moayeri et Ajji, 2015) intéressantes pour leur conductibilité électrique et destinées à différents types de capteurs et dispositifs électroniques (Das et Prusty, 2012). Le procédé permet aussi de fabriquer des filtres pour des liquides (Veleirinho et Lopes-da Silva, 2009) ou l’air (Dotti et al., 2007), ou encore des membranes d’emballage antibactériennes pour la nourriture (Pakravan et al., 2011).
Description du procédé
L’électrofilage est un procédé de fabrication permettant d’obtenir des fibres d’un diamètre de l’ordre du nanomètre avec une multitude de polymères et de protéines (Ji et al., 2010) .
Une solution polymérique composée d’un polymère et d’un solvant est placée dans une seringue . Cette dernière est placée face à une contre-électrode qui se présente sous la forme d’une plaque conductrice ou encore d’un mandrin rotatif. Une source de haute tension crée une différence de potentiel entre la solution polymérique et la contre-électrode. Ceci engendre une accumulation de charges de même nature dans la solution et un champ électrique entre les deux composantes. Ces charges et ce champ électrique jouent un rôle très important dans ce processus. En effet, lorsqu’une goutte est placée en bout d’aiguille, leur action combinée va mener celle-ci à se déformer. La goutte prendra la forme du cône de Taylor pour équilibrer les forces en place (Valiquette, 2009). Lorsque la tension de surface du liquide est dépassée, la goutte est projetée et s’étire sous l’effet des forces coulombiennes. Il en résulte une fibre dont le diamètre et l’angle d’arrivée sur la contre-électrode sont facteurs de plusieurs paramètres du processus de fabrication.
Les principaux paramètres sous le contrôle de l’utilisateur sont les suivants :
• La distance entre le bout de l’aiguille et la contre-électrode,
• Le diamètre intérieur de l’aiguille,
• Le diamètre du mandrin,
• La vitesse de rotation du mandrin,
• La puissance électrique et donc la différence de potentiel,
• Le débit d’écoulement de la solution polymérique à la sortie de la seringue,
• Le type de solvant,
• La concentration de la solution,
• La température,
• L’humidité.
Ces paramètres sont tous interdépendants, et la modification de l’un d’eux aura un impact sur chacune des caractéristiques du produit fini (alignement et dimension des fibres, porosité). Il est ainsi possible de modifier le caractère anisotrope/isotrope des structures fabriquées et leur porosité, et ce même dans leur épaisseur.
Alignement des fibres
La méthode standard permettant d’obtenir des fibres alignées est d’utiliser un mandrin rotatif comme contre-électrode (Savoji et al., 2014b; Aviss et al., 2010). Cette méthode en elle-même mène à des fibres alignées dans la direction circonférentielle de ce mandrin. Bien que les fibres obtenues soient bien droites, leur direction peut s’avérer problématique. Puisque le module d’élasticité est plus grand dans la direction des fibres (il suffit de penser aux structures de matériaux composites de carbone ou de verre, un alignement circonférentiel peut mener à une très faible compliance .
Des solutions ont été envisagées afin de fabriquer des fibres alignées dont la direction est variable. L’utilisation de deux anneaux parallèles venant déposer les fibres sur la prothèse ou encore d’un disque portant la prothèse en construction à sa circonférence en sont deux exemples . Il a été démontré que les fibres fabriquées par ces méthodes ne donnent pas les mêmes résultats mécaniques, et ce, même lorsque les autres paramètres de fabrication ne changent pas (Dong, 2009). Bien que ces méthodes aient été utilisées pour des fibres alignées dans la direction longitudinale de la prothèse seulement, tourner la prothèse devrait permettre l’application des fibres avec un alignement différent.
INTRODUCTION |
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