Brevet FR2000754A1 — publié le 19690912

'>000754 La présente invention concerne des matières bouffantes analogues à des fils, et un procédé de production de telles matières à partir de substances polymères thermoplastiques. On sait comment produire des structures bouffantes analogues 5 à des fils à partir de polymères organiques synthétiques en soumettant un ruban du polymère, qui a été orienté longitudinalement dans une mesure importante, à une agitation rapide dans un jet de fluide turbulent. La nature bouffante de la structure est produite au cours de ce procédé par le déchirement longitudinal ou "fibrillation" du 10 ruban du polymère et par l'entremêlement des fibrilles qui restent sous forme d'un réseau, une certaine proportion de bouts libres de fibrilles éteint arrachée. La Demanderesse a trouvé maintenant que l'on peut fabriquer un produit bouffant analogue à un fil en appliquant un stade de fri-15 sage mécanique après l'orientation longitudinale et avant la fibril-lation des rubans ou bandes de substances polymères thermoplastiques. Ainsi, suivant la présente invention, la Demanderesse fournit vin procédé de production de matières bouffantes analogues à des fils à partir de substances polymères thermoplastiques, qui consiste à 20 mettre la substance polymère sous forme d'au moins une bande ou ruban, â orienter la bande ou ruban, à friser mécaniquement la bande ou ruban orienté, à.traiter thermiquement la bande ou ruban ■frisé pour fixer le frisage et à fibriller la bande ou ruban frisé. Les produits bouffants analogues à des fils suivant la présen-25 te invention comprennent une botte ou faisceau de fibrilles présentant un frisage sinusoïdal ou en dents de scie iqui sont réunies sous forme d'un réseau désordonné. Suivant la vigueur avec laquelle le stade de fibrillation est effectué, les produits suivant la présenté invention peuvent ne pas présenter de fibrilles libres ou peu-30 vent présenter un certain nombre de fibrilles dont un bout est enlevé du réseau par rupture au cours de la fibrillation. Le terme "ruban", tel qu'il est utilisé dans la présente demande, désigne une structure allongée qui est sensiblement plus large qu'épaisse et qui est produite par extrusion d'un polymère 35 thermoplastique fondu ou d'une solution de ce dernier à travers une fente ou un certain nombre de fentes d'une filière, par solidification et enroulement ou déplacement du ruban vers le 'stade suivant à une vitesse linéaire de préférence légèrement supérieure à la vitesse linéaire d*extrusion. Cette différence entre la vitesse 40 d'extrusion et la vitesse d'enroulement ou d'avance provoque un cer 69 01415 2 2000754 tain allongement du ruban du polymère extrudê pendant qu'il est encore à l'état plastique, mais en ne lui conférant qu'une très faible orientation. Le terme "bande" est utilisé dans la présente demande pour dë-5 signer une structure allongée sous forme de ruban, mais qui est pro-. duite par extrusion ou coulée du polymère thermoplastique sous féjrme d'une feuille qui est fendue longitudinalement avant ou après l'orientation en un certain nombre de plus petites largeurs. Les rubans ou bandes ont habituellement une section droite 10 rectangulaire et sont produits par une fente ou filière rectangulaire, mais ils peuvent également avoir une autre forme, comme par exemple un ruban ou bande comprenant des nervures longitudinales épaisses et minces qui alternent transversalement dans le sens de la largeur, qui est produit par une filière comprenant une série de 15 trous circulaires réunis par des fentes étroites. Les fibrilles d'un produit suivant la présente invention ont une section droite rectangulaire si elles sont produites à partir d'un ruban ou bande rectangulaire, et une section droite à ailettes si elles sont produites à partir de la variante ci-dessus du ruban ou bande, attendu que la 20 fibrillation se produit d'une façon préférentielle le long des nervures plus minces. L'orientation d'une bande ou ruban d'une substance polymère est effectuée en allongeant la matière longitudinalement et d'une façon irréversible (procédé qui est fréquemment désigné par étirage), de 25 préférence pendant qu'il est à l'état chauffé mais non à l'état thermoplastique, et éventuellement en présence d'un moyen appliquant une force de frottement à la matière pour améliorer l'effet d'allongement et pour localiser la région dans laquelle l'allongement se produit (c'est-à-dire la zone d'étirage). Dans le cas de certaines 30 substances polymères, comme 1'acrylonitrile, un étirage en présence d'une substance plastifiante est souhaitable. L'orientation peut être effectuée entre deux séries de rouleaux autour desquels la bande ou ruban passe, la seconde série de rouleaux tournant à une plus grande vitesse périphérique pour exercer la tension d'allongement. ' 35 On peut chauffer la bande ou ruban en chauffant un ou plusieurs des rouleaux de la première série (d'avance) ou bien en enfermant la bande ou ruban situé entre les deux séries de rouleaux dans une chambre de chauffage dans laquelle la chaleur rayonnante, la vapeur d'eau ou un liquide chaud constitue le milieu de chauffage,ou bien en 40 faisant passer la bande ou ruban sur une plaque fixe chauffée qui se 69 01415 3 2000754 trouve entre les deux séries de rouleaux. Selon une variante, on peut utiliser une surface de frottement de forme cylindrique autour de laquelle la bande ou ruban passe entre les deux séries de rouleaux pour appliquer la chaleur et/ou une force de frottement. 5 Un procédé selon la présente invention est mis de préférence oeuvre d'une façon continue en soumettant le polymère thernc-plastïqpie^successiveinent et d'une façon ininterrompue aux stades (1) de transformat±©D^.en une bande ou ruban sous forme sensiblement non orientée, (2) d*orientâtion par allongement, de préférence à 10 une température élevée, (3) de frisage mécanique7-—("4") de traitement thermique, (5) de fibrillation et (6} d'enroulement sous forme d'une bobine. Cependant, on peut également mettre en oeuvre le procédé en plus d'un stade dans lequel la bande ou ruban est rassemblé sous forme d'une bobine provisoire, par exemple après le stade (1), le 15 stade (2) ou le stade (4) ci-dessus, et est déroulé depuis la bobine provisoire pour être soumis au stade suivant. Dans un procédé suivant la présente invention, le frisage mécanique peut être effectué en faisant passer la bande ou ruban orienté a travers un appareil de frisage à presse-étoupe ou à engre-20 nage de forme connue, qui produit tin frisage de forme sinusoïdale ou en dents de scie dans la bande ou ruban, ou en le faisant passer sur un bord chauffé étroit qui produit un frisage hélicoïdal. On peut faire passer simultanément plusieurs bandes ou rubans à travers l'appareil de frisage à presse-étoupe ou à engrenage en rela-25 tion côte à côte ou superposée. Le frisage appliqué est fixé par un traitement thermique à une température inférieure au point de ramollissement de la bande ou ruban, et de préférence à une température à laquelle la cristallisation se produit assez rapidement. Ce traitement thermique peut être commodément effectué en faisant pas-30 ser de la vapeur d'eau ou de l'air chaud à travers la partie aval du presse-étoupe, ou bien en chauffant la bande, ou ruban avant le frisage, ou en chauffant l'une des roues de l'appareil de frisage à engrenage ou les deux. Selon une variante, la matière frisée peut être traitée thermiquement à l'état détendu en la faisant passer 35 à travers une étuve à air chaud sur un transporteur perforé se déplaçant lentement, en prenant soin dans ce cas d'empêcher qu'il se développe une tension importante dans la matière frisée avant qu'elle soit traitée thermiquement pour fixer le frisage. Dans un procédé en continu, ou dans un procédé dans lequel les «stades (4) et (5) 40 se suivent d'une façon continue, il est souhaitable de laisser re 69 01415 4 2u00754 froidir la matière frisée avant la fibrillation pour réduire la faible tendance qura ce dernier stade à éliminer le frisage. Les substances polymères 'thermoplastiques qui peuvent être mises sous forme d'une bande ou d'un ruban et qui peuvent être alors 5 fortement orientées de manière à être fibrillables, peuvent être u-tilisëes dans la présente invention, comme par exemple les polyamides, les polyesters, les polyoléfines, les copolymères de chlorure de vinylidène, le polystyrène, le polyacrylonitrile, et les copolymères d'acrylonitrile. Des bandes ou rubans de l'un quelconque de 10 ces polymères, des copolymères entrant dans ces classes on de mélanges de ces derniers peuvent être utilisés dans le procédé de l'invention, ou selon une variante, on peut produire un effet bouffant supplémentaire en utilisant des rubans ou bandes conjugués se composant de couches de substances polymères présentant différentes pro-15 priétés de retrait, soit lors du relâchement de la tension d'étirage, soit au cours du traitement thermique à l'état détendu. Cette tendance a subi un retrait différent des bandes ou rubans conjugués, lorsqu'elle est provoquée par le relâchement de la tension ou par un traitement thermique à l'état détendu, provoque le développement 20 d'un frisage hélicoïdal qui est superposé au frisage sinusoïdal ou en dents de scie déjà présent. Le stade de fibrillation d'un procédé suivant la présente invention peut être exécuté, par exemple, par torsion ou torsion pro-visoire à grande vitesse, mais il est préférable d'utiliser un jet 25 de fluide turbulent pour effectuer la fibrillation, attendu qu'il peut!pé:mettre d'effectuer à la fois un traitement thermique et une relaxation dans la même partie de l'appareil. En utilisant un jet de fluide turbulent pour effectuer la fibrillation, la bande ou ruban passe à travers le jet sous une tension nulle ou très faible, 30 afin que le gaz turbulent puisse conférer l'effet de fibrillation maximal. A cause de la faible tension de la bande ou ruban dans le jet, le développement d'un frisage hélicoïdal peut se produire si une matière conjuguée est traitée, en particulier si l'on utilise un fluide chauffé, comme par exemple de l'air chaud ou de la vapeur 35 d'eau. Une variante du jet de fluide qui peut être utilisée dans le stade de fibrillation de la présente invention est décrite dans la demande de brevet britannique N° 39488/68 du 19 Août 1968 déposée par la Demanderesse et comprend deux courants de fluide tournant en sens contraire à travers lesquels une 40 bande ou ruban passe sous une certaine tension, et qui soumettent 69 01415 2000754 la bande ou ruban à deux opérations de torsion provisoire dans des directions opposées, le renversement de la torsion produisant une action de fibrillation très efficace. Sur le dessin annexé, on a représenté une forme d'un ajutage 5 à fluide qui peut être utilisé pour effectuer la fibrillation. L'ajutage comprend une entrée de fluide 1, un passage de liaison 2, un passage annulaire 3 qui entoure un tube d'entrée 4 pour une bande ou ruban et qui converge à son extrémité aval 5, de façon à former un jet annulaire convergent étroit entre l'extrémité inter-10 ne du tube 4 et une entrée conique d'un tube de sortie 7 qui est sensiblement coaxial au tube 4. L'ajutage représenté sur le dessin est constitué par des pièces qui sont vissées ou poussées les unes dans les autres de manière à être facilement démontables. En fonctionnement, un gaz comprimé ou de la vapeur d'eau est 15 admis dans l'entrée 1 et passe le long des passages 2 et 3 pour sortir de l'ajutage annulaire 6 dans des conditions turbulentes, en quittant finalement l'ensemble par le tube de sortie 7. Un vide partiel est engendré dans le tube d'entrée 4 par le passage du fluide à travers l'ensemble. Ceci tire le ruban ou bande(non représenté) 20 dans le tube 4 et à travers le jet 6 et le tube de sortie 7. Les conditions turbulentes régnant à la sortie du jet 6 (et dans une moins grande mesure .le long du tube 7) agitent violemment la bande ou ruban en provoquant sa fibrillation et sa sortie du tube 7 sous forme bouffante. 25 Pour mettre en oeuvre un procédé suivant la présente invention, on peut régler le degré de bouffant du produit par un certain nombre de facteurs, comme par exemple la finesse du frisage mécanique, le degré d'aptitude à la fibrillation de la bande ou ruban qui est dicté à son tour par la nature de la substance polymère, les dimensions 30 physiques de la bande ou ruban et le degré d'orientation longitudinal et la rigueur des conditions de fibrillation qui est elle-même assujettie à l'énergie du fluide et à la vitesse de déplacement de la bande ou du ruban à travers l'ajutage. On peut obtenir un réglage supplémentaire de la nature du 35 produit, en particulier du degré de fibrillation et de l'uniformité" et de la finesse des fibrilles en introduisant des points, lignes ôu zones" de contrainte dans la bande ou ruban avant la fibrillation, de préférence avant le frisage, et également, de préférence, avant l'orientation, cette précontrainte de la bande ou ruban pouvant 40 être introduite par exemple en faisant passer la bande ou ruban non 69 01415 e 2000754 étiré (ou une feuille à partir de laquelle la bande est découpée) à travers la zone de serrage de rouleaux gravés en relief avant l'orientation. Un réglage analogue de la fibrillation peut être obtenu en coulant une pellicule nouvellement extrudée sur un rouleau gravé 5 ou conformé à la p^Làce du rouleau lisse habituellement utilisé. Les produits bouffants analogues à des fils de la présente invention peuvent être utilisés comme fils textiles classiques, comme par exemple dans la production d'étoffes tissées ou tricotées, et dans la production de tapis ou de matières non tissées. Le bouffant 10 des produits leur donne un toucher plus chaud et un plus grand pouvoir de couverture, et permet de les utiliser directement dans des matières qui ont été produites jusqu'ici avec des filés de fibres discontinues. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif, mais 15 non limitatif, de l'invention. EXEMPLE 1 On fait passer une bande de polypropylène isotactique ayant une viscosité intrinsèque de 1,47 (mesurée dans une solution de dêcaline à 135°C) et une épaisseur et une largeur de 0,019 et de 25 mm, res-20 pectivement, à l'état non étiré entre un rouleau presseur â surface de caoutchouc et un rouleau d'acier sur la surface duquel une série de rainures périphériques parallèles ayant une section droite en f or-, me de V sont taillées, 19 rainures étant ménagées par centimère de longueur axiale. On rassemble la bande précontrainte sous forme 25 d'.une bobine provisoire,à partir de laquelle elle passe ultérieurement dans un appareil d'étirage, de frisage et de fibrillation, dans lequel la bande est tout d'abord étirée à un rapport de 8:1 entre des rouleaux d'avance et des rouleaux d'étirage, les premiers étant chauffés à une température de la surface de 132°C pour produire une 30 bande étirée d'une largeur de 7,5 mm et d'une épaisseur de 0,006 mm qui est frisée en passant à travers un presse-étoupe présentant des rouleaux d'avance d'une largeur de 12,5 mm, on la fixe à chaud pendant 15 minutes à 140*C en la faisant passer à l'état détendu à travers une êtuve à l'air chaud sur un transporteur perforé se dé-35 plaçant continuellement, on la fibrille en la faisant passer à travers un jet d'un ajutage comme celui représenté sur le dessin annexé, et finalement, on l'enroule sous forme d'une bobine. Le diamètre interne du passage réservé à la bande à travers l'ajutage est de 6,4 mm. On fait passer la bande frisée dans le jet sensiblement sous 40 tension nulle, en l'introduisant à une vitesse supérieure à sa vi 69 01415 7 20Ô0754 tesse d'évacuation. L'ajutage est alimenté en air comprimé non chauffé à une pression de 0,7 bar environ. On obtient un produit bouffant analogue à un fil comprenant un réseau désordonné de fibrilles présentant un frisage sinusoïdal, une 5 section droite rectangulaire et un denier compris entre 0,5 et 5. EXEMPLE 2 On étire une bande de polypropylène isotactique, ayant une viscosité-intrinsèque de 3,2 (mesurée dans une solution de dêcaline à 135°C) et une épaisseur et une largeur de 0,05 mm et de 26,8 mm, res-10 pectivement, à un rapport d'étirage de 5,3:1, en utilisant un rouleau d'avance chauffé à une température dè la surface de 95°C et un rouleau d'étirage tournant à une vitesse périphérique de 60 mètres/ minute pour produire une bande orientée longitudinalement qui mesure 11 x 0,0205 mm et de 1850 deniers, que l'on fait passer à travers un 15 presse-étoupe comprenant des rouleaux d'une largeur de 12,5 mm à raison de 60 mètres/irinute. La matière frisée tombe sur un transporteur perforé mobile qui la fait passer à l'état détendu à travers une étu-ve à air chaud dans laquelle elle est traitée à chaud à 130°C pendant 10 minutes, après quoi elle est rassemblée sous forme d'une bobine 20 avant d'être fibrillée. La fibrillation est effectuée en faisant passer la bande fixée et frisée sensiblement sous tension nulle à raison de 60 mètres/minute à travers un ajutage, comme décrit dans l'Exemple 1, qui est alimenté en air comprimé maintenu à une pression de 5,6 bars environ. Le produit bouffant analogue à un fil a un 25 denier de 2800, un denier moyen des fibrilles de 11", et 30 frisures/ 2,5 cm. EXEMPLE 3 On étire des bandes comme, celle utilisée dans l'Exemple 2 de la même façon que dans cet exemple, mais à une vitesse de 107 mètres 30 par minute à un rapport d'étirage de 5,0:1 pour obtenir des bandes de 2500 deniers mesurant 12 mm sur 0,022 mm, qui sont superposées les unes aux autres pour passer à travers un presse-étoupe ayant des rouleaux d'avance d'une largeur de 12,5 mm et des lames racleuses disposées d'une façon asymétrique, c'est-à-dire qu'une lame pénètre 35 dans la zone des rouleaux d'avance en avant de l'autre lame. On fixe à chaud les bandes frisées comme dans l'Exemple 2, les sépare sous forme de bandes individuelles, et les fibrille comme décrit dans l'Exemple 2 pour obtenir trois produits bouffants analogues à des fils de 2800 deniers avec un denier moyen des fibrilles de 20, et 40 25 frisures/2,5 cm. 69 01415 8 2000754 EXEMPLE 4 On fait passer six bandes orientées cofnme celle utilisée dans l'Exemple 3 en relation côte à côte à travers un presse-étoupe ayant des rouleaux d'avance d'une largeur de 10 cm pour produire six ban-5 des frisées ayant chacune un denier de 2640 et 30 frisures/2,5 cm, qui, lorsqu'elles sont fibrillëes comme dans l'Exemple 3, donnent tin produit en forme de fil analogue. EXEMPLE 5 On étire une bande non orientée de téraphtalate de polyéthylê-10 ne mesurant 15,5 mm sur 0,031 mm à un rapport d'étirage de 6,52rl en utilisant un rouleau d'avance maintenu à une température de surface de 80°C, un rouleau d'étirage tournant à une vitesse périphérique de 60 mètres/minute et une plaque chaude maintenue à 220°C entre les rouleaux d'avance et d'étirage pour produire une bande étirée de 15 884 deniers mesurant 6,1 x 0,012 mm, que l'on fait passer à raison de 18 mètres/minute à travers un presse-étoupe ayant des rouleaux d'avance d'une largeur de 9,5 mm et des lames racleuses placées asy-mëtriquement. On fixe à chaud la matière frisée à 135°C pendant 10 minutes en la faisant passer à travers une étuve à air chaud, on la 20 recueille sous forme d'une bobine provisoire, puis la fibrille en la faisant passer à raison de 30,5 mètres/minute sous une tension de 88,4 g à travers deux ajutages pneumatiques tournant en sens contraire dans un dispositif suivant la demande de brevet britannique N 39488/68 précitée alimenté en air comprimé a une pression de 5,6 25 bars environ, les passages réservés à la bande ayant un diamètre interne de 4,75 mm et une longueur de 23,5 mm avec un intervalle de 13 mm entre les ajutages dans lesquels il se produit un renversement du rotor. Le produit fibrillé a un denier de 1040, un denier moyen des fibrilles de 8,8, et 19 frisures/2,5 cm. 30 EXEMPLE 6 On oriente une bande de têrêphtalate de polyéthylène, la frise la fixe à 165°C pendant 10 minutes et la fibrille comme dans l'Exemple 5 pour obtenir un produit analogue à un fil ayant un denier de 986, un denier moyen des fibrilles de 16,5, et 15 frisures/2,5 cm. 35 EXEMPLE 7 On étire une bande non orientée de polyhexaméthylëne adipamide mesurant 10 mm sur 0,05 mm â un rapport d'étirage de 5,1:1 entre des rouleaux d'avance et d'étirage non chauffés, ces derniers tournant à une vitesse périphérique de 30,5 mètres/minute au-dessus d'une 40 plaque chaude (température de la surface de 220°C) située entre les 69 01415 2000754 rouleaux. On rassemble la bande orientée ainsi obtenue de 885 deniers et mesurant 4,4 x 0,022 mm sous forme d'une bobine provisoire, on la fait passer de cette bobine à travers un presse-étoupe comprenant des rouleaux d'avance d'une largeur de 9,5 mm et des lames 5 racleuses placées asymétriquement, on la fixe à chaud comme dans les exemples ci-dessus pendant 10 minutes à 115°C, puis la soumet à une fibrillation en la faisant passer à raison de 30,5 mètres/minute à travers, un ajutage comme celui utilisé dans l'Exemple 5 qui est alimenté en air comprimé à une pression de 10,5 bars. Le produit bouf-10 fant analogue à un fil présente un denier de 1014, un denier moyen des fibrilles de 20, et 25 frisures/2,5 cm'. EXEMPLE 8 On oriente une bande de polyhexaméthylêne adipamide, la frise, la fixe à chaud à 130°C pendant 10 minutes, et la fibrille pendant 15 10 minutes et la soumet à une fibrillation comme dans l'Exemple 7 pour obtenir un produit analogue ayant un denier de 963, un denier moyen des fibrilles de 20, et 16 frisures/2,5 cm. 69 01415 10 2000754 REVENDICATIONS 1. Procédé de production de matières bouffantes analogues à des fils à partir de substancés polymères thermoplastiques, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la substance polymère sous 5 forme d'au moins une bande ou ruban, à orienter la bande ou ruban, à friser mécaniquement la bande ou ruban orienté, à traiter thermiquement la bande ou ruban frisé pour fixer le frisage, et à soumettre la bande ou ruban frisé à une fibrillation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 10 stades de formation d'une bande ou ruban, d'orientation, de frisage, de traitement thermique et dé fibrillation sont effectués en une succession continue. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière polymère est rassemblée sous forme d'une bobine provisoire 15 après le stade de formation, d'orientation> ou de traitement thermique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisé en ce que le frisage est effectué dans un presse-étoupe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 20 traitement.thermique est effectué dans la partie aval du presse-étoupe . 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4f , caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué à l'état détendu en faisant passer la matière à travers une étuve à air chaud. 25 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce que la fibrillation est effectuée ;en faisant passer une bande ou ruban sous tension nulle ou très faible à travers un jet de fluide turbulent. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le 30 fluide est l'air. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide est de l'air chaud ou de la vapeur d'eau. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fibrillation est effectuée en faisant pas- 35 ser la matière à travers au moins deux courants de fluide tournant en sens contraire. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les courants de fluide comprennent de l'air. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précéden-40 tes, caractérisé en ce que la substance polymère thermoplastique est 69 01415 ii 1:00754 un polyester, un polyamide, une polyolëfine, un copolymère de chlorure de vinylidène, un polystyrène, un polyacrylonitrile, un copolymère d'acrylonitrile, un copolymère entrant dans l'une quelconque de ces classes, ou un mélangé de l'une quelconque de ces substances 5 polymères. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la substance polymère thermoplastique est le polypropylëne isotactique, le. tëréphtalate de polyëthylène, ou le polyhexaméthylëne adipa-mide. 10 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la bande ou ruban est une bande ou ruban conjugué se composant de deux couches de substances polymères ou plus, présentant des propriétés de retrait différentes. 15. Matières bouffantes analogues à des fils se composant 15 d'une substance polymère thermoplastique obtenues par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.