Brevet FR2017711A1 — publié le 19700522

La présente invention concerne un procédé pour la préparation de produits se présentant sous la forme de fibres ou fils par fibrillation de feuilles monoaxialement étirées découpées en bandelettes pouvant être épissées, notamment de telles feuilles de polypropylène, de ses copolymères ou de ses mélanges de polymères. Elle concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connais une série de procédés et dispositifs pour la préparation de fibres ou fils à partir de bandelettes de feuilles orien- tées. Le découpage s'effectue mécaniquement par mouvement, par exemple de roulement, pression ou torsion entre des rouleaux, des cylindres, des brosses ou des bandes élastiques ou le découpage est obtenu par l'action d'un milieu gazeux turbulent s'écoulant sur les bandelettes orientées. Ces procédés connus donnent une structure réticulée plus ou moins bien conformée qui est constituée de fibrilles cohérentes, mais l'application des procédés est limitée et toujours liée à certaines conditions. La fibrillation par torsion exige,par exemple, une certaine rigidité de la bandelette de feuille et ne convient pas pour des feuilles minces. L'étirage transversal entre des bandes élastiques suppose une fixation solidaire planaire qui,pour être efficace, ne peut être obtenue qu'au moyen de pressions élevées. Dans ce cas l'é- tanchéification des chambres de compression vis à vis du support de caoutchouc en mouvement est un problème qui n'est pas encore résolu de façon satisfaisante. La préparation de produits sous forme de fils au moyen de rouleaux en rotation dont les surfaces sont munies de saillies à arête vive plus ou moins fortement conformées conduit à une structure réticulée très régulière, mais - elle est toujours liée au risque que des fibrilles séparées entourent les rouleaux et entravent le procédé de préparation.Pour cette raison l'application de ces systèmes est limitée à des bandelettes de feuille faiblement épissables. On connaît en outre des procédés suivant lesquels le découpage de la feuille s'effectue au moyen de plaques ou de rouleaux qui, en contact l'un de l'autre, glissent suivant un mouvement alternatif, ou selon lesquels on utilise des feuilles traitées au moyen d'un agent de gonflement. Dans ce cas l'abrasion importante est un désavantage caractéristique. L'utilisation d'un agent de gonflement est en tout cas désavantageuse, soit en raison de l'attaque des plaques ou des rouleaux ou de leurs revêtements, soit en raison de la nécessité de travailler de façon antidéfla- grante.La fibrillation à l'aide d'un milieu gazeux s'écoulant n'a pas réussi dans la technique, car elle ne permet que de faibles vitesses de passage qui sont en dehors du domaine économiquement intéressant. L'invention avait pour but de développer un procédé pour la préparation de produits se présentant sous forme de fibres ou fils par fibrillation de bandelettes de feuille monoaxialement étirées, pouvant être épissées, notamment de telles feuilles de polypropy lène, de ses copolymères ou de mélanges de polymères, suivant lequel la fibrillation peut être effectuée au moyen d'un mouvement mécanique de manière simple et à une vitesse de production techniquement convenable dans un domaine approprié d'épaisseur des feuilles. Suivant l'invention on résout ce problème en évitant les désavantages mentionnés par le fait qu'on conduit la bandelette de feuille sous contrainte de traction sur au moine trois lignes ou surfaces de contact et qu'on la soumet respectivement d'un côté à des forces transversales oscillant alternativement. fles lignes ou surfaces de contact se trouvent alternativement dans un ou deux plans. De préférence on conduit la bandelette de feuille sur 9 à 15 lignes ou surfaces de contact. I1 est surprenant de constater que le procédé conduit à une bonne fibrillation des bandelettes de feuille qui donne une structure réticulée de fibrilles cohérentes même à des vitesses de passage très grandes. Comme matière synthétiques pour la préparation de produits sous forme de fils ou fibres conviennent toutes les feuilles polymères pouvant être épissées. On peut, par exemple, utiliser des feuilles de polyoléfines ou des mélanges de polyoléfines avec d'autres polymères, tels que la polyoléfine et le styrène, ou la polyoléfine et la polyamide ayant plus de 70% en poids de polyoléfine. Mais on préfère notamment le polypropylène, ses copolymères ou ses mélanges de polymères. Pendant la fibrillation les bandelettes de feuille monoasiale- ment étirées pouvant être épissées sont maintenues sous ortrrIn- te de traction. aela est nécessaire pour produire une résistance des bandelettes à fibriller cintre la déviation provoquée par les forces transversales oscillantes. La fibrillation s'effectue par le jeu des forces entre la force de défilement, c'zest à dire de la tension appliquée, et les forces transversales qui sont présentes. Les forces résultantes provoquent dans les cas limites, soit un roulement intense de la bandelette de feuille alternativement aux oscillations qui se forment, soit, lors d'une position planaire de la feuille, une déviation de la direction de la bande entre deux rouleaux ou barres voisins.En général il y a une simultanéité des deux possibilités. On fibrille les bandelettes de feuilles à des températures qui ne permettent pas une modification de leur orientation moléculaire. En général, on travaille à la température ambiante, sensiblement dans le domaine compris entre 15 et 30Q. les épaisseurs des bandelettes de feuille monoaxialement étirées,pouvant être épissées, à fibriller suivant l'invention se trou vent en général dans le domaine allant de 10 à 50 t m . De préféren- ce,on emploie des bandelettes de feuille ayant des épaisseurs comprises entre 10 et 30 pu . Selon le procédé, on peut également fibriller des bandelettes de feuille ayant des épaisseurs plus élevées. La largeur des bandelettes de feuille utilisées est d'environ 3 à 40 mm. Selon le but d'application, par exemple pour des cordes de gros diamètre, on peut également utiliser des largeurs plus grandes. les vitesses de défilement peuvent varier dans une large mesure sans altérer la qualité des fibrille. Même avec des vitesses de passage d'environ 200 m/min ou plus on atteint, pour des bandelettes à bonne aptitude à l'épissage, des produits ayant une excellente structure de fibrilles. La préparation de bandelettes de feuille monoaxialement étirées, pouvant être épissées, peut être effectuée selon tous les procédés connus. Mais elle est effectuée de façon avantageuse, en raison du grand débit et de la possibilité de modification des bandelettes de feuille, d'après un étirage en deux étapes dans des fentes d' étirage de longueurs différentes selon la demande de brevet français déposée par la Demanderesse sous le NQ 69 23144, le 8 juillet 1969, et inti tulée : "Procédé pour la préparation de bandelettes de feuilles étirées monoaxialement, destinées à la fabrication de tissus et de fils". D'après le procédé de fibrillation suivant l'invention on obtient des fils à base de feuilles d'environ 200 à 10000 deniers (cette unité est le poids de 9000 m de fil exprimé en gramme; 1 den = 9000 m de fil pèse 1 g) qui conviennent pour la préparation de cordes, de fils forts, de tapis ou de tissus. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour la préparation de produits sous forme de fils ou fibres. I1 est caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins trois rouleaux ou barres qui, décalés l'un vers l'autre dans deux plans, sont disposés dans deux cadres dont la distance est réglable entre eux, et qui, verticalement à la direction du mouvement de la bandelette de feuille, maintenue sous contrainte de traction par des paires de rouleaux, oscillent selon des mouvements opposés dans la direction des axes des.rouleaux ou barres. L'intensité de la fibrillation peut être réglée en accord avec les propriétés respectives des bandelettes de feuille à fibriller par le nombre des rouleaux ou barres, par modification de la fréquence, de l'amplitude, de la distance des cadres entre eux, de la distance des rouleaux ou barres entre eux ainsi que de sa contrainte de traction sous laquelle est maintenue la bandelette de feuille. On peut ainsi combiner plusieurs unités dont chacune comprend trois rouleaux. La construction de 3 - 5 unités ayant due 9 à 15 rouleaux ou barres s'avère particulièrement avantageuse. La gamme de fréquences intéressante se trouve comprise entre 5 et 20, de préférence entre 5 et 10 Hz. L'amplitude est réglable jusqu'à 50 mm, le-domaine préféré étant compris entre environ 20 et 30 mu. la distance des cadres ou la profondeur d'immersion des rouleaux ou barres, les uns dans les autres, ne s'élève en général qu'à quelques millimètres. Les rouleaux ou barres de cadres différents ne sont pas en contact les uns des autres. La distance des rouleaux ou barres entre eux dans un cadre est en général égale et inférieure à la dimension du diamètre des rouleaux ou barres. Mais il est également possible de travailler à des distances différentes et plus grandes. La contrainte de traction est réglée en premier lieu en fonction des forces transversales présentes et de la résistance à la déchirure des bandelettes de feuille. I1 est également possible d'appliquer, au lieu de ces valeurs mentionnées convenables pour la pratique, d'autres réglages de la fréquence, de l'amplitude et des distances pour la réalisation de la fibrillation. Un cadre peut être ainsi en arrêt tandis que l'autre jeu de rouleaux est soumis à des oscillations. Les rouleaux ou barres peuvent être mobiles ou fixes. Mais on préfère cependant la disposition mobile. Le réglage respectif du dispositif dépend de l'épaisseur des bandelettes de feuille à fibriller, de la tendance à épisser et de l'effet de fibrillation désiré. Les possibilités de réglage du système de fibrillation suivant l'invention permettez la fibrillation de bandelettes de feuille de largeur et d'épaisseur différentes à une tendance à épisser différente, cette dernière étant particulièrement marquée pour des bandelettes de feuille monoaxialement dti- rées de polypropylène, de ses copolymères ou de ses mélanges de polymères. La transmission des forces transversales agissant sur la bandelette de feuille exige une certaine adhérence de la feuille sur la surface des rouleaux ou barres. le pouvoir de cette adhérence dépend, dans ce cas, de l'état de surface du rouleau ou de la barre et de la ligne ou surface de contact de la bandelette de feuille. C'est ainsi qu'une certaine rugosité de la surface est nécessaire. Elle est particulièrement bien garantie par un revêtement-du rouleau ou de la barre composé d'élastomères naturels ou synthétiques, tels qu'une matière synthétique à base d'un polyisocyanate, par éxemple le "YULEOILAN" (marque déposée de la firme Bayer Aktiengesellschaft). les forces agissant sur la bandelette de feuille monoaxialement étirée pouvant être épissée provodes fissures plus ou moins limitées qui donnent lors de 1' extension de la bandelette de feuille une structure réticulée. On atteint une régularité particulière des fibrilles lorsqu'on ne fibrille pas une bandelette de feuille plane, mais une bandelette de feuille profilé, par exemple une feuille ayant un profil dentelé ou en perle. En 'raison des lignes de fente tracés on obtient de fibrilles individuelles continues. Exemple 1 On a fibrillé suivant l'invention trois bandelettes de feuille d'une largeur de 20 mm et d'une épaisseur de 18 pu d'une feuille de polypropylène étirée monoaxialement avec un rapport d'étirage lon gitudinal de 13 : 1 et à une vitesse de 120 m/mn. le système de fibrillaticn avait im nombre et une disposition de rouleaux suivant la figure 5.En appliquant une fréquence de 6 Hz, une amplitude d'oscillation de 25 iun et une profondeur d'immersion de 2 mm des jeux de rouleaux disposés l'un sur l'autre par rapport à une tangente imaginaire des rouleaux on a obtenu dans la direction Longitudinale des fissures limitées dans leur longueur qui donnaient lors de l'extension de la feuille une structure réticulée irrégulière. Quelques capillaires étaient déchirées dans la directioh transversale et donnaient une surface fibreuse au fil préparé par torsion des bandelettes fibrillées. Exemple 2 On a fait passer simultanément à travers le dispositif suivant l'exemple 1, 5 bandelettes de feuille monoaxialement étirées avec un rapport étirage de 10 : 1 qui avaient une largeur de 15 mm et une épaisseur de 12 Zm. La feuille de base était composée d'un mélange de 85%' en poids de polypropylène et de 15% en poids de polystyrène. En appliquant uns fréquence de 10 Hz, une profondeur d'immersion de 2,5 m et une vitesse de 140 m/mn on a obtenu à partir des bandelettes de feuille non déchirées dans la direction transversale des structures réticulées irrégulières très fines qui conviennent pour la préparation de fils à base de feuilles lisses. Par augmentation de l'amplitude à 50 mm ou de la profondeur d'immersion à 3,5 mm, mais également par rSduction de la vitesse à 80 m/mn on a détruit partiellement la structure réticulée et on a obtenu un fil d'une sur- face fibreuse. Exemple 3 On a fibrillé suivant l'invention dans le dispositif selon 1' exemple 1, trois bandelettes d'une épaisseur de 30 Zm et d'une largeur de 20 mm d'une feuille étirée monoaxialement avec un rapport de 15 : 1 et composée d'un mélange de 93 % en poids de polypropylène et de 7% en poids de polyéthylène à une vitesse de 150 m/mn, une fréquence de 8 Hz, une profondeur d'immersion de 3 mm et une amplitude de 25 mm. On a obtenu une structure réticulée à grandes mailles ayant des longues capillaires continues. Le fil préparé à partir des bandelettes avait l'aspect de raphia. Le dispositif suivant l'invention est illustré en détail par les dessins annexés sur lesquels Les fig.l à 4 donnent une vue latérale et une vue en plan du système de fibrillation dans sa forme de réalisation la plus simple La fig.5 représente un système constitué de 4 unités. Gn introduit les bandelettes de feuille pouvant être épissées 1 par une paire de rouleaux 2 fixés solidairement dans le système de fibrillation constitué des rouleaux ou barres 3, 4, 5 et des cadres 6, 7. On les enlève sous forme fibrillée 9 par la paire de rouleaux 8 avec laquelle on règle la tension désirée à une valeur comprise entre 2 et 8. La surface de contact des rouleaux ou barres peut être modifiée par réduction de la distance 10 (fig.l et 2). La fig.3 représente une vue en plan du passage de trois bandelettes pouvant être épissées à travers le système de fibrillation tandis que les rouleaux 3, 4, 5 se trouvent dans la position de départ. La fig.4 représente la position des rouleaux pendant ltoscilla- tion perpendiculairement à la direction des axes vers la déviation. dont la valeur est indiquée par la référence 11 et qui correspond au maximum à l'amplitude. Dans la forme de réalisation de la fig.5 six rouleaux ou barres 12 et 13 respectivement sont logés dans des cadres séparés. Les extrémités des rouleaux ou barres 14 s'effilent sous forme de cône et permettent ainsi l'introduction par le côté des bandelettes déchirées pendant le travail. REVENDI CÂTIONS 1.- Procédé pour la préparation de produits se présentant sous la forme de fibres ou fils par fibrillation de bandelettes de feuille monoaxialement étirées, pouvant être épissées, notamment de telles feuilles de polypropylène, de ses copolymères ou de ses mélanges de polymères, caractérisé par le fait qu'on conduit la bandelette de feuille sous contrainte de traction sur au moins trois lignes ou surfaces de contact et qu'on la soumet respectivement d'un côté à des forces transversales oscillant alternativement. 2.- Procédé selon la rèvendication 1, caractdrisé par le fait que les lignes ou surfaces de contact se trouvent alternativement dans un ou deux plans. 3.- Procédé selon la revendication ld; 2, caractérisé par le fait qu'on conduit la bandelette de feuille sur 9 à 15 lignes ou surfaces de contact. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé sinon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est constitué d' au moins trois rouleaux ou barres qui, décalés l'un vers l'autre dans deux plans, sont disposés dans deux cadres dont la distance est réglable entre eux, et qui, verticalement à la direction du mouvement de la bandelette maintenue sous contrainte de traction par des paires de rouleaux, oscillent suivant des mouvements opposés dans la direction des axes des rouleaux ou barres. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est constitué de 3 à 5 unités ayant 9 à 15 rouleaux ou barres. 6.- Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la fréquence et l'amplitude de l'oscillation des rouleaux ou barres sont réglables à l'aide de dispositifs approprié-s connus en soi. 7.- Dispositif selon les revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que la contrainte de traction de la bandelette de feuille peut être réglée à l'aide des dites paires de rouleaux dont la vitesse peut etre variée. 8.- Dispositif selon les revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que les surfaces des rouleaux ou barres sont enduites d'élastomères naturels ou synthétiques.