Brevet FR2018296A1 — publié le 19700529

La présente invention se rapporte à une installation pour la fabrication de fibres ou de filaments à partir de matières thermoplastiques, telles que-des matières artificielles et minérales, et en outre à un procédé de fabrication étoffes non tissées à base de fibres au moyen de cette installation de fusion. Dans des cas particuliers, il est également possible de produire des stru-ctures en forme de sphères ou de gouttes, si le jet de matière fondue quittant l'installation a une tension superficielle tellement grande qu'elle s'oppose à la formation de filaments. Jusqu'ici dans le cas du traitement de matières plastiques, la masse est mise en fusion dans des machines à extrusion ou sur des grilles de fusion, et est alimentée, par des pompes, à un certain nombre d'orifices de sortie (filières). Le filage des filaments a lieu au moyen de dispositifs récepteurs mécaniques ou à l'aide de jets de gaz, de préférence des jets d'air, qui sont guidés le cas échéant conjointement avec les filaments à l'intérieur de canaux. Lors du traitement de masses fondues minérales, comme par exemple du verre fondu, la masse fondue se sépare des filières sous l'action de la gravité, et le débit peut encore être accru par le fait que le canal récepteur qui suit, et qui est parcouru par le gaz, exerce une action d'éjecteur à l'extrémité faisant face à la filière, action sous l'influence de laquelle le filament visqueux est aspiré dans le canal. A la différence des procédés connus jusqu'ici, l'invention prévoit que la masse est mise en fusion le long d'éléments de chauffage qui sont en substance situés à l'intérieur de l'installation de fusion un peu avant les orifices de sortie. Les éléments de chauffage sont parcourus par le courant électrique, de telle sorte que le développement de chaleur est produit par la résistance ohmique des éléments de chauffage. Ces éléments de chauffage sont fabriqués entièrement ou partiellement à partir d'un matériau perforé conducteur électrique, tel qu'un treillis ou un tamis métallique, sur lequel est projeté ou tombe la masse à fondre, et que traverse cette masse à l'état fondu, et elle passe ensuite vers les orifices d'évacuation ou de sortie. Conformément à l'invention, il est également possible d'alimenter aux éléments de chauffage une matière déjà fondue, pour que la masse adopte, un peu avant les orifices de sortie (filières) une température uniforme par exemple plus élevée.L'écoulement de ces orifices a lieu d'une part sous l'action de la gravité de la masse fondue, et peut d'autre part être amplifié par l'action d'éjecteur d'un canal d'aspiration qui suit, et est selon l'invention en outre provoqué par le fait qu'au-dessus du niveau de la masse fondue règne à l'intérieur de l'installation une atmosphère gazeuse à une pression supérieure à celle de l'enceinte dans laquelle débouchent les orifices de sortie. Il a été const-.té qu'il est ainsi possible, avec des dépenses sensiblement moindres que jusqu'à préent, de produire des fibres et des filaments notamment à l'intention de la fabrication d'étoffes non tissées, étant donné que des dispositifs de transport pour la masse fondue, tels que des pompes et des vis de transport, et des canalisations chauffées pour la masse fondue, sont superflus. Notamment dans le cas de masses fondues de matière plastiquesil est avantageux pour la qualité du filament que la durée de séjour de la masse fondue dans 11 installation de fusion soit très courte, étant donné que la fusion de la matière et/ou le réchauffement de la masse fondue à la température de filage désirée ne commence qu'un peu avant-les filières. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on utilise pour la fabrication d'étoffes non tissées à base de fibres une filière longitudinale, dans laquelle un nombre relativement grand d'orifices de sortie sont disposés le long d'une ligne, la filière et l'installation de fusion étant réunis en une unité de construction. Dans les installations connues de cette nature, il était difficile de maintenir une température uniforme dans tous les orifices de sortie. Dans la plupart des cas, l'installation de fusion était constituée par une cuve présentant en bas les filières, et la chaleur était produite directement par le courant électrique circulant dans les parois de cette cuve.Les parois d'enceinte latérales, perpendiculaires à la ligne reliant les filières, étaient également parcourues par le courant électrique, de sorte qu'en direction des extrémités, la symétrie de la distribution de tempé rature était perturbée. On connaît également des installations de fusion à symétrie rotationnelle sous forme de deux enveloppes cylindriques coaxiales, qui sont raccordées en bas par les filières et qui présentent en haut des bornes électriques. Certes, ces installations garantissent une distribution symétrique de la température, mais lors du filage avec des jets de gaz, la configuration du canal récepteur présente des difficultés. En outre les conducteurs thermiques que constituent les parois du récipient de fusion n'entrent en contact avec la masse que par un coté. Cela constitue un inconvénient spécialement avec des matériaux à point de fusion élevé, tels que le verre, étant donné que dans ce cas les conducteurs thermiques doivent être fabriqués en platine ou même en iridium, et que dès lors le matériau du conducteur thermique est mal utilisé. La présente invention élimine les inconvénients susmentionnés par le fait que les conducteurs thermiques sont en substance disposés au sein de la matière à fondre. Outre les avantages signalés plus haut,le coût du chauffage diminue, étant donné que la température maximale est obtenue à l'intérieur du récipient et qu'il se produit une diminution de la température en direction des parois, de sorte que l'on obtient un certain auto-isolement de l'ensemble du récipient. L'invention est maintenant décrite plus en détail avec référence aux figures, étant bien entendu que l'idée inventive n'est pas limitée aux exemples de réalisation illustrés. La Fig. 1 est une vue en coupe verticale de l'installation de fusion. La Fig. 2 est une vue en plan en coupe suivant la ligne A-A de la Fig. 1. Les Figs. 3 et 4 représentent différentes dispositions et schémas électriques des éléments de chauffage, ce qui permet entre autres de filer des filaments comprenant deux composants. Conformément à la Fig. 1, la masse pénètre par la canalisation d'admission 1 dans l'installation de fusion 2. Entre la partie supérieure 3 et la partie inférieure 5 présentant les orifices de sortie 4 est, avec interposition de joints isolants électriques 6, serré de manière à résister à la pression un -élément de chauffage ayant la forme d'une surface gauche suivant deux dimensions, par exemple un treillis métallique en acier fin ou en platine. L'installation est fermée frontalement. A l'extérieur de l'installation se trouvent les conducteurs de distribution de courant électrique 8a et 8b en un matériau bon conducteur comme le cuivre, qui distribuent le courant électrique à partir des conducteurs d'alimentation 9a et 9b sur toute la largeur de l'élément de chauffage 7. Cet élément est isolé électriquement à l'égard des parois de l'installation , de la manière qui a été décrite plus haut. Comme on peut le constater en examinant la Fig. 2, il est prévu entre l'élément de chauffage 7 et les parois d'enceinte frontales 10 et 11 une fente d'isolement électrique, par exemple de l'air ou, ultérieurement, de la masse fendue ou de la matière première partiellement fondue. Etant donné que la résistance ohmique de l'élément de chauffage 7 est beaucoup plus grande que celle des conducteurs de distribution 8a et 8b, il est possible d'atteindre une température très uniforme sur toute la largeur ta nIasse a fondre tombe d'en haut sur l'élément de chauffage, est fondue et traverse cet élément de chauffage 7 pour passer vers les orifices d'écoulement 4, situés le long de la ligne 12.Un chauffage supplémentaire éventuel à proximité de ces orifices est constitué par les éléments de chauffage extérieurs 13a et 1-z. L'ensemble de l'installation servant au chauffage est de préférence recouvert par une plaque d'isolement thermique 14. Les bornes électriques Sa et 8b peuvent être refroidiespvr un fluide de refroidissement par l'intermédiaire des canaux 15a et 15b. Par l'intermédiaire du raccord 16, toute l'enceinte intérieure peut être mise sous pression, ce qui dans le cas de masses en matière plastique a lieu de préférence au moyen d'un gaz inerte comme l'azote. Un renouvellement permanent de l'atmosphère gazeuse est recommandé dans le cas de masses émettant des gaz. Par suite de la supression intérieure, on obtient un écoulement renforcé à travers les filières 4. Dans ce cas, la matière première doit, de manière connue, être alimentée au travers un sas de pression 17. La Fig. 3 représente schématiquement une disposition des conducteurs de chauffage pour le courant triphasé. La moitié du treillis métallique 18a et la moitié du treillis métallique 18b ainsi que la paroi verticale 19 constituent chaque fois un conducteur, les conducteurs étant réunis au point 20 en couplage en étoile. De cette manière, l'élément de chauffage 19 contribue, en complément, au transfert thermique vers la masse de fusion. I1 est possible de prolonger le conducteur de chauffage 19 jusqu'aulx orifices de sortie 4 à travers la paroi 21.De cette manière, les deux moitiés sont séparées l'une de l'autre et ne se réunissent que dans l'orifice de sortie, de telle sorte qu'en cas de configuration adéquate des éléments de chauffage, il est possible de produire à partir de matières différentes des filaments comprenant deux composants. Conformément à la Fig. 4, le même principe peut être mis en oeuvre par le fait qu'une paroi de séparation,22 qui cette fois n'est toutefois pas parcourue par le courant électrique partage en deux moitiés l'installation de fusion. Si le treillis métallique 23 dans la moitié de gauche a une résistance électrique inférieure à celle du treillis 24 dans l'autre moitié, les deux treillis étant réunis au point 25, conductivité électrique, il sera obtenu conformément au diagramme électrique illustré à la Fig. 2, une température supérieure dans l'élément de chauffage 24 que dans l'élément 23. I1 est donc encore possible de réunir en un seul filament des substances à gammes de fusion différentes, et dans ce cas ma configuration de l'orifice d'écoulement et dès lors les proportions des deux composants peuvent être modifiées. Si l'on sépare complètement les deux enceintes, il est possible de régler des pressions différentes au-dessus des deux plans de masse de fusion, ce qui permet par conséquent de régler l'écoulement. La disposition des éléments de chauffage esquissée à la Fig. 3 peut présenter des avantages notamment dans le cas de matières minérales, étant donné que dans la région proche du montage en étoile 20 est obtenue la température maximale et que cette température est donc atteinte-à proximité immédiate des orifices de sortie. Pour de tels matériaux, le système de conducteurs de chauffage peut être suspendu dans une cuve en matériau réfractaire, comme l'oxyde d'aluminium, et les orifices d'écoulement peuvent également être pratiqués dans ce matériau, ou encore il est prévu, au bas de la cuve,une filière en un métal réfractaire, tel que le platine ou l'iridium, filière qui, quant à elle, peut encore être chauffée directement par le passage du courant électrique; toutefois, comme il a été signalé plus haut, avec une distribution de température qui n'est pas entièrement symétrique. L'installation de fusion peut également traiter des matières déjà fondues, de telle sorte que sa fonction se limite à établir une température de filage uniforme un peu avant que la masse quitte les orifices d'écoulement. C'est ainsi qu'il peut être utile, lors du traitement de matières artificielles, que la température élevée nécessaire pour le filage ne soit maintenue que pendant un laps de temps très court, pour maintenir au minimum la décomposition de matières organiques à haut poids moléculaire. Plusieurs éléments de chauffage en forme de treillis ou de tamis 7 peuvent également être superposés, ce qui permet par exemple d'obtenir un accroissement de la température de fusion dans le sens de l'écoulement. Les éléments de chauffage en forme de tamis peuvent également servir au filtrage d'impuretés contenues dans la matière première. Pour fabriquer des étoffes non tissées avec les installations de fusion suivant l'invention, on peut par exemple réunir en une poutre de filage plusieurs filières allongées, la puissance de chauffage de chaque filière pouvant le cas échéant être réglée individuellement au moyen d'un transformateur de réglage indépendant. Sous les filières 4 peut être prévue une zcedans laquelle sont réglées les conditions exactes , en matière de température et d'humi-dité, nécessaires pour la formation des filaments et la qualité ultérieure de ceux-ci. Ensuite on trouve un dispositif récepteur traditionnel pour l'étirage des filaments, par exemple sous forme de canal, dans lequel est injecté par des fentes l'air ou le gaz comprime > de sorte que ce courant entraîne les filaments de la filière vers un ruban de dépôt qui se déplace au-dessous de la poutre de filage. REVENDICATIONS 1. Installation de fusion pour-la fabrication de fibres filaments et d'autres produits de forme quelconque,caractérisée par le fait que la matière première est fondue sur des moyens de chauffage électrique par résistance, situés en substance au sein de l'installation de fusion et constitués entièrement ou partiellement par des conducteurs électriques perforés, tels que des treillis métalliques, que traverse la masse fondue pour passer ensuite vers les orifices de sortie, et par le fait que l'écoulement de la masse fendue au travers ces orifices résultant de l'action de la gravité peut être renforcé par le fait qu'une atmosphère de gaz règne dans l'installation de fusion, atmosphère dont la pression est supérie;ure à celle de l'enceinte dans laquelle débouchent les orifices d'écoulement. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que de la matière déjà fondue est alimentée aux chauffages par résistance et que ceux-ci produisent une température uniforme avantageuse pour le traitement de la masse fondue, température qui en moyenne est plus élevée à proximité des orifices d'écoulement. 3. Procédé de fabrication d'étoffes non tissées, caractérisé par le fait qu'une matière thermoplastique est traitée dans une installation selon les revendications 1 ou 2, que cette matière quitte sous forme de filaments visqueux les orifices d'écoulement et que les fibres ou filaments, après avoir le cas échéant traversé une chambre, dans laquelle peuvent être réglées avec précision les conditions de refroidissement essentielles pour les caractéristiques désirées des filamentts > sont saisis par des jets d'air et sont déposés sous forme de nappe de fibres ou de filaments enchevêtrés.