Brevet FR2053146A1 — publié le 19710416

^ d'étoffes La présente invention concerne des feuilles/non tissées en monifilaments continus en polymères synthétiques dont les sections droites sont allongées. Plus particulièrement, elle concerne de telles feuilles dans lesquelles les sections droites des monofi-5 laments sont sensiblement rectangulaires et dans lesquelles les monofilaments sont séparés les uns des autres , sauf aux points de croisement. On a fabriqué et utilisé des objets non tissés en monofila-mer.ts continus et orientés pour diverses matières textiles et dans 10 diverses applications correspondantes. On les a utilisés principalement comme bases de tapis, comme isolants et comme vêtements sa-. crifiables. En général, ils ont été fabriqués par filage des monofilaments continus de polymères synthétiques filables et par étirage des filaments venant d'être filés qui sont déposés ensuite 15 sur une surface collectrice. Une grande partie de la technique se rapportant à ces objets concerne le mode d'étirage à filaments venant d'être filés pour améliorer leur résistance à la traction. L'étirage des monofilaments qui consiste à les faire passer entre des rouleaux tournant à des vitesses différentes, améliore leur ré-20 sistance. Plus récemment , on a étiré de tels monofilaments par des techniques "d'étirage par filage". Dans "l'étirage par filage" des filaments partiellement refroidis et partiellement cristallins sont introduits dans un ajutage pneumatique. L,'ajutage fonctionne suivant le principe de l'éjecteur. C'est-à-dire l'agent gazeux qui 25 se dilate et qui traverse l'ajutage entraîne les filaments et les accélère pour les étirer ou les orienter. Les progrès concernant les procédés utilisés pour déposer les filaments étirés ont eu pour but d'améliorer les caractéristiques isotropiques des produits finis et non tissés fabriqués à 30 l'aide des filaments. Ces progrès ont concerné d'habitude , les dispositions particulières mises en oeuvre pour déposer les filaments étirés sur la surface collectrice et pour les maintenir séparés, c'est-à-dire sans qu'ils soient enchevêtrés ou emmêlés. Pour la plus grande part, les sections droites des filaments 35 utilisés pour fabriquer des feuilles non tissées ont été circulaires» Certains filaments à section droite non circulaire ont été proposés comme équivalant à des filaments et section droite circulaire utilisés dans des matières non tissées„ Dans des matières correspondantes, on a utilisé des mono filaments de section 40' droite non circulaire pour imiter les formes des fibres naturelles, bad original 70 26399 2053146 2 donner un aspect particulier aux filaments, ou bien augmenter leur pouvoir couvrant. Jusqu'à présent, les formes de section droite des filaments n'ont pas semblé notablement influencer les caractéristiques de résistance à la traction des feuilles non tissées 5 terminées dans lesquelles ils ont été utilisés« D'une manière inattendue, les caractéristiques de résistance à la traction de monofilaments polymères synthétiques orientés et continus dont la section droite allongée présente un rapport d'aspect d'au moins 3:1 et dans lesquels les monofilaments sont déposés au hasard"et sont séparés les uns des autres, sauf à leurs points de croisement, sont supérieures à celles de feuilles correspondantes comportant des monofilaments de section droite circulaire. Ce résultat est particulièrement surprenant lorsqu'on considère que les caractéristiques de résistance à la traction des monofilaments individuels de section droite circulaire et des monofilaments individuels de section droitç allongée et de deniers comparables, sont à peu près semblables. Pour fabriquer les feuilles non tissées de l'invention dont la résistance élevée est inattendue, on utilise des filaments dont 20 les sections droites sont allongées. Ils sont caractérisés par un rapport d'aspect (c'est-à-dire le rapport de la longueur à la largeur en section droits) qui est au moins d'environ 3:1 et qui d'habitude est compris entre 3:1 et 8:1, environ. La forme en section droite ûe ces filaments est d'habitude sensiblement rectan-25 gulaire e. De telles sections droites sensiblement rectangulaires comprennent celles dont deux jeux de surfaces planes essentiellement parallèles se coupent les unes les autres suivant des angles de 90° (rectangle vrai) ainsi que celles dont les surfaces planes disposées en opposition sont légèrement arrondiesç dont les extré-30 mités respectives sont réunies par des surfaces arrondies plus petites o Ces dernières sections droites sont dites elliptiques, les surfaces de ces- filaments sont sensiblement régulières» G'est-à-" dire qu'elles- sont relativement lisses et exemptes de grosses bosses, de saillies ou de lobes. Les formes particulières de Eono'filaments de section droite 35 allongée utilisées dans la présente invention dépendent de la forme de l'ofifioe ou de la filière'par- lesquels ils sont filés et • de la manière suivant laquelle ils sont orientés ou étirés-. Les ffiono-f liassent s orientés' âe secrjion - -^lli^tique sont réalisés en extradant- 1-e 'polymère- -foatâtà p&p û-bs cv.-. «ont la forme en 40 section droite est sensiblement s?setssigulas,ï-.5, lies aoaoîiia^eats bad original 2053146 sortent des orifices avec des sections droites rectangulaires mais lorsqu'ils sont étirés , ils reprennent une forme d'ellipse en section droite. Les monofilaments orientés sensiblement rectangulaires sont réalisés en filant la matière fondue par une matrice 5 de section droite rectangulaire dont les côtés longitudinaux sont un peu concaves. Lorsque de tels monofilaments sont étirés, les côtés concaves du rectangle s'aplatissent'" et deviennent sensiblement parallèles. Les dispositifs utilisés pour obtenir des mo-nofilaraents de section droite allongée sont bien connus. (Voir par 10 exemple le brevet des Etats-Unis d'Amériq;ue n° 3 17® 770)* Les monofilaments venant d'être filés sont étirés et leur surface en section droite initiale au moment où le filament sort p àe la filière et qui est d'environ 0,004 à 4,0 mm diminue jusqu'à Q une surface en section droite d'environ 0,00005 à 0,008 mm . 15 Pour un filament circulaire, cette réduction équivaut à une réduction d'un diamètre de 0,10 à 1,0 mm à 10-100 microns (1 à 60 deniers). Cet étirage est effectué après que les filaments se sont partiellement refroidis et pendant que le polymère se trouve dans un état qui est, au moins partiellement, cristallin. 20 Lorsque les filaments sont en polypropylène stéréo-régulier sensiblement cristallin, leur ténacité après l'étirage est de 2 à 5 g par denier environ et leur allongement est de 50 à 400# environ suivant, bien entendu, les conditions particulières de l'étirage . 25 L'étirage oriente la strûcture du polymère et augmente con sidérablement la résistance à la traction du filament. Lorsqu'on un peut utiliser un étirage par cylindres ou/étirage par filage, il est préférable d'étirer par filage les monofilaments utilisés pour fabriquer les feuilles non tissées spéciales selon l'invention. 30 En conséquence, les monofilaments venant d'être filés sont introduits d'habitude sous la forme d'un faisceau de 5 à 500 filaments dans la chambre principale d'un ajutage pneumatique. De l'air ou d'autres gaz inertes peuvent être utilisés comme agents d'étirage gazeux. Pour étirer suffisamment les monofilaments, la 35 vitesse de l'air est d'habitude de 200 à 800 mètres par seconde à l'intérieur de la chambre principale. L'air se déplaçant à ces vitesses entraîne le faisceau de monofilaments et étire les filaments à des vitesses supérieures à 1 500 mètres par minute et pouvant s'élever jusqu'à des vitesses qui produisent une rupture 40 des filaments. La vitesse d'étirage est comprise de préférence 70 26399 3 bad original 70 26399 k 2053146 entre 2500 et 5000 mètres par minuter II est possible d'utiliser des modèles particuliers d'ajutages afin de maintenir séparés les monofilaments individuels pendant leur passage. Il est également possible d'utiliser d'autres techniques^ par exemple de 5 charger les filaments, pour les empêcher de s'enchevêtrer. Les monofilaments ainsi étirés peuvent être déposés sur une surface collectrice au moment où ils sortent de l'ajutage. Si les filaments ont été étirés sur des cylindres au lieu d'être étirés par filage, on peut les faire passer dans un dispositif de 10 manipulation pneumatique. De tels dispositifs sont bien connus et ils fonctionnement suivant le même principe que l'ajutage pneumatique d'étirage par filage. Cependant, les vitesses des gaz sont, dans ce cas , inférieures à celles utilisées pour étirer les filaments dans les dispositifs de manipulation. Pour empêcher le 15 gaz qui sort de l'ajutage avec les filaments d'emmêler ces derniers lorsqu'ils sont disposés sur la surface collectrice ou pour l'empêcher de les souffler à l'écart de la surface, cette dernière peut être constituée par une toile métallique ou par tout autre élément poreux pouvant être traversé par le gaz. 20 L'élimination et/ou la dissipation du gaz à grande vitesse sortant de l'ajutage peut être rendue plus facile par une aspiration appliquée sur le côté de la surface poreuse collectrice qui est opposé à celui sur lequel les filaments sont déposés. La surface collectrice s'écarte de la zone dans laquelle 25 les faisceaux de filaments non enchevêtrés et sensiblement parallèles sont déposés . Ce mouvement d'écartement de la zone de dépôt peut être obtenu d'une manière commode en utilisant comme surface collectrice une toile métallique sans fin. Pour former des bandes dont les caractéristiques de traction sont sensiblement isotrcpi-30 quesfla vitesse suivant laquelle les filaments sont envoyés sur la surface collectrice est égale à plusieurs fois celle de la surface pendant qu'elle s'écarte de la zone de dépôt. D'habitude, la vitesse de projection des filaments est égale à environ 10 à 1000 fois la vitesse de la surface lorsqu'elle s'écarte de la 35 zone de dépôt. La disposition:'dés filaments dans la bande déposée dépend du mouvement relatif entre eux et la surface collectrice. Il est possible d'obtenir diverses dispositions des filaments en déplaçant le dispositif de dépôt transversalement par rapport à la di- 4-0 rection d'entraînement, ou bien en maintenant le dispositif de bad original 70 26399 5 2053146 dépôt immobile et en. déplaçant les filaments, soit en faisant osciller le dispositif de dépôt, soit en interposant des chicanes, Les caractéristiques d'isotropie de la bande déposée ne doivent pas être sensiblement influencées par la disposition des filaments. 5 il rentre dans le cadre de l'invention d'incorporer aux feuilles non tissées une quantité variable de monofilaments dont la forme en section droite n'est pas allongée , à condition que cette addition de filaments ne supprime pas complètement l'amélioration des caractéristiques de résistance obtenue à l'aide des fibres "10 de section droite allongée de la présenté invention. De telles fibres dont les formes sont différentes ont une influence sur les autres caractéristiques de la feuille , ainsi que sur sa résistance. En particulier, il est possible d'incorporer à la feuille non tissée des fibres de section droite ronde ou circu-^5 laire.Leur présence améliore le toucher de la feuille résultante en réduisant sa raideur. Il est possible d'obtenir, par un choix approprié du rapport des fibres rondes aux fibres allongées des feuilles dont le toucher et la résistance élevée sont améliorés tous les deux. La bande déposée constituée par des monofilaments continus de section droite allongée est sèche et même dans cette forme, ses caractéristiques de traction sont supérieures à celles de bandes correspondantes de monofilaments de section droite circulaire . 25 Les poids des bandes selon l'invention sont compris norma lement entre 17 et 1*1-96 g par mètre carré » leurs poids spécifiques sont d'habitude compris entre 0,2 et 0,7g par cïï? environ. Leur épaisseur est comprise normalement entre 0,1^ et 7,6 mm. Une telle bande ou mat peut être utilisé tel quel comme 50 isolant, renforcement pour le papier, renforcement pour des étoffes non tissées et comme filtre. Il est possible, de plus , de continuer à la traiter par poinçonnage à l'aiguille, calandrage, scellement à la chaleur, couture ou tricotage suivant son utilisation finale prévue. Elle peut également subir d'autres traite-35 ments classiques tels qu'un collage à l'aide d'un adhésif. Les bs.ni.es -collées peuvent être utilisées comme bases de tapis, comme éléments de sacs, renforcements de papier ou d'étoffes, comme tapis de feutre, étoffes non tisséess etc., D'une manière générale, les caractéristiques de résistance.à la traction des 40 produits non tissés finis réalisés avec des fi.lasien.ts de section bad original 70 26399 6 2053146 droite allongée sont supérieures à celles de produits correspondants réalisés à l'aide de monofilaments classiques. Les polymères synthétiques qu'il est possible d8utiliser pour la présente invention sont ceux qui peuvent être filés ou 5 qui peuvent recevoir autrement la forme de monofilaments continus. De tels polymères comprennent le polypropylène cristallin, le polyéthylène cristallin, le poly-4-méthyl-1-pentène, leurs copolymères, le chlorure de polyvinyle, des polyesters tels que le téréphtalate d8e polyéthylène , des polyamides tels que 10 le "Nylon", etc.' Les exemples suivants sont destinés à illustrer les feuilles non tissées selon l'invention et non à limiter en aucune manière la présente invention. Sauf indication contraire, les pourcentages sont donnés en poids, 15 Exemple 1 Un polypropylène industriel, sensiblement cristallin, stéréo-régulier et dont la vitesse d'écoulement à l'état fondu est de 4,est fondu dans uae extrudeuse dont la zone finale est à une température de 320°C. Il est ensuite filé à l'état fondu par une 20 filière comportant deux ouvertures rondes d'un diamètre de 1,0mm. La température de la filière est de 300°C. Le polymère est ex-trudé à raison de 4,1 g/ouverture/minute. Les filaments de section droite cii-culaire résultants tombent ensuite d'une hauteur de 9,6 m dans un ajutage pneumatique qui accélère les filaments 25 en leur donnant une vitesse linéaire de 2160 m/minute, de manière à les étirer. Les filaments sont ensuite collectés sur une toile métallique derrière laquelle un vide est appliqué afin de former une bande ou mat. Ce mat est légèrement comprimé entre deux cylindres pour- être aanipulé plus faeilemént. 30 La ténacité de ces filaments, la résistance à la rupture de la bande ou mat sont déterminées par des essais ASTM classiques . Leurs caractéristiques sont indiquées dans les tableaux I etll. Exemple 2 35 Dés filaments et un iaat sont préparés dans des conditions semblables à celles de 18exemple 1, à 1!exception du fait que les filaments sont accélérés pas? l'ajutage pneumatique jusqu'à line vitesse de 4680 mètres par aimrfee après a-rc-ir- été' filés à l'état fondu. La ténacité des fîiaœsass et la r-ëeâdtaaoe' à la rupture 40 du mat sont également données dans les tablôaa^ I et II. bad original 70 26399 2053146 7 Exemple 3 Des filaments et un mat sont préparés dans des conditions semblables à celles de l'exemple 2, à l'exception du fait que ]es filaments sont extrudés suivant un taux de 3,3g/ouverture/rnn 5 et sont accéléras par l'ajutage pneumatique jusqu'à une vitesse de 4770 m par minute. La ténacité des filaments est indiquée dans le tableau I et la résistarce à la rupture du mat dans le tableau II. Exemple 4 -]0 ^es filaments et un mat sont préparés dans des conditions semblables à celles de l'exemple 1, à l'exception du fait que la filière comporte 3 ouvertures rectangulaires d'une longueur de 3,0 mm et d'une largeur de 0,3 mm. Les filaments sont extrudés à un taux de 2,8g/ouverture/mn et sont accélérés par l'ajutage pneu-matique jusqu'à une vitesse de 1980 mètres par mn. Les caractéristiques des filaments sont données dans le tableau I et celles du mat dans le tableau II. Exemple 5 Des filaments et un mat sont préparés dans des conditions 20 semblables à celles de l'exemple 4, à l'exception du fait que les filaments sont accélérés par l'ajutage pneumatique jusqu'à une vitesse de 3 600 mètres par minute. Leurs caractéristiques sont indiquées dans le tableau I et celles du mat dans le tableau II. Exemple 6 25 Des filaments et un mat' sont préparés dans des conditions semblables à celles de l'exemple 4, à l'exception du fait que les filaments sont extrudés à un taux de 3,3 g/ouverture/mn et sont accélérés par l'ajutage pneumatique jusqu'à une vitesse de 4 140 mètres par minute. Les caractéristiques du filament sont indiquées ■50 . dans le tableau I et celles du mat dans le tableau II. Exemple 7 Des filaments et un mat sont préparés dans des conditions semblables à celles de l'exemple 4 à l'exception du fait que la filière comporte trois orifices rectangulaires d'une longueur -55 de 2,0 mm et d'une largeur de 0,5 mm. Les filaments sont extrudés à un taux de 3,3g/ouverture/mn et sont accélérés jusqu'à une vitesse de 4680 mètres par minute par l'ajutage pneumatique. Leurs caractéristiques sont indiquées dans le tableau I et celles du mat dans le tableau II. bad original 70 26399 2053146 Exemple 8 On fait passer le mat non tissé de l'exemple 1 par un métier 4 aiguilles pour produire un feutre à l'aiguille comportant O environ 31 piqûres d'aiguilles par cm . Les résultats d'essais de la résistance à la rupture de iLétoffe résultante sont donnés 5 dans le tableau III. Exemple 9 Le mat non tissé de l'exemple 4 est feutré par l'aiguille comme dans l'exemple 8. Les résultats d'essais de la résistance à la rupture de l'étoffe résultante sont donnés dans le tableau 10 III. Exemple 10 Le mat non tissé de l'exemple 3 est pressé dans une machine de calandrage à chaud à une température de 145°C environ pour sceller les fibres à la chaleur. La résistance à la rupture 15 de l'étoffe non tissée scellée à la chaleur est donnée dans le tableau IV. Exemple 11 Le mat non tissé de l'exemple 7 est scellé à la chaleur d'une manière semblable à celle de l'exemple 10. Les résultats 20 de 1'essai"de-résistance à la rupture de l'étoffe non tissée scellée à la chaleur sont donnés dans le tableau IV. Exemple 12 Le mat non tissé de l'exemple 6 est scellé à la chaleur d'une manière semblable à celle de l'exemple 10. Le tableau XV 25 donne les résultats de l'essai de la résistance à la rupture de l'étoffe non tissée scellée à la chaleur. Le tableau I indique qu'il n'y a pas de différence appréciable de ténacité entre des filaments ronds et des filaments rectangulaires de deniers et d'orientations comparables. Au con-30 traire, les tableaux II à IV montrent que les résistances à la rupture de types divers de feuilles non tissées en monofilaments de section droite rectangulaire sont très supérieures à celles de feuilles -semblables en monofilaments de section droite circulaire, comparables. bad original Tableau I Caractéristiques des filaments rectangulaires et ronds N°sdes exemples de filaments Formes Deniers Sections Section droites droite des fila- des fi-ments lières microns mm Rapports longueur/ largeur Surfaces/ Ténacités longueurs des fila- g/deniers des sec-tions droites des filaments raierJSs?Aon- gueur en microns VJ o IV) Os K>i KO VO 1 ronde 16,6 51 1,0 - 160 2,7 2 ronde •7,8 35 1,0 - 110 3,9 3 ronde 6,8 33 1,0 . - 103 3,5 4 rectangulaire 12,6 75x26 0,3 X 3,0 2,9 202 2,5 5 rectangulaire 6,9 59x17 0,3 X 3,0 3,5 152 3,9 6 rectangulaire 7,1 50x21 0,3 x 3,0 2,4 142 3,8 7 rectangulaire 6,2 4'3x2 4 0,5 X 2,0 1,7 128 4,0 vo [\3 O U1 G\ Tableau II Caractéristiques des mats non tissés en filaments rectangulaires et ronds N°s de des exemples filaments Formes des filaments deniers Sections droites des filaments adorons Section droite des filières mm Poids/m2 des mats g/mrn2 Charge de G/cm 1 l'onde 16,6 51 1,0 119 338,2 3 x"onde ■6,8 33 1,0 153 58,7 4 rectangulaire 12,6 75x2 6 0,3x3,0 125,8 1530,1 5 rectangulaire ■ 6,9 59x17 0,3x3,0 119 890,0 6 rectangulaire 1A 50x21 0,3x3,0 153 338,2 7 rectangu laire 6,2 40x24 0,5x2,0 153 224,3 O ro On VO KO o K3 O U1 OJ M 4> G\ Tableau III Charges de rupture de mats feutrés à l'aiguille en filaments rectangulaires et ronds N°sdes exemples Formes des deniers des sections droites Sections droites poids/m2 charge de mats filaments filaments des filaments microns des filières mm des mats de F/itP rup" S/m ture g/cm *vj O ro o\ 04 vo vo 8 9 ronde 16,6 rectangulaire 12,6 51 75 x 26 1,0 0,3 x 3,0 91,8 102,0 1 .068 3.916 ro o ui 0\ Tableau TV Charges ae rupture d'étoffes non tissées scellées à la chaleur en filaments rectangulaires et ronds ûvûmril Cl O T?Av H 'des exemples d'étoffes non tissées scellées à la chaleur Formes des filaments deniers des filaments Section droites des filaments microns Sections droites des filières mm poids/mc de surface des feuilles g/m2 . charges de rupture g/cm XI O ro Q\ VjJ vo vo 10 11 12 ronde 6,8 rectangualire 6,4 rectangulaire 7,6 33 40x24 50x21 1,0' 0,5x2,0 ' 0,3x3,0. 142,8 142,8 142,8 427,2 1886,8 3684,6 ro l>0 O VJl VjJ h-* -P" G\ 70 26399 13 HEVENDXgM'IONS ' 2053146 *] _ Btoffe non tissée en monofilaments continus d'un polymère synthétique, caractérisée en ce que les sections des monofilaments sont allongées, leur rapport d'aspect étant d'aui-jnoins 3:1, les filaments étant disposés au hasard et étant sensiblement séparés les uns des autres, sauf à leurs points de croisement. 2 - Etoffe non tissée selon la revendication 1, caractérisée, en ce que le rapport d'aspect des filaments est compris entEe 3:1 et 8:1. 3 - Etoffe non tissée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les sections droites des monofilaments sont sensiblement rectangulaires. 4 - Etoffe non tissée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces en section droite individuelles des mono-filaments sont comprises entre 0,00005 et 0,008 mm environ. 5 - Etoffe non tissée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère est un polypropylène stéréo-régulier sensiblement cristallin. 6 - Etoffe non tissée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère est du polypropylène stéréo-régulier sensiblement cristallin, les sections droites des monofilaments sont sensiblement rectangulaires, leurs superficies individuelles 2 sont comprises entre 0,00005 et 0,008 mm environ, et leur rapport d'aspect est compris entre 3:1 et 8r1.