Brevet FR2021640A1 — publié le 19700724

ta présente invention concerne un procédé de préparation de filaments sans fin frisés ou d'articles planiformes bouffants non tissés consistant en ces filarn nts, pour fusion du polypropylène, exfrusir tvacuaticr. et étire ue ces filaments à grande vitesse et déposition sur un dispositif de réeeFtisn. La préparation de filaments frisés est connue en soi. Dans les opérations de préparation de filaments frisés, il est indispensable d'observer des conditions aussi constantes que possible si 11. on veut obtenir un produit dans lequel la frisure des filaments est bien définie et régulière. La frisure définie et régulière des filaments constitue une condition préalable indispensable pour les transformations textiles ultérieures des filaments, et par exemple leur transformation en fils. En dehors d'une bonne frisure du filament, on recherche un caractère plein et gonflant. tes opérations de frisage doivent modifier aussi peu que possible la nature chimique de la résine synthétique. Pour répondre à ces exigences, on a déjà décrit le traitement de filaments extrudés, par exemple des filaments de polyamide, par l'eau chaude ou des acides dilués (H. Hopf, A. Müller F. Wenger, "Die Polyamide", 1954, pages 315/316). On sait également que l'on peut friser les filaments extrudés par des moyens mécaniques. Les procédés de ce type les plus utilisés sont le frisage par roues dentées et le frisage par compres- sion. te frisage de filaments sans fin à laide de roues dentées s'effectue après l'étirage : les filaments sont conduits entre deux roues dentées engrenées entre elles et chauffées. Dans le frisage par compression, les filaments sans fin sont repris en continu par une paire de cylindres et refoulés dans une chambre de compression. tes filaments refoulés compriment les filaments qui se trouvent déjà dans la chambre, sous forme de vagues. Lorsque la pression des filaments présents dans la chambre dépasse la contre-pression du clapet de fermeture, celui-ci s'ouvre et permet la sortie du contenu de la chambre, comprimé et frisé (H. Ludewig, "Polyesterfasern", 1965, pages 278-280). -Un autre procédé pour friser des filaments sans fin en résine synthétique thermoplastique consiste à conduire les filaments chauffés sur une arete vive. Sur leur face en contact avec l'arête, les filaments sont allongés. Les tensions sur le filament conduisent à un frisage volumineux. Selon le brevet des EUA nO 3 101 521, le filament est frisé sans traitement à la chaleur lorsqu'on le soumet à un changement de direction de 1800 et à une tension subséquente déterminée. Au cours des années récentes, un autre procédé de frisage est apparu : le procédé de frisage par un courant d'air. Dans ce procédé, les filaments passent dans la zone tourbillonnaire d'une tuyère à air dans laquelle ils sont emmêlés par le courant d'air. tes noeuds et boucles refoulés de la masse des filaments par le courant d'air confèrent aux filaments l'aspect d'un fil bouffant. Pour les filaments de polyester, la préparation de filaments sans fin bouffants par le procédé de frisage par fausse torsion, réalisable en continu, et qui est un procédé de frisage par torsion, a trouvé les plus larges utilisations. Dans ce procédé, les deux extrémités du filament sont fixées solidement et le milieu du filament est enroulé autour d'un axe ("Chemiefasern", 14, 1964, pages 472 et suivantes). tes techniques de filage permettent d'autres techniques de frisage. On sait que certaines fibres, et par exemple les fibres de polyamide, ont une tendance à friser spontanément après filage à l'état fondu. Cette tendance peut être favorisée par certaines opérations, par exemple un traitement à la vapeur dans le cas des polyamides ou un processus de détente dans le cas des polyesters (brevet britannique nO 932 482, 5ème colonne, lignes 69 à 99). De même, les fibres de polyoléfines peuvent être frisées par certaines opérations de détente (brevet britannique nO 964 406). Finalement, on peut parvenir à un frisage de polymères synthétiques par une combinaison de techniques variées (brevet des EUA nO 2 115 744). Un autre procédé pour obtenir des filaments frisés consiste à filer en commun deux polymères possédant des propriétés différentes. On trouvera la description de tels procédés dans les brevets britanniques nO 904 417 et 979 083. Selon le brevet allemand nO 1 238 610, on obtient des filaments frisables à partir d'une masse fondue de polymères linéaires par envoi à la filière, à des vitesses différentes, de deux courants partiels de la même masse en fusion qu'on unit juste avant extrusion. te traitement de filaments extrudés par l'eau chaude ou les acides dilués en vue de provoquer un frisage présente un inconvénient : il est indispensable de maintenir des durées d'action, des températures et, dans le cas des acides, des concentrations, déteYminées, si l'on ne veut pas endommager les fibres. Une surveillance étroite est donc indispensable. Ge procédé permet difficilement d'obtenir un frisage défini et régulier des fibres. Dans le frisage par roues dentées, il faut régler la température et le jeu des roues dentées de manière que les filaments prennent la forme d'ondes. ême dans le cas d'un réglage soigné, les dommages mécaniques aux filaments ne sont~pas exclus. te procédé de frisage par compression risque moins d'endommager les fibres que le procédé aux roues dentées, mais si l'onveut parvenir à une opération régulière et sans ennuis, il faut absolument régler exactement les conditions mutuelles d'épaisseur des filaments, de dimensions de la chambre de compression, de distance des cylindres de compression et de pression du clapet. Dans la pratique, ces exigences conduisent souvent à des difficultés. te procédé de frisage sur arête vive présente un autre inconvénient : il faut maintenir une vitesse exacte des filaments. Par ailleurs, il subsiste toujours un risque de dommage mécanique des filaments. Dans la plupart des cas, il faut encore effectuer un traitement subséquent, par exemple un traitement à l'eau chaude, et une fixation. Alors que dans le procédé de frisage par courant d'air tout le filament est soumis à une rotation, dans le procédé de frisage par fausse torsion les filaments ne sont soumis à une rotation que dans leur partie centrale, autour de leur axe, entre les deux points de fixation. Il faut rendre la rotation permanente à l'aide d'un dispositif de chauffage. Pour obtenir de bons filaments frisés, il faut régler mutuellement dans des proportions optimales la vitesse des filaments, la vitesse de rotation de 'axe de fausse torsion, la température de l'élément de chauffage pour ia fixation et la tension du filament. Les procédés dans lesquels on provoque le frisage des filaments après filage par exploitation, au moyen de techniques variées, de la tendance de polymères différents à friser spontanément, conduisent rarement à des résultats satisfaisants. Même avec des différences relativement faibles entre les propriétés des polymères constituant un chargement, par exemple dans le poids moléculaire, dans la cristallinité, etc... on obtient des degrés de frisage variés. Il est très peu probable qu'un frlsage obtenu par une combinaison de divers procédés, par exemple l'étirage sous forte tension et le passage subséquent immédiat à l'état entièrement détendu, se distlngue par sa stabilité, son uniformité et la finesse des boucles. Le filage en commun de polymères possédant des propriétés différentes est très compliqué. L'envoi de deux polymères dans des proportions constantes sur une filière par exemple n'est pas facile à réaliser industriellement. On ne sache pas que de tels procédés aient connu des extensions pratiques. La présente invention vise à la préparation de filaments sans fin et frisés à partir du polypropylène par un procédé susceptible d'une mise en oeuvre industrielle simple, économique et continue. Conformément à l'invention, ce but a été atteint par un procédé dans lequel on file un polypropylène indice de fusion i5 de 50 à 500, mesuré à 2300C, au travers d'orifices de filage de diamètre 0,5 à 1,5 mm, en filaments de 5 à 20 den qu'on refroidit dans un courant d'air transversal, qu'on évacue et qu'on étire sous un effort de traction d'au moins 0,05 g/den au travers d'un dispositif d'évacuation à fonctionnement pneumatique disposé à une distance de 4 à 15 mètres au-dessous des orifices de filage, avec une vitesse d'évacuation des filaments de 2 500 à 9 000 m/mn, et qu'on dépose ensuite sur un dispositf collecteur perméable à l'air et placé sous une dépression d'au moins 50 mm de colonne d'eau. Dans un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, les filaments déposés sont aspirés au-dessous de la surface de déposition par la dépression jusqu a ce que ladite surface et les filaments soient introduits entre deux cylindres. Dans le cadre de l'invention, les filaments déposés sont fixés mutuellement par passage entre deux cylindres presseurs chauffés. Conformément à l'invention, le polypropylène fondu est extrudé au travers de filières à orifices de 0,6 à 1,5 mm de diamètre. Dans un mode de réalisation apprécie du procédé selon l'invention, le dispositif d'évacuation se trouve à une distance de 5 à 9 mètres au-dessous de la filière Selon un autre aspect 3e l'~n-reu-tiosla a vitese d'évacuation des filaments est axe 3 000 à 7 000 mfmn. Dans le cadre de l'invention, les filaments sont refroidis par de l'air à une température inférieure à 250C, et l'air est envol en direction transversale par rapport à la direction des filaments, à une vitesse d'écoulement d'au moins 0,5 m/s. Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'inventionS les filaments sont déposés sur une bande de doublier perméable à l'airs enroulés avec la bande de doublier et dévidés ensuite à vitesse réduite. On peut selon l'invention reprendre et dévider en commun plusieurs filaments sous forme de câbles. tes filaments dévidés peuvent être découpés en fibres pour mèches. Conformément à l'invention, on peut envoyer à l'extrudeuse un polypropylène présentant un indice de fusion tel qu'au moment du filage on atteigne un indice de fusion i5 de 50 à 500 mesuré à 2300C. Conformément à l'invention, l'article planiforme bouffant obtenu après le dépot des filaments est fixé par épinglage ou à l'aide de liants chimiques. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. Dans ces exemples, les indications de parties et de pourcents sont en poids sauf indication contraire Exemple 1 On fond à 3450C dans une extrudeuse présentant une longueur de vis de 25 diamètres un polypropylène de densité 0,907, indice de fusion i5 à 2300C : 6 g/10 mn, intervalle de fusion de cristallite 161 à 1640C, et on l'extrude au travers d'une filière à 34 orifices de 0,8 mm de diamètre à 3050C. La température de la masse fondue avant la filière est de 3310C. On règle la production totale à 12,2 kg/heure, ce qui correspond à un débit de 6 g de polypropylène par orifice de filière et par minute. A une distance de 7,5 m de la face inférieure de la filière se trouve un dispositif d'évacuation fonctionnant selon le principe de l'éjecteur qui évacue les filaments extrudés en les orientant. Entre la filière et le dispositif d'évacuation se trouve un puits de soufflage à air froid de 1,5 m de longueur. Les filaments extraits par le dispositif d'évacuation sont refroidis à une distance d'environ 15 cm au-dessous de la plaque de filière par un courant d'air transversal à une vitesse d'écoulement moyenne de 1,4 m/s. Avant pénétration des filaments dans la partie d'aspiration du dispositif d'évacuation, ils sont suffisamment refroidis pour qu'ils ne puissent plus coller mutuellement. tes dispositifs d'évacuation fonctionnent avec de l'air comprimé à la pression manométrique de 25 atmosphères. On obtient des filaments individuels au titre de 12 den. La vitesse d'évacuation est donc de 4 500 m/mn. La résistance à la traction est de 3,-8 g/den et l'allongement résiduel de 94 ruz t'indice de fusion i5 à 2300C des filaments extrudés est de 70 g/10 mn. La colonne des filaments est refoulée par soufflage depuis le dispositif d'évacuation sur une toile métallique à 45 % de surface ouverte. Au-dessous de la zone de soufflage se trouve une caisse d'aspiration dans laquelle on règle une dépression de 130 mm d'eau. te frisage a été mesuré sur le filament détendu. Pour un rayon moyen de 2 à 3 mm, on obtient de 4 à 7 frisures par centimè- tre. Exemple 2 On fond à 2900C dans une extrudeuse présentant une longueur de vis égale à 25 diamètres un polypropylène coloré en vert de densité 0,906, indice de fusion i5 à 2300C : 19,7 g/10 mn, intervalle de fusion du cristallite : 160 à 1640C, et on l'extrude au travers d'une filière à 34 orifices de 1 mm de diamètre à 2580C. La température de la masse fondue avant la filière est de 2840C et l'indice de fusion i5 à la sortie de la filière à 2300C est de 284 g/1Omn. On règle la production totale à 16,4 kg/h, ce qui correspond à 8 g de résine synthétique par orifice de filière et par minute. A une distance de 9,0 m de la face inférieure de la filière se trouve un dispositif d'évacuation fonctiomlant selon le principe de l'éjecteur, avec de l'air comprimé à pression manométrique de 22,5 atmosphères. Ce dispositif extrait et oriente les filaments. Entre la filière et le dispositif d'évacuation se trouve, comme dans l'exemple 1, un puits de soufflage servant à refroidir les filaments extrudés. La vitesse d'écoulement du courant transversal d'air frais est de 1,7 m/s. A la sortie du dispositif d'évacuation, les filaments sont refoulés par soufflage sur un support perforé au-dessous duquel on a réglé une dépression de 280 mm d'eau, de sorte qu'il se forme une nappe fibreuse de 25 cm de largeur et 3,5 cm de hauteur, à la densité superficielle de 300 g/m. Cette densité superficielle correspond à une densité en volume de 0,085 g/cm . te titre des filaments individuels est 15,4 den. Par le calcul, on en déduit une vitesse d'évacuation de 4 670 m/mn. La résistance des filaments est de 2,9 g/den et l'allongement permanent de 185 %0. Sur le filament détendu, on détermine un rayon de 1,5 à 2 mm et 8 à 12 frisures par centimètre. tes avantages du procédé selon l'invention résident plus spécialement dans ses caractéristiques suivantes : il permet obtenir à partir du polypropylène, en une seule opération, des filaments sans fin, frisés à haut degré de frisage et possédant de bonnes propriétés mécaniques. La mise en oeuvre industrielle du procédé selon l'invention est simple et particulièrement économique. Il permet des vitesses de travail élevées. Alors que jusqu'à maintenant, on n'a atteint que des vitesses de travail de 3 000 m/mn au maximum dans des techniques continues de frisage, le procédé selon l'invention permet des vitesses opératoires atteignant 9 000 m/mn. L'évacuation selon l'invention de la masse de résine synthétique fondue au travers d'orifices de 0,5 à 1,5 mm de diamètre, disposés par exemple comme dans une filière, permet un grand débit de polypropylène et par conséquent une forte production ; le débit de polypropylène peut atteindre environ 8,5 g par orifice et par minute. Vis-à-vis des procédés connus antérieurement, cette forte capacité de production constitue-un progrès essentiel. Par rapport aux procédés classiques, la capacité de filage est multipliée 5 à 10 fois. La distance entre la tuyère de soufflage et les orifices de filage (ou la filière) possède une influence étonnante sur les résultats obtenus. Si la tuyère de soufflage est disposée par exemple à une distance de 1 à 2 m au-dessous de la filière, on ob tient des filaments qui ne sont pas frisés et qui ne possèdent F s une forte résistance mécanique. L'allongement permanent de ces filaments est inférieur à 50 % et la résistance mécanique est de 1 g/den. Ce n'est qu'à une distance d'au moins 4 mètres entre la tuyère de soufflage et la filière qu'on obtient des filaments frisés possédant de bonnes propriétés. tes filaments frisés obtenus par le procédé selon l'invention possèdent de hautes résistances mécaniques et conviennent tout particulièrement à la préparation d'articles planiformes tels que des nappes fibreuses. tes filaments déposés présentent un aspect gonflant et mou. La forte frisure des filaments individuels conduit à une augmentation du nombre des points de croisement dans la nappe fibreuse dépassant 50 % et pouvant atteindre 100 à 200 %, comparativement au nombre des points de croisement de Alaments lisses. te traitement sous pression et à chaud des nappes fibreuses obtenues donne par exemple des produits planiformes possédant des résistances mécaniques extrêmement élevées. Les filaments qui se trouvent en surface sont fondus et forment une surface lisse. A l'intérieur, les filaments restent frisés et sont soudés aux nombreux points de croisement. R-E V B N D I C A T I O g S 1.- Procédé de préparation de filaments frises sans fin ou d'articles planiformes bouffants non tisses consistant en ces filaments par fusion du polypropylène, extrusion, évacuation et étirage des filaments à haute vitesse et déposition des filaments sur un dispositif collecteur, caractérisé en ce que l'on file du polypropylène présentant un indice de fusion 15 de 50 à 500 mesuré à 2300C au travers d'orifices de filage de diamètres 0,5 à 1,5 mm en filaments de 5 à 20 den, qu'on refroidit dans un courant d'air transversal et-qu'on évacue et qu'on étire sous un effort de traction d'au moins 0,05 g/den au travers d'un dispositif d'évacuation à fonctionnement pneumatique disposé à une distance de 4 à 15 mètres au-dessous des orifices de filage, à une vitesse d'évacuation des filaments de 2 500 à 9 000 m/mn, lesdits filaments étant ensuite déposés sur un dispositif collecteur perméable à l'air placé sous une dépression d'au moins 50 mm de colonne d'eau. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments déposés sont aspires par la dépression existant audessous de la surface de déposition jusqu'au moment où cette dernière et les filaments sont introduits entre deux cylindres. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments déposés sont fixés mutuellement~par passage entre deux cylindres presseurs chauffés. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polypropylène fondu est extrudé au travers de filieres à orifices de 0,6 à 1,5 mm de diamètre. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation est placé à une distance de 5 à 9 m au-dessous de la filière. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse d'évacuation dee filaments est de 3 000 à 7 000 m/mn. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les filaments sont refroidis par de l'air à une température de 250C. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'air est introduit dans une direction transversale à la direction des filaments avec une vitesse d'écoulement d'au moins 0,5 m/s. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les filaments sont déposés sur une bande de doublier perméable à l'air, enroulés avec la bande de doublier et dévidés ensuite à vitesse réduite. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on reprend et on dévide en commun plusieurs filaments, sous forme d'un câble. 1t.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on découpe les filaments dévidés en fibres pour mèches. 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'extrudeuse un polypropylène présentant un indice de fusion tel que l'on atteigne au filage un indice de fusion i5 de 50 à 500, mesuré à2300C. 13.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'article planiforme bouffant obtenu après le dépôt des filaments est épinglé. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'article planiforme obtenu après dépôt des filaments est traité par des liants chimiques