Brevet FR2132171A1 — publié le 19721117

La présente invention a pour objet un radiateur "biconique pour la production de filaments de polyesters macromoléculaires, linéaires ayant un faible degré de préorientation, filaments à partir desquels on peut fabriquer 5 des fils particulièrement uniformes et à haute résistance. On ne peut obtenir des fils ayant une haute résistance que si l'on utilise une matière filée ayant tui très haut degré d'étirage. Mais on ne peut obtenir un haut degré d'étirage qu'avec une matière filée ayant -une préorien-10 tation réduite. Dans la fabrication de fils à haute résistance, tels que pour les couches de corde dans les pneumatiques, il faut effectuer le filage de manière à obtenir des filaments ayant un degré de préorientation aussi bas que possible. Un autre problème est posé par l'uniformité requise, car on ne 15 peut étirer fortement les filaments que si chacun des filaments capillaires est uniformément traité lors du filage. Il n'est plus possible de remédier, lors du traitement ultérieur, aux irrégularités qui peuvent se produire, par exemple du fait d'un refroidissement impropre, ce qui diminue la qualité du 20 fil fini. On a constaté que l'on peut réduire la préorientation des filaments lors du filage si l'on dispose une zone de chauffage au-dessous de la filière pour retarder le refroidissement des filaments. Le brevet britannique N° 580.832 25 décrit un procédé et un dispositif pour le chauffage des filaments qui viennent d'être filés selon le procédé de filage à sec. Dans un tube à axe vertical, on retire le filament selon une direction parallèle à l'axe du tube, et on le chauffe par rayonnement horizontal. Selon un mode de 30 réalisation particulier, le tube a une section transversale elliptique et la paroi intérieure du tube est agencée pour être un bon réflecteur. Pour obtenir une bonne focalisation des rayons la source des rayons thermiques se trouve dans un foyer de l'ellipse et le filament dans l'autre foyer. Il semble 35 que le chauffage des filaments ainsi obtenu soit avantageux dens le filage en fusion de polyamides également, étant donné que l'on obtient les filaments dans un état plastique ou s - mi-plastique, ce qui facilite l'étirage. L«ais le dispositif décrit dans ce brevet est très volumineux et, par ^ conséquent, difficile à manipuler. 72 11001 2 2132171 D'après la demande de brevet allemand publiée sous le N° DOS 1.435.512 on peut aussi utiliser comme zone de chauffage une douille longue et chauffée, cylindrique ou rectangulaire, qui entoure, au-dessous de la filière, 5 sur une longue distance, l'enceinte avec les filaments fraîchement filés. La température minimale au voisinage des filaments est caractérisée dans ce brevet par l'équation Tg = - 9 X • + 30 dans laquelle 10 Tp = température de la filière X = 1Q4 . D F . V sp D = distance de la filière en pieds anglais (1 pied anglais = 30,48cm) F = Vâënier des capillaires V = vitesse d'enroulement en pieds anglais par seconde (1 pied anglais = 30,48cm) 15 + 100° 0. Avec ce procédé on peut obtenir un bas degré de préorientation dans les fils à filaments multiples. Le brevet français N° 1.347.986 décrit un procédé dans lequel on fait passer les filaments de polyester ou 20 polyamide fraîchement filés à travers un tube cylindrique chauffé qui influe sur la température de gaz au voisinage des filaments selon la condition suivante : Y = 0,08 25 X 10^ . D sp température du gaz directement à la filière en °C avec 270°C TG0 Tç = température du gaz en °C dans une distance L perpendiculairement sous la filière 30 Tp = température de la filière en °C 72 11001 3 2132171 D = distance de la filière en mètres Vgp= vitesse de retrait des filaments en m/sec. Après avoir quitté le cylindre, les filaments sont rapidement refroidis par un courant d'air horizontal. Ils ■ 5 sont ensuite traités avec une préparation.chauffée par de la vapeur chaude soufflée sur les filaments, après quoi ils sont étirés et enroulés sur une bobine. Dans ces procédés connus, on utilise des dispositifs de chauffage qui chauffent les filaments sur une longue 10 distance après leur sortie de la filière, de sorte que leur refroidissement et solidification ne s'effectuent que très lentement, et leur préorientation est réduite. On a trouvé, cependant, que ce mode opératoire ne donne pas de filaments de qualité optimale. La régularité des filaments obtenus 15 n'est pas satisfaisante et le soufflage de la vapeur chaude, qui fait suite au passage des filaments par le radiateur, a pour conséquence des collages de capillaires, du fait qu'avec la construction des radiateurs connus l'air de soufflage pénètre dans la zone de chauffage où il emmêle 20 les filaments encore plastiques. Un autre inconvénient résultant de l'irrégularité est line diminution de la résistance en traction. La présente invention a pour objet un radiateur permettant d'obtenir des filaments à bas degré de préorien-25 tation et uniformité satisfaisante , qui se prêtent à la fabrication de fils de polyester ayant une résistance en traction élevée. ouivant l'invention, ce problème est résolu par un radiateur biconique ouvert aux deux extrémités et constitué 30 par une partie supérieure et une partie inférieure, tronconi-ques ou en tronc de pyramide, la partie inférieure étant le radiateur chauffé et la partie supérieure le réflecteur qui réfléchit les rayons thermiques émis par la partie inférieure, l'ouverture de la partie inférieure étant rétrécie 35 au moyen d'un écran circulaire. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut ctre réalisée. La figure 1 est une vue en perspective du radiateur ^0 conforme à l'invention. 72 11001 4 2132171 La figure 2 est une vue en coupe du radiateur et la figure 3 illustre la variation de la température dans la zone de solidification des filaments dans un radiateur selon l'invention. 5 Le radiateur est constitué de deux parties tronco- niques 1 et 2, qui sont réunies par leurs ouvertures circulaires les plus grandes. La partie inférieure 2 peut être chauffée, tandis que la paroi intérieure de la partie supérieure 1 est agencée de façon à réfléchir les rayons thermiques émis 10 par la partie inférieure. La partie 1 est donc le réflecteur et la partie 2 le radiateur. L'ouverture inférieure 3 du radiateur est protégée par un écran annulaire 4, pour que l'air, soufflé sur les filaments après leur sortie du radiateur, ne pénètre pas dans l'espace au-dessous de la filière et 15 ne dérange pas la marche des filaments encore plastiques dans cette zone. Le diamètre d^ de cet écran n'est que de 5. à 30 mm plus grand que le diamètre dp du faisceau des filaments, à savoir La diamètre d^ de l'ouverture supérieure est plus grand que le diomètre du faisceau des filaments. La hauteur du radiateur L est égale à 1 à 2,5 fois le diamètre d^ de l'ouverture de la partie supérieure, à savoir 25 1,0 d^^L ^2,5 d4 .Dntre le faisceau de filaments et la paroi du radiateur de l'air passe vers le haut pour remplacer l'air entraîné vers le bas par le faisceau de filaments. La section transversale de l'écoulement doit être aussi grande que possi- 30 ble, afin que la compensation d'air puisse s'effectuer à faible vitesse. La section transversale du radiateur ayant le diamètre d^ le plus grand doit avoir au moins deux fois la grandeur de la section transversale d-, du faisceau de fila- J? ments, à savoir 35 a/ > 2 4/ On doit choisir la ligne du. côté latéral H de la surface chauffée de la partie 2 et l'angle du cône--p,de façon que la perpendiculaire 5 élevée sur l'enveloppe de la partie 2 soit dirigée sur la paroi opposée de la partie 1 72 11001 5 2132171 H T ^2 . T 2 arc sm ^s;Ln C ^ ' + 1 3 T + a„ arc cotg H + d4 2L1 La forme biconique du radiateur assure un rayonnement thermique concentré. On a choisi cette forme pour qu'une 5 petite partie seulement des rayons tombe sur la filière et que la plus grande partie soit réfléchie par le réflecteur conique, dans l'espace au-dessous de la filière. Dans une forme de réalisation avantageuse, le réflecteur 1 est fortement poli ou recouvert d'une feuille réfléchissante. Comme éléments 10 de chauffage dans la partie 2 du radiateur, on utilise, de préférence, des plaques céramiques à filaments insérés. On peut utiliser le radiateur conforme à l'invention pour le filage de polyesters macromoléculaires, en particulier le polytéréphtalate d'éthylène-glycol, ainsi que 15 de copolyesters dont les composants acides sont constitués essentiellement d'acide téréphtalique. La radiateur permet la production de fils de haute résistance étant donné que les filaments obtenus ont un bas degré de préorientation. Il est possible également d'augmenter le débit de fils.ge car 20 une préorientrtion plus élevée résultent d'une vitesse de retrait plus élevée des filaments peut être compensée au moyen de ce radiateur. De plus, le radiateur conforme à l'invention peut être utilisé pour le filage avec étirage en continu de filaments à viscosité élevée. 25 Gr ace au radiateur biconique relativement court, conforme à l'invention, on peut obtenir, dans la zone de solidification des filaments au-dessous de la filière, une variation de température étroite dans le temps et dans l'espace, ce qui influe favorablement sur la solidification, 30 comme montré à la figure p. La température varie dans les limites indiquées: • 110 - 1,7 . 10^ D I -, — - 0,4 P 125 - 2 . 10^(^ - 0,5)^ à une distance de 72 11001 6 2132171 où L est la longueur du radiateur, mesurée dans la même imité de longueur que la distance perpendiculaire D de la filière, est la température de gaz (air) et T^la température de la filière. 5 au voisinage immédiat du filament, à partir de la filière vers le bas, la température de l'air commence par augmenter, elle prisse par un maximum pour tomber ensuite rapidement au fur et à mesure que la distance de la filière augmente, „jtant donné que l'ouverture inférieure du radiateur 10 est rétrécie par un écran de façon à ne pas être plus grande que nécessaire pour le passage non-perturbé du faisceau de filaments, l'air de soufflage utilisé pour refroidir les filaments ne peut pas pénétrer dans l'espace au-dessous de la filière, ce qui est très important pour l'obtention d'une 15 qualité optimale des filaments. Si ce n'était pas le cas, des tourbillons d'air pourraient emmêler les filaments encore plastiques et très sensibles, ce qui aurait pour conséquence des collages et un refroidissement non uniforme. Le radiateur conforme à l'invention permet en outre de 20 retirer plus rapidement les filaments et d'obtenir ainsi une augmentation sensible de la production. .,n comparaison avec des dispositifs connus de ce genre, le radiateur biconique conforme à l'invention a l'avantage, tout en étant plus efficace, d'être plus petit et par conséquent plus commode 25 et plus facile à utiliser. Les exemples suivants illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 : On file du polytéréphtalate d'éthylène-glycol ayant une viscosité intrinsèque de 1 ,23, (mesurée à 25°C dans un 30 mélange de phénol et de tétrachloroéthane dans le rapport de 3 :2) à une température de 304°G avec un débit de 220 g/mn à travers une filière ayant 200 orifices d'un diamètre de 0,5 mm chacun , et on enroule les filaments sur une bobine à la vitesse de 320 m/ mn. Directement en dessous de la 35 filière est disposé un radiateur biconique ayant les dimensions suivantes : cLj = 140 mm, dg = 1?0 mm, d^ = 225 mm, d^ = 135 mm, H = 70 mm , L = 150 mm, L^ = 85,6 mm, = 46°. 72 11001 7 2132171 Ce- radiateur a une capacité de chauffe installée de 2000 watts à 220 volts. H est opéré à 150 volts..' Jirectement en dessous du radiateur est installée une zone de soufflage d'air ayant une longueur d'environ 2m, la 5 vitesse de l'air étant de 0,8 m/sec. Conrae mesure de l'orientation des molécules, les filaments ainsi produits ont une biréfringence DB de (1,6 ... 2,0) . 10 , déterminée selon la méthode de compensation d'.Jiringhaus avec des compensateurs de quartz ou de 10 calcite. La valeur DB est calculée à partir du rapport de la différence de pas et du diamètre des capillaires. Les filaments se signalent par une bonne uniformité sur leur longueur. Pour la variation du titre du filament composé de 200 capillaires, il est indiqué ici, comme mesure 15 de la non-uniformité U la divergence linéaire moyenne du titre T de la valeur de titre moyen HT L L U=j T-.ÔJ dl / ^ Tdl o o 20 Â cette fin le titre T est mesuré comme fonction de la longueur de filament 1. L est la longueur totale du filament mesurée. La valeur de titre moyen est T = jj ^ ^ Tdl. oi l'on utilise le radiateur conforme à l'invention, on obtient des filaments ayant une non-uniformité de 25 titre II de 0,8 >. On n'observe pas de filaments collés. Les filaments obtenus peuvent être étirés dans un rapport de 1 : 6,5 et l'on obtient une résistance de 82 g/tex. EXEMPLE comparatif: On effectue un filage analogue en utilisant un 50 radiateur cylindrique d'un type connu, ayant un diamètre de 205 une longueur de 875 m et une température de paroi de 245°C. Dcns la partie supérieure du tube chauffant on souffle, de manière concentrique, par une fente annulaire, de l'air ayant une température de 24-5°C. 55 II n'est pas possible d'augmenter la quantité d'air au delà de 80 1/heure sans qu'un fort degré de collage des filaments se produise. 72 11001 8 2132171 biréfringence DB = (1,6...2,0) . 10"^ non-uniformité de titre ïï =1,6% rapport d'étirage possible 1 : 6,4- résistance obtenue 79 g/tex 5 EXEMPLE 2 : On peut également utiliser le radiateur conforme à l'invention pour le filage de filaments de haute résistance d'une matière ayant une viscosité intrinsèque de 0,73. Dans ce cas, le radiateur peut être utilisé ou bien 10 pour réduire l'orientation des molécules pour une vitesse de retrait égale, ou pour maintenir l'orientation des molécules à une vitesse de retrait plus élevée. Cet exemple illustre le premier cas. Les positions du puits de filage et du radiateur sont analogues à celles de l'exemple 1. 15 température de filage 290°C débit de filage 325 g/ mn nombre d'orifices dans la filière 200 diamètre d'orifice 0,35 mm vitesse d'enroulement 500 m/ mn 20 radiateur (2000 watts à 220 volts) 150 volts longueur de soufflage 2 m vitesse d'air 0,8 m/sec. non-uniformité de titre 0,7 % z biréfringence 1,2 . 10 25 EXEMPLE comparatif On procède comme il est décrit à l'exemple 2, mais on n'utilise pas ion radiateur conforme à l'invention. Les filaments ont le même degré de non-uniformité du titre, mais un degré de préorientation plus élevé avec une biréfringence 30 de1,6.10~3. 72 11001 9 2132171 REV JHD ICLiT IONS 1.- Radiateur biconique pour la production de filaments, caractérisé en ce qu'il est ouvertaux deux extrémités et qu'il est composé de deux parties tronconiques 5 ou en tronc de pyramide, la partie inférieure 2 servant de radiateur chauffant et la partie supérieure 1 étant le réflecteur réfléchissant les rayons thermiques émis par la partie inférieure, et en ce que l'ouverture 3 de la partie inférieure est pourvue.d'un écran circulaire 4 destiné à 10 la rétrécir. 2.- Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d^ de l'écran est de 5 à 30 mm plus grand que le diamètre dj, du faisceau des filaments sortant de la filière. 15 3.- Radiateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture de la partie tronconique supérieure est plus grand que le diamètre du faisceau des filaments et- que la houteur L du radiateur biconique est de 1 à 2,5 fois le diamètre d^ de cette ouverture 20 supérieure. 4.- Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section transversale la plus grande du radiateur doit avoir au moins deux fois la grandeur de la section transversale du faisceau 25 des filaments. 5.- Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la perpendiculaire 5 élevée sur la paroi de la partie chauffante est dirigée sur la paroi opposée de la partie réfléchissante et la partie 30 inférieure du radiateur forme un angle de cône correspondant à: . H arc s m gj ^•3 + arc cotg ^ d- , d,. 0 + 4 p ( )2 2L1 où II est la ligne du côté latéral de la partie inférieure et L la hauteur du radiateur. 35 6.- Radiateur selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 5» caractérisé en ce que la surface du réflecteur 72 11001 10 2132171 est fortement polie ou recouverte d'une feuille réfléchissante. 7.- Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments chauffants du radiateur 2 sont constitués de plaques céramiques à filaments chauffants insérés. 8.- lîadiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, constitué de deux troncs de pyramide ayant comme base un polygone régulier.