Brevet FR2202960A1 — publié le 19740510

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de fils composites faisables comportant une ame située excentriquement dans une enveloppe, procédé suivant lequel un premier courant d'une masse filable polymère apte à former un fil est amené sous pression à une filière et un deuxième courant d'une masse filable polymère apte à former un fil est acheminé axialement au premier courant, pour servir d'amen Lors de la fabrication de fils composites de ce type, on rencontre toutefois des difficultés avec les procédés de filage connus pour obtenir de façon reproductible et invariable une répartition déterminée des masses filables dans la section du fil, favorable à leur aptitude au frisage, sans imposer des exigences excessives quant à la précision mécanique lors de la fabrication des filières et en assurant à ces dernières une longue vie Dans le brevet allemand NO 1 435 634, est décrit un procédé qui permet d'obtenir une position excentrique de l'enveloppe et de l'ame en dérivant une partie du courant formant le matériau d' enrobage pour le fil - ame axiale du deuxième composant, en ramenant cette partie en amont de la sortie de la filière de ma nière qu'elle se trouve placée cote à côte par rapport au fil âme enrobé et en l'extrudsnt ensuite avec ce dernier; dans ce procédé, on enrobe donc d'abord un composant et on l'écarte ensuite de sa position centrale par une partie du premier courant amenée latéralement. Auprès l'enrobage, le deuxième courant ne doit pas parcourir, avec le reste du premier courant, des canaux à section variable allant, par exemple, du rond à l'anguleux ou inversement, ni faire des détours, étant donné que l'épaisseur de l'envelop- pe une fois établie et son développement sur le pourtour du fil åme doivent autre maintenus par la suite.Lors de la réunion subséquente, côte à cotte, avec une partie du premier courant, la surface de contact entre les courants doit être plane afin que le fil acquiert sa pleine aptitude au frisage0 On ne peut satisfaire à ces deux exigences à la fois que par des canaux permettant de réunir les deux courants de masses fondues avec de faibles changements de direction et aussi semblables que possible; la juxtaposition, en tant que deuxième phase du procédé, n' est donc possible qu'en faisant converger les masses fondues sous un angle aigu, en g, tel que représenté dans le brevet allemand cité au préambules Ce n'est qu'avec la plus grande précision mé canique qu'on réussit à réaliser les embouchures de façon que les axes des canaux convergents se coupent exactement, Dès un faible écart, la surface de contact des courants juxtaposés est déplacée de sa position verticale et orientée vers le plan com mun des axes des canaux et elle n'apparat alors plus comme une droite dans la section du fil, mais en forme de s.En outre, au moins un des trois orifices qui se rencontrent constitue un trou borgne, donc un endroit guère accessible pour permettre un post-usinage exact et un nettoyages Enfin, les arêtes à angle aigu des embouchures qui, selon l'expérience, ont une grande influence sur la forme de la surface de contact, sont également inaccessibles pour effectuer un post-usinage exact. L'enrobage doit satisfaire aux exigences suivantes : Lten veloppe, le long de la zone de cr8te, doit être aussi mince que possible et représenter, par exemple, une épaisseur inférieure à 5 % du rayon du fil afin que l'aptitude au frisage ne soit pas sensiblement abaissées Si l'enveloppe est d'uoefaible épaisseur périphérique uniforme du fil, le courant d'enrobage ne représentera que 10 % de la totalité de la substance apte à former un fil et aura, de ce fait, tendance à titre transféré dans les parties correspondantes de la filière0 il est donc désirable d'obtenir un enrobage présentant une forte épaisseur périphérique, avec un minimum au sommet, c'est-à-dire dont l'axe de symétrie, dans la section du fil, est exactement perpendiculaire à la surface de contact des courants juxtaposés. Comme décrit plus haut, il est toutefois difficile d'éviter un déplacement de la surface de contact et, partant, des qualités de fil inégales ou variables dans le cas d'une juxtaposition en forme d's. L'enrobage peut 8tre obtenu, comme l'on sait, entre deux plaques d'un ensemble-filière en faisant passer le deuxième courant, en tant que courant- & e, par l'intermédiaire de deux trous concentriques ménagés dans les plaques, verticalement par un espace de distribution prévu entre les plaques, où il est enrobé par un courant amené radialement de tous cotés Pour obtenir une répartition périphérique uniforme, la plaque supérieure présentera, de façon counae, une saillie concentrique aux trous précités, formant, avec la plaque inférieure, une fente annulaire plate étroites Le courant d'enrobage afflue d'un seul coté à la fente annulaire0 ex effectuant l'enrobage en premier lieu, le courant d'enrobage ne rencontre que la résistance hydraulique de la fente annulaire, laquelle, en vue de donner un enrobage mince, doit Btre de très faible hauteur et donc autre fabriquée avec beaucoup de précision. Dans ces conditions une répartition précise de l'enveloppe ne peut être obtenue de façon simple, Le but visé, qui est à la base de la présente invention, est la mise au point d'un procédé de filage de fils ame-envelop- pe excentriques, par lequel on obtient de façon simple et strie la répartition désirée des composants dans la section du fil, à savoir un enrobage présentant une faible épaisseur de paroi dans la région de crete et une forte épaisseur de paroi sur la périphérie du fil, la formation d'uneinterface plane lors de la juxtaposition des courants et la concordance obligatoire des plans de symétrie de l'enrobage et de la surface de contact des courants juxtaposés0 L'invention part d'un procédé de fabrication de fils composites frisables comportant une âme disposée excentriquement dans une enveloppe, procédé suivant lequel un premier courant d'une masse filable polymère, apte à former un fil, est amené sous pression à une filière et un deuxième courant d'une masse filable polymère, apte à former un fil, est amené axialement au premier courant, en tant qu'amee On atteint ce but, conformément à l'invention, en dérivant une partie du premier courant et en l'amenant, en amont de la sortie de la filière, en tant qu'enrobage aux deux autres cou rants après leur juxtaposition, puis en l'extrudant avec ces derniers0 L'invention a en outre pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé conforme: à l'invention, comportant a) une plaque supérieure pourvue de trous d'admission des deux courants de masses fondues filables et d'un canal de raccordement à sa face inférieure, b) une plaque médiane pourvue d'un trou ménagé centralement par rapport aux trous d'admission de la plaque supérieure, et d'un trou ménagé excentriquement et débouchant dans un canal annnlai- re, ce trou communiquant d'autre part avec le canal de raccordement de la plaque supérieure, c) une plaque inférieure pourvue d'un trou ménagé au centre, débouchant dans l'orifice de filière et relié, par l'intezmé- diaire d'une fente annulaire plate, au canal annulaire de la plaque médiane. La hauteur de la fente annulaire peut etre réglée par des disques d'écartement. Le procédé conforme à l'invention perimeb, lors de la juxta- position du deuxième courant et du reste du premier courant, qui constitue la première phase opératoire, d'optimaliser la réunion des masses fondues en ce qui concerne l'obtention d'une interface plane et son orientation, la réalisation et le netto yage des filières de façon simple et sûre et, indépendamment de la forme de filière ainsi délimitée, d'effectuer ensuite l'enro- bage en l'épaisseur préalablement déterminée, avec la répartition d'épaisseur voulue et l'orientation requise du plan de symétrie de cette répartition. Toutes les parties de la filière influent sur la répartition des composants dans la section du fil et sont librement accessibles.L'épaisseur de l'enveloppe et sa répartition peuvent être corrigésindividuellement de-àçon simple, par alésage d'un trou ou par changement d'un disque d'écartement, sans montage d'une nouvelle filièreo La présente invention sera expliquée en se référant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une forme de réalisation de la- filière - la figure Z est une vue en coupe suivant la ligne Â-Â de la figure I - la figure 3 est we vue en coupe suivant la ligne B-S de la figure 1 - la figure 4 est une vue en coupe d'un fil venant d'entre extrudés La forme de réalisation représentée sur la figure 1 comporte des chambres filtrantes distinctes (non représentées au des sin) pour les courants de masses fondues a, b qui, par l'intermédiaire de pompes de filage individuelles, sont introduits par les passages 2, 3. L'ensemble-filière se compose de trois plaques 1, 5, 11 dont tous les orifices alimentés en masse fondue sont librement accessibles, une fois la filière démontée, pour procéder éventuellement à un post-usinage ou à un nettoyage. Dans la plaque-filiOre supérieure 1, les courants a, b sont acheminés vers le canal commun 4. Une partie du premier courant a, le courant d'enrobage aa, s'écoule par le passage latéral 7 ménagé dans la plaque-filière médiane 5 vers le canal annulaire 8, alors que le reste ab du premier courant a se réunit, dans le passage médian 6, avec le deuxième courant b avec obtention de la structure côte à côte conformément à la figure 2. Ce mode de réunion simple, en forme de T, est, meme avec un montage centré de la plaque-filière supérieure I par rapport à la plaque filière médiane 5, toujours symétrique par rapport à un plan exactement perpendiculaire au plan commun des passages 6 et 7, et, partant, au plan de symétrie de l'enrobage subséquent. Entre la plaque-filière médiane 5 et la plaque inférieure Il dans laquelle est ménagé l'orifice de filage 13, on achemine vers l'espace formé par les passages concentriques 6 et 12, le courant d'enrobage aa venant du canal annulaire 8 et passant par la fente annulaire plate 9 de faiblehxuteur. Le rapport dans lequel s'effectue le partage du premier courant a est réglé par la résistance hydraulique que le courant d'errobage aa subit dans le passage latéral 7, ainsi que dans le canal annulaire 8 et la fente annulaire 9, simultanément avec la résistance hydraulique s'exerçant, dans le passage médian 6, sur le courant ab formé avec le reste du courant a et le deuxiè- me courant b. Les diamètres nécessaires des passages 6 et 7 pour le partage désiré du premier courant peuvent ainsi être calculés approximativement et, grtce à la simplicité du procédé conforme à l'invention, être corrigés facilement d'après des essais de filage, par alésage des passages 6 ou 7. Les diamètres des passages 6, 7 seront avantageusement calculés de manière à déterminer en principe à eux seuls la proportion du courant d'enrobage aa. La répartition de l'épaisseur de l'enveloppe est alors réglée dans une large mesure par les dimensions de la fente annulaire 9 et du canal annulaire 8, indépendamment de la proportion du courant d'enrobage. Une différence essentielle entre le procédé conforme; . l'invention et le procédé connu par le brevet allemand NO 1 435 634 réside dans le fait que l'enrobage a lieu après la juxtaposition des deux courants. En effectuant 1'enrobage avant la juxtaposition, comme indiqué dans le brevet précité, le courant d'enrobage, jusqu'à sa réunion concentrique avec le deuxième courant, ne rencontre que la résistance hydraulique de la fente annulaire plate qui doit alors présenter une hauteur particulièrement faible, par exemple de 76 t (cfo exemple I du brevet indiqué plus haut), et Aetre donc réalisée avec la plus grande précision. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à llinvention, on choisit des fentes annulaires d'une hauteur d'environ 0,2 à 0,5 mm, de préférence de 0,4 mm. Le plan de symétrie de la surface de contact des courants juxtaposés étant, avec le présent procédé, nécessairement perpendiculaire à celui de l'enrobage, on peut obtenir, sans risque d'une variation de l'aptitude au frisage, une répartition d'enrobage telle que l'épaisseur de l'enveloppe soit assez élevbe le long du pourtour du fil et faible au sommet (cf. figure 4, 14). Par répart3tion, on entend le rapport des épaisseurs d'enrobage aux points 15 et 14 de la figure 4, situés à 900 l'un de l'autre. La répartition de l'enrobage dépend du rapport des résistances hydrauliques du canal annulaire 8 alimenté d'un seul côté et de la fente annulaire 9o La hauteur de la fente annulaire est calculée approximativement en fonction de la répartition-d'enrobage désirée et est corrigée d'après les résultats d'essais de filage0 Le réglage exact de la hauteur de la fente annulaire, avec formation de faces parallèles, est obtenu, avec le dispositif représenté sur la figure 1 du dessin, par le disque d'écartement rodé 10, Des réalisations antérieures ne comportant pas ce disque d'écartement entre les plaques de filière 5 et Il n'ont donné que des résultats insatisfaisants, dans la plupart des cas avec une répartition de l'épaisseur d'enrobage décalée par rapport à l'axe de la fibre, étant donné que les différences de niveau nécessaires à la face inférieure de la plaque de filière médiane 5 ne pouvaient être obtenues que très difficilement avec des dimensions exactes et des faces parallèles0 Etant donné le profil de vitesse quasi parabolique des courants dans le passage 12, l'épaisseur d'enrobage est, à ce stade, encore trop élevée (cf. figure 3) et ce n'est que dans la fibre même, avec un profil de vitesse en forme de caisson, que s'éta Rit le rapport voulu entre ):'épaisseur et le diamètre du fil (cfo figure 4). Exemple 1 On prépare des rognures d'un copolycondensat composé de 50 % de polyhexaméthylène-adipamide et de 50 % de polyhexaméthylène sébaçamide, présentant, à l'état fondu, une viscosité de 960 poises, à 28500. On prépare d'autre part, deanière usuelle, des rognures de polycaprolactame d'une viscosité à l'état fondu de 1 130 poises, à 285 C. Les deux matériaux sont amenés, à travers des zones de fusion dis1inctes et dans un rapport de quantités de 55 (noyau) à 45 (enveloppe), à un ensemble-filière du type représenté sur la figure 1. Les températures de fusion des deux substances s'élèvent à 2850Go Les deux polycondensats (le copolycondensat en tant que noyau) sont ensuite extrudés à travers une filière à deux orifices, La hauteur de la plaque d'écartement 10 est réglée à 0,4 mm.Lors de l'examen au microscope de coupes transversales des fibres refroidies et envidées de manière usuelle, on constate une répartition des composants telle que représentée sur la figure 4, sans variations décelables et sans différence entre les fibres venant de l'un ou de l'autre trou de filière0 BxemDle 2 On opère comme décrit à l'exemple 1, mais en extrudant avec le même polycaprolactame des copolycondensats présentant une autre viscosité à l'état fondu et en utilisant pour le noyau aussi bien du copolgcondensat que du polycaprolactame. On obtient des sections de fibres présentant, par rapport au noyau, des interfaces concaves et des interfaces convexes (16,figure 4).Le diamètre de l'interface DG donne, avec le diamètre du fil Dp, une courbure d'interface relative k = DF/DG. Le diagramme de la fi gure 5 représente le rapport EC/ Il n'est donc pas nécessaire de prévoir des pièces intérieures coniques pour régler la forme de l'interface. Les aretes à angle aigu qui apparaissent dans la zone d'embouchures en forme de , agissent à la manière de pièces intérieures coniques qui, d'une façon générale, sont très sensibles aux endommagements et difficiles à réaliser sans apparition de crêtes gênantes et sans dyssymétrite Exemple 3 3 On opère comme décrit à l'exemple 1 mais en réglant les proportions des matériaux formant respectivement l'âme et l'enveloppe dans les rapports suivants : 40/60, 50/50 et 60/40. La forme de l'interface dans la section de la fibre n'est pas modifiée. Exemple 4 On opère comme décrit à l'exemple 1 mais en utilisant pour l'ame et pour l'enveloppe du polycaprolactame de meme viscosité à l'état fondu, maté et non maté. On obtient dans ce cas, c'est à-dire avec des viscosités identiques, uneinterface plane. Le rapport de viscosités optimal dépend du type des matériaux. RVEND I CÂTIONS 10) Procédé de fabrication de fils composites frisables à åme située excentriquement dans une enveloppe, procédé dans lequel 9n amène sous pression à une filière un premier courant d'une masse filable polymère, apte à former un fil et on achemine axialement au premier courant, pour constituer l'ame, un deuxième courant d'une masse filable polymère, apte à former un fil, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on dérive une partie du premier courant et on l'amène, en amont de la sortie de la filière, en tant qu'enrobage, aux deux autres courants après leur réunion côte à côte puis on l'extrude avec ces derniers, 20) Filière pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte a) une plaque supérieure pourvue de trous d'admission des deux courants de masses fondues filables et d'un canal de raccordement à sa face inférieure b) une plaque médiane pourvue d'un trou ménagé centralement par rapport aux trous d'admission de la plaque supérieure, et d'un trou ménagé excentriquement et débouchant dans un canal annulaire, ce trou communiquant d'autre part avec le canal de raccordement de la plaque supérieure, c) une plaque inférieure pourvue d'un trou ménagé au centre, débouchant dans l'orifice de filière et relié, par l'intermédiaire d'une fente annulaire plate, au canal annulaire de la plaque médiane 30) Filière suivant la revendication 2, dans laquelle la hauteur de la fente annulaire plate est réglable au moyen de disques d'écartement.