Brevet FR2289640A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne un procédé de fabrication de fils multifilamentaires ayant un titrage en deniers élevé à partir de polyamides et de polyesters linéaires formant des fibres en procédant par extrusion de filaments à partir d'une masse fondue à travers une filière à plusieurs trous, par refroidissement des filaments résultants et par allongement des filaments refroidis. La production par ce procédé de "filage d'une masse fondue" de fils multifilamentaires utilisés pour les pneumatiques, et les besoins textiles et industriels est bien connue. Dans de nombreux procédés de l'art antérieur, le filage et 11 allongement des filaments sont effectués séparément. Certains procédés "de filageétirage" ont été également développés qui procèdent par filage d'une masse fondue et par allongement des filaments en continu, Sans étape intermédiaire d'enroulement des filaments. L'emploi de tels procédés peut toutefois amener une réduction de la qualité du fil. Dans la mise en oeuvre commerciale de ces procédés, des cadences de production élevées sont désirables et sont mises en oeuvre, par exemple, par l'emploi d'un débit ou régime élevé d'alimentation et/ou par l'emploi du procédé de filage en fusion de deux fils à partir d'une filière appelée procédé "double fils. On a rencontré de sérieux problèmes du fait du "flottement" des filaments à partir du faisceau principal du fil au-dessus du rouleau de lubrification, ce flottement amène la production d'un fil ayant une qualité relativement mauvaise. Le "flottement" a été particulièrement genant dans le filage d'une masse fondue, par le procédé dit "double fil de fibres synthétiques c'est-à-dire dans la production de deux fils à partir d'une filière. Le terme "flottement" est utilisé ici pour définir une condition dans laquelle le filament dans le fil non étiré présente momentanément du mou au-dessus du rouleau de lubrification. Le flottement excessif amène la production d'un fil de relativement basse qualité ayant un nombre excessif de défauts tels que des filaments fondus, des filaments manquants, des ruptures de filaments et des boucles. La présente invention prévoit un procédé de filage en fusion pour préparer des fils multifilamentaires ayant un titrage en deniers élevé à partir de polyester ou de polyamide linéaires formant des fibres d'où il résulte que "le flottement" des filaments à partir du faisceau principal du fil du dessus au-dessus de la zone de lubrification est réduit. Le procédé est caractérisé en ce qu'un lubrifiant constitué seulement essentiellement d'un mélange d'éthers monoalkyliques de polyalkylèneglycol ayant un poids moléculaire moyen situé dans la plage de 300 à 900 est appliqué comme seul lubrifiant aux filaments après extrusion de ceux-ci à partir d'une masse en fusion à travers une filière comportant-de multiples trous et refroidissement et avant l'allongement des filaments refroidis. Comme mode de réalisation préféré de la présente invention un fil multifilamentaire de téréphtalate de polyéthylène ayant un titrage en deniers par filament élevé, par exemple de 20 à 50 deniers par filament (non étiré) est filé en fusion de façon continue à partir de filières comportant chacune un grand nombre de trous, par exemple 384 trous, à un régime de production élevé tel quë 22 à 40 kg environ par heure (0,06 à 0,10 kg par heure et par trou environ) et, ce fil est allongé de façon continue sans étape intermédiaire d'enroulement avec un rapport d'allongement d'environ 4 : 1. Les filaments ayant un titrage en deniers élevé sont extrudés vers le bas dans une colonne sensiblement stationnaire d'air, ayant une température de 100 à 3300C, disposée immédiatement endessous de la filière.Dans une zone de trempe qui lui fait suite les filaments sont refroidis par contact avec l'air de refroidissement. Les filaments refroidis sont lubrifiés en utilisant comme seul lubrifiant un mélange d'un monoéther spécifié#ci-dessus maintenu habituellement à une température située dans la plage de 200C à 600C et, de façon désirable, à la température ambiante, par contact de surface avec la surface d'un rouleau ayant un état de surface de 2,2# e à 40# F (90 à 500 micro-inches RMS) et convergent en-dessous du rouleau de lubrification par ltemploi de guides.Le terme "R M S" qui est une abréviation de "root-mean square" est une mesurearbitraire de l'état ou texture de surface (c'est-à-dire de la rugosité) et il est décrit en détail dans la publication : Surface Texture (ASA B 46.1 - 1962); The American Society or Mechanical Engineers, United Engineering Center, 345 East 47th Street, N.Y. 17, New-York, page 16 (1962). Ces unités sont des micro-inches. Les mélanges préférés d'éthers monoalkyliques de polyalkylèneglycol de la présente invention sont des copolymères appelés copolymères au hasard ou statistiques et,de préférence, des copo lymères au hasard faits à partir d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène. L'oxyde d'éthylène et l'oxyde de propylène réagissent simultanément pour former des composés de polyalkylèneglycol mélangés. Par exemple, avec des alcools, les monoéthers polyéthoxyléspolypropoxylés mélangés donnent selon l'équation ci-après : dans laquelle R est le radical alkyle dlun alcool, x est le nombre de moles d'oxyde de propylène et y est le nombre de moles d'oxyde d'éthylène.On préfère utiliser de tels composés qui sont des produits de condensation de 40 à 60 U d'oxyde d'éthylène et de 4-0 à 60 d'oxyde de propylène, sur une base en poids, terminés par un alcool contenant de 3 à 5 atomes de carbone. L'art antérieur typique dans ce domaine comprend les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2.425.755 et n0 2.425.845. Dans la présente invention, on préfère utiliser les mélanges de monoéthers solubles dans l'eau ayant des poids moléculaires moyens situés dans la plage de 300 à 600. Des résultats optimum ont été obtenus avec des monoéthers de polyoxyéthylènepolyoxypro- pylène qui sont des produits de condensation de 50 ss d'oxyde d'éthylène et 50 ss d'oxyde de propylène terminés par l'alcool butylique, ces monoéthers ayant une viscosité à 320C située dans la plage de 75-300 S.U.S. (Saybolt Universal Seconds), de préférence de 100 à 200 S.U.S. Le lubrifiant en monoéther est, de préférence, appliqué sur les filaments en quantité suffisante pour fournir 0,2 à 1,5 X de monoéther de polyglycol, basé sur le poids des filaments. Un mode préféré de réalisation dè la présente invention est un procédé tel que celui décrit ci-dessus dans lequel deux fils sont produits à partir de chaque filière, c'est-à-dire le filage dit à "double-fil". Pour démontrer les résultats obtenus par la présente invention les exemples suivants sont fournis. Ils sont donnés à des fins illustratives seulement et ne sont pas destinés à limiter le champ de la présente invention, qui est défini par les revendications jointes. Dans ces exemples, les parties et pourcentages sont en poids sauf indication contraire. La viscosité intrinsèque du polyester est donnée comme une mesure du poids moléculaire moyen, qui est déterminé par les processus standard dans lesquels la concentration de la solution de mesure atteint 0,5 g/100 ml, le solvant est un mélange de 60 % de phénol et de 40 ss de tétrachloroéthane, et la température de mesure est de 250C. Dans lesexem- ples, les fluctuations de diamètre le long d'un faisceau non allongé de filaments servent de mesure d'uniformité.Pour un fil de haute qualité, il est important que les filaments soient sensiblement uniformes. Par conséquent, le coefficient de variation d'uniformité (U ) est déterminé en utilisant un appareil de mesure d'uniformité de marque Uster fabriqué par la société dite Zellweger Company d'Uster, Suisse et décrit dans l'ouvrage dit #Handbook of Textile Testing and Quality Control" de E. Groover et D.S. Hamby. Pour un fil multifîlamentaire, ayant un titrage en deniersélevé non étiré, une valeur de (U ) non supérieure à 10 indique un fil de bonne qualité. EXEMPLE 1 Une masse fondue de téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque d'environ 0,92 décilitre par gramme a été acheminée à un régime de 27 kg environ par heure, à une température d'environ 291 C, dans un dispositif de filage d'une masse fondue classique. Le polymère en fusion a été acheminé par une extrudeuse à une pompe de filage qui alimentait un bloc de filage contenant un pot de filage classique comprenant un filtre de filage et une filière, le filtre de filage étant disposé entre la pompe de filage et la filière. Le filtre de filage est constitué par une combinaison d'un filtre à tamis classique ayant 24 couches de toile métallique. La chute de pression à travers le filtre de filage atteignait une moyenne de 200 à 400 atmosphères.Le pot de filage était enfermé dans une atmosphère à haute température contrôlée de sorte que la perte de chaleur du polymère était réduite. L'accroissement de l'enthalpie de la masse en fusion dans la pompe et le filtre à tamis était suffisant pour chauffer la masse fondue à un point immédiatement supérieur au-dessus de la filière à environ 305-3100C et, la pression en ce point était d'environ 50 atmosphères. L'écoulement du polymère dans la filière était maintenu à un régime constant de 27 kg environ à l'heure par la pompe de filage. La filière du pot de filage était divisée en deux parties au moyen d'une "bande" non percée suffisamment large pour former une séparation visible entre les filaments multiples en-dessous de la filière. La plaque de filière comportait 384 trous (192 trous de chaque c8té de la bande non percée), chacun de 0,45 mm de diamètre environ, espaces' de sorte que la distance entre les filaments formés était de 7,1 à 10,2 mm environ immédiatement en-dessous de la filière. De cette filière, étaient extrudés deux fils à filaments, continus, formésde filaments multiples ayant un titrage en deniers élevé et, ces deux fils passaient vers le bas dans une colonne sensiblement stationnaire d'air contenue dans un manchon chauffé, d'environ 380 mm de haut, disposé immédiatement en-dessous de la filiè re La température de l'air dans le manchon chauffé était maintenue à environ 3000C à la partie supérieure du manchon diminuant jusqu'à environ 1150C, à sa partie inférieure. La température du métal dans le manchon chauffé était d'environ 3300C à la partie supérieure et de 2200C à la partie inférieure du manchon. La distance minimum entre les filaments à la partie inférieure du manchon chauffé était d'environ 6,1 mm.Un déflecteur pour le manchon chauffé était disposé à la partie inférieure du manchon chauffé formant une plaque s'étendant vers l'intérieur pour réduire la circulation de l'air de refroidissement dans le manchon chauffé. Le fil quittant le manchon chauffé passait directement dans la partie supérieure d'une chambre de trempe dans une cheminée de trempe. La cheminée de trempe était une longue cheminée allongée de 1780 mm de haut environ, de section sensiblement rectangulaire et comportant des parois supérieure , arrière et latérales non perforées. L'avant de la cheminée était partiellement couvert par une porte non perforée qui se terminait à environ 445 mm du haut de la paroi supérieure et comportait un passage ouvert pour l'air s'évacuant de la cheminée. L'intérieur de la cheminée de trempe était cloisonné par une plaque de distribution perforée qui formait la limite entre une chambre de pression et la chambre de trempe. L'air de trempe à environ 250C et ayant une humidité relative de 65 % était envoyé dans la chambre à environ 12,5 m3 d'air, mesuré à la température et la pression standard, par kilogramme de filaments pénétrant dans la chambre de trempe. t faSaitavanct les deux fils vers le bas à travers la chambre de trempe dans laquelle ils étaient en contact avec l'air de refroidissement introduit dans le trajet des filaments. La température du fil refroidi à la partie inférieure de la chambre de trempe était d'environ 40 à 5000. Après la trempe, les filaments ont été lubrifiés-avec environ 0,4 %, basé sur le poids des filaments, d'un lubrtfiant constitué d'un éther de polyglycol ayant un poids moléculairèmoyen situé dans la plage de 300 à 600. Le lubrifiant constitué d'éthers de polyglycol était un produit de condensation de 50 ffi d'oxyde d'éther lène et de 50 % d'oxyde de propylène en-poids, terminé par de l'air cool butylique et-il avait une viscosité de 100 S.U.-S. à 3800 environ.Les filaments étaient lubrifiés par contact en surface avec la surface *'un rouleau ayant un état de surface de 3,7 ss à 5 ss (150 à 200 micro-inches RMS). Une température constante du lubri- - fiant d'environ 2800 était maintenue. On amenait les deux# fils mul tifilamentaires faits de filaments continus å converger séparément en-dessous du rouleau de lubrification en employant de#ux guides. Chaque guide de convergence était monté dans un support fixe-dis- posé à l'avant du trajet du fil de sorte que les filaments coulissaient d'un bord à l'autre de la surface venant en contact avec le fil du rouleau de lubrification. On a observé que la convergence des filaments dans le plan sensiblement vertical qui comprend la surface venant en contact avec le fil du rouleau de lubrifica tion,continuait au-delà du guide de convergence. De façon surprenante le coefficient de variation de l'uniformité du fil non étiré, (U %) n'était pas supérieur à 10 pendant une durée prolongée de fonctionnement. Dans cet exemple, le "flottement" des filaments à partir du faisceau principal du fil au-dessus du rouleau de lubrification a été observé par intervalles pendant une durée prolongée de fonctionnement. Pour les besoins des essais, le flottement a été défini arbitrairement comme tout mouvement d'un, filament supérieur à 6,35 mm environ au-dessus du faisceau principal. Le point de mesure était choisi arbitrairement à 75 mm environ au-dessus du point de contact des filaments avec le rouleau de lubrification. Tout mouvement des filaments supérieur à 6,35 mm environ était compté pendant une période de 5 minutes. Le nombre moyen de "flottements" était inférieur à 2 par minute. Ainsi, le problème de flottement de l'art antérieur a été sensiblement éliminé. Après la lubrification, les fils passaient dans un panneau d'étirage classique, c'est-à-dire un dispositif d'allongement. D'abord, le fil passait sur un rouleau de pré-tension avec son rouleau séparateur qui l'accompagne. Le fil passait alors sur une paire de rouleaux d'alimentation froids dits rouleaux Godet, puis à travers un localiseur de point d'étirage qui était un jet de vapeur classique, puis sur une paire de rouleaux d'étirage de type rouleaux Godet fonctionnant à environ 1450c et il se déplaçait à une vitesse 5,0 à 6,6 fois supérieure à celle du rouleau d'alimentation, puis sur une paire de rouleaux de relaxation de type rouleaux Godet et sur un enrouleur. Un fil type préparé avec un rapport d'allongement de 6 avait les propriétés suivantes Titrage en deniers 1.000 Ténacité, g/d 9,25 Allongement, ,' 13,5 Retrait, ffi 9,5 B. Q.I. (Bearning Quality Index) Les termes "beaming quality index" (B. Q. I.) sont définis comme des défauts (filaments cassés, rebroussements, petits morceaux, etc...) pour 900.000 m environ lors de l'enroulement du fil sur une grosse bobine. EXEMPLE 2 (COMPARATIF) Le processus de l'exemple la été suivi sauf que le déflecteurdu manchon chauffé à la partie inférieure du manchon chauffé était ouvert de sorte qu'il n'existait plus une colonne sensiblement stationnaire d'air dans le manchon chauffé. La valeur du "flottement" s'est accrue au-dessus de 60 flottements par minute, et un fil de haute qualité n'a pu entre produit. Dans d'autres essais, on a démontré que des résultats optimum ont été obtenus quand le déflecteur du manchon chauffé est utilisé et que la température de l'air, dans le manchon chauffé est maintenue à environ 3000C à la partie supérieure du manchon diminuant jusqu'à environ 115 0C à la partie inférieure du manchon. ExEMPI# 3 (COMPARATIF) Le processus de l'exemple la été suivi sauf qu'un agent de finissage de filage connu (voir brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.672.977) a remplacé l'agent de finissage à base d'éther de polyglycol selon la présente invention. TABLEAU Composants de l'agent de finissage Parties Fonction Glycéride de noix de coco raffiné 14,7 Lubrifiant Stéarate d'hexadécyîe 14,7 Lubrifiant Alcool laurylique éthoxylé (4 moles d'oxyde d'éthylène) 12,7 , Emulsifiant Pétrole sulfonate de sodium activé 60-62 ss 9,8 Emulsifiant antis ta- dans l'huile minérale ! tique Amine de suif éthoxy- , lée (20 moles d'oxyde 4,9 j Emulsifiant antista d'éthylène) tique Sel de sodium d'ester 2,0 Agent mouillant succinique sulfoné Produit dit "Nauga white" (2,2-méthylène- bis-4-méthyl-6-t-no nylphénoi) 2,0 Anti-oxydant Huile minérale viscosité 40 SSU 39,2 Phase continue Avec cet agent de finissage, la valeur du flottement s'est accrue jusqu a environ 28 "flottements" par minute.La variation classique ( g ) lors de l'essai était d'environ 1,5 flottement par minute. Ainsi, par rapport à l'exemple 1, l'effet du changement de l'agent de finissage était significatif statistiquement à un niveau de 95 ss de certitude. Il est important que le procédé décrit ci-dessus, selon la présente invention, permette un accroissement notable de la capacité de production d'une opération de filage d'un polymère. Comme on l'a montré dans les exemples, il est possible dans la pratique de convertir une installation traitant des fibres en un seul fil en une installation traitant des fibres en deux fils, avec seulement des modifications simples de l'équipement d'origine, la production de fil étant accrue, par exemple, par un facteur 2. Egalement, la présente invention permet de surmonter sensiblement les problèmes de mauvaise qualité du fil telle que la formation de filaments fondus, de boucles de filaments libres, et de filaments casses. La présente invention est particulièrement utile pour la production économique de fil de polyamide et depolyesterpour les pneumatiques et pour l'industrie. Par "polyamide" on comprend les polymères produits par condensation de diamines avec des diacides-d (acides dicarboxyliques) ou par la polymérisation des lactames ou d'aminoacides donnant une résine synthétique c#aractérisée par les motifs -CONH-. Les polyesters préférés sont les polyesters linéaires à base de téréphtalate, c'est-à-dire les polyesters d'un glycol contenant de 2 à 20 atomes de carbone et un composant d'acide dicarboxylique contenant au moins environ 75 % d'acide téréphtalique. Ie reste, s'il y en a du composant dicarboxylique peut votre tout acide dicarboxylique approprié tel que l'acide sébacique, l'acide adipique, 11 acide isophtalique, l'acide sulfonyl 4,4 '-dibenzoTque, ou l'acide 2,8-di-benzofurane-dicarboxy-lique. Les glycols peuvent contenir plus de deux atomes de carbone dans la chaîne, par exemple le diéthylèneglycol, le butylèneglycol, un décaméthylèneglycol et le bis-l,4-(hydroxyméthyl)cyclohexane. Des exemples de polyesters linéaires formés de téréphtalate qui peuvent être employés comprennent le poly(téréphtalate d'éthylène), le poly(téréphtalate de butylène), le poly(téréphtalate/5-chloroisophtalate) d'éthylène, (85/15), le poly(téréphtalate/5 [sodium sulfo ] isophtalate d'éthylène) (97/3) le poly(téréphtalate de cyclohexane-1,4-diméthylène) et le poly# (téréphtalate/hexahydrotéréphtalate de cyclohexane-l, 4-diméthylè- ne) (75/25). L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATICNS 1 - Procédé pour produire un fil multifilamentaire ayant un titrage en deniers élevé à partir d'un polyester ou d'un polyamide linéaire formant des fibres par extrusion en fusion de filaments, caractérisé en ce qu'un lubrifiant constitué sensiblement seulement d'un mélange d'éthers monoalkyliquoede polyalkylèneglycol d'un poids moléculaire moyen situé dans la plage de 300 à 900 est appliqué comme seul lubrifiant sur les filaments après extrusion de ceux--ci à partir d'une masse en fusion à travers une filière comportant-de multiples trous et après refroidissement et avant l'allongement des SEa, monts refroidis. 2 - Procédé selon la revendication I, caractéris#é en ceque les filaments extrudés ont un titrage en deniers situé dans la plage de 20 à 50 par ?ilament, le régime d'extrusion de ceux-ai à partir de chaque trou de filière est situé dans la plage de 0,06- à 0,10 kg/heure environ; les filaments sont extrudés dans une colonne d'air sensiblement stationnaire disposée immédiatement en-dessous de la filière ayant une température située dans la plage de 100 å 0 C; les filaments extrudés sont refroidis et allongés en continu, sans étape intermédiaire d'enroulement, avec un rapport d'allongement d'au moins 4 : 1; et, le lubrifiant est appliqué sur les filaments refroidis par un rouleau ayant une rugosité de surface située dans la plage de 2,2 à 12,5 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le lubrifiant est maintenu à une température située dans la plage de 20 à 600C. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le monoéther de polyalkylèneglycol est un produit de condensation soluble dans l'eau en proportions de 40-60 proportions en poids d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène pour atteindre 100 proportions en poids, terminé par de l'alcool butylique ayant un poids moléculaire moyen situé dans la plage de 300 à 600; et en ce qu'il est appliqué à un taux situé dans la plage de 0,2 % à 1,5 % basé sur le poids des filaments. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les filaments sont du téréphtalate de polyéthylène. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux fils sont produits à partir de chaque filière, et en ce que le régime d'extrusion de la masse en fusion à travers chaque filière comportant de multiples trous est situé dans la plage de 22 à 40 kg/h environ.