Brevet FR2459844A1 — publié le 19810116

Procédé et dispositif pnur la fabrication en continu de filaments en polymèresfilables à partir de masses en fusion. Pour la fabrication en continu de Filaments synthétiques en polymères, par exemple en polyamide, polyester ou poly- propylène, on sait qu'il faut une installation pour le filage à partir de masses en fusion comme le décrivent par exemple les articles de F. Fourné "Herstellung der Synthetischen Fasern", 1964, page 72, ou de G. SCHUBERT dans "FiberProducer", Juan 1978, page 16..Pour cela, des dispositifs de ce genre sont constitués généralement comme le montre schématiquement la figure 1: Le granulat séché est amené dans un silo réservoir (1) à l'extrudeuse (2) disposée verticalement en-dessous, dans laquelle il est fondu et sous une pression appropriée arrive à la traverse de filage (3) par l'intermédiaire d'un système de distribution de la masse fondue. Dans la traverse de filage un flux de polymère uniforme mesuré au moyen d'une ou plusieurs pompes doseuses (4) est envoyé vers une ou plusieurs filières (5) à travers laquelle ou lesquelles le filament (6) est filé dans une chambre d'insufflation (7) placée perpendiculairement en-dessous. Dans la chambre d'insufflation de 1,20 à 1,80 m de longueur, les filaments (6) se solidifient et refroidissent en continu par un courant horizontal, par exemple d'air condition- né, circulant à une vitessepar exemple de 0,30 m/s,. à 0,80 mni/s. L'air doit être insufflé dans la chambre régulièrement et sans turbulence pour obtenir une qualité de filé parfaite, c'est pourquoi l'air est envoyé en général dans les chambres d'insufflation d'une ou plusieurs machines à partir d'une chambre de pression commune (8) qui est placée sous leà chambres d'insufflation pour pouvoir introduire l'air directement dans les chambres d'insufflation. Dans la cellule filer(15) d'environ 4 m de long, qui fait suite, un refroidis- sement poussé du filament se produit jusqu'au voisinage de la température ordinaire. La cellule à filer (15) débouchant sur la machine à bobiner(12) est fermée à son extrémité inférieure le plus souvent en laissant une petit:! ouverture pour permettre l'entrée du filament et)de ce fait, agit lors d'une cassure d'un filament comme un réservoir dans lequel les filaments peuvent s'accumuler pendant de courtes interruptions jusqu'à ce qu'ils soient de nouveau enlevés, ce qui fait que les parties tournantes des machines à bobiner sont protégées sûrement avant d'être endom- magées par le filé qui s'introduit. A la partie supérieure de la machine à bobiner (12) est en outre fixé par filament une buse d'aspiration (16) pouâr les o10 machines à marche rapide, dites métiers à filer rapides, buse qui, lors de la rupture du filament, aspire le filament cor- respondant et le transporte dans un récipient à déchets. Sur la machine à bobiner, le filament est revêtu d'une pellicule d'une préparation de filage appropriée, -en vue du travail ultérieur, tout d'abord à l'aide d'un galet rotatif enduit de préparation, ou d'une tige fixe enduite de prépa- ration, et d'une pompe doseuse (11). Par l'intermédiaire des guides-fils (galets) fixes ou rotatifs, le filament est amené par le bobi- ncr(13) à la bobine réceptrice (14) olgrâce à un dispositif de va-et-vient, un déplacement latéral du filament est assuré. La vitesse d'enroulement s'élève ainsiselon le polymère et le procédéde 500 m/minute à 5000 m/minute. En outre, il est habituel que pour des vitesses de bobinage élevées, le faisceau de fils soitrassemblé déjà entre la chambre d'insufflation et 2x la cel]ule à filer, en appliquant éventuellement et simultanément la préparation, ce qui fait qu'une diminution avantageuse de la tension du filament est obtenue éventuellement pour e bobinage qrâce à la faible section transversale du faisceau de filaments et à la diminution;qui est liée5de la quantité d'air introduite et entraînée. La hauteur d'une telle installation est de 14 m à 16 m. Une installation de conditionnement coûteuse est nécessaire pour établir et réguler une différence de pression appropriée pour-le procédé entre l'étage de la chambDre d'insufflation et l'étage du bobinage. Pour éviter une perturbation intolérable de la pression différentielle lors de l'entrée ou de, la sortie d.es lieux de production, des sas classiques pressurisés sont utilisés pour séparer les lieux les uns des autres. Les installations du type classique décrit présentent toute une série de graves inconvénients. La grande hauteur du bâtiment entraîne des cots élevés d'investissement et de surveillance du bâtiment. Des mesures de sécurité particulières sont à prévoir pour le transport des marchandises, les moyens de communications, l'éclairage, etc. La régulation parfaite de la pression différentielle entre les lieux de production est difficile et c'est une cause principale du manque de qualité. Fréquemment, dans la pratique,on observe aussi des per- turbations dues à des sas utilisés d'une façon incorrecte ou défectueux. Les lieux de production séparés les uns des autres exigent une surveillance continuelle et intense dans l'étage de la chambre d'insufflation et l'étage du bobinage, pour assurer une qualité uniforme du produit ce qui entraîne des coûts élevés en personnel. Si des organes guides-fils diminuant la tension de celui-ci entre la chambre d'insufflation et la cellule à filer sont utilisés, ils augmentent le travail davantage par suite des fréquents contrôles de réglage. Toute une série de propositions ont été alors faites pour éliminer les inconvénients de cette réalisation classique en vue de l'exécution du procédé. Ainsi, dans l'article de H. Klare "Synthetische Fasern aus Polyamiden", 1963 page 271/272 (l),une forme de réalisation du procédé est proposée dans laquelle les divers éléments de l'ins- tallation sont placés>comme jusqu'à présentiverticalement les uns audessus des autres, mais une nette diminution de la hauteur de l'installation est obtenue en supprimant la cellule à filer. Dans un article de F. Fourné dans-"Chemiefasern/Texti- lindustrie" 9/78 pages 781, 782, 787 (2), une forme de réa- lisation du procédé est décrite dans laquelle la hauteur du bâtiment qui jusqu'ici devait être de 15 m à 16 m peut être réduite à 7 m-9 m en supprimant le tube de filage, en utilisant un silo à copeaux plus petit et en modifiant la disposition de l'extrudeuse pour masse fondue. Dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 26 38 662 (3), une autre forme de réalisation du procédé est décrite dans laquelle une diminution de la hauteur de l'installation à 6 m - 7 m est obtenue en plaçant la partie supérieure de la filature et la partie inférieure du bobinoir côte à côte en un même lieu. Les dispositifs pour l'exécution du procédé qui sont réalisés selon ces publications comportent cependant une série d'inconvénients importants. Ainsi, dans toutes les propositions pour la réalisation du procédé en séparant le dispositif en deux plans avec la chambre d'insufflation et l'enroulement superposés ou placés côte à côte, un mode opératoire demandant beaucoup de personnel est fourni, car les deux plans doivent être contrôlés d'une façon uniforme et intense pour surveiller les incidents et y remédier. En outre, pour protéger les dispositifs enrouleurs lors de la rupteure du filament, un dispositif aspirateur pneuma- tique extrêmement cher est nécessaire pour éliminer et transporter le filament. En outre, par suite de la suppression de la cellule à filer dans la zone de laquelle, comme on l'a déjà mentionné, se trouve habituellement la chambre de détente de l'air soufflé, le conditionnement d'un espace de détente suffisam- ment grand pour l'air soufflé comportant des canaux d'arrivée suffisamment longs s'étendant verticalement rectilignes n'est pas fourni aux chambres d'insufflation,aussi faut-il tenir compte d'une diminution considérable de la qualité du filé. Dans le dispositif réalisé selon la publication (1) pour exécuter le procédé on ne peut pas assurer une régulation minutieuse de la différence de pression avec la cloison séparant le lieu de la chambre d'insufflation du lieu de l'enroulement. Dans une réalisation du procédé selon les propositions (1) et (2), par suite de la suppression de la cellule à filer, l'effet réservoir de celle-ci est perdu lors de la rupture du filament de sorte que, en cas d'un incident pour le dispo- sitif d'aspiration, par exemple par obturation de la conduite de transport, d'un arrêt de l'air comprimé ou d'un manque de surveillance du filament, le filament tombe en outre sur la machine enrouleuse et peut alors conduire à des perturbations considérables ou conduire à un endommagement des dispositifs enrouleurs. Avec la solution proposée dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 26 38 662 pour réaliser le procédé, les économies de place dues à la disposition côte à côte dans un seul lieu de la partie supérieure de la chambre d'insufflation et de la partie inférieure du bobinoir, îo ne sont obtenues que dans la hauteur de la construction ver- ticale, le volume totaldel'installation nécessaire reste cependant inchangé de sorte que l'on ne peut pas perler d'une économie de bâtiment réelle. Grâce à la disposition côte à côte des éléments de l'installation, un nombre limité d'unités de filage (position de filage) ne peut être désormais réunies qu'en une seule machine pour éviter des parcours de filament horizontaux inutilement longs. En outre, le filament dans cette forme de réalisation du dispositif doit être fortement dévié plusieurs fois latéralement sur des dispositifs de renvoi du filament fixes ou (et) rotatifs, par exemple des galets, ce qui fait que des filés de filaments fins ou fragiles peuvent être qualitativement défectueux. D'une façon tout à fait surprenante, les auteurs de la présente invention ont maintenant découvert qu'on obtient un filé de qualité élevée supérieure à la moyenne avec beaucoup moins de déchets quand1pour le parcours du filament vertical on utilise une chambre d'insufflation courte de seulement 0,40 m à 1 m de long et des vitesses du courant d'air de lm/st à 4m/s, quand cette chambre d'insufflation reliée vers le haut directement à la traverse de filage est placée directement sur la machine enrouleuse, quand l'air de soufflage est amené sur un canal ou un espace de détente placé sur la tête au moyen de canaux d'arrivée rectilignes, sans turbulence>aux chambres d'insufflation à partir du haut et quand la machine enrouleusedisposée tournée d'un angle de 1800 par rapport à la chambre d'insufflation>est munie sur le haut de sa face arrière d'une partie plane réalisée sous forme d'une glissière pour le transport du filament inclinée de préférence selon un angle de 300 à 60 . Par conséquent, dans le dispositif conforme à la présente invention, la chambre d'insufflation comporte un cône, ce qui fait que l'air-de soufflage circule à partir d'un canal d'arri- vée dans ce cône, ce.canal d'arrivée placé au moins sensiblement dans la direction de l'axe du cône, étant au moins aussi long que]'axe du cône et la-surface de base de ce canal d'arrivéeétantla même que-cerle de la base d[U cône. Une autre caractéristique de ce dispositif est que le canal d'arrivée a une longueur égale au moins au double de -celle de l!axe du cône tout en ayant la même surface de base que celle de la base du cône. Par le terme "cône" on désigne la partie de l'appareil représenté sur la figure 2 par le repère(lO)dont le dessin a une forme conique (forme trapézoïdale) et dont la section transversale est quelconque, pratiquement le plus souvent entièrement rectangulaire. Les filaments filés dans ce dispositif peuvent être utilisés pour la fabrication de fils et de fibres. Ces fils ou filaments ou fibres sont le plus souvent enroulés après leur fabrication ou bienaprès leur réunionmis en pots ou bien étirés et enroulés ou étirés, textureés, et enroulés, ou bien (après la réunion de plusieurs filaments) étirés, textur6s et mis en pots. Comme polymères filables à partir de ma5se fonduEs, à partir desquels ces filaments peuvent être fabriqués, on peut citer par exemple].es polyamides, les polyesters ou le poly- propylène. D a n s. 1 a c h a m b r e d ' i n s u f f 1 a t i o n (7) les filaments peuvent être traités ensuite éventuellement, par exemple, avec des liquides de traitement, comme les liquides d'arrivage,etc. Par le terme "base du cône", on désigne la face large du cône (trapèze) (n lO,figure 2) . Dans la pratique, cette face est le plus souvent rectangulaire. La surface de base (section transversale) du canal d'arrivée (n 9, figure 2),qui est carac- térisée par le fait qu'elle.",t identique à la base du cône, est représentée sur la figure 2 par la ligne de séparation dessinée entre le canal d'arrivée(9)et le cône (10). Dans une autre forme de réalisation préférée de la présente invention,.le côté commande de la machine enrouleuse est disposé orienté d'environ 180 par rapport a la direction du courant d'air de soufflage. La partie supérieure de la face arrière de la machine enrouleuse comporte de préférence un plan incliné servant au transport des filaments ou possède cette forme.. Ce plan incliné forme avantageusement un angle de 30 à.70 , en particulier de 40 à 500, par rapport à 1 t horizontale. En outre, la présente invention concerne un procédé pour la fabrication en continu de filaments en utilisant le dispositif possédant les diverses caractéristiques mention- nées. Ce procédé consiste à fabriquer des filaments en polymères filables à pa'rtir d'une masse fondue par extrusion avec une ou plusieurs filières d'une traverse de filage, puis à filer et refroidir les filaments par de l'air de soufflage circulant perpendiculairement à la direction du filament dans une chambre d'insufflation placée dessous, qui comporte un cône pour dévier dans la direction souhaitée l'air de soufflage arrivant par un canal dont les caractéris- tiques sont mentionnées ci-dessus. La réalisation pratique de ce procédé est décrite en particulier dans les exemples mentionnés plus loin. Dans la forme de réalisation du dispositif conforme à ]a présente invention, par exemple en vue d'un filage rapide- de filés préorientés (PIOY), sans utili..ser des galets trans- porteurs, au début de la production les faisceaux de filaments sur la machine enrouleuse sont éliminés?à l'aide d'un pistolet injecteur classique;de la glissière de transport, o ils sont rassemblés pendant la phasedu d6blit de la filature. I.ors de l'introduction dans les organes amenant la pré- paration et guidant les filaments, les divers filaments sont séparés puis disposés en vue de l'enroulement sur les bobines. Pendant l'ensemble de la fabricat-ion, le travail sans défauts de tous les appareils, comme celui des filières, du 2459844- dispositif de soufflage, du dispositif d'enduction de la préparation, des guides-fils et du dispositif d'enroulement, peut être contrôlé dans son ensemble à partir de la machine enrouleuse.Lors de la rupture d'un filament due par exemple à une faute de manipulation au cours du changement des bobines pleines, ou à un incident de filature, le faisceau de filaments correspondant est dévié horizontalement d'une façon importante par l'air de soufflage grâce à la tension verticale du filament maintenant réduite, ce qui fait que celui-ci quitte sa voie normale et passe dans la glissière inclinée de transport par laquelle il est envoyé continuellement dans un récipient à déchets. Dans la forme de réalisation conforme à-la présente invention du dispositif pour l'exécution du procédé, le filament peut, en vue de la fabrication de filés de filaments complètement étirés, être conduit avec les mêmes avantages, avant l'enroulement, sur deux ou plusieurs galets d 'ttirage, ce qui fait qu'il est étiré grâce à la vitesse superficielle différente des galets. En outre, il est possible de conduire les filaments ainsi étirés, avant l'enroulement, à travers un dispositif à texturer ce qui fait qu'on peut fabriquer un filé texturé semblable à la laine. La forme de réalisation conforme à la présente invention du dispositif pour exécuter le procédé est avantageusement appropriée pourle filage de fibres, o un grand nombre de filaments sont rassemblés après l'application de la prépa- ration et après déviation latérale, et sont déposés au moyen d'un appareil de tirage commun dans un dispositif récepteur (pot de filature. Grâce à l'arrivée en faible turbulence de l'air de soufflage entraîné par les filaments, une diminution des collages au filage est obtenue grâce à la glissière de transport et à la courte longueur à l'air libre des filaments entre la filière et le premier guide-fil sur la machine à bobiner, et ainsi une amélioration remarquable de la qualité du produit fini est obtenue. La figure 2 montre schématiquement le dispositif réalisé selon la présente invention pour exécuter le procédé conforme à la présente invention. Une extrudeuse (2) pour masse fondue est alimentée avec la matière nécessaire à partir d'un silo (1) à granulés. Le polymère fondu provenant de l'extrudeuse arrive dans la traverse de filage (3) par l'intermédiaire d'une pompe de filage (4)! à une ou plusieurs filières (5). Le filament (6) sorti est solidifié et refroidi dans une chambre d'insufflation (7) disposéeverticalement en dessous à l'aide de l'air de soufflage provenant d'une chambre (8) de compression, passant par le tube d'arrivée (9) et le cône (10). Par l'intermédiaire d'un dispositif (11) pour l'enduc- tion du filament avec une préparation et des guides-fils le filament arrive dans la machine à bobiner (12) puis a l'en- rouloir (13) o il est enroulé sur les bobines de filage (14). Lors de la rupture du filament, le filament (15) est dévié alors complètement par l'air de soufflage sur la glis- sière de transport (16) située sur la face arrière de la machine (12d'o il est envoyé dans].e récipient à déchets (1.7). La hauteur totale du dispositif est inférieure à 6 m. Par rapport à la forme de réalisation classique du dispositif,celfli-ci qui est conforme à la présente invention présente une série d'avantages.- Ce di.spositif, par suite de sa faible hauteur inférieure à 40% de la hauteur des dispositifs classiques, peut être installé clans un bâtiment d'environ 6 mètres de haut sans utiliser de planchers d'étage avec urie extension horizontale inchangée. Les installations onéreuses comme les moyens de trans- port verticaux, les dispositifs de régulation de la différence de pression et les moyens de communication entre les lieux de production, peuvent de ce fait, être supprimés. Le nombre de moyens techniques nécessaires au fonction- nement du dispositif peut être limité, car la filature et le bohinaqe peuvent être contrôlé].s et commandés à partir d'un seul niveau. ILa courte longueur de passage.dl filament.depuis la filière jusqu'à l'enroulement permet d'opérer avec de faibles forces de tirage du filament. Le traitement modéré du filé qui en résulte est en faveur d'une qualité et d'un rendement élevés. L'enroulement du filé en paquetsde bobines s'effectue sans difficulté. En utilisant le dispositif conforme à la présente invention pour l'exécution du procédé, on obtient des avantages importants par rapport aux tentatives de solutions proposées dans les publications (1) à (3), mentionnées plus haut. Ainsi, l'économie d'espace pour une installation ayant sensiblement la même capacité est de 30 à 60% pour la base ou pour la hauteur de la construction. La conduite plus simple du dispositif pour les opéra- tions de routine faites à partir d'un seul niveau permet une économie de main-d'oeuvre et aide à diminuer le taux de déchets. La consommation en air comprimé en général très élevée pour l'aspiration par injecteurs en vue d'éliminer et de trans- porter les filaments cassés.,qui doivent exister en nombre appro- prié dans les systèmes à multifilaments, disparaît grâce au dispositif spécial d'élimination et de transport du filament, ce qui fait que la production est plus économique. Le dispositif spécial d'élimination et de transport des filaments empêche d'une façon sûre que l'appareil enrouleur dans la machine à bobiner, soit endommagé lors de la rupture du filament parce que dans ce cas le filament est envoyé dans la glissière inclinée de transport automatiquement du fait de l'arrêt de la force de tirage du filament. Par le dispositif de l'arrivée de l'air de soufflage favorable à l'écoulement, en disposant d'un espace suffisam- ment grand pour équilibrer la pression, une même quantité d'air de soufflage est obtenue pour tous les filaments dans la chambre d'insufflation, ce qui, dans les systèmes de filage à multifilaments utilisés principalement aujourd'hui, est indispensable pour avoir une qualité de filé bonne et uniforme. Par rapport à la solution proposée dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 26 38 662, le guidage du filament sans renvoi est amélioré grâce au parcours vertical du filament qui permet également la 1.1 fabrication de qualités de fités fragiles ou.très fins. En outre, en se basant sur le parcours vertical du filament, un nombre quelconque d'unités de filage séparées peuvent être réunies côte à côte en une seule machine. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. EXEMPLE 1 Dans un dispositif pour l'exécutioii.du procédé conforme à la présente invention selon la figure 2, on fond du téreph- talate de po]yéthylène séché dans une extrudeuse et on le file dans une chambre d'insufflation au moyen d'une pompe de filage avec un débit de 87 g/minute à travers 'une filière comportant 30 trous. Dans cette chambre d'insufflation (7) d'environ 0,70 m de long, les filaments sont refroidis par un courant d'air hori- zontal d'environ 2 m/s et enduits d'une préparation vers la machine à bobiner puis enroulés à la vitesse de 3500 m/minute. La hauteur totale de l'installation est de 5,80 m. Les bobines de filage ainsi fabriquées présentent des bords droits, propres et peuvent être enlevés convenablement. La température superficielle des bobines trouvée lors de leur enlèvement de l'enrouloir de la machine à bobiner, ne se différencie pas de celle des mêmes bobines qui ont été fa- briquées dans les mêmes conditions dans les installations de hauteur classique. LJa production des filaments fabriqués selon la présente invention' est très bonne; ainsi par exemple pendant une fabrication de 1.2 heures de huit filaments fabriqués simulta- nément, il ne se produit aucune rupture des monofilaments ni de rupture d'un capillaire. Le filé fabriqué ainsi peut être travai]llé en un filé texture de grande valeur ayant un titre nominal de 167 dtex/30. EXEMPLE 2 On utilise à nouveau le dispositif conforme à la présente invention se]on le schéma 2 pour exécuter le procédé, mais cette fois entre le dispositif d'enduction de la prépa- ration et le dispositif d'enroulement, on monte deux galets d'étirage comportant chacun un rouleau intermédiaire sur le parcours du filament. Donc, on fond un poly- -capro-lactane (Nylon-6) séché, dans une extrudeuse, et on'le file dans une chambre d'insuf- flation de 0,70 m de long à l'aide d'une pompe de filage à raison de 20 g/minute à travers une filière ayant 12 trous. Après le refroidissement des filaments par un courant d'air horizontal ayant une vitesse d'environ 1,60 m/seconde, et l'application d'une préparation de filage, les filaments sont enroulés plusieurs fois autour de chacun des deux galets avec leur rouleau intermédiaire puis amenés à l'enrouloir. La vitesse du premier galet est d'environ 4000 m/minute; celle du second est de 5200 m/minute, ce qui correspond à un étirage entre les galets de 1:1,3. Le filé bien étiré ainsi fabriqué ayant un titre de 44/12 dtex a une uniformité remarquable avec les résistance et allongement usuels pourun tel filé. Le processus d'étirage est bon et on n'observe aucune rupture de capillaire pendant environ 9 heures. La hauteur totale de l'installation est de 5,80 m. REVEND.ICATIONS 1. Dispositif pour la fabrication en continu de filaments en polymères filables à partir de masse enfusion par extrusion à travers une ou plusieurs filières (5) d'une traverse de filage (3) et pour le filage et le refroidissement des filaments (6) par de l'air de soufflage circulaht perpendiculairement à la direc- tion des filaments dans une chambre d'insufflation (7), située en-dessous, à laquelle est annexé un Côni.(10) pour dévier l'air de soufflage dans la direction souhaitée, ce dispositif étant caractérisé par le fait que l'air de soufflage circule depuis un canal -d'arrivée(9) dans le cone (10) , ce canal d'arrivée, placé au mojns sensiblement dans la direction de l'axe du cône, étant au moins aussi long que l'axe de ce cône, et la surface de base du canal d'arrivée étant la même que celle de la base du cône. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait (voir figure 2) que l'air de soufflage circule depuis le canal. d'arrivée (9) dans le cône (10),ce canal d'arrivée (9) placé sensiblement cdans le sens de l'axe du cône, a une longueur égale au moins au double de celle de l'axe du cône et la surface de base du canal d'arrivée étant la même que celle de la base du cône. 3. Procédé pour la fabrication en continu de filaments en polymères filables à partir de masse en fusion par extrusion à travers une ou plusieurs fi.lières (5) d'une traverse de filage (3) et pour le filage et le refroidissement des filaments (6) par de l'air de soufflage circulant perpendiculairement à la direction des filaments dans une chambre d'insufflation (7) située en-dessous, à laquelle est annexé un cone (10) pour dévier l'air de soufflage dans la direction souhaitée, ce procédé étant caractérisé par le fait qu' on fait circuler l'air de soufflage depuis un canal d'arrivée (9) à travers le cône dans la chambre d'insuf- flation, ce canal d'arrivée, placé dans la direction de l'axe du cône, étant au moins aussi long que l'axe du cône et la surface de base de ce canal d'arrivée-étant la même que celle de la base du cône.