Brevet FR2459302A1 — publié le 19810109

1. "Procédé pour la fabrication de filaments cristallins, filés à partir de masses en fusionet à molécules orientées par étirage." La présente invention concerne un procédé pour la fa- brication de filaments en polymères synthétiques, cristallins, filés à partir de masses en fusionàet à molécules orientées par étirage; les filaments fraichement filés, après leur re- froidissement jusqu'à une température inférieure à leur point de solidification, étant tirés à une vitesse supérieure à 3500 m/min, de préférence de 4100 à 6000 m/min, sur des sur- faces chauffées et étant portés dans la zone de ces surfaces chauffées à une température supérieure à leur température de solidification, de préférence au-dessus de 150C et étirés. Ce procédé est connu d'après la demande de brevet alle- mande à l'Inspection publique ne 2 117 659. Comme surfaces chauffées, sont utilisées ainsi des plaques chauffantes, dont la longueur doit être choisie de façon à obtenir une température du filament suffisante pour son orientation et sa cristallisation. Dans l'exemple 5 de la demande de brevet allemande à l'Inspection Publique ne 2 117 659, la longueur des plaques chauffantes s'élève à 1 000 ma, pour une tempé- rature des plaques de 160-C. Les filaments sortant des fi- lières sont refroidis au dessous de leur température de so- lidification avant les plaques chauffantes, puis sous l'ac- tion simultanée de la résistance à la traction du filament constituée par le frottement dans le milieu gazeux environ- nant, qui doit être égale à la tension de tirage nécessaire dans les conditions données, sont chauffés sur les plaques chauffantes à des températures supérieures au point de so- lidification. Ainsi, sous l'influence de la chaleur et de la tension se produit un étirage des filaments qui est lié à une augmentation de l'orientation moléculaire et de la cris- tallisation. Avec des vitesses d'étirage allant jusqu'à 4 000 m/min et des températures de filament allant jusqu'à 220-C, des rapports d'étirage allant jusqu'à 2:1 sont ob- servés selon les procédés connus dans les filaments en polyé- thylènetéréphtalate. Le procédé connu présente une série d'inconvénients. Etant donné que les préparations diminuant le frottement ne sont appliquées sur les filaments qu'après la sortie de la plaque chauffante, celle-ci relativement longue, exerce une forte contrainte mécanique sur les filaments, qui est encore élevée par suite du dépôt et de la décomposition thermique des déchets d'abrasion des fibres sur la plaque chauffante. Il résulte de cela une mauvaise homogénéité des -E" 10 filaments ainsi que la rupture fréquente de ceux-ci. Une augmentation des vitesses de tirage au-dessus de 3500 m/min soulève déjà des difficultés,e t au-dessus d'environ 4 000 m/min, la fréquence des incidents de filature est si grande qu'il est impossible d'avoir une production correcte. La présente invention a pour objet de fournir un pro- cédé du type mentionné au début qui permette de travailler même à des vitesses de tirage aussi élevées que 6000 m/min, ou davantage, sans inconvénient. En outre, une économie dans t, les frais d'investissement et d'énergie est obtenue du fait de la simplification du matériel, et en outre, la quantité de chaleur à laquelle est soumis le personnel sur le lieu de travail est réduite. L'objet de la présente invention est réalisé par un procédé du type mentionné au début par le fait que les surfa- ces chauffées ont une longueur de 20 à 300 mm, de préférence inférieure à 200 mm, qu'elles sont chauffées à une températu- re de 450' à 650&C, de préférence de 500 à 6001C et qu'elles t - sont placées à une distance des filières de 1 500 à 6 500 mm. Grâce à la diminution importante de la longueur des sur- faces chauffées, qui jusqu'ici étaient de 1 000 mm, ou da- vantage pour des vitesses de tirage supérieure à 3 500 m/min, la contrainte mécanique due au frottement du filament pas- sant sur ces surfaces, est ramenée à un minimum possible. De préférence, une plaque chauffante est utilisée de façon connue comme surface chauffée. Les longueurs de 20 à 300 mm déterminées comme critiques, de préférence inférieures à 20omi représentent ainsi les longueurs de contact des filaments avec la plaque chauffante. Mais, à la place d'une seule pla- fI que chauffante, on peut prévoir aussi deux plaques chauffan- tes courtes, des tiges chauffantes ou d'autres surfaces chauffantes de contact, disposées en vis-à-vis, dans la me- sure o la somme des longueurs de contact se situe à l'in- térieur des limites critiques mentionnées ci-dessus. Les faces des surfaces chauffées utilisées peuvent être ren- dues bonnes pour le filament par un traitement spécial. Des surfaces chromées par voie électrochimique, revêtues par plasma ou à revêtement nickel-diamant sont préférées. On peut également utiliser des plaques chauffantes, par exemple en matières céramiques. Les aspérités ont une pro- fondeur Rt comprise de préférence entre environ 4 et 15,Mm. Par l'augmentation importante de la température des surfaces chauffées à 450' - 650-C, qui jusqu'ici étaient au maximum d'environ 2201C, cela veut dire que les organes chauffants utilisés sont facilement portés au rouge, le court intervalle de contact du filament sur la surface chauffée est non seulement compensé, c'est-à-dire qu'aux filaments, malgré la très courte durée de contact, parvient une quantité de chaleur suffisante pour leur donner une température suffisamment élevée pour l'étirage, mais d'une façon tout à fait surprenante, il se produit une combustion des résidus de fibres qui se sont déposés sur les surfaces chauffées, de sorte que les surfaces chauffées sont tou- jours propres et qu'aucune force de frottement n'étant pro- duite d'une façon connue par les impuretés, il n'y a plus d'incidents de filature. Les gammes de températures men- tionnées sont critiques. En augmentant encore les températu- res, des endommagements du filament par la chaleur sont possibles, tandis que des températures plus basses n'entrai- nent pas la combustion des impuretés inévitables, de sorte que le risque d'endommagement mécanique des filaments sur les surfaces chauffées augmente alors de nouveau, parce que l'effet d'auto-nettoyage essentiel selon la présente in- vention n'est plus du tout garanti. Comme troisième influence importante et essentielle, la distance entre les filières et les surfaces chauffées est à mentionner. Elle doit se situer entre 1500 et 6 500 mm, de préférence entre 4 000 et 6 000 mm. Grâce à cette dis- tance, la naissance de la tension du filament avant les surfaces chauffées, due surtout au frottement de l'air dans le tunnel de filature, est particulièrement influencée. Sur les surfaces chauffées, la tension du filament est particulièrement influencée par la longueur de ces surfaces ainsi que par le coefficient de frottement du filament sur les surfaces chauffées. Quand les conditions mentionnées ci-dessus sont obte- nues, il en résulte alors un étirage du filament dans la zone des surfaces chauffées dans un rapport d'au moins 2: 1. -: Par "étirage", on entend l'étirage classique combiné avec une orientation moléculaire et une cristallisation. En géné- ral, il ne se produit pas dans un point déterminé mais dans - 15 une zone d'étirage située dans la région des surfaces chauf- fées. Grâce à cet étirage, les filaments obtenus ont une ré- sistance plus élevée tandis que l'allongement et le retrait sont diminués. Les résultats textiles types, pour des filés de polyéthylènetéréphtalate, sont 35 à 50 cN/tex pour la résistance à la traction, un allongement à la rupture d'en- viron 18 à 35 %, un retrait en air chaud (1901C) de 6 à % et un retrait à l'ébullition d'environ 3 à 10 X. * Le procédé conforme à la présente invention peut être effectué cependant non seulement avec des polyesters, mais également avec les polymères synthétiques utilisés d'habitu- de, qui peuvent être transformés en filaments par filage à partir de masses en fusion, comme par exemple les polyamides ou les polyoléfines. Les polymères peuvent être modifiés par addition d'agents modificateurs, par exemple dioxyde de 2 30 titane, carbone, produits antistatiques ou produits analo- gues. Les filaments sont soit bobinés, rassemblés en fils, soit travaillés d'une façon classique en fibres. Le procédé est particulièrement approprié pour la fabrication de filés lisses; cependant, comme on l'explique encore plus loin, il peut servir à fabriquer des filés également textures au fi- lage ou des filés qui ne sont pas lisses. On a déjà souligné que la distance entre les surfaces chauffées et les filières doit être suffisamment grande pour permettre aux filaments fratchement filés d'avoir la possi- bilité de se refroidir jusqu'à une température inférieure à leur point de solidification; les filaments ont atteint alors la température de solidification quand leur diamètre ne se modifie plus. Les températures de solidification sont à regarder pour les divers polymères à chaque fois sous l'angle de la vitesse élevée de refroidissement des divers filaments se produisant sous la filière. Les détails sont à prendre dans la littérature, (par exemple dans la deman- de de brevet allemande à l'Inspection Publique mentionnée Ne 2 117 659) Par vitesse de tirage, on comprend dans le sens de la présente invention, la vitesse avec laquelle les filaments sortent de la zone d'étirage mentionnée ci-dessus. Cette vitesse peut être identique à la vitesse de bobinage, ce- pendant elle ne doit pas l'être. Pour obtenir des filés en filaments particulièrement uniformes, les filaments sont de préférence appliqués contre les surfaces chauffées par des organes de guidage du fil disposés après les surfaces chauffées. Cette application doit s'effectuer d'une façon mécanique et douce, par exemple des rouleaux applicateurs tournant facilement, qui sont placés peu après les surfaces chauffées. En outre, les fila- ments lors de leur passage sur les surfaces chauffées doi- vent être déviés de préférence d'un angle a allant de 2,5 à 10 , en particulier compris entre 30et 5-. Cet angle est l'angle du biseau aigu entre le prolongement des filaments passant sur les surfaces chauffées à partir des filières et le prolongement des filaments quittant les surfaces chauf- fées dans la direction du premier organe de guidage du fil (rouleau, galette de préparation ou dispositifs analogues). après les surfaces chauffées. En effet, il est possible d'enduire les filaments après leur solidificationmais avant leur passage sur les surfaces chauffées, d'une préparation qui possède un point d'ébulli- tion situé dans la gamme des températures d'étirage souhai- tées. De ce fait, si un endommagement des filaments par la chaleur sur les plaques chauffées est évité, les conditions î_ *I 1, 6 sur le lieu de travail sont rendues par contre considérable- ment difficiles, à cause de la préparation qui s'évapore en permanence. C'est pourquoi on préfère n'enduire les fi- laments avec une préparation que lorsqu'ils ont quitté les t. S surfaces chauffées. Les organes de guidage du fil servant à appliquer les filaments sur les surfaces chauffées peuvent servir aussi à l'enduction des filaments. Les variantes mentionnées jusqu'ici du procédé con- r" 10 forme à la présente invention conduisent à des filés lisses, par exemple, tels qu'ils peuvent être utilisés dans le tis- sage ou en bonneterie, par exemple pour la fabrication des rideaux. De préférence, les conditions de contact entre les filaments et les surfaces chauffées sont choisies de façon 1i5 à ce qu'elles produisent dans les sections transversales du filament une structure à deux composants, en créant sur la section transversale, de chaque filament, un gradient, par exemple dans la cristallinité, qui conduit à un pouvoir de retrait différent des c8tés du filament, de sorte que les divers filaments peuvent se texturer par un traitement ulté- rieur approprié. Cette structure à deux composants se forme par exemple quand on opère à la limite supérieure de la gamme des valeurs de l'angle de déviation mentionnée ci- dessus, par exemple entre environ 7- et 10'. En plus de cette technique de texturation au filage, d'autres procédés de texturation peuvent cependant être intégrés dans le pro- cédé filage/étirage conforme à la présente invention, par exemple la texturation à la lame ou la texturation en faus- se torsion. De plus, des filés mixtes intéressants constitués de filaments ayant des retraits d'importance différente, peuvent également être fabriqués par le procédé conforme à la présente invention. Ceci est réalisé en particulier par le fait qu'une partie des filaments est conduite en main- tenant un contact plus faible avec les surfaces chauffées que la partie restante des filaments. "Un contact faible" veut dire qu'une partie des filaments est amenée sur une surface chauffée plus courte que l'autre partie des fila- rifrb. ments, ou que la température des surfaces chauffées sur les- quelles passent ces filaments est plus basse ou que la pression d'application est plus faible. Dans le cas extr&- me, on peut amener une partie des filaments en contact avec les surfaces chauffées de façon qu'un filé mixte se forme à partir des filaments étirés et filés rapidement, possé- dant des valeurs de retrait et d'allongement nettement différentes. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après, en référence au dessin ci-annexé, sur lequel: - la figure 1 est la représentation schématique d'une réalisation du procédé conforme à la présente invention; - la figure 2 est une représentation agrandie du pas- sage du fil dans la zone des surfaces chauffées, et - la figure 3 est la représentation d'une installation possible pour la fabrication d'un filé mixte de filaments. Selon la figure 1, les filaments 2 sortant de la fi- lière 1 sont d'abord refroidis à une température inférieure à la température de solidification. Après avoir quitté le tunnel de filature 3, ils sont conduits sur une surface chauffée 4 constituée par une plaque chauffante revêtue par plasma, de 40 m de long environ ayant une température de 550-C. Un rouleau 5 placé en dessous de la plaque chauffante sert à régler la pression d'application du filament 2 con- tre la surface chauffée 4 ainsi qu'à régler l'angle de dé- viation îe qui est représenté sur la figure 2. Les filaments étirés sont mouillés avec une préparation, par exemple à l'aide d'un rouleau enducteur 6 et amenés sur la bobine 7. Pour obtenir un triangle de renvoi long avec des hauteurs d'installation relativement faibles, et pour pouvoir ramener la tension du fil à une tension de bobinage appropriée, des galets de renvoi 8 et 9 sont prévus. Sur la figure 3 est représenté un dispositif de chauf- fage avec deux surfaces chauffées 10 et Il sur lesquelles passent respectivement les filaments 12 et 13. Les filaments 12 passent sur les deux surfaces 10 et 11, tandis que les filaments 13 ne sont en contact qu'avec la surface inférieu- re 11. Les faisceaux de filaments 12 et 13 étirés dans des conditions de contact différentes sont ensuite réunis, bien mélangés avec une buse soufflante, et rebobinés sous forme de filé mixte de filaments. - S EXEMPLE 1 Des copeaux de polyéthylènetéréphtalate qui sont ren- dus mates par du dioxyde de titane, sont fondus puis filés avec une filière de 24 trous. La masse fondue sort à rai- son de 29,5 g/min. Les 24 filaments sont tirés à une vi- tesse de 4 028 m/min sur une plaque chauffante revêtue de plasma de 75 mm de long qui est chauffée à 550C. Les aspé- rités du revêtement de plasma ont une profondeur Rt de il vm. La distance entre la filière et la.plaque chauffante est d'environ 5 000 mm. - 15 La température du filé avant la plaque chauffante est de 26'C, derrière la plaque chauffante elle est de 1581C. Le titre du filé s'élève avant la plaque chauffante à 240 dtex, après la plaque chauffante à 78,5 dtex. La tension du fil avant la plaque chauffante est de 16 g. après la plaque chauffante elle est de 26 g. Les données textiles du filé terminé sont: Titre 74,6 dtex N Résistance à la traction 39,5 cN/tex Allongement à la rupture 32,9 % Retrait à l'ébullition 4,4 % Retrait en air chaud (190C) 6,1 % La fabrication de ce filé s'effectue sur un dispositif comme celui représenté sur la'figure 1. EXEMPLE 2 Le même polymère que celui de l'exemple 1 est filé à raison de 40,6 g/min à travers une filière de 24 trous. La vitesse de tirage est de 5 421 m/min. On utilise une plaque chauffante revêtue de plasma de 75 mm de long et avec une profondeur d'aspérité Rt de 5 vm et dont la température est -35 de 550-C. Cette plaqueest située à 5 000 mm de la filière. La température du filé avant la plaque chauffante est d'environ 30C, après la plaque chauffante de 160-C. Le titre du filé avant la plaque chauffante est de 209,5 dtex et après la plaque chauffante de 77,5 dtex. La tension du filé avant la plaque chauffante est de 28 g, après la plaque chauffante de 38 g. La fabrication du filé s'effectue également sur un dispositif conforme à la figure 1, une buse soufflante étant placée avant le bobinage pour améliorer l'assemblage des filaments. Les résultats du filé sont les suivants: Titre 81,3 dtex Résistance à la traction 42,0 cN/tex Allongement à la rupture 21,4 % Retrait à l'ébullition 6,3 % Retrait en air chaud (190'C) 10,6 % EXEMPLE 3 Des copeaux de polycaprolactame, qui ont été rendus mats avec 0,4 % de dioxyde de titane sont filés à travers une filière de 24 trous. La quantité sortante de masse fon- due est de 29,1 g/min. Le filé de filaments est tiré, selon le dispositif représenté sur la figure 1, à une vitesse de 3 985 m/min sur une plaque chauffante chromée par voie élec- trochimique, de 75 mm de long (Rt = 8 rM). La température de la plaque chauffante est de 500-C. La distance entre la filière et la plaque chauffante est de 5 000 mm. Les résultats textiles suivants du filé de filaments obtenu sont les suivants: Titre 58,2 dtex Résistance à la traction 40,0 cN/tex Allongement à la rupture 41,3 % Retrait à l'ébullition 10,9 % Retrait en air chaud (1901C) 6,7 % a,-:;' 2459302 1.0 :' R E V E N D I C A T I 0 N S P= "========= ==s3t=:tIS3=6=^^=:== 1.- Procédé pour la fabrication de filaments cristal- lins filés à partir de masses en fusion;et à molécules t'i". orientées par étirage, en polymères synthétiques, les fila- ments fratchement filés étant tirés, après leur refroidisse- :::: ment jusqu'à une température inférieure à la température :.: de solidification, à une vitesse supérieure à 3 500 m/min, de préférence de 4 100 à 6 000 m/min, sur des surfaces Ms;' chauffées et étant chauffés dans la zone des surfaces chauf- fées à des températures supérieures à la température de so- ""s: Nlidification, de préférence au-dessus de 150OC, et étirés, -':, ce procédé étant caractérisé par le fait que les surfaces ,, ' chauffées ont une longueur de 20 à 300 mm, de préférence inférieure à 200 mm, sont chauffées à une température de ls 450- à 650'C, de préférence de 500 à 600'C et sont placées t;i, ià une distance des filières de 1 500 à 6 500 mm. %i,;rp, 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par ti- le fait que la distance des surfaces chauffées aux filières 4 est de 4 000 à 6 000 mm. i 20 3.- Procédé selon les revendications 1 ou 2, caracté- risé par le fait que les filaments sont appliqués contre les g:. surfaces chauffées par des organes de guidage du fil placés i À ,,,'après les surfaces chauffées. ia:. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par Wi 25 le-fait que les filaments, lors de leur passage sur les :'. surfaces chauffées sont déviés d'un angle " allant de 2,5 à -10.. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les filaments sont mouil- lés avec une préparation après avoir quitté les surfaces chauffées. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que les organes de guidage du fil provoquent en même temps le mouillage des' filaments avec une préparation. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que les conditions de con- 1.1 tact entre les filaments et les surfaces chauffées sont choisies de façon à ce que dans les sections transversales du filament, une structure à deux composants soit créée. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour la fabrication d'un filé mixtede filaments constitué par des filaments possédant un retrait de gran- deur différente, caractérisé par le fait qu'une partie des filaments est amenée en contact plus faible avec les sur- faces chauffées que la partie restante des filaments.