Brevet FR2473562A1 — publié le 19810717

Procédé amélior le filage continu de rayonne viscose. La présente invention concerne un procédé amélioré pour le filage continu de rayonne viscose. On contact des procédés de filage continu de rayonne viscose dans lesquels la viscose, extrudée par des filières appropriées dans un bain de coagulation est coagule et étirée dans le meme bain ou dans des bains successifs, puis le filé passe sur un appareil support d'entrarnement qui fait parcourir au filé un trajet pratiquement hélicoidal, c'est-à-dire un trajet constitué d'une série de spires successives qui ne sont pas exactement héllcoidales mais le sont presque, le filé subissant une série de traitements alors qu'il parcourt ce trajet jusqu'à ce qu'il atteigne les caractéristiques finales désirées.Un type d'appareil conçu pour que le filé coagulé et étiré parcoure un trajet pratiquement hélicoidal, et auquel on se réfère ci-après, est constitue d'un rouleau principal ayant un diamètre relativement important et d'une série de rouleaux secondaires ayant un diamètre bien plus petit dont les axes sont obliques par rapport au rouleau précédent. Ces derniers rouleaux sont normalement appelés rouleaux d'entrarnement. Le rouleau principal est également appelé rouleau de traitement car on effectue sur lui les traitements chimiques et thermiques. Comme dans les dispositifs de ce type un filé correspond à chaque rouleau d'entraînement, c'est-à-dire que plusieurs filés se déplacent simultanément dans l'appareil et se déplacent tous sur la périphérie du rouleau de traitement et chacun séparément sur la périphérie d'un rouleau d'entraSnement distinct, on se réfère dans la description de l'invention à un appareil ayant un rouleau d'entrainement unique et par conséquent l'invention est décrite relativement à un seul filé étant cependant entendu que lorsqu'on met l'invention en pratique, on traite généralement simultanément plusieurs filés et par conséquent on utilise plusieurs rouleaux d'entraSnement. Le rouleau principal ou rouleau de traitement et par conséquent le trajet pratiquement hélicoïdal du filé, est divisé en plusieurs zones successives dans la direction du parcours du filé lui-même, c'est-à-dire la direction lingitudinale du rouleau de traitement, un stade particulier de traitement correspondant a' chacune de ces zones. Ces diverses zones sont normalement séparées par des dispositifs appropriés tels que des dispositifs mécaniques et un dispositif de séparation très simple est constitué par des brides ou des paires de brides interposées entre chaque zone et les zones adjacentes. Dans la description-de l'invention on se réfère à un dispositif de ce type, étant cependant entendu que l'invention est indépendante du dispositif mécanique particulier utilisé pour sa mise en pratique. Dans les procédés continus connus de ce type, le filé subit, comme précédemment indiqué, une coagulation et un étirage dans le bain où on l'extrude ou dans ce bain et dans d'autres bains successifs ou de plus dans un tube de guidage plongé dans le bain à travers lequel le filé passe et le bain s'écoule. Ensuite, le filé commence son trajet hélicoïdal et la première opération qu'il subit pendant ce trajet est une stabilisation acide, suivie généralement d'un lavage. D'autres zones de traitement suivent, comprenant généralement des zones de désulfuration,-de blanchiment et de finition séparées par des zones de lavage et par des zones de séchage, mais l'invention, comme l'indique la description suivante, est indépendante des traitements suivant la stabilisation. On effectue normalement le traitement précité alors que le filé se déplace à une vitesse ne dépassant pas 90 m/min, g énéralement comprise entre 50 et 80 m/min. Dans ces conditions opératoires, le cycle classique est approprié et satisfaisant. Cependant depuis un certain temps, on désire accroStre la vitesse de déplacement du filé pour -ccrottre la production et par conséquent réduire le coût du filé. Evidemment on peut, pour atteindre cet objectif, accroître les dimensions de l'appareil de façon que la durée des divers traitements soit la meme que dans le cycle traditionnel. Cependant, cette solution n'est pas souhaitable pour des raisons de coat et d'espace occupé ainsi que par suite des difficultés de marche et d'entretien d'un appareil dépassant certaines dimensions. L'invention permet d'accroître la vitesse de traitement du filé dans des procédés du type précité sans accroître les dimensions des zones de traitement et par conséquent de l'appareil, ce qui constitue un progrès technique et économique important. Pour mieux comprendre l'invention, il est nécessaire de considérer que, dans l'art antérieur, la coagulation précède pratiquement l'étirage ou que les deux opérations s'effectuent en partie pratiquement simultanément. En d'autres termes - et ceci constitue la base de tous les procédés d'étirage des filés artificiels et synthétiques - le filé que l'on extrude en phase liquide (soit du fait qu'il est fondu comme c'est le cas des filaments thermoplastiques, soit du fait qu'il est en solution comme c'est le cas des filaments cellulosiques tels que les filaments de rayonne viscose auxquels s'applique l'invention) doit tout d'abord entre solidifié, par des moyens qui diffèrent selon les techniques de filage et qui peuvent être le refroidissement, l'évaporation du solvant et autres, mais qui, dans le cas de la rayonne viscose filée au mouillé, consiste en une coagulation dans un bain acide et salé. Cependant les filaments polymères coagulés ne sont pas orientés ; on effectue donc l'opération d'étirage qui comprend l'orientation des macromolécules selon l'axe des filaments Donc, en théorie, la coagulation precbde l'étirage. Cependant en pratique, les deux opraoions sont au moins en partie simultanées dans la mesure où l'étirage commence avant la fin de la coagulation et se poursuit jusqu'à la fin de la coagulation et au-delà, jusqu'à ce que le filament ait acquis le degré désiré d'orientation. On peut contrôler le développement et la fin de la coagulation par mesure de l"'indice de coagulation" ou "indice J ", qui est une mesure du degré d'achèvement de la coagulation. Pour calculer cet indice selon sa définition, on détermine le nombre de moles de CS2 pour 100 groupes glucosidiques de la cellulose. On considère qu'un filé qui a atteint un indice de O à 1 est complètement coagulé. Le procédé de l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'on soumet le filé à une coagulation partielle et à un étirage qui sont au moins partiellement simultanés, jusqu'à ce qu'il atteigne le degré d'étirage complet prédéterminé - qui, pour les filés de rayonne viscose, est normalement compris entre 20 et 506 - et un degré de coagulation exprimé par l'indice Y compris entre 14 et 18, et par le fait qu'on soumet ensuite le filé, sans aucun autre étirage ultérieur, à un traitement appelé postcoagulation, pendant lequel il atteint la coagulation complète, exprimée par un indice de coagulation compris entre 0 et 1, sans subir un quelconque autre étirage, puis on soumet le filé à toutes les autres opérations nécessaires au traitement particulier, ces opérations étant, dans le cas d'un filage continu classique, la stabilisation, la désulfuration, le blanchiment et la finition ainsi que plusieurs lavages et un séchage final. On effectue de préférence le traitement de postcoagulation en deux stades. Dans le premier stade le filé ne subit aucun traitement mais réduit spontanément son indice ' généralement à une valeur comprise dans la gamme d'environ 8 à environ 5. Dans le second stade, le filé est mis en contact avec un bain de stabilisation qui est acide car il contient de l'acide sulfurique et qui peut contenir des sels tels que le sulfate de zinc et le sulfate de sodium, à des températures comprises entre 50 et 100"C. Un bain typique contient les composants suivants - acide sulfurique 30 à 70 g/l - sulfate de zinc 1,8 à 4,2 g/l - sulfate de sodium 60 à 140 g/l. A la fin du second stade, l'indice 6 est réduit à une valeur finale de O à 1. La durée du traitement de postcoagulation est, de façon évidente, déterminée par les indices de coagulation à son début et à sa fin, mais en pratique elle est comprise entre 15 et 40 secondes dans les cas les plus courants. Les deux stades de la postcoagulation s'effectuent dans deux zones successives du trajet hélicoidal qui est délimité en pratique par le rouleau de traitement et par un rouleau d'entranement. Dans une forme préférée de l'invention, on effectue le traitement de postcoagulation alors que le filé se déplace déjà selon son trajet hélicoïdal le long duquel il est ensuite soumis aux traitements ultérieurs nécessaires dans chaque cas particulier. Le procédé de l'invention a l'effet surprenant de permettre de filer la rayonne viscose selon un procédé continu du type décrit, à des vitesses très supérieures à celles précédemment atteintes, sans accroître les dimensions des zones de traitement et par conséquent avec des durées séparées et/ou globales plus courtes, comme il ressort de façon évidente des exemples suivants. Le progrès ainsi obtenu est totalement inattendu et surprenant, non seulement du fait que rien ne suggère un traitement de ce type, mais également du fait que le principe selon lequel la coagulation précède l'étirage et éventuellement est achevée pendant l'étirage lui-meme mais n'est Jamais effectuée après l'étirage, est un principe fondamental de la technique de filage de la rayonne viscose et en pratique des polymères linéaires en général. La division des opérations de coagulation en plusieurs stades dont un suit l'étirage, constitue une innovation considérable et très originale dans ce domaine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de plusieurs de ses modes de réalisation n'ayant aucun caractère limitatif et en-regård des dessins annexés qui illustrent schématiquement un appareil que l'on peut utiliser pour la mise en pratique du procédé, à l'exception de tous les éléments concernant les traitements qui suivent le lavage après la postcoagulation, ces traitements pouvant être effectués selon la technique traditionnelle ou de façon différente, sans effet sur l'invention. Sur les dessins la figure 1 est une vue en bout schématique de l'appareil par le côté comportant la filière et la figure 2 est une vue latérale d'une partie des rouleaux sur lesquels le filé se déplace selon un trajet pratiquement hélicoidal. Les figures montrent-la filière 10 d'où sort un faisceau de filaments 11 qui sont réunis pour former un filé 1-2. Les filaments sont extrudés dans un bain de coagulation 13 et le filé traverse un tube de guidage 14 dans lequel le bain s'écoule dans la même direction que le filé. Le-filé sort-du batn 13 et du tube 14 et, après avoir été guidé par un guide-fil 20, il atteint un rouleau d'entraSnement 22 et un rouleau de traitement 21 dont les axes sont mutuellement obliques. Comme indiqué, en pratique, il existe plusieurs rouleaux d'entraSnement et sur chacun d'entre eux se déplace un filé différent provenant d'une filière différente et coagulé et étiré séparément.Les zones de traitement du rouleau 21 sont séparées par des paires due brides 23. On délimite ainsi une première zone de postcoagula tion 24, une seconde zone de postcoagulation 25, une zone 26 dans laquelle le filé est lavé après la postcoagulation et ensuite le filé subit tous les autres traitements souhaitables dans la zone 27 qui est représentée coupée et dans des zones successives non illustrées. L'invention permet d'effectuer le filage de la rayonne viscose à des vitesses accrues de 20 à 50X par rapport à celles du procédé classique, toutes les autres conditions étant par ailleurs égales, et on atteint ainsi des vitesses de filage comprises entre 110 et 140 m/min. Le rapport d'étirage est déterminé par le rapport de la vitesse linéaire de l'ensemble rouleau de traitement-rouleaux d'entratnement, aux vitesses linéaires des filaments au début de la coagulation au voisinage de la filière 10. Une partie de l'étirage s'effectue selon un processus hydraulique dans le tube de guidage 14. On mesure sur le filé lui-même avant les zones de postcoagulation, l'indice de coagulation ou indice Y qui exprime le degré global de coagulation subi par le filé avant et pendant l'étirage, tandis qu'on mesure à la fin de la zone 24, l'indice de coagulation final correspondant à l'état des filaments après la postcoagulation. Les exemples suivants illustrent la préparation de filés selon le procédé de l'invention, tous les filés subissant après la postcoagulation et les lavages correspondants, une désulfuration, un blanchiment et une finition suivis de lavages et un séchage, l'ensemble étant connu dans l'art. EXEMPLE 1 On file une viscose contenant 8% de cellulose et 6% de soude, après maturation appropriée, à un X de 37 dans un bain de coagulation ayant la composition suivante H2SO4 135 g/1 ZnSO 10 g/l Na2SO4 260 g/1 à la température de 57 C. On file la viscose dans un tube de verre plongé dans le bain de coagulation, avec une hauteur de charge d'environ 100 mm. La vitesse de filage est de 100 m/min, et l'indice de coagulation ou indice &gamma; du filé le long du trajet dans la machine est le suivant début du secteur de postcoagulation : 15 fin du premier secteur de postcoagulation : 5 fin du second secteur de postcoagulation : 0-1 Les périodes pendant lesquelles le filé demeure dans les zones de traitement et les liqueurs de traitement respectives figurent dans le tableau suivant Secteurs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Traite- Première Seconde Désulment zone de zone Blanchiment Finition Lavage Lavage Lavage sécha Post- de post- furation Séchecoagula- coagula- ge tion tion (stabilisation Liqueurs H2SO4 : Na2S : 5 g/1 NaOCl : 1,2 graisses de g/1 - 50 g/1 NaOH : 1,5 H2O H2O 1,3 g/1 traite- Températu ZnSO4 : g/1 ment H2O re : pH : 8,3 3,5 g/1 Tempéra30 C Na2SO4 : ture : 62 C Tempéra100 g/1 ture 40 C Température : 75 C Durée de déplace- 17 12 12 19 12 12 12 11 12 du filé dans les secteurs (secondes) Le filé obtenu présente les caractéristiques suivantes Titre 120 deniers Ténacité à l'état conditionné 1,90 g/denier Allongement à l'état conditionné 18 % Ténacité à l'état humide 0,85 g/denier Allongement à l'état humide 33 % Cendres 0,2 X Soufre 0,12- % EXEMPLE 2 On file une viscose ayant la meme composition que celle de l'exemple 1 dans un bain de coagulation ayant la même composition que le précédent et dans les mêmes conditions sl ce n'est que la vitesse de filage est de 110 m/min.L'indice de coagulation ou indice / du filé sur le trajet dans la machine est le suivant début du secteur de postcoagulation : 16 fin du premier secteur de postcoagulation fin du deuxième secteur de postcoagulation : 0-1 Dans les diverses zones de traitement du filé, les compositions des liqueurs de traitement demeurant constante, les durées de déplacement du filé sont les suivantes Secteur 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Durée de déplacement du filé dans les 16 11 11 17 11 11 11 10 11 (secondes) Le filé obtenu présente les caractéristiques suivantes Titre 120 deniers Ténacité à l'état conditionné 1,88 g/denier Allongement à l'état conditionné 17 % Ténacité à l'état humide 0,83 g/denier Allongement à l'état humide 32 % Cendres 0,2 % Soufre 0,14 X EXEMPLE 3 On file une viscose contenant 7,5 % de cellulose et 5,5 % de soude dans un bain de coagulation ayant la composition suivante H2S04 130 g/l ZnS04 8 g/l NaSO4 250 g/1 Température : 55 C les autres conditions étant les mêmes que dans les exemples précédents, si ce n'est que la vitesse de filage est de 120 m/min. L'indice de coagulation du filé le long du trajet dans la machine est le suivant début du secteur de postcoagulation : 18 fin du premier secteur de postcoagulation : 8 fin du deuxième secteur de postcoagulation: 0-2 Les compositions des diverses liqueurs de traitement du filé dans les diverses zones demeurent constantes et les durées de traitement sont les suivantes Secteur 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Durée de déplacement du filé dans les secteurs 14 10 10 15 10 10 10 9 10 (secondes) Le filé obtenu présente les caractéristiques suivantes -:: Titre 120 deniers Ténacité à l'état conditionné 1,93 g/denier Allongement à l'état conditionné 17 X Ténacité à l'état humide 0,90 g/denier Allongement à l'état humide 30 % Cendres 0,3 % Soufre 0,16 % EXEMPLE 4 On file dans le même bain de coagulation et dans les mêmes conditions de filage une viscose ayant la même composition que dans l'exemple précédent pour obtenir un filé ayant un titre de 75 deniers. L'indice de coagulation ou indice j du filé le long du trajet dans la machine est le suivant début du secteur de postcoagulation : 16 fin du premier secteur de postcoagulation : 6 fin du deuxième secteur de postcoagulation : 0-1 La composition des liqueurs de traitement et les durées pendant lesquelles le filé demeure dans les divers secteurs sont les mêmes que dans l'exemple précédent. Les caractéristiques du filé obtenu sont les suivantes Titre 75 deniers Ténacité à l'état conditionné 1,85 g/denier Allongement à l'état conditionné 16 % Ténacité à l'état humide 0,82 g/denier Allongement à l'état humide 30 % Cendres 0,2 % Soufre 0,14 % REVENDICATIONS 1.. Procédé amélioré pour le filage continu de rayonne viscose, caractérisé en ce qu'on coagule partiellement et étire complètement les filaments extrudés, puis on les soumet à un traitement de post coagulation sans étirage ultérieur jusqu'à ce qu'on atteigne un indice de coagulation compris entre 0 et 1, puis on les soumet finalement à toutes les opérations ultérieures nécessaires pour achever le filage continu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de postcoagulation en deux stades, un premier stade sans traitement des filaments et un second stade comportant le contact des filaments avec un bain acide à des températures comprises entre 50 et 1000C. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bain acide est acide du fait qu'il contient de l'acide sulfurique et en ce qu'il contient du sulfate de zinc et du sulfate de sodium. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les filaments ont un indice de coagulation compris entre 15 et 18 avant la postcoagulation. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les filaments atteignent un indice de coagulation compris entre 5 et 8 après le premier stade de postcoagulation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de postcoagulation alors que le filé se déplace selon un trajet hélicoïdal. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de postcoagulation en une période comprise entre 15 et 40 secondes. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 71 caractérisé en ce que les traitements qui suivent la coagulation comprennent au moins certains des traitements suivants : stabilisations, désulfuration, blanchiment, finition, lavages et séchage. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'-on opère avec une vitesse de déplacement du filé comprise entre 100 et 120 m/min.