Brevet FR2465803A1 — publié le 19810327

Les polymères thermoplastiques sont uti- lisés depuis longtemps dans la fabrication de soies pour pinceaux. On fabrique ces soies avec une large variété de configurations comme des monofilaments massifs et creux et avec diverses formes de sec- tion comprenant des sections circulaires, ovales, triangulaires et lobées. Ces soies en polymère ont des avantages sur les soies naturelles comme celles de porc, tant par le prix de revient que par les qualités pratiques. On effile souvent les soies en polymère de manière à obtenir une extrémité de grand diamètre qui est contenue dans la virole du pinceau et en même temps un petit diamètre au bout du pinceau. Les soies en polymère pour pinceaux sont généralement soumises à un traitement abrasif qui a pour effet de créer des floches ou barbes à la surface de la soie. Ces floches* à leur tour, aug- mentent l'aptitude de la soie à retenir la peintu- re. C'est pourquoi on a déjà fait des efforts pour fabriquer une soie en polymère pour pinceaux qui se prOte particulièrement à la formation de floches. D'autres tentatives d'améliorer les soies en poly- mère pour pinceaux ont consisté à modifier la con- figuration de la section transversale du filament pour réduire sa tendance à onduler et améliorer la résistance à l'écrasement des filaments creux. L'invention fournit une soie améliorée en polymère pour pinceaux qui présente une excellente uniformité de configuration en section transversale, une excellente aptitude à la formation de floches, une excellente résistance à l'ondulation et de gran- des qualités pratiques d'ensemble. Plus précisément, l'invention concerne une soie monofilamenteuse pour pinceaux en matière po- lymère thermoplastique ayant un diamètre d'environ 0,10 à 0,51 mm, caractérisée en ce que le filament est triloculaire ou tétraloculaire et comprend trois ou quatre cavités longitudinales non circu- laires fermées séparées par une cloison intérieure, l'aire de la section transversale du filament con- tenant environ 20 à 50 % de cavités, la cloison intérieure constituant environ 10 à 25 % de l'aire totale de la section transversale du filament. La figure 1 est une coupe transversale d'une soie triloculaire en polymère pour pinceaux selon l'invention; - les figures 2 et 3 montrent, vus de-face, des orifices de filière qui peuvent servir à fabri- quer les soies pour pinceaux de l'invention. On peut fabriquer les soies pour pin- ceaux de l'invention à partir d'une large variété de matières polymères thermoplastiques comme-des polyamides, des polyesters et des polyoléfines. En général, le poids moléculaire moyen en nombre du polymère utilisé pour les soies doit être supérieur à 10.000, de préférence supérieur à 30. 000, pour assurer la résistance et la rigidité nécessaires à une soie. Des polyamides préférés pour la fabrica- tion de pinceaux comprennent le nylon 6,6, le nylon 610 et le nylon 612. Parmi ceux-ci, le nylon 610 (poly-hexaméthylène-sébaçamide) et le nylon 612 (hexaméthylènediamine) sont particulièrement préfé- rés. Des polyesters que l'on a trouvés particuliè- rement appropriés à la fabrication de soies compren- nent le poly(téréphtalate de butylène) et le poly (téréphtalate d'éthylène), le poly (téréphtalate de butylène) étant particulièrement préféré. Parmi les nombreuses polyoléfines qui peuvent servir à fabri- quer des soies, le polypropylène est préféré. Les soies pour pinceaux de l'invention comprennent trois ou quatre cavités longitudinales non circulaires séparées par une cloison intérieure. Les cavités ont généralement la configuration d'un quadrilatère. Elles sont indiquées sur la figure 1 qui est une coupe d'un filament pour soies de l'in- vention présentant trois cavités. La paroi exté- rieure 1 délimite les cavités 2 qui s'étendent dans la direction longitudinale du filament. Les cavités sont séparées par une cloison intérieure 3. En gé- néral, les soies triloculaires sont préférables à cause de leur configuration extérieure plus unifor- me et de leurs caractéristiques de roulement meil- leures. Le diamètre total ou dimension maximale de la section transversale des soies en polymère pour pinceaux de l'invention peut Otre d'environ 0,10 à 0,51 mm. Les filaments sortant de cette gamme pré- sentent généralement une raideur qui ne convient pas à l'application comme soies pour pinceaux. Les soies ont généralement une longueur d'environ 50 à 127 mm. Les filaments de l'invention ont une te- neur en cavités d'environ 20 à 50 %. La teneur en cavité se détermine d'après le poids de la soie creuse et le poids de la soie solide de même confi- guration extérieure, selon la formule: teneur en cavités = 100 x -1poids de la soie creuses poids de la soie masve) Une teneur en cavités supérieure àenvi- ron 50 % aboutit à une résistance mécanique insuf-t fisante et à une stabilité dimensionnelle insuffi- sante de la section transversale et a fréquemment pour effet que le filament se fende pendant la trans- formation. Des teneurs en cavités inférieures à en- viron 20 % aboutissent à des filaments ne présentant qu'une amélioration faible ou nulle des caractéris- tiques de formation de floches relativement à un monofilament massif. Les cavités longitudinales amènent une amé- lioration marquée de l'aptitude à la formation de floches et aussi une amélioration marquée de la sta- bilité dimensionnelle de la section, relativement à des monofilaments creux monoloculaires de diamè- tre comparable. La cloison intérieure qui sépare les trois ou quatre cavités longitudinales doit cons- tituer environ 10 à 25 % de l'aire totale de la section transversale du filament. Il se produit des difficultés de fabrication avec des cloisons inté- rieures constituant moins de 10 % environ de l'aire de section du filament tandis que des cloisons constituant plus de 25 % de l'aire de section don- nent une structure d'ensemble moins résistante et plus sensible à la flexion. La teneur en cavités, le diamètre du filament et la teneur en cloison i5 des filaments tels qu'ils sont spécifiés aboutissent à des dimensions fixes aussi bien pour l'épaisseur de la paroi extérieure du filament (to) que pour l'épaisseur des éléments de la cloison intérieure (ti) et le diamètre extérieur (D). Oes dimensions sont récapitulées au Tableau 1 ci-après o les di- mensions sont indiquées en millimètres. Tableau 1 D to max to min ti max ti min 0,102 0,015 0,0076 0,018 0,0051 0,127 0,018 0,0102 0,025 0,0051 0,178 0,025 0,0152 0,041 0,0076 0,229 0,025 0,0178 0,046 0,0102 0,254 0,038 0,0203 0,056 0,0102 0,305 0,051 0,0254 0,064 0,0127 0,381 0,064 0,0330 0,086 0,0152 0,457 0,074 0,0381 0,099 0,0178 0,508 0,084 0,0432 0,114 0,0203 Pour fabriquer les soies de l'invention, on extrude un polymère thermoplastique à des tem- pératures élevées pour former un filament, on le refroidit puis on étire le filament de la façon dé- crite par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 418 492o Pour obtenir les cavités longitudinales intérieures désirées, on extrude le polymère à travers une filière munie d'un orifice 2465803. pratiquement conforme aux figures 2 et 3 et décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 745061. Dans ---- l'extrusion d'un monofîlament à l'aide de la filière de la figure 2, les parois extéri@eures sont formées par l'extrusion du polymère tLermo- plastique à travers les fentes 11, la plaque de fi- Mère étant retenue dans l'appareil par des points supports 12. On extrude la cloison intérieure à travers les fentes 135 Après passage à travers la filière, les parois extérieures et la cloison inté- rieure fusionnent pour former le cylindre extérieur complet désiré et la cloison intérieure d'un seul tenant qui définit les trois cavités longitudinales intérieures. On peut former un filament tétralocu- laire en utilisant un orifice de filière selon la figure 3 dans lequel les fentes de paroi extérieure, les points de support et les fentes de cloison in- térieure sont désignés par les mêmes références que sur la figure 2. Après l'extrusion et le refroidissement du monofilament de polymère, on oriente celui-ci par étirage pour améliorer la résistance mécanique longitudinale, à raison d'environ 3,5 à 5 fois la longueur primitive. Avant le refroidissement et l'orientation, on peut effiler le filament si on le désire, comme indiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 418 492 précité. En général, on ef- file ces filaments de manière à obtenir, au bout, un diamètre représentant environ 0,5 à 0,75 fois le diamètre à la racine. En outre, on peut soumet- tre le filament à d'autres traitements pour amélio- rer les propriétés physiques, par exemple les trai- ter par de la vapeur d'eau saturée comme indiqué dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 3 595 952. De préférence, on fixe thermiquement le filament après l'étirage pour obtenir une bonne re- prise à la flexion. On peut conduire le fixage thermique soit dans un gaz, par exemple en souf- flant de l'air chaud sur le filament, soit dans un bain de liquide, par exemple en faisant passer le filament à travers un bain d'huile. Le filament doit séjourner, au cours de stade de fixage ther- mique, environ 30 à 90 secondes dans un gaz ou en- viron 2 à 10 secondes dans un bain de liquides Les températures que l'on peut utiliser pour l'opéra- tion de fixage thermique sont de 150 à 200 0 lorsque on utilise un gaz et de 140 à 200 0 lorsqu'on uti- lise un bain de liquide* On coupe alors les filaments en longueurs convenant à la fabrication. On coupe les filaments effilés en leurs parties épaisse et mince pour for- mer des soies effilées individuelles. On rassemble alors les soies en faisceaux puis on finit le bout des soies et on forme des floches par des procédés classiques, comme décrits, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amé- rique n's 2 697 009 et 2 911 761. On peut alors mon- ter les soies dans des pinceaux par des techniques bien connues. Les soies pour pinceaux de l'invention, au contact d'appareils typiques de formation de floches, forment un plus grand nombre de floches que des soies monofilaments monoloculaires ou des monofilaments massifs de mime diamètre. En outre, les soies de l'invention ont une moindre tendance à onduler et une résistance à l'écrasement notable- ment plus grande que les monofilaments monoloculai- res. On ne connatt pas entièrement la cause de cette diminution de l'ondulation, mais elle semble être fonction des cavités intérieures et d'une épaisseur uniforme de la paroi. Typiquement, les soies pour pinceaux présentent, comme expliqué ci-après, une ondulation inférieure à 20 % dans une soie de 102 mm, 2465803 ' Les soies de l'invention conservent une configuration extérieure plus uniformément symétri- que que des monofilaments présentant une seule ca- vité longitudinale. Cette configuration symétrique assure la facilité de roulement qui améliore l'ap- titude à la transformation des soies de l'invention dans les appareils classiques de fabrication de pin- ceaux. Un autre avantage des monofilaments de l'in- vention est leur longévité accrue après nettoyage, en comparaison de filaments creux normaux. Les fi- laments classiques à une seule cavité se remplis- sent davantage de peinture et cette peinture n'est pas facile à enlever lors du nettoyage, ce qui en- traîne une perte de flexibilité des soies à l'usage. Les soies de l'invention résistent aussi au vril- lage sous des angles plus aigus que les soies mono- filaments monoloculaires. L'invention est encore illustrée par l'exemple non limitatif suivant. Exemple 1 On extrude du poly-(téréphtalate de buty- lène-1,4) à travers une plaque de filière comme celle de la figure 2. On extrude le polymère à une tempé- rature de 270 0 et on le refroidit dans de l'eau à 25 0 qui se trouve à environ 25 mm en dessous de la plaque de filière. On effile les filaments en utili- sant des rouleaux de pincement en caoutchouc action- nés à une vitesse superficielle qui varie cyclique- ment comme indiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 418 492 précité, ce qui donne un ca- libre de brin variant de façon correspondante de 0,41 à 0,61 mm. On étire les filaments effilés à un coefficient de 3,75 à 4,25X avec un dispositif clas- sique à rouleaux lent et rapide et on les chauffe pendant l'étirage au moyen de dispositifs de chauf- fage classiques. On fixe thermiquement les filaments en les faisant passer à travers un four à air chaud 2465803' et on les maintient entre 170 et 18000 pendant en- viron 40 secondes. Après filage, étirage et fixage thermi- que, on coupe les-filaments en chaque point de dia- mètre minimal et on les rassemble en faisceaux de produit. On place des liens de caoutchouc sur les faisceaux on coupe à nouveau par le milieu chaque faisceau de 51 um de diamètre et on rogne les ex- trémités pour obtenir deux faisceaux de 102 mm de longueur pouvant être ensuite transformés en pin- ceaux. Les filaments présentent à la racine un calibre de 0,32 mm et ont une section symétrique. L'épaisseur de la paroi extérieure est de 0,038 mm et l'épaisseur de la cloison intérieure est de 0,025 mm. La teneur en cavités est d'environ 37 % et les filaments ont une configuration uniforme en section transversale0 On transforme les faisceaux de 51 mm de diamètre sur une machine industrielle à ébouter et à former les floches, typiques de celles qu'on uti- lise dans l'industrie, en les faisant passer sur des meules et entre des couteaux tournants. On fait passer à quatre reprises les faisceaux à travers la machine avec un empiétement de 6,35 mm entre l'ex- trémité de petit diamètre de 0,20 mm de la soie d'une part, et la meule et les couteaux, d'autre part. On compare la souplesse des soies à celle d'étalons de soies et on trouve qu'elles sont ex- ceptionnellement souples, ce qui confirme encore que l'on a obtenu un grand nombre de petites flo- ches* Exemple comparatif A On répète le mode opératoire général de l'exemple 1 si ce n'est que l'on modifie la plaque de filière de manière à omettre les cloisons inté- 2465803- rieures formées dans l'exemple 1. Les soies à une seule cavité obtenues sont difficiles à transformer et présentent une tendance marquée à onduler. Les soies présentent une section ovale asymétriqeu9 la différence entre les calibres maximal et mini- mal étant de 0,10 à 0,18 mm respectivenmoent. On examine les filaments $ous grossisse- ment et on compte le nombre de flochos individuel- les dépassant 4,76 mm. En examinant 20 échantillons des produits triloculaires de l'invention et 20 des filaments monoloculaires de l'exemple compara- tif A, on obtient les résultats suivants: Exemples Nombre de floches par soie moyenne 1 5 à 9 7,3 A 3 à 6 3,8 On détermine l'ondulation des filaments en examinant des échantillons de 50 brins pour dé- tecter la flexion de 6,35 mm ou davantage relati- vement A une ligne, dans des filaments de 89 et 102 mm. Les résultats sont les suivants pour deux échantillons de chacun des exemples 1 et A: Exemples Longueur, mm ondulation % 1 102 6 1 89 2 A 89 40 A 89 50 2465803' REVENDICATIONS 1. Soie monofilamenteuse pour pinceaux en matière polymère thermoplastique ayant un diamè- tre d'environ 0,10 à 0,51 mm, caractérisée en ce que le filament est triloculaire ou tétraloculaire et comprend trois ou quatre cavités longitudinales non circulaires fermées séparées par une cloison intérieure, l'aire de la section transversale du filament contenant environ 20 à 50 % de cavités, la cloison intérieure constituant environ 10 à % de l'aire totale de la section transversale du filament. 2. Soie selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle est effilée de façon que le diamètre au bout représente environ 0,5 à 0,75 fois le diamètre à la racine. 3O Soie selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle est triloculaire* 4. Soie selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la matière polymère est essen- tiellement formée de polyamide. Soie selon la revendication 4, carac- térisée en ce que la polyamide est essentiellement formée de nylon 612. 6. Soie selon la revendication 4, carac- térisée en ce que la polyamide est essentiellement formée de nylon 610. 7. Soie selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la matière polymère est essentiel- lement formée de poly(téréphtalate de butylène). 8. Soie selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle a été éboutée et qu'on y a formé des floches.