Brevet FR2519037A1 — publié le 19830701

L'invention concerne un voile filé de polypropylène ayant un toucher textile particulièrement doux. Les voiles filés et aussi ceux de polypropylène sont suffisamment connus Ils possèdent de bonnes propriétés tex- tiles, mais ils ne sont pas toujours comparables aux matières tis- sées ou à mailles à de nombreux points de vue, surtout en ce qui concerne le toucher L'invention vise par conséquent à développer un voile filé ayant en particulier un "toucher textile", c'est-à- dire un voile qui soit doux et souple et qui doit donc avoir un coefficient de chute très faible (un excellent tombant). Selon l'invention, un voile filé de polypropylène doux est essentiellement caractérisé en cequ'il est constitué de filaments de polypropylène partiellement étirés et filés en continu, qui présentent un allongement maximal à la traction d'au moins 200 %. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le voile est constitué de filaments de poly- propylène partiellement étirés dont l'allongement maximal à la traction est supérieur à 400 %; le voile présente une texture parallèle croisée le voile présente une tension superficielle de 35 x 10-5 N/cmqui est ajustée à l'aide d'un agent tensioactif adéquat; son poids surfacique est compris entre 5 et g/m; il présente un coefficient de chute D, en 7, suivant le poids surfacique PS, qui correspond à la formule D d'étirage doit Étre suffisamment élevé Dans la fabrication de ma- tières fibreuses synthétiques, cette orientation consiste à aligner les chatnes macromoléculaires dans le sens de l'axe longitudinal des fibres afin d'augmenter la résistance des fibres et de réduire l'al- longement de rupture On connait de nombreuses méthodes scientifiques pour mesurer le degré d'orientation, telles que la mesure de l'ani- 19037 sotropie par des moyens optiques ou acoustiques ou le dépouillement des diagrammes de dispersion des rayons X. Il suffit cependant en beaucoup de cas de déterminer des paramètres de résistance tels que l'effort de traction maximal et l'allongement maximal à la traction pour disposer de caractéristiques distinctives suffisantes entre les fibres ou les produits obtenus avec elles Si l'orientation est suffisamment poussée, on obtient, pour des fibres destinées à des applications techniques, des valeurs d'allonge- ment maximal & la traction de moins de 10 t Les allongements des fibres et des filaments habituels destinés à des applications textiles vont jusqu'à 60 7 environ. La fabrication des voiles fait appel aussi bien à des fibres complètement étirées qu'à des fibres partiellement ou non étirées Tandis que les fibres bien orientées sont les fibres cons- titutives proprement dites du voile, les fibres partiellement étirées ou non étirées sont habituellement utilisées seulement comme fibres de liage. Or, à la différence des voiles conventionnels, le voile file de polypropylène fabriqué selon l'invention possède, comme fibres constitutives du voile, des filaments de polypropylène partiel- lement étirés La demanderesse a constaté avec étonnement que les voiles ainsi constitués possèdent une résistance élevée à l'usage et un toucher textile très doux Ces propriétés sont souhaitables surtout pour de nombreux articles ou produits médicaux ou d'hygiène Les pro- priétés d'emploi des voiles selon l'invention sont toutefois très avantageuses aussi dans les matériaux composites formés de plusieurs couches de voiles doux. Les bonnes propriétés textiles surprennent également beaucoup parce que les fibres partiellement étirées entrant dans la D fabrication des voiles filés de polypropylène selon l'invention pos- sèdent, à l'état non transformé en voile, un toucher sans consistance' les fibres semblant glisser entre les doigts On ne pouvait pas s'at- tendre à ce que de telles fibres puissent former un voile doux mais très résistant et possédant de surcrott un excellent tombant Il est très avantageux que les filaments déposés sur la bande de transport et aspirés d'en bas contre elle lors de la fabrication peuvent être 19037 assemblés excellemment,sans qu'il soit nécessaire de prévoir en plus des liants ou des fibres de liage étrangères, par exemple par une technique appropriée de calandrage-repoussage, avec en plus la possi- bilité de travailler sous des conditions de pression et de température nettement plus modérées que dans la fabrication d'articles à partir de fibres complètement étirées. Le comportement textile doux est à l'origine du bon tombant Celui-ci est déterminé selon la norme DIN 54 306 Selon cette norme, on détermine le degré de déformation qui se produit lorsqu'un matériau plan disposé horizontalement sur un disque de support pend librement du bord de ce disque par une partie périphérique. Comme mesure du tombant, on utilise le coefficient de chute D déterminé selon cette norme et exprimé en 7 Conformément à sa définition, le coefficient de chute D est un paramètre critique pour les propriétés du voile filé de polypropylène Le coefficient de chute D est d'autant plus bas que le tombant et par suite aussi le toucher du matériau sont meilleurs. Les voiles selon l'invention possèdent dans tous les cas un coefficient de chute D, selon DIN 54 306, qui, suivant le poids surfacique (PS) du matériau, correspond à la formule D. 1,65 x PS + 30 t%) Bien que les matériaux à coefficient de chute D plus élevé soient éga- lement de nature textile, ils sont trop durs dans le sens de l'invention. Alors que les fibres conventionnelles à étirage complet utilisées pour la fabrication de voiles ont un allongement maximal à la traction inférieur à 100 % de la longueur originale (mesure selon norme DIN), on peut définir les fibres à étirage partiel proposées selon l'invention, avec un écart suffisant par rapport à ces fibres à étirage complet, en stipulant qu'elles possèdent un allonge- ment maximal à la traction d'au moins 200 7 Des fibres à étirage par- tiel ayant un allongement maximal à la traction supérieur à 400 % de leur longueur originale se sont avérées convenir particulièrement pour la mise en oeuvre de l'invention. Lors de la fabrication des voiles filés, les fibres peuvent être produites exactement dans le domaine indiqué par l'ajus- tement adéquat des rapports d'étirage. Il est important que les fibres étirées partielle- ment possèdent en même temps un faible retrait, à savoir un retrait, déterminé dans l'eau bouillante, qui est inférieur à 10 % La fabrica- tion du voile serait considérablement perturbée si le retrait était ajusté à une valeur plus élevée On obtiendrait-en plus un voile dé- barrassé du retrait, qui serait beaucoup trop dense et qui serait de- venu en plus trop dur par suite de l'élimination du retrait Il s'en- suit qu'il faut non seulement ajuster les conditions d'étirage dans la production de fibres ou filaments mais qu'il faut conduire tout le pro- cessus en vue du but de l'invention qui est la conservation d'une structure partiellement étirée et en même temps à faible retrait des fibres. La demanderesse a trouvé que, pour obtenir les para- mètres indiqués, a savoir un étirage partiel seulement des fibres et, consécutivement, un allongement maximal à la traction de valeur élevée, en même temps qu'un faible retrait, il faut un procédé de filage dans lequel le parcours de filage est considérablement raccourci Il devient ainsi possible d'ajuster un plus faible rapport de déformation par le rapport entre la vitesse d'extrusion et la vitesse d'évacuation Les organes d'évacuation aérodynamiques connus par la technologie de fabri- cation des voiles filés conviennent particulièrement pour évacuer les filaments Le mode de travail qui vient d'être indiqué a l'important avantage supplémentaire que la quantité d'énergie pour produire les courants d'air nécessaires à l'évacuation de filaments courants dont le rendement est très défavorable comparativement à des systèmes d'évae cuation mécaniques est réduite à un minimum. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un dispositif convenant particulièrement à la production de filaments de polypropylène partiellement étirés et à faible retrait comme proposés par l'invention; et la figure 2 est un graphique représentant à titre d'exemple des lignes d'écoulement du polypropylène utilisé dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte des filières chauffées installées dans une poutre de filage 1 Les filaments produits sont refroidis dans des conduits de refroidissement 2 par de l'air aspiré à travers des ouvertures 2 a recouvertes de tamis et sont 19037 évacués et partiellement étirés par l'action éjectrice des canaux d'évacuation 3. Après avoir quitté les canaux d'évacuation 3, les volées de filaments sont déposées sous forme d'un voile sur une bande-tamis 5 à laquelle une aspiration est appliquée d'en bas. Après consolidation dans la calandre 6, la bande finie 7 est enroulée. La température du polypropylène fondu à filer est de 240 à 2800 C La filière ou chaque filière présente un nombre plus ou moins grand de trous dont le diamètre est inférieur à 0,8 mm. La vitesse d'extrusion est ajustée entre 0,02 et 0,2 m/s par le réglage adéquat de la pompe à engrenages Les filaments formés sont amenés par un parcours libre de tout au plus 0,8 m à un organe d'évacuation aérodynamique et ils sont refroidis sur ce parcours par un soufflage transversal d'air de 20 à 400 C Ce soufflage trans- versal est avantageusement produit en utilisant l'action d'injecteur de l'organe d'évacuation aérodynamique, le courant d'air transversal étant uniformisé par incorporation de tamis dans les parois des conduits de refroidissement L'aspiration produite par l'organe d'évacuation est ajustée de manière que la vitesse d'évacuation par tirage des filaments soit comprise entre 20 et 60 m/s Cette vitesse est déterminée à partir du diamètre des filaments et à l'aide de l'équation de continuité Si les conditions d'extrusion restent constantes, on peut conduire le processus de filage en fonction du diamètre des filaments On obtient ainsi un rapport de déformation, c'est-à-dire un rapport vitesse d'extrusion/vitesse d'évacuation compris entre 1:200 et 1:1000 Les filaments évacués sont déposés sous forme d'un voile filé sur un support poreux mobile, auquel une aspiration est appliquée d'en bas. Il s'est révélé qu'il est avantageux d'utiliser un polypropylène ayant une distribution de poids moléculaires par- ticulièrement étroite On peut obtenir une telle distribution par exemple par une décomposition ultérieure d'un polypropylène et sa nouvelle granulation Un tel polypropylène est caractérisé par une combinaison particulière de la viscosité de fusion et de la vitesse de cisaillement variable dont elle dépend Selon l'invention, il faut que, lorsque le polypropylène fondu est à 280 'C, sa viscosité soit de 45 Pa S + 3 % à la vitesse de cisaillement représentative de 362 1/s, de 14 Pa S + 2 % à la vitesse de cisaillement de 19037 3600 lis et, enfin, de 6 Pa/s + 1,5 'X à la vitesse de cisaillement de 14480 l/s. Il est avantageux pour les propriétés du voile, notamment pour le toucher doux, de former le voile en maintenant la vitesse d'évacuation des filaments entre 10 et 20 fois la vitesse d'avance du voile, c'est-à-dire la vitesse du support mobile sur lequel est formé le voile Pour améliorer la structure du voile, il est en outre avantageux d'animer les volées de filaments quittant les organes d'évacuation aérodynamiques d'un mouvement oscillant par des moyens adéquats Ce mouvement oscillant constitue la troisième compo- sante cinématique de la formation du voile Le vecteur vitesse trans- versal à la direction d'avance du voile devrait être compris entre 0 et 2 fois la vitesse d'avance du voile. Il est également avantageux pour les propriétés du voile, principalement pour sa densité et sa perméabilité à l'air ou aux liquides, de ne pas réaliser le voile exclusivement de filaments individuels mais de rassembler les filaments en partie et de façon alternante en groupes ou faisceaux contenant de 2 à 5 filaments. Une pose de voile sans direction préférentielle produit dans ce cas _ 20 une texture parallèle croisée qui est préférée selon l'invention La faible formation de faisceaux peut être établie et éventuellement réglée par l'ajustement de la section de passage libre de l'organe d'évacuation aérodynamique par rapport au nombre des filaments pas- sant par cette section, ou encore par le dispositif décrit dans le brevet allemand 1 560 801. Le voile ainsi formé est consolidé dans une emprise de calandre formée d'un cylindre lisse et d'un cylindre gravé Le calandrage s'effectue selon l'invention à 130-1600 C et à une pres- sion linéaire modérée de 40 à 500 N/cm de largeur. Certaines applications demandent que le voile cons- titué de fibres de polypropylène hydrophobes soit ajusté à une ten- sion superficielle de 35 10-5 N/cm par application d'un agent mouil- lant pour que le voile puisse être mouillé par des liquides aqueux et polaires. L'exemple suivant concerne la fabrication d'un voile filé de polypropylène selon l'invention. 19037 EXEMPLE On travaille sur une installation de filage à deux postes de filage Le granulé de polypropylène utilisé possède la caractéristique de viscosité qui ressort des lignes d'écoulement du graphique de la figure 2 Celles-ci indiquent la viscosité de fusion en fonction de la vitesse de cisaillement représentative et de la température de fusion. On fait fondre le granulé de polypropylène dans une extrudeuse La température de la masse fondue amenée aucpostes de filage est de 2700 C Chaque poste comporte une pompe de filage et un bloc-filière Les, platines de filage présentent, au choix, 600 ou 1000 trous d'un diamètre de 0,4 mm Sous la filière, on expose les filaments à un courant d'air transversal sur un parcours de refroidissement de 0,4 m Les filaments sont ensuite saisis par un courant d'air dans un organe d'évacuation par tirage aérodynamique et évacués. Lorsqu'elle a quitté l'organe d'évacuation, on anime la volée de filaments d'un mouvement oscillant et on l'amène à une bande-tamis, sur le dessous de laquelle on applique une aspiration, de sorte qu'il se forme un voile non orienté Les paramètres de filage sont indiqués dans le tableau 1 ci-après Les filaments obtenus par ce processus de filage sont partiellement étirés et possèdent les caractéristiques indiquées dans le tableau 2 ci-après. On produit la consolidation du voile formé dans l'emprise d'une calandre dont les cylindres sont à 160 C et qui produisent une pression linéaire de 120 N/cm de largeur sur le voile Le cylindre gravé de la calandre possède, par mètre carré de surface de sa table, 500 000 points sous forme de protubérances rectangulaires mesurant 0,7 mm de c 6 té. On produit des voiles dé 10, 15, 20 respectivement g/m, dont les propriétés sont indiquées dans le tableau 3 ci- après On traite une partie des voiles dans un bain contenant un agent tensioactif non ionogène à une concentration de 10 g d'agenttl et on effectue un séchage consécutif Dans un essai avec de l'eau ajustée à une tension superficielle de 35 X 10-5 N/cm,on constate que le voile se laisse excellemment mouiller. a TA B LEAU 1 Paramètres de filage Température de fusion Pression de la masse fondue Débit par trou Diamètre des trous Parcours de refroidissement Vitesse d'écoulement de l'air d'évacuation Section libre du canal d'évacuation Température de l'air d'évacuation Température du cylindre de calandrage gravé Pression linéaire de calandrage T'A B L E A U 2 Caractéristiques des fibres 270 C bars 0,5 g/min 0,4 mm 0,4 m m/s cm C OC N/cm Titre des filaments Effort de traction maximal Allongement maximal a la traction 235 a 4 dtex à 14 N/dtex 450 à 500 % T A B L E A U 3 Propriétés des voiles Essai Poids surfacique (g/m 2) Epaisseur de voile (mm) Nombre des points de soudure par cm Effort de traction maximal (N) dans le sens longitudinal dans le sens transversal Allongement maximal à la traction (%) dans le sens longitudinal dans le sens transversal Effort de propagation de déchirure (N) dans le sens longitudinal dans le sens transversal Coefficient de chute (DIN 54306) (en %) A 0,13 B 0,16 c 0,22 D 0,28 25 33 60 25 32 50 70 81 67 65 85 71 , 5 6,5 , 5 6,5 ,7 47,2 11,O ,5 61,5 13,0 13,0 74,1 RE V E N D I CAT IONS 1 Voile filé de polypropylène qui est doux et possède un faible coefficient de chute (excellent tombant), caractérise en ce qu'il est constitué de filaments de polypropylène partiellement étirés et filés en continu, qui présentent un allongement maximal à la trac- tion d'au moins 200 %. 2 Voile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué filaments de polypropylène partiellement étirés dont l'allongement maximal à la traction est supérieur à 400 %. 3 Voile selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce qu'il possède une texture parallèle croisée. 4 Voile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il présente une tension superficielle de 35 x 10 x 10 '5 N/m, qui est ajustée au moyen d'un agent tensioactif adéquat. 5 Voile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il possède un poids surfacique de 5 à 50 g/m 2. 6 Voile selon l'une quelconque des revendications 1 A 5, caractérisé en ce qu'il présente un coefficient de chute D, en %, sui- vant le poids surfacique PS,qui correspond à la formule: D