Brevet FR2519038A1 — publié le 19830701

L'invention concerne un procédé pour fabriquer des voiles filés de polypropylène ayant un toucher textile particulière- ment doux. Les voiles filés et aussi ceux de polypropylène sont suffisamment connus Ils possèdent de bonnes propriétés tex- tiles mais ile ne sont pas toujours comparables aux matières tissées ou à mailles à de nombreux points de vue, surtout en ce qui concerne le toucher L'invention vise par conséquent à développer un procédé pour fabriquer des voiles filés ayant en particulier un "toucher textile", c'est-à-dire des voiles qui soient doux et souples et qui doivent donc avoir un coefficient de chute très faible (un excellent tombant). Selon l'invention, un procédé pour fabriquer des voiles filés de polypropylène par extrusion de polypropylène fondu à travers des filières, évacuation par tirage aérodynamique desfila- ments au moyen d'un courant d'air et dépôt des filaments sur un sup- port poreux mobile, est essentiellement caractérisé en ce que l'on extrude le polypropylène fondu à 240-280 'C et à une vitesse d'extru- sion de 0,02-0,2 m/s à travers des trous de filière d'un diamètre de moins de 0,8 mm et on évacue les filaments verticalement par tirage aérodynamique à une distance de tout au plus 0,8 m sous le côté infé- rieur des filières au moyen d'un courant d'air dirigé vers le bas, en les refroidissant brusquement par une circulation transversale d'air de 20400 C, de manière que la vitesse d'évacuation des filaments soit comprise entre 20 et 60 m/s et que le rapport de déformation défini par les vitesses d'extrusion et d'évacuation soit compris entre 1:200 et 1:1000, et en ce que, sous l'organe d'évacuation aérodynamique, on dépose les filaments sous forme d'un voile filé sur un support poreux mobile auquel on applique d'en bas une aspiration, et on consolide de façon adéquate le voile ainsi formé. Selon d'autres caractéristiques du procédé de l'inven- tion on file du polypropylène atactique dont on ajuste la distribution de poids moléculaires de manière que, à 280 , la viscosité de fusion (viscosité à l'état fondu) soit de 45 Pa S + 3 % à la vitesse de cisaillement de 362 lls, de 14 Pa S + 2 % à la vitesse 19038 de cisaillement de 3600 l/s et de 6 Pa S + 1,5 '/ à la vitesse de cisaillement de 14 480 lis; on maintient la vitesse d'évacuation des fila- ments à une valeur comprise entre 10 et 20-fois la vitesse d'avance du voile, la composante de vitesse transversale, introduite par un mouvement oscillant réglable des volées de filaments, étant comprise entre O et 2 fois la vitesse d'avance du voile; on ajuste la section de passage des organes d'éva- cuation aérodynamique, par rapport au nombre de filaments concernés, de manière qu'il se forme des faisceaux légers et continuellement changeants de 2 à 5 filaments chacun, de sorte que le voile déposé acquiert une texture parallèle croisée; on consolide le voile (on augmente la cohésion et/ou la résistance du voile) déposé à l'aide d'une calandre, possé- dant un cylindre lisse et un cylindre gravé, à une température de -160 'C et sous une pression linéaire de 40 à 500 N/cm; et on ajuste le voile déposé à une tension super- ficielle de 35 X 10-5 N/cm par un agent mouillant adéquat. On sait que, pour fabriquer des produits de haute qualité, les fibres ou filaments formant le voile doivent présenter une orientation moléculaire poussée, c'est-à-dire que leur rapport d'étirage doit être suffisamment élevé Dans la fabrication de matières fibreuses synthétiques, cette orientation consiste à aligner les chatnes macromoléculaires dans le sens de l'axe longi- tudinal des fibres afin d'augmenter la résistance des fibres et de réduire l'allongement de rupture On connatt de nombreuses méthodes scientifiques pour mesurer le degré d'orientation, telles que la mesure de l'anisotropie par des moyens optiques ou acoustiques ou le dépouillement des diagrammes de dispersion des rayons X. Il suffit cependant en beaucoup de cas de déter- miner 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'allongement maximal à la traction de moins de 10 %. 19038 Les allongements des fibres et des filaments habituels destinés à des applications textiles vont jusqu'à 60 % 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 filé 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 propriétés 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 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'attendre 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 tr ans p or t et aspirés d'en bas contre elle lors de la fabrica- tion peuvent être 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 possibilité de travailler avec 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 dispose horizontalement sur un disque de support pend librement du bord de ce disque par une partie péri- phérique. Comme mesure du tombant, on utilise le coefficient de chute D détermine 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 (mesuré selon norme DIN), on peut définir les fibres à étirage par- tiel proposées selon l'invention, avec un écart suffisant par rapport à ces fibres à étirage complet, en stipulant qu'elles possèdent un allongement maximal à la traction d'au moins 200 % Des fibres à étirage partiel ayant un allongement maximal à la traction supérieur à 400 % de leur longueur originale se sont avérées convenir parti- culièrement 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 partiellement possèdent en même temps un faible retrait, à savoir un retrait, déter- mine dans l'eau bouillante, qui est inférieur à 10 % La fabrication du voile serait considérablement perturbée si le retrait était ajusté à une valeur plus élevée On obtiendrait en plus un voile débarrassé du retrait, qui serait beaucoup trop dense et qui serait devenu en 19038 plus trop dur par suite de l'élimination du retrait Il s'ensuit quuil faut non seulement ajuster les conditions d'étirage dans la production de fibres ou filaments mais qu'il faut conduire tout le processus 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 paramètres indiqués, à 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 considéra- blement 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 fabrication 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'évacuation mécaniques - est réduite à un minimum. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion 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 scht rna tique 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 refroidisse- ment 2 par de l'air aspiré à travers des ouvertures 2 a recouvertes de tamis et sont évacués et partiellement étirés par l'action éjec- trices 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 40 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 uniformise 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 2800 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 19038 3600 I/s et, enfin, de 6 Pals + 1,5 % 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 forme 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 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 130-160 '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 35 105 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. 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 atupostes 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 et 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 filamentsobtenus par ce processus de filage sont partiellement étires 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 1600 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 de 10, 15, 20 respectivement g/mr, 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'agent/I et on effectue un séchage consécutif Dans un essai avec de l'eau ajustée à une tension superficielle de 35 X 10-5 N/c; on constate que le voile se laisse excellemment mouiller. TAB L E A U 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 2700 C bars 0,5 g/min 0,4 mm 0,4 m m/s cm 2 O C C N/cm Titre des filaments Effort de traction maximal Allongement maximal à la traction 2,5 à 4 dtex à 14 N/dtex 450 a 500 % T A B L E A U 3 Propriétés des voiles Essai Poids surfacique (g/cm 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 A B C D 15 20 30 0,13 0,16 0,22 0,28 25 33 60 25 32 50 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 70 81 67 65 85 71 ,5 6,5 11,0 13,0 ,5 6,5 10,5 13,0 Coefficient de chute (DIN 54306) (en %) ,7 47 J 2 6135 743 1 l 1 R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer des voiles filés de poly- propylène par extrusion de polypropylène fondu à travers des filières, évacuation par tirage aérodynamique des filaments au moyen d'un courant d'air et dépôt des filaments sur un support poreux mobile, caractérisé en ce que l'on extrude le polypropylène fondu à 240-280 C et à une vitesse d'extrusion de 0,02-0,2 m/s à travers des trous de filière d'un diamètre de moins de 0,8 mm et on évacue las filaments vertica- lement par tirage aérodynamique à une distance de tout au plus 0,8 m sous le côté inférieur des filières ( 1) au moyen d'un courant d'air dirigé vers le bas, en les refroidissant brusquement par une circu- lation transversale d'air de 20-40 C, de manière que la vitesse d'évacuation des filaments soit comprise entre 20 et 60 m/s et que le rapport de déformation défini par les vitesses d'extrusion et d'evacuation soit compris entre 1:200 et 1:1000, et en ce que, sous l'organe d'évacuation aérodynamique ( 3), on dépose les filaments sous forme d'un voile file sur un support poreux mobile ( 5) auquel on applique d'en bas une aspiration et an consolide de façon adéquate le voile ainsi formé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on file du polypropylene atactique dont on ajuste la distri- bution de poids moléculaires de manière que, à 280 C, la viscosité à l'état fondu soit de 45 Pa S + 3 % à la vitesse de cisaillement de 362 I/s, de 14 Pa S + 27 à la vitesse de cisaillement de 3600 1/s et de 6 Pa S + 1,5 % à la vitesse de cisaillement de 14 480 1/s. 3 Procede selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on maintient la vitesse d'évacuation des filaments à une valeur comprise entre 10 et 20 fois la vitesse d'avance du voile, la composante de vitesse transversale, introduite par un mouvement oscillant réglable des volées de filaments, étant comprise entre 0 et 2 fois la vitesse d'avance du voile. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on ajuste la section de passage des organes d'évacuation aérodynamiques ( 3), par rapport au nombre de filaments concernés, de manière qu'il se forme des faisceaux légers 19038 et continuellement changeants de 2 à 5 filaments chacun, de sorte que le voile déposé acquiert une texture parallèle croisée. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on consolide le voile déposé à l'aide d'une calandre ( 6), possédant un cylindre lisse et un cylindre gravé, à une température de 130-160 C et sous une pression linéaire de calan- drage de 40 à 500 N/cm. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on ajuste le voile déposé à une tension super- ficielle de 35 X 10-5 N/cm par un agent mouillant adéquat.