Brevet FR2540893A1 — publié le 19840817

La présente invention concerne l'obtention de filaments à base de polyamides à grande vitesse, selon un procédé simplifié et compact. Selon le brevet français 976 505, il est déjà connu de manière très générale de filer des fibres à base de polyamide, en particulier le polycaprolactame, à une vitesse permettant en même temps une orientation des fibres, cette vitesse étant supérieure à 4 500 m/min Toutefois un tel brevet ne fournit aucune indication précise de mise en oeuvre. Il est également connu, selon le brevet français 2 277 913, de filer des polymères synthétiques et de les renvider directement, à des vitesses de 2 500-5 000 m/min, les filaments étant convergés à une distance de la filière qui, dans tous les exemples, est d'au moins 1,25 m, la distance totale entre la filière et le bobindir étant d'environ 4 mètres Selon les exemples également, ce brevet s'applique essentiellement à des fils à base de polyester. Par ailleurs, il est également connu, selon la demande allemande 2 615 246 de filer des polymères thermoplastiques, à des vitesses relativement élevées de 3 000 à 6 000 m/min mais au moyen d'un aménagement particulier selon lequel le refroidissement a lieu dans une zone fermée à la base par une paroi qui permet seulement le passage des fils Par ailleurs, l'unique exemple de ce brevet concerne le filage de polyester à une vitesse de 3 500 m/min, la zone de refroidissement s'étendant sur une distance de 1,80 m, et la longueur filière/renvidage étant supérieure à 4,80 m. Il a maintenant été trouvé qu'il était possible d'obtenir des fils à base de polyamide à grande vitesse et avec un encombrement réduit. La présente invention concerne plus particulièrement un 2 2540893 procédé de filage simplifié à vitesse élevée de filaments à base de polyamide avec appel direct de ces derniers sur le bobinoir, caractérisé en ce que les filaments sont après extrusion: refroidis à la sortie de la filière au moyen d'un fluide gazeux soufflé transversalement au faisceau de fils, fluide dont le degré d'humidité est d'environ 75 ', regroupés et ensimés simultanément en un point de convergence situé à une distance de la filière comprise entre 50 et 80 cm, renvidés à une vitesse égale ou supérieure à 4 000 m/min, la distance maximale entre la filière et le point de dépôt des filaments sur la bobine de renvidage étant comprise entre 130 et cm. De préférence, la distance, entre la filière et la convergence est comprise entre 55 et 70 cm et la vitesse de renvidage est-généralement supérieure à 4 500 ou 5 000 m/min. Sous la convergence, les filaments peuvent être entrelacés pour donner de la cohésion aux fils et faciliter leur reprise ultérieure pour certaines applications. Le procédé, selon la présente invention, s'applique tout particulièrement au filage des polyamides, de préférence le polyhexaméthylène adipamide ou les copolyamides contenant au moins 85 "O d'unités hexaméthylène adipamide et jusqu'à 15 % d'autres unités obtenues en remplaçant, par exemple l'acide adipique de départ par un autre diacide tel que téréphtalique, sébacique, etc,ou en remplaçant les deux monomères par du caprolactame par exemple. Les polyamides de départ peuvent également contenir des additifs tels que des agents matifiants, des agents stabilisants vis-à-vis de la lumière, ou vis-à-vis de la chaleur, et de l'oxydation, des additifs destinés à réduire l'accumulation des charges statiques ou modifier l'aptitude à la teinture, etc 3 2540893 La distance entre la filière et le point de convergence comprise entre 50 et 80 cm, de préférence entre 55 et 70 cm est dépendante d'un certain nombre de facteurs en particulier du titre au brin, de la vitesse de filage, des conditions de soufflage telles que la vitesse de l'air, et de façon moindre l'hygrométrie et la température. La vitesse de filage, qui est la vitesse des fils à l'état solide, c'està-dire également la vitesse de renvidage, est égale ou supérieure à 4 000 m/min, plus généralement supérieure à 5 000 m/min et peut atteindre facilement 6 000 m/min ou même plus Elle dépend essentiellement d'éléments technologiques permettant la réalisation industrielle du procédé, en particulier les moyens de renvidage La hauteur totale maximale entre la filière et le point de dépôt sur la bobine peut varier entre 130 et 200 cm, c'est-à-dire que le procédé selon l'invention est réalisable industriellement sur un seul étage contrairement aux procédés conventionnels, ce qui permet au manipulateur d'avoir accès aussi facilement à la filière qu'au bobinoir: l'intérêt économique industriel, tant du point de vue énergie que conditionnement et manutention est donc évident et sans commune mesure avec les procédés conventionnels. La distance entre le point de convergence et le renvidage n'est pas une valeur critique, elle dépend seulement des dispositifs prévus, entre ces deux points, tel qu'une buse d'entrelacement par exemple, et la hauteur de triangulation. Pour réduire l'encombrement des métiers industriels, on peut également prévoir plusieurs filières accolées en parallèle, avec plusieurs fils convergeant au même niveau et un nombre de bobinoirs décalés les uns par rapport aux autres, verticalement ou horizontalement, les fils formant alors un angle faible par rapport au filage, pour pouvoir être renvidés. 4 2540893 Par rapport à un procédé conventionnel, le procédé selon la présente invention présente les avantages suivants: il met en oeuvre les mêmes éléments technologiques mais dans un volume nettement plus restreint, ce qui conduit évidemment à des économies d'investissement, d'exploitation et de main-d'oeuvre, il permet de travailler à des vitesses supérieures sans nécessiter d'utiliser de dispositif régulateur de tension tels que rouleaux intermédiaires ou bobinoirs sophistiqués. En effet, avec un tel procédé, il est possible: d'obtenir des tensions plus faibles sous la convergence, ce qui permet par exemple d'entrelacer les fils puis de les renvider à des tensions limitées, en général pas supérieures à 0,20 c N/dtex pour pouvoir obtenir des enroulements corrects. Les fils ainsi obtenus possèdent des propriétés mécaniques et de retrait voisines de celles des fils obtenus à des vitesses comparables à celles des procédés de filage à haute vitesse actuellement utilisés industriellement Comme ces derniers, les fils selon l'invention sont très réguliers (titre, propriétés mécaniques, de retrait, affinité tinctoriale) De plus, ils possèdent une bonne propreté Ils peuvent être utilisés tels quels, pour l'obtention d'articles tissés tels que doublure, vêtements de protection, ou d'articles tricotés (tricot chaîne par exemple), ou ils peuvent être texturés ultérieurement selon tout procédé actuellement utilisé industriellement Ils possèdent surtout une bonne régularité du titre et un niveau de cohésion approprié à leur utilisation ultérieure. Dans les exemples qui suivent la viscosité relative du polyamide est mesurée sur une solution à 8,4 % en poids par volume dans l'acide formique à 90 %. Les valeurs de ténacité, allongement et module d'Young sont effectués au moyen d'un appareil, connu dans le commerce sous la 2540893 marque INSTRON 1122, selon la norme NF G 07-003. La mesure de retrait à l'eau bouillante est effectuée sur un fil doublé noué en son extrémité, soumis à une prétension standard de 50 mg/dtex On lit la longueur Lo du fil doublé au niveau du noeud, avant traitement, sur une règle graduée, puis le fil est plongé dans l'eau bouillante pendant 15 minutes k l'état libre puis 10 minutes à l'état libre dans une étuve à 80 C et on le laisse pendant au moins 60 minutes à l'état libre en atmosphère standard ( 65 % HR et 20 C + 2) On lit la longueur L 1 du fil doublé. Lo L 1 Retrait EB = Lo La mesure du retrait à la chaleur sèche à 160 C est également effectuée sur un fil doublé noué en son extrémité avec la même prétensioh que ci-dessus On lit la longueur Lo. Puis le fil est traité pendant 30 minutes dans une étuve ventilée à 160 C et on le laisse au moins 60 minutes à l'état libre en atmosphère standard On lit la nouvelle longueur L 1 Lo L 1 Retrait AS 160 = Lo L'irrégularité moyenne linéaire U % représente les variations de la masse le long du fil contrôlé Ces variations de masse se situent de part et d'autre autour de la moyenne de la masse par unité de longueur et on les mesure en fonction de cette moyenne, sur un régularimètre "USTER, type B11 " et un intégrateur "USTER, type L-13 " qui permet d'intégrer la valeur de l'irrégularité moyenne en pourcentage. Le nombre de défauts est mesuré-sur un appareil commercial 6 2540893 Creel Mirror" On compte le nombre de défauts visibles à l'oeil nu sur une longueur donnée et on rapporte le nombre de défauts à 1 000 km de fil. Le facteur de cohésion, mesuré sur un appareil connu dans le commerce sous la marque "Rotschild" (NPT Type 2040), consiste en une détection automatique de la distance entre points d'entrelacement à l'aide d'une aiguille placée entre les filaments d'un fil en mouvement et qui s'escamote dès qu'elle rencontre un point de résistance. Le facteur de cohésion est exprimé par le rapport f =y d d étant la distance moyenne en cm entre points d'entrelacement, calculée sur au moins 100 points. Les exemples suivants illustrent la présente demande sans la limiter. Exemples 1 à 3 - On prépare un polyhexaméthylène adipemide matifié avec 0,3 % en poids d'oxyde de titane, protégé contre la lumière avec 7 ppm de manganèse, et ayant une viscosité relative de 39 mesurée sur une solution à 8,4 ' dans l'acide formique à 90 . Le polymère est fondu à 2910 C et extrudé à travers une filière comportant 2 séries de 33 orifices de diamètre 0,23 mm, le débit du polymère est de 87 g/min. A la sortie de la filière, les filaments sont refroidis transversalement avec de l'air humide, ( 75 % d'humidité) au moyen d'une soufflerie envoyant de l'air è 50 m/min, soufflé transversalement. -7- Les autres conditions-d'essais tableau I. TABLEAU I sont réunies dans le Exemples 1 2 3 Soufflerie: vitesse d'air| 50 50 50 Distance filière/ convergence (cm) J 59,5 59,5 59,5 | Distance convergence/ bobinoir (cm) 116,5 116,5 116,5 Distance filière/ bobinoir (cm) 177 177 177 Entrelacement par buse avant le bobinoir oui non oui Pression d'air dans la buse (Pa) 4 105 12 1-05 Tension sous conver I i gence (c N) 10 9,5 | 10,5 |I (c N/dtex) ( 0,13) | ( 0,13) | ( 0,14)1 Tension avant buse (c N) il 11 10,5 | 11,5 | |I (c N/dtex) ( 0,15) | ( 0, 14) | ( 0,15)1 Vitesse de renvidage m/mini 5 800 | 5 800 | 5 800 I I__ _ _ _ __ _ I _ _ _ I _ _ -8- Les fils ainsi obtenus possèdent les propriétés réuniesdans le tableau II. TABLEAU II Exemples 1 2 | 3 Titre (dtex) 75 74 | 75 Force (c N) 240 265 261 Ténacité (c N/tex) 33 36 I 35 Allongement (%) 54 59 I 59 Retrait EB (%) 4,5 4,2 I 4,2 Retrait AS 160 C (%) 1,8 1,5 | 1,1 IU I 0,65 0,52 0,58 Module d'Young (c N/tex) 206 203 198 Facteur de cohésion 21 I I 1 1 Nombre de brins cassés/ | l 1000 km I O / 1, I I I I Exemples 4 et 5 On prépare un polymère identique à celui préparé selon l'exemple 1 que l'on file à travers une filière comprenant deux plages de sept orifices de diamètre 0,34 mm maintenue à 284 C. -9- Les conditions opératoires sont les suivantes: TABLEAU III Exemples ( 4) ( 5) Soufflerie * vitesse d'air (m/min) 50 50 Distance filière convergence (cm) 60 60 Distance convergence/bobinoir (cm) 130 130 Distance filière/bobinoir (cm) 190 190 Entrelacement par buse avant bobinoir oui oui Pression dans la buse d'entrelacement jl (Pa) 13 105 13 105 Tension à la triangulation (c N) 2,5 | 3,5 I I (c N/dtex) ( 0,11)1 ( 0,16)1 Vitesse de renvidage (m/min) 5 640 6 000 | Les caractéristiques des fils obtenus sont données dans le tableau IV. TABLEAU IV Exemples I ( 4) ( 5) I______________ I_____ I___I Titre théorique (dtex) | 22 'X 22 Titre (dtex) mesuré I 21,5 I 21,3 Force (c N) I -84,9 l 81,1 Ténacité (c N/tex) I 39,6 | 37,8 Allongement à la rupture (%) J 65,2 60,2 U % I 0,55 I 0,60 Retrait EB (%) I 3,3 I 3,7 Facteur de cohésion I 5,7 | 5,4 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I __ _ I _ _ _ I Le fil obtenu dans l'essai 4 a été texturé dans des conditions comparables à celles utilisées pour un fil polyamide préorienté (POY) obtenu industriellement. 2540893 Les conditions de Tableau V. texturation sont réunies dans le TABLEAU V | Exemples I Fil selon l'in| Fil POY com- | | vention paratif l II, I | Taux d'étirage 1,24 1,30 l Type de broche positorq II positorq II Nombre de disques 1 + 4 + 1 1 + 4 + 1 | DY | 2,03 1,93 | Température du four ( C) 215 215 i Vitesse de renvidage | du fil (m/min) 850 850 l 1, I I I DY: rapport entre la vitesse linéaire de friction des disques et la vitesse linéaire du fil. La broche "Positorq II" est une broche de friction fabriquée par la Société SCRAGG AND SONS LTD Les caractéristiques des fils textures sont données dans le Tableau VI. TABLEAU VI Exemples j Fil selon l'in |Fil POY compa I J vention | ratif l l __ 1 _ I | Titre c N/tex | 17,5 1 21 i | Force c N 67 1 77 I | Ténacité c N/tex | 36,5 1 37 l | Allongement % 25 | 30 l l l__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _l _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _l__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ I l I 11 - Les caractéristiques des bas tricotés à partir de ces deux fils obtenus sont réunies dans le Tableau VII. Tableau VII I B 18 asobtenus à par-I Bas obtenus à I Exemples Itir des fils selon |partir des fils I l I l'invention IPOY comparatifs| I_ _ _ _ _ I_ _ _ _ _ I,___ I | Elasticité " l 342 I -297 I I Reprise élastique I 52 50 ',3 I I Déformation % I 128 I 123 I I Il Le fil selon l'invention n'a pas posé de problèmes en texturation, la bobine texturée se dévide bien. Exemples 6, 7 et 8 (comparatif) On prépare un polyhexaméthylène adipamide matifié avec 0,3 % en poids d'oxyde de titane, protégé contre la lumière avec 7 ppm de manganèse et ayant une viscosité relative de 39. Le polymbre est fondu à 291 C et extrudé à travers une filière comportant 30 orifices de diamètre 0,40 mm. A la sortie de la filière, les filaments sont refroidis transversalement avec de l'air humide ( 75 % d'humidité) au moyen d'une soufflerie envoyant de l'air transversalement. 12 2540895 Les autres conditions d'essais sont réunies dans le Tableau VIII - TABLEAU VIII Exemples 6 I I I 1- I Soufflerie: vitesse Id'air (m/min) 71 I Distance filière/ convergence (cm) 70 Distance convergence/ Ibobinoir (cm) 116 I Distance filière/ Ibobinoir (cm) 176 I Distance soufflerie/ Iconvergence (cm) 25 l Entrelacement par buse lavant le bobinoir oui |Pression d'air dans la busel I (Pa) | 3,5 105 |Tension sous la conver- |gence (c N) 13 | 1 (c N/dtex) ( 0,20) |Tension (c N) | 13 | avant bobinoir (c N/dtex)| ( 0,20) I Vitesse de renvidage (m/mini 5 250 1 1 7 8 I I| comparatif I I I 73 65 76 66 534 176 500 I -I I 7,3 25 III oui oui | 3,5 105 1 3,5 105 I I 13 13 ( 0,21) ( 0,20) 13 24 ( 0,21) ( 0,37) 4 200 5 250 I I _l 13 2540893 Les fils obtenus possèdent Ies propriétés réunies dans le Tableau IX. TABLEAU IX Exemples 6 7 8 Titre (dtex) I 64,7 62,85 65 Force (c N) | 176,1 172,05 178,8 I Ténacité (c N/tex) 27,2 27,4 27,5 Allongement (%) 65,8 79,5 63,1 5 Module d'Young (c N/tex) I 162 150 170 I Retrait EB (%) 3,95 3,30 | 4, 30 | u (%) 1 1 0,8 1 Facteur de cohésion t 23,13 | 16,78 | 15,691 I I__ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _I_ _ _ _ _I_ __I I Par rapport à un procédé conventionel (exemple 8 comparatif), on constate que l'on peut obtenir des caractéristiques sensiblement identiques pour un encombrement moindre et que les tensions au niveau du renvidage sont fortement abaissées dans le procédé selon l'invention Dans tous les exemples ci-desus, le renvidage a été effectué au moyen de bobinoirs conventionnels, c'est-à-dire exempts de moyens régulateurs de tension. 14 2540893 R E V E N D I C A T I O N 5 1/ Procédé de filage simplifié à vitesse élevée de filaments à base de polyhexaméthylène adipamide avec appel directement de ces derniers sur le bobinoir è grande vitesse, caractérisé par le fait que les filaments sont: refroidis h la sortie de la filière au moyen d'un fluide gazeux soufflé transversalement au faisceau de fils, fluide dont le degré d'humidité est d'environ 75 %, regroupés et ensimés simultanément en un point de convergence situé à une distance de la filière comprise entre 50 et 80 cm, renvidés à une vitesse égale ou supérieure à 4 000 m/min, la distance maximale entre la filière et le point de dépôt des filaments sur la bobine de renvidage étant comprise entre 130 et cm. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance de la filière au point de convergence est comprise entre 55 et 70 cm. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la vitesse de renvidage est égale ou supérieure à 5 000 m/min. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les filaments sont entrelacés entre la convergence et le renvidage. / Fils, tissus, tricots, obtenus b partir du procédé selon la la revendication 1.