Brevet FR2540894A1 — publié le 19840817

-2540894 La présente invention concerne l'obtention de filaments h base de polyesters à grande vitesse, selon un procédé simplifié et "compact". Plus particulièrement, l'invention concerne l'obtention directe par filage de fils orientés à faible retrait. On sait depuis longtemps par le brevet américain 2 604 667- qu'il est possible d'obtenir des fils de polyesters directement utilisables dans des applications textiles, par extrusion du polymère dans une atmosphère à température ambiante puis renvidage à des vitesses supérieures à 4-755 m/min, les filaments devant parcourir une distance d'au moins 114-127 cm pour être complètement solidifiés, car pour des distances de 76-100 cm, il se forme sur les organes, avec lesquels ils sont mis en contact, des agglomérations de brins fondus. Toutefois, ce procédé n'a pas pu être mis en oeuvre dans les années qui ont suivi la publication de ce brevet car la technologie des dispositifs de renvidage des fils n'était pas disponible, ce type de matériel n'ayant été mis au point que récemment. Avec l'amélioration de ces dispositifs permettant d'accéder à des vitesses de renvidage de plus en plus élevées, des adaptations et modifications au procédé décrit dans le brevet américain 2 604 667 ont été préparées. En effet, lors du filage h grande vitesse, la tension imposée aux fils par les frottements dans l'atmosphère de refroidissement augmente de manière importante avec-la vitesse jusqu'à atteindre des niveaux incompatibles avec l'obtention de bobines correctes lors d'un renvidage direct. Diverses solutions ont été proposées pour diminuer la tension et éviter l'utilisation de rouleaux d'appel régulant la tension en amont du bobinoir. Il a été proposé, par exemple, une chambre de -2- refroidissement fermée à sa base par une paroi laissant passer seulement les filaments (Demande allemande 26 15 246), des guides de fausse torsion (brevet américain no 3 996 324); selon l'article de H LUCKERT et M BUSCH, paru dans Chemiefasern/textilindustrie (Volume 38/85 Janvier 1983), les solutions proposées, pour réduire la tension, consistent, soit en un système spécial de guide-fil non décrit,soit en un procédé particulier comprenant une cellule d'ensimage o les filaments sont convergés et ensimés après la cellule de refroidissement. La présente demande propose un procédé permettant le filage de fils dans des conditions plus économiques. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de filage simplifié à vitesse élevée de filaments à base de polyester avec appel direct de ces derniers sur le bobinoir, caractérisé en ce que les filaments sont après 'filage refroidis après-la sortie de la filière au moyen d'un fluide gazeux, regroupés et ensimés simultanément en un point de convergence situé à une distance 11 de la filière telle que l 1 '61 i 1 + 30 cm, la valeur de 1 o correspondant au 1 er point pour lequel la dérivée de la courbe représentant la biréfringence L N des filaments en fonction de la distance (en cm) par rapport à la filière passe par un maximum, renvidés directement à une vitesse égale ou supérieure à 4 500 m/min, de préférence égale ou supérieure à 5 000 m/min, la distance maximale entre la filière et le point de dépôt des filaments sur la bobine étant comprise entre 100 et 200 cm. Un des facteurs déterminant du procédé selon la présente invention est la position du point de convergence des filaments, o ils sont simultanément ensimés Ce point est déterminé par l'évolution de la biréfringence des filaments à partir de la -3 - filière Comme cela est exprimé ci-dessus, la distance 11 minimale est telle que lo par rapport à la filière passe par un maximum. La limite supérieure de 11 est 10 + 30 cm de préférence 1 o + 10 cm Audelà de cette valeur, on observe une augmentation rapide de la tension des fils qui ne permet pas un renvidage correct; et en-dessous de la limite inférieure 10, on observe un collage des brins qui rend le filage impossible compte tenu des autres paramètres du procédé en particulier les vitesses préconisées, la hauteur totale entre la filière et le point de dépôt du fil sur la bobine, etc Après la convergence, les filaments peuvent également être entrelacés pour donner une bonne cohésion aux fils et faciliter leur reprise dans certaines applications. Le procédé selon la présente invention s'applique tout particulièrement au filage dupolyéthylène téréphtalate et des copolyesters contenant au moins 80 % d'unités polytéréphtalate d'éthylène en ajoutant jusqu'à 20 %O d'autres unités par exemple en remplaçant l'éthylène glycol par un autre diol tel que le butane diol, l'hexane diol, etc, ou en remplaçant l'acide térépthalique de départ par un autre diacide tel que l'acide isophtalique, hexahydrotéréphtalique, bibenzoïque, etc On peut éventuellement modifier le polytéréphtalate d'éthylène avec de faibles quantités en mole d'un agent de branchement comportant 3 ou 4 groupements fonctionnels alcools ou acides tels que, le triméthylol propane, le triméthylol éthane, le penta érythrol, la glycérine, l'acide trimésique, l'acide trimellique ou pyromellique, etc -4- Le polyester de départ peut également contenir des additifs connus tels que des agents stabilisants vis-à-vis de la lumière ou de la chaleur, des additifs destinés à réduire l'électricité statique ou modifier l'aptitude à la teinture, des agents matifiants, etc Le procédé selon la présente invention sera mieux compris à l'aide de la fig 1 qui représente schématiquement une forme de mise en oeuvre du procédé comprenant une chaudière 1 dans laquelle le polymère est fondu avant de passer dansles orifices d'une filière 2; puis les filaments 3 sont refroidis par un milieu gazeux traversant le faisceau de filaments, envoyé au moyen d'une soufflerie 4, et regroupés en un point de convergence 5, ensimés simultanément, puis entrelacés au moyen d'une buse 6 et renvidés-sur le bobinoir 7. D'autres variantes dans la mise en oeuvre peuvent être utilisées sans pour cela sortir du procédé selon la présente invention En particulier les filaments peuvent être réchauffés immédiatement à leur sortie de la filière sur une courte distance, inférieure à 10 cm, de préférence inférieure à 7 ou 5 cm, avant d'être refroidis par le fluide gazeux Le fluide gazeux peut être de l'air pouvant contenir une proportion plus ou moins importante d'humidité. La distance 11, telle que définie ci-dessus, dépend d'un certain nombre de facteurs tels que la nature du polymère filé, la viscosité de ce polymère,1 la vitesse de filage, du titre au brin des filaments, les conditions de refroidissement, etc En pratique, elle est généralement comprise entre 30 et 70 cm, de préférence 40 à 60 cm. Un tel procédé est surtout intéressant industriellement, pour les fils de titre au brin inférieur à 1,5 dtex. La vitesse de filage utilisée tout au long du texte est aussi la vitesse de renvidage des fils Pour des raisons 2540894 économiques, elle est supérieure à 4 500 m/min, de de préférence supérieure à 5 000 m/min, et peut aller jusqu'à 8 000 m/min ou même plus Elle dépend essentiellement d'éléments technologiques permettant la réalisation industrielle du procédé La longueur maximale allant de la filière jusqu'au point de dépôt du fil sur la bobinevarie entre 100 et 200 cm L'encombrement total en hauteur du dispositif, c'est-à-dire, en incluant le bobinoir, n'excède pas 220 cm, contrairement à ce qui est décrit dans l'article de Chemifasern/Textilindustrie (Janvier 1983) o la hauteur de la filière à la triangulation est déjà de 2,20 cm. Un tel procédé est réalisable industriellement sur un seul étage (contrairement aux procédés conventionnels), si bien que le manipulateur a accès facilement à la fois à la filière et au bobinoir, ce qui représente un intérêt économique important du point de vue conditionnement, énergie et manutention. Le bobinair peut être facilement placé pratiquement jusqu'au niveau immédiatement en-dessous de la convergence, la distance convergence/bobinoir 12 n'étant pas une valeur critique La longueur 12 dépend seulement de l'encombrement des dispositifs éventuellement prévus entre la convergence et le bobinoir, par exemple une buse d'entrelacement, 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 rapporta l'axe de filage, pour pouvoir être renvidés. Par rapport aux procédés connus jusque-lb et aux procédés conventionnels, le procédé selon la présente invention présente les avantages suivants il comporte les mêmes éléments technologiques pour sa mise en -6 - oeuvre 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 a des vitesses supérieures sans nécessiter l'utilisation de dispositif régulateur de tension tels que rouleaux intermédiaires ou bobinoirs sophistiqués, ce qui implique que le fil a atteint une tension pas trop élevée, généralement pas supérieure à 20 c N et une stabilité suffisante au moment de son dépôt sur la bobine. il permet éventuellement un entrelaçage aisé grâce à la faible tension du fil sous la convergence. Les fils ainsi obtenus possèdent des propriétés mécaniques et de retrait voisines de celles des fils obtenus à des vitesses comparables b celles des procédés de filage à haute vitesse actuellement utilisés industriellement Cormme 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 (doublure, vêtement de protection) et d'articles tricotés, ou texturés ultérieurement selon tout procédé actuellement utilisé industriellement Ils possèdent surtout une bonne régularité du titre et, dans le cas o ils sont entrelacés, un niveau de cohésion approprié à leur utilisation ultérieure. Dans les exemples qui suivent la viscosité intrinsèque du polyester est évaluée à partir d'une solution à 1 t en poids par volume dans l'orthochlorophénol à 250 C et extrapolée à une concentration nulle Elle est mesurée au moyen d'un viscosimètre du type "Ostwald". Les valeurs de ténacité, allongement et module d'Young sont effectuées au moyen d'un appareil connu dans le commerce sous la 7 - marque INSTRON 1122 selon lanorme NF G 07-003. 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 = ' d d étant la distance moyenne en cm entre points d'entrelacement, calculée sur au moins 100 points. La mesure de retrait à l'eau bouillante est effectuée sur un fil doublé noué en son extrémité qui est 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 à l'étatlibre puis 10 minutes à l'état libre dans une étuve h 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 Lo L 1 Retrait EB = x 100 Lo La mesure du retrait à la chaleur sèche est également effectuée sur un fil doublé noué en son extrémité avec la même prétension 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 1600 = x 100 La mesure du retrait à la vapeur saturante est effectuée sur un fil doublé noué en son extrémité et sous une même prétension de 50 mg/dtex On lit la longueur Lo Puis le fil est placé pendant 30 minutes dans une étuve contenant de la vapeur à 130 C, puis laissé 10 minutes à l'état libre dans une étuve à 80 OC et enfin pendant 60 minutes à l'état libre en atmosphère standard. On lit alors la longueur L 1 Lo L 1 Retrait 130 C vapeur saturée = x 100 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 B-11 " et un intégrateur "USTER, type L-13 " qui permet d'intégrer la valeur de l'irrégularité moyenne en pourcentage. La biréfringence est une mesure de l'orientation des segments de chaîne du polymère Elle est évaluée au moyen d'un microscope ordinaire, de marque commerciale LEITZ, par mesure de la différence entre les indices principaux des brins de forme circulaire au moyen d'une méthode optique de compensation (compensateurs de BEREK) Pour un fil ayant un maximum de 30 brins, tous les brins sont examinés et pour un fil ayant plus de 30 brins, on examine 20 brins prélevés au hasard sur un même passage. Exemple 1 - On prépare un polytéréphtalate d'éthylène matifié avec 0,5 " en poids d'oxyde de titane, de viscosité intrinsèque 0,58 et de viscosité dynamique à l'état fondu à 290 C: 123 Pa,s. Le polymère est fondu dans une boudineuse etamené à la filière à une température de 2930 C puis filé à travers une filière maintenue à 281 'C, comportant deux plages de 33 orifices de diamètre 0,23 mm. Les filaments sont refroidis transversalement par de l'air à une vitesse de 55 m/min puis les filaments sont convergés à une distance L 1 de la filière de 36 cm et simultanément ensimés Ils passent sur des doigts de guidage placés immédiatement sous le point de convergence, sont entrelacés au moyen d'une buse dans laquelle la pression de l'air comprimé est de 4 105 Pa, puis renvidés directement à une distance de la filière de 177 cm sous une tension de 14-15 c N, à une vitesse de 5 800 m/min. La bobine obtenue a une bonne présentation, et les fils possèdent les caractéristiques suivantes titre global (dtex) par fil 73,5 nombre de brins par fil 33 allongement (o') 44 ténacité (c N/tex) 32 U S 0,72 facteur de cohésion 23 retrait (%) 3,3 retrait 1300 C vapeur saturée (%) 3,4 retrait air sec 1600 (%) 3,5 module d'Young (c N/tex) 670 Exemple 2 (comparatif) On utilise un polymère identique à celui utilisé dans l'exemple précédent. Le polymère est fondu et amené à la filière à une température de 2960 C puis filé à travers une filière maintenue à 2850 C environ à travers une filière comportant 2 plages de 33 orifices de diamètre 0,23 mm. On fait converger les filaments à une distance de la filière 2540894 - - de 35 cm (o ils sont également ensimés), les filaments étant ensuite refroidis par de l'air envoyé à 60 m/min, entrelacés dans une buse et renvidés h une vitesse de 5 800 m/min h une distance de la filibre de 560 cm La tension de renvidage est de 29 c N et il n'est pas possible d'effectuer un renvidage convenable au-delà de 30 c N, l'extraction de la bobine devient impossible. Exemple 3 On utilise un polytéréphtalate d'éthylène identique à celui de l'exemple 1 que l'on fond et que l'on amène à la filière b une température de 296 'C puis que l'on file à travers une filière maintenue à 2880 C comportant 2 plages de 33 orifices de diamètre 0,23 mm. Les filaments sont refroidis par de l'air envoyé à une vitesse de 50 m/min puis convergés et ensimés à une distance de la filière de 48 cm Ils sont ensuite entrelacés et renvidés sous une tension de 15 c N à une vitesse de 5 800 m/min, l'axe de la bobine étant distant de la filière de 177 cm. Le renvidage, tout en restant assez bon, présente plus de difficultés que le renvidage effectué dans l'exemple 1, difficultés dues à une position trop basse de la convergence dans les conditions présentes du filage. Les fils-obtenus possèdent les propriétés suivantes: titre'(dtex) 72 nombre de brins 33 allongement % 38 ténacité (c N/tex); 27,6 U % O 0,8 facteur de cohésion 21 retrait eau bouillante (%) 3,5 retrait 130 C vapeur saturée (%) 3,6 retrait air sec 160 C (%) 3,6 module de Young (c N/tex) 690 il - RE V E N D I C A T I ONS 1/ Procédé de filage simplifié à vitesse élevée de filaments à base de polytéréphtalate d'éthylène glycol avec appel direct de ces derniers sur le bobinoir, caractérisé en ce que, les filaments sont: refroidis après la sortie de la filière au moyen d'un fluide gazeux, regroupés et ensimés simultanément en un point de convergence situé à une distance 11 de la filière telle que 0 1 lo O 1 4 1 o + 30 cm, la valeur de 1 o correspondant au 1 er point pour lequel la dérivée de la courbe représentant la biréfringence An des filaments en fonction de la distance (en cm) par rapport à la filière passe par un maximum, renvidés b une vitesse égale ou supérieure à 4 500 m/min, la distance maximale entre la filière et le point de dépôt du fil sur la bobine étant comprise entre 100 et 200 cm. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance de la filière au point 'de convergence est comprise entre 30 et 70 cm. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de renvidage est égale ou supérieure à 5 000 m/min. 4/ -Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments sont entrelacés sous le point de convergence. / Articles en forme tels que fils, tissus, tricots, etc, obtenus à partir des filaments issus du procédé selon la revendication 1.