Brevet FR2557599A1 — publié le 19850705

La présente invention concerne un procédé de filage de fibres synthétiques par extrusion de polymères thermo- plastiques et les fibres obtenues. Il est connu que l'extrusion de matières polymères thermoplastiques (par matières polymères thermoplastiques on entend, par exemple, des polymères à structure amide ou ester) implique l'utilisation de filières comprenant une vis sans fin agencée pour tourner dans un tambour chauffé pour fondre la matière thermoplastique et l'extraire simultanément à travers les filières ou dans des moules. La matière polymère thermoplastique est habituelle- ment alimentée sous la forme de granules ou de flocons et son alimentation implique de l'énergie a la fois sous la forme d'énergie thermique de fusion et d'énergie mécanique d'extraction. Le polymère fondu a quelquefois un comportement anormal dans le procédé d'extrusion et il peut s'agir, par exemple, de débits d'écoulement non constants tandis que la rotation de la filière est inchangée ou de débits variables qui ne sont pas fonction de la rotation de la filière. Les raisons pour lesquelles le polymère fondu se comporte de façon anormale dans la filière sont multiples: il y a des forces de cohésion intermoléculaires favorisées qui entraînent des rapports de masse irréguliers pour un débit donné, des forces d'adhésion métal-polymère fondu (qui se forment dans tout l'appareil) _qui peuvent entrainer un comportement irrégulier du débit à mesure que la vitesse de la vis varie. Bien que l'utilisation d'additifs pour aider à une uniformité de l'écoulement du polymère thermoplastique fondu à travers l'extrudeuse et pour améliorer les caractéristi- ques du produit soit connue depuis longtemps, l'application de tels additifs aux fibres textiles implique des difficul- tés considérables en tenant compte des quantités modérées qui doivent être introduites et qui ne doivent pas affecter de façon nuisible les propriétés des fils ainsi que du problème d'homogénéisation de l'additif avec les granules de matière thermoplastique. La présente invention a pour objet de proposer un additif qui peut conférer des caractéristiques d'extrusion améliorées à une matière thermoplastique pour fibres textiles. La présente invention propose également un additif aidant à améliorer les caractéristiques mécaniques de la matière extrudée tout en améliorant son pouvoir d'étirage. En fait, une caractéristique remarquable d'une fibre obtenue au moyen d'un procédé de filage par voie fondue est l'étirage qui règle la quantité de matière qui peut être traitée sur une filière. En fait, pendant les procédés d'étirage subséquents, il devient possible pour un comptage final donné d'avoir un comptage initial, comme obtenu lors du filage, qui est supérieur plus le pouvoir d'étirage du produit est grand. Ainsi, les machines de filage peuvent, pour une vitesse de captage donné, produire des comptages supérieurs et donc un plus grand débit de produit par unité de temps. Le comportement du polymère thermoplastique pendant le procédé d'extrusion est étudié, dans ce cas spécifique, sur des extrudeuses de petites dimensions du type de celles utilisées avec des rhéomètres, capables de régler la tempé- rature du polymère en divers points de la vis de l'extru- deuse ainsi que la quantité d'énergie absorbée par le moteur électjique entraînant la vis et le débit de matière à mesure que la rotation par minute change. Le comportement idéal d'un polymère pendant les procédés d'extrusion nécessite de faibles entrées d'énergie et des débits qui croissent linéairement avec la vis de l'extrudeuse déterminant le taux global de l'écoulement. On a également observé que la matière polymère est également irrégulière lorsqu'il y a un comportement irrégulier au niveau du rhéomètre-filière avec des filières de grandes dimensions telles que celles utilisées dans le filage par voie fondue. Un débit uniforme d'écoulement assure un traitement convenable par extrusion et évite qu'une partie de la matière reste trop longtemps dans la filière avec le risque de surchauffe locale et de dégradation thermique des chaînes macromoléculaires du polymère et une perte conséquente de la qualité du produit. En outre, un écoulement uniforme du produit fondu à travers la filière permet au moteur électrique de fonctionner sans effort, ce qui réduit la consommation d'énergie électrique. La présente invention propose un procédé qui remédie aux inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé de filage de fibres synthétiques par extrusion de polymères thermoplastiques dans lequel lesdits polymères sont mélangés avant l'extrusion avec un additif à base de stéarate. On a maintenant trouvé de façon inattendue qu'une classe particulière d'additifs peut procurer un écoulement régulier des matières fondues à travers les filières, avec des avantages considérables pour l'application aux systèmes de filage o les filières sont utilisées pour le transport en masse. En outre, une matière polymère contenant les additifs en question montre des caractéristiques structurelles parti- culières en ce qui concerne l'étirage du produit sous forme de fil, ce qui permet entre autres d'avoir un rendement accru de l'appareil d'extrusion. La classe des composés est celle des stéarates ayant une structure chimique ester ou amide; on préfère notamment les stéarates qui contiennent un ou plusieurs groupes stéaroyle et/ou stéaryle: X-NH-Y, X-OY, X-O-R-OX, X-NH-R-NHX, Y-NH-R-NH-Y, Y-O-R-O-Y, o R est le groupe stéaroyle CH3(CH2)16-CO, Y est le groupe stéaryle CH3(CH2)17-; R - un groupe alkyle, aryle, alkylaryle. - En particulier, la présente invention envisage l'utilisation de stéarate de stéaryle en tant qu'additif, comme indiqué dans les exemples ci-après qui ont été mis en oeuvre-sur un appareil expérimental comme cela est mentionné. Les quantités à utiliser varient de 0,005 % à 1%, de préférence de 0,03 % à 0,3 X, en fonction du polymère employé. Les fibres textiles sont très sensibles à la présence des additifs qui peuvent nuire à leurs caractéristiques comme leur capacité d'être teintées,la stabilité de la cou- leur, etc.. Pour cette raison, il est extrêmement important que les additifs soient introduits en très faible quantité. O10 Le problème majeur est donc d'assurer une homogénéisation intime de la petite quantité d'additif à travers la masse de la matière polymère pour obtenir des caractéristiques uniformes pour les produits et d'éviter par conséquent des accumulations locales indésirables très importantes. La présente invention permet l'addition d'une quan- tité d'additifs appartenant aux classes précitées et selon les quantités nécessaires et indiquées à une masse de- polymère thermoplastique avant le filage et en particulier soit avant, soit après l'opération de séchage. Il est prévu une étape de séchage pour le polymère thermoplastique utile dans la production de fibres synthé- tiques qui est réalisée à une température comprise dans la gamme d'environ 110*C à 130*C dans des séchoirs rotatifs qui mélangent de grandes quantités de granules de matière polymère pendant une durée de quelques heures. L'addition d'un additif choisi parmi la classe précitée à ce stade apporte des avantages certains, la température de fusion des additifs en question étant inférieure à celle à laquelle le séchage est réalisé. Lors de l'étape de séchage, l'addi- tif est présent dans un état fluide et peut s'écouler sur les granules de polymère pour se répartir sur ceux-ci d'une façon uniforme en formant un film. La bonne répartition de l'additif est aidée par le mélange auquel on soumet les granules qui exercent un effet destructeur sur les éventuels agglomérats d'additif. A la sortie du sécheur, les granules de matière - polymère ont leur surface sous la forme d'un film uniforme très fin. Pendant les opérations d'extrusion, l'additif fond autour de la vis avec les granules de polymère et il est réparti de façon homogène sur tout le produit fondu, ce qui facilite bien entendu l'extrusion de la matière. D'autres avantages associés à l'utilisation des substances décrites cidessus sont une opération régulière de la filière et il y a aussi la possibilité d'abaisser les températures des zones de chauffage des filières pour obtenir un polymère fondu de viscosité appropriée pour l'opération de filage ultérieure. La possibilité de travailler à basse température est avantageuse avec des polymères qui tendent à se dégrader aux températures de traitement. Un autre avantage qui résulte de la présence des additifs à base de stéarate concerne les propriétés mécani- ques améliorées de la matière extrudée. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci-après faite en regard des dessins annexés sur lesquels: - Figure 1 est un graphique montrant l'effet de l'ajout de l'additif selon l'invention; sur cette figure, on a porté en abscisse les vitesses d'écoulement du polymère en n.g.(min -1) et en ordonnée la rotation/min. 1 dénom- mée Q. - Figure 2 est un graphique montrant l'effet de l'ajout de l'additif selon l'invention; sur cette figure, on a porté en abscisse les vitesses d'écoulement du polymère en n.g.( min. -1) et en ordonnée l'énergie de la vis en Nm selon la rotation par minute. - Figure 3 est un graphique analogue à celui de la figure 1 dans lequel le produit ajouté est différent. - Figure 4 est un graphique analogue à celui de la figure 2 dans lequel le produit ajouté est différent. L'invention sera mieux comprise par les exemples non limitatifs ci-après. Exemple 1 On sèche sous vide 5 kg de téréphtalate de polyéthy- lène contenant 0,04 % de stéarate de stéaryle jusqu'à une valeur en eau résiduelle de 0,006 %. Le polymère est ajouté sous un courant d'azote anhydre dans la trémie d'un rhéomètre Brabender en utilisant une extrudeuse à une seule vis ayant un diamètre de 20 mm. Le graphique de la figure 1 o sont représentées respectivement en abscisse et en ordonnée les vitesses d'écoulement du polymère et la rotation par minute'de la filière correspondante, illustre une relation rectiligne Q/n.g.. Ce graphique compare le comportement de téréphtalate de polyéthylène tel quel avec celui de téréphtalate de poly- éthylène renfermant 0,04 Z de stéarate de stéaryle. On cons- tate qu'il y a un comportement irrégulier dans la gamme de à 60 tr/min. Cet exemple démontre par conséquent l'importance de l'additif pour avoir la relation linéaire Q/n.g.. Le graphique de la figure 2 montre l'entrée d'énergie en Newtons par mètre (Nm), en fonction de la rotation en t /min. de la vis du Brabender. La présence de l'additif à base de stéarate assure un comportement linéaire qui serait autrement irrégulier avec des énergies bien plus-élevées. Exemple 2 On sache sous vide 5 kg de Nylon 6 contenant 0,1% de N,N'éthylènebisdistéaramide jusqu'à une valeur en eau résiduelle de 0,08 Z. Le polymère est alimenté sous un cou- rant d'azote anhydre dans la trémie d'un rhéomètre-Brabender. Les graphiques des figures 3 et 4 illustrent respec- tivement les comportements de Q/n.g. et N.m/n.g en présence et en l'absence de l'additif. Dans cet exemple, il est également confirmé que le polyamide 6 fondu subit un transport de masse régulier à travers la filière tout en faisant varier la rotation par- minute lorsque l'additif à base de stéarate est ajouté dans les quantités indiquées. Deux échantillons du polymère extrudé à une vitesse de tr/min. qui contiennent et qui ne contiennent pas respec- vement de l'additif à base de distéaramide montrent une cristallinité de 41 % et de 36 % telle que déterminée sur un instrument Mettler pour l'analyse thermique différen- tielle, ce qui indique une cristallinité améliorée accompa- gnée de propriétés mécaniques améliorées de l'extrudat. Une autre série d'analyses et d'essais a été conduite pour démontrer comment l'utilisation du stéarate de stéaryle en tant qu'additif pour des fibres textiles entraîne une amélioration inattendue du pouvoir d'étirage du produit. Les essais sont réalisés, à titre de comparaison, sur un échantillon de fil commun (ST) et sur un échantillon contenant du stéarate de stéaryle dans les pourcentages indiqués. Les caractéristiques améliorées mentionnées du poly- mère traité avec l'additif de la présente invention sont décrites dans les séries d'analyses et de tests ci-après réalisés comparativement sur un échantillon de fil contenant l'additif et sur un échantillon de fil de composition ordi- naire (ST). Il convient de remarquer que du fait de l'addition de l'additif, on obtient un pouvoir d'étirage amélioré sans aucun préjudice pour l'une quelconque des propriétés et caractéristiques du fil. Le débit de production exprimé en pourcent augmente pour la matière traitée en ce qui concerne l'extrusion par unité de temps selon une valeur de 6 à 7 % pendant qu'en même temps il y a une augmentationd du pouvoir d'étirage mentionné. Exemple 3 Les essais sont réalisés à deux vitesses de captage différentesde savoir 4000 et 5000 m/minute. Les résultats obtenus concernant cette dernière vitesse sont indiqués entre parenthèses sur le tableau 1 ci-après. Sur le tableau 1, l'additif utilisé est du stéarate de stéaryle disponible dans le commerce. Référence Additif Comptage filaments (dtex/nombre 27,2/7 (27/7) 29,3/7 (28,7/7) 0 ténacité (cN/Tex) 45,6 (42,7) 42,7 (41,8) Allongement (Z) 72 (78) 77 (79) module initial 136 (120) 117 (116) (cN/Tex) Comptage filaments (dtex/N 21,9/7 (21,8/7) 22,2/7 (22/7) ténacité (cN/Tex 42,2 (43, 5) 43,6 (43,8) Allongement (x) 28,2 (28,9) 27 (28) Module initial 189 (190) 202 (198) Rigidité au gaufrage (Z) 50 (55,5) 51 (51,2) Retrait au gaufrage (%) 62,5 (64,5) 62 (64) w Module au gaufrage (X) 45,4 (45,9) 43 (45,6) ! Stabilité au gaufrage () 79 (74,8) 74 (73,8) Etirage K 1,24 (1, 24) 1,32 (1,30) Tableau I: Comparaison entre les caractéristiques de fibres de Nylon 6 qui contient 0,3 % de stéarate de stéaryle et de fibres de Nylon 6 qui ne contient pas un tel additif. Les données entre parenthèses concernent des fils extrudés à une vitesse de 4 500 m/s. (1) selon la méthode Heberlein (2) selon la méthode Texturmat REVENDICATIONS 1. Procédé de filage de fibres synthétiques par extrusion de polymères thermoplastiques, caractérisé en ce que les polymères sont mélanges avant leur extrusion avec un additif à base de stearate. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit additif est choisi parmi-les stéarates ayant une structure chimique ester ou amide. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit additif contient au moins un ou plusieurs groupes stéaroyle ou stéaryle. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les groupes stéaroyle et/ou stéaryle sont présents dans des composés ayant une formule générale choisie parmi X-NH-Y, X-O-Y, X-O-R-OX, X-NH-R-NHX, Y-NH-R-NH-Y, Y-O-R-O-Y, o R est un groupe alkyle, aryle ou alkylaryle et X est le groupe stéaroyle CH3(CH2)16-CO-, et Y est le groupe stéaryle CH3(CH2)17-. 5. Procédé selon la revendication 1 comprenant une opération de séchage du polymère thermoplastique en amont de l'opération d'extrusion, caractérisé en ce que le mélange est mis en oeuvre concurremment avec ladite opération de séchage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'additif est ajouté à une concentration comprise dans la gamme de 0,1 a 0,3 %. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé- en ce que l'additif est le stéarate de stéaryle. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'additif est l'éthylènebisdistéaramide. 9. Procédé selon la revendication ô, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique ast du téréphtalate de polyéthylène. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est du polyamide 6. 11. Fibre obtenue par le procédé selon l'ure quelcon- que des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle O10 renferme ledit additif. 12. Fibre selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit additif est introduit selon des concentra- tions variant entre 0,03 % et 0,3 % en poids. 513. Fibre selon la revendication 11, caractérisée en ce que la concentration de l'additif s'étend dans la gamme de 0,1 % à 0,3 % en poids.