Brevet FR2587371A1 — publié le 19870320

DISPOSITIF POUR LE REFROIDISSEMENT ET LA PREPARATION DE FILS FILES EN FUSION L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement, la stabilisation et la préparation ou le traitement de fils filés en fusion comportant une plaque- filière à trous de filière disposés annulairement, un dispositif de soufflage et un dispositif de préparation. Pour fabriquer des fils et des fibres selon le procédé de filage en fusion, un flux dosé de matière en fusion est divisé dans des filières en un grand nombre de fils individuels liquides. Ces fils sont refroidis, par soufflage d'un fluide réfrigérant, jusqu'à une température inférieure à leur point de solidification et de préférence inférieure au point de transition vitreuse, sont retirés à une vitesse constante et après application d'une préparation de filage, sont bobinés ou déposés sous forme de câbles dans des pots. Des conditions essentielles pour la fabrication d'un produit de bonne et régulière qualité sont d'une part une homogénéité aussi poussée que possible du produit en fusion et d'autre part un refroidissement régulier. L'homogénéité du produit en fusion peut être entravée par une dégradation thermique; le flux de produit en fusion devrait donc être aussi régulier que possible et les filières ne devraient contenir aucune zone à débit réduit, voire à masse stagnante. Cette exigence peut être réalisée de la manière la plus simple et la plus sûre dans des filières rondes radialement symétriques qui jouent également un rôle dominant dans le procédé de filage en fusion et qui initialement étaient les seules utilisées. Un inconvénient des filières rondes est le fait que, lorsqu'on les utilise dans le puits de soufflage conventionnel avec refroidissement des fils par soufflage transversal, il est impossible d'augmenter à loisir le diamètre des filières et le nombre des trous par plaque- filière sans être confronté à l'exigence d'un refroidis- sement régulier. Lors du soufflage transversal, les fils sortant de la filière du côté de la grille de soufflage se refroidissent un peu plus fortement et plus rapidement que. les fils qui sortent du côté opposé à la grille de soufflage. Cette différence augmente si le nombre et la densité des trous de filière croit et en fin de compte n'est pas sans répercussions sur la dispersion d'importantes propriétés des fibres telles que le comportement à l'étirage, l'allongement à la rupture, les valeurs de retrait et le comportement lors de la teinture. Le nombre de trous de filière par plaque-filière et par conséquent la capacité de production par position de filage peut être augmenté considérablement, tout en maintenant le principe de soufflage transversal si, au lieu de filières rondes d'environ 600 et au maximum 800 trous, on utilise des filières rectangulaires comportant 2000 à 3000 perçages. Un flux de masse en fusion suffisamment régulier peut être également obtenu dans des filières rectangulaires au moyen de mesures constructives appropriées. Par contre, l'étanchéité de paquets de filières rectangulaires est en principe plus problématique à réaliser que celle de filières rondes; pendant le filage par des filières rectangulaires, on doit donc s'attendre à un remplacement plus fréquent des filières. Les inconvénients mentionnés peuvent être évités dans une large mesure si l'on utilise des filières annulaires ou rondes radialement symétriques, comportant un grand nombre de trous, et si l'on amène l'air de soufflage nécessaire pour le refroidissement des fils non pas d'un seul côté transversalement, mais aussi de façon radialement symétrique. L'amenée d'air de soufflage radialement symétrique, dont la conception est plus simple à réaliser de l'extérieur vers l'intérieur, est déjà connue depuis longtemps et a été plusieurs fois décrite (par exemple dans le brevet US 3 299 469). Toutefois, pour le procédé de filage proprement dit, il est plus intéressant que l'air soit soufflé en sens inverse, c'est-à-dire de l'intérieur vers l'extérieur. Il y a au moins deux raisons à cela. D'une part, sous l'effet de l'air de soufflage soufflant de l'extérieur vers l'intérieur, le faisceau de fils se trouve comprimé, la distance entre les différents fils est donc réduite. Si l'intensité de l'air de soufflage augmente, le risque que deux ou plusieurs fils individuels non encore complètement solidifiés entrent en contact réciproque et se collent l'un sur l'autre ou fusionnent augmente également davantage lorsque le soufflage est dirigé de l'extérieur vers l'intérieur, que lorsque le soufflage est dirigé de l'intérieur vers l'extérieur, que le faisceau de fils se trouve gonflé et que la distance entre les fils individuels augmente. Il est vrai que l'air extérieur entrainé par le faisceau dans son mouvement accéléré ne contribue que faiblement à l'effet de refroidissement dans le cas o le soufflage est dirigé de l'extérieur vers l'intérieur, mais cette contribution va dans le même sens : les effets extérieur/intérieur du refroidissement des fils sont renforcés. Lorsque le soufflage est dirigé de l'intérieur vers l'extérieur, l'air extérieur a un effet compensateur; l'action de l'air de soufflage est renforcée aux endroits o elle est la plus faible. Le soufflage central de l'intérieur vers l'extérieur est connu également et fait partie de l'état de la technique; il est décrit entre autres dans les brevets US 3 858 386, 3 969 462, 4 285 646 et dans les demandes de brevets européens 0040 482 et 0050 483. Toutefois, avec ce genre de soufflage des problèmes se posent pour l'arrivée de l'air. Ceci semble être la raison pour laquelle ce procédé, malgré ses autres avantages évidents, n'a jusqu'à présent pas encore été utilisé largement. Si l'air de soufflage arrive par en bas, il y a croisement entre la direction d'arrivée de l'air et la direction des fils. Il est vrai qu'en répartissant la masse de fils sortant de la filière en deux faisceaux conduits latéralement, on peut obtenir que les fils nouvellement filés ne touchent pas le tube d'arrivée d'air de soufflage. Comme cela a été exposé dans le brevet US 4 285 646 (colonne 2, lignes 6 à 68), cette mesure est elle-aussi associée à une série d'inconvénients. A l'endroit cité, on n'a pas mentionné les difficultés considérables qui résultent de l'essai de remise en route du processus de filage après interruptions (suite à une rupture des fils, un remplacement de filière, un nettoyage des filières, etc.) si l'on utilise des dispositifs de soufflage décrits comme faisant partie de l'état de la technique. Les fibrilles collantes et encore insuffi- samment solidifiées restent facilement accrochées à la bougie de soufflage lors du contact, cassent et viennent se coller sur d'autres fibrilles qui, alors, cassent elles aussi. Le démarrage du filage devient de ce fait un procédé presque impossible à maîtriser même pour un personnel expérimenté. Pour échapper à ces inconvénients, le brevet US 4 285 646 propose une arrivée d'air de soufflage d'en haut, passant centralement à travers le paquet de filières. Des dispositifs analogues sont également décrits dans les brevets les plus récents (demandes de brevets européens 040 482; 050 483). Mais ce type d'arrivée d'air cause à son tour de nouveaux problèmes, par exemple du point de vue de l'isolation thermique. La masse en fusion dans la filière ne doit pas être refroidie par l'air de soufflage et cet air ne doit pas s'échauffer par le paquet de filières chauffées. La place nécessaire pour une isolation suffisante ne peut être obtenue qu'en agran- dissant proportionnellement le diamètre de la filière. En outre, la filière ronde devient une filière annulaire avec un flux de masse de fusion ne s'effectuant plus de manière symétrique par rapport au centre. La présente invention concerne un dispositif pour le soufflage central, de l'intérieur vers l'extérieur, sur des fils filés en fusion, dispositif qui évite les inconvénients mentionnés plus haut. Cet objectif a été atteint en combinant les mesures suivantes, conformes à l'invention. 1. Le fluide de refroidissement ou de soufflage, en particulier sous la forme d'air, est amené par en bas. De ce fait est rendue possible l'utilisation de filières rondes avec flux de masse en fusion radialement symétrique. Aucun problème d'isolation ne se pose dans le paquet de filières. La restructuration d'installations anciennes est possible sans modifications dans la poutre de filage. 2. Le dispositif de soufflage n'est pas monté de manière fixe mais de manière mobile; il peut être abaissé verticalement et être retiré de la zone de passage des fils horizontalement par un mouvement de pivotement- rotation ou un mouvement linéaire de poussée et de traction, et être réintroduit, par un mouvement en sens contraire, lors de la mise en route du filage. 3. Lors de l'introduction pendant la mise en route du filage, un jet d'air coupant sort d'une fente annulaire située à l'extrémité supérieure du dispositif de soufflage, c'est-à-dire de la bougie de soufflage, ce jet d'air chassant les fils de la zone proche du dispositif lors de l'introduction par pivotement et pendant la montée du dispositif de soufflage et empêchant ainsi tout accrochage, collage et rupture des fils. Lors de la montée, un embout de centrage monté sur ressort et traversant un recouvrement plat en forme de chapeau, à l'extrémité supérieure de la bougie, s'engage dans un évidement correspondant pratiqué au centre de la plaque-filière et s'y verrouille. L'embout est enfoncé dans le chapeau de la bougie en opposition à la force du ressort et, ce faisant, actionne une vanne qui ferme l'arrivée d'air vers la fente annulaire dès que la bougie de soufflage a atteint sa position finale supérieure. Les mesures conformes à l'invention citées aux points 2 et 3 permettent une mise en route sans problème du filage. 4. On renonce à séparer la masse de fils en deux faisceaux. L'air de soufflage n'est pas conduit à travers un tube rond pour parvenir à l'extrémité inférieure de la bougie dans la zone du croisement avec le passage des fils, mais à travers un bras de canalisation plat réalisé sous la forme d'un bras oscillant pour l'ensemble du soufflage central, ce bras présentant une dimension latérale faible et une dimension verticale relativement importante. L'arête supérieure dudit canal est revêtue d'une couche céramique ou supporte un élément en céramique (baguette, coupelle) servant de déviateur de fils. Il n'y a aucune perturbation de la symétrie de l'air soufflé et aucune turbulence provoquée par la formation de fentes dans les faisceaux de fils. 5. L'application de la préparation de filage s'effectue à l'extrémité inférieure de la bougie, mais au-dessus du bras pivotant. La solution aqueuse utilisée pour la préparation (habituellement composée d'environ 99 % de H20) est amenée de façon dosée à au moins une fente annulaire située entre deux lèvres de forme annulaire recouvertes de céramique qui sont touchées par le faisceau de fils après passage dans le trajet de soufflage. Ceci stabilise le parcours des fils; les fils préparés peuvent être mis en faisceaux sans problème et être déviés (par exemple entre autres sur l'arête supérieure du canal latéral de l'air de soufflage). Etant donné que les fils sont préparés sous la forme d'un faisceau de fibrilles ouvert et non, comme habituellement, sous la forme d'un câble fermé, une partie de l'eau de préparation peut s'évaporer jusqu'à la mise en paquet et contribuer ainsi au refroidissement des fils. Les conduites pour l'arriver de la préparation et l'évacuation de la préparation excédentaire (collectée dans une gorge annulaire disposée sous la lèvre inférieure) sont disposées à l'intérieur du canal d'air de soufflage dans le bras de canalisation. Un dispositif de refroidissement et d'humidification du fil similaire dans sa disposition au dispositif de préparation décrit au point 5 se trouve il est vrai dans le brevet US 4.038.357. Le dispositif montré dans ledit brevet US sert toutefois à des fins totalement différentes, à savoir au refroidissement unilatéral, asymétrique de fils au moyen d'un film liquide mince dans l'intention de fabriquer des fils ayant la capacité latente de friser. Dans ce brevet on trouve à la place de lèvres et d'une fente annulaire, une pièce profilée en métal fritté à surface de contact relativement large. Le frottement se produisant inévitablement sur une telle surface augmente la tension des fils d'une manière inadmissible pour un processus de filage normal, en particulier lorsqu'on applique des vitesses de tirage se situant sensiblement au-dessus de la vitesse d'environ 900 m/min. indiquée dans les exemples du brevet cité. Toutefois les lèvres annulaires à fente annulaire ouverte ne représentent qu'un mode de réalisation préféré du dispositif de préparation conforme à la présente invention, dont le principe et le mode d'action ne changent pas par exemple la fente annulaire est élargie et est remplie d'une matière agissant comme une mèche, ou encore si la surface de contact, aux bords des lèvres, est remplacée par une bague étroite en métal fritté. Les parties essentielles d'un mode de réalisation préféré du dispositif de refroidissement de fils conforme à la présente invention sont représentées sur la figure unique du dessin annexé. Le polymère en fusion sort des trous de filière 10 dans la plaque-filière 1 sous la forme de fils 6 d'abord liquide à l'état fondu qui refroidissent sous l'effet de l'air de refroidissement sortant de la bougie de soufflage et se solidifient. Après leur passage à travers le dispositif de préparation 7 constitué par des fentes annulaires et une gorge annulaire ainsi que le bras oscillant 8 disposé plus bas, les fils sont réunis par un guide-fils 9 et amenés sous la forme d'un câble vers le dispositif de tirage. Les trous de filière 10 sont disposés de préférence en plusieurs cercles et non, comme cela a été représenté sur la figure pour une meilleure clarté, en un seul cercle de trous. La bougie de soufflage 5 est recouverte sur son extrémité supérieure par un chapeau 3, plat de forme conique, et fixée dans sa position par un embout de centrage 2 qui se verrouille dans un évidement de forme correspondante prévu au centre de la plaque-filières 1. La bougie de soufflage 5 est constituée en une matière poreuse mais mécaniquement solide, par exemple en métal fritté, en tissu métallique multicouches, en un non-tissé filtrant comportant des garnitures de renfort, etc. Dans sa partie interne elle contient le plus souvent des chicanes ou autres corps qui sont destinées à l'établissement d'un profil déterminé de l'air de soufflage sur toute la longueur de la bougie. Lors de la mise en route du filage, le dispositif de soufflage est d'abord éloigné et ce n'est que lorsque les fils fraîchement filés passent à travers le guide-fils 9 et sont retirés de manière stable (au moyen d'un pistolet d'aspiration ou d'un dispositif de tirage) que le dispositif de soufflage est remis en place par pivotement et soulevé. Lors du pivotement et de la mise montée, un jet d'air coupant sort de tous les côtés de la fente annulaire 15 prévue sous le chapeau 3, ce jet d'air chassant les fils de la zone occupée par le dispositif de soufflage de telle sorte qu'ils ne puissent pas s'y accrocher et se rompre. Lorsque la position finale est atteinte, le jet d'air est arrêté automatiquement par le verrouillage de l'embout de centrage 2 dans la plaque- filière 1. Pour filer des matières à haute teneur en oligomères (par exemple de PA-6) , le chapeau et la partie supérieure de la bougie sont munis d'un dispositif de chauffage qui empêche toute condensation des oligomères sur la bougie. Le fluide de refroidissement gazeux est amené à la bougie à l'extrémité inférieure à travers le bras de canali- sation 8 latéral plat qui contient également les conduites pour les autres fluides auxiliaires. Le dispositif de soufflage décrit est d'une efficacité inhabituelle. Comme on peut le voir d'après les exemples suivants il est possible d'atteindre à chaque poste de filage des capacités de production moyennes d'environ 2,5 tonnes par jour à des vitesses de tirage encore conventionnelles, avec une bonne qualité des fils ou des fibres. Les fils sont suffisamment refroidis lorsqu'ils passent dans le guide 9. Ils peuvent être immédiatement déviés et retirés latéralement, c'est-àdire être traités en mode compact (sans puits de descente). Exemples Exemple 1: Un granulat de poly(téréphtalate d'éthylène) (PETP) à viscosité relative de 1,60 (mesurée pour une solution à 1 % dans du m-crésol à 20 C) est fondu dans une extrudeuse de filage 90 mm/24D et filé à une température de fusion de 293 C avec un débit de 996 g/min. à travers une filière ronde comportant 1.295 trous ronds disposés en 9 cercles de perforations. Le diamètre des trous est de 0,4 mm. Les fils sont refroidis par un soufflage central de l'intérieur avec 450 kg/h d'air à 30 C et 65 % d'humidité relative, à travers une bougie de soufflage en métal fritté de diamètre intérieur de 70 mm et de diamètre extérieur de 76 mm, une longueur de la bougie de 530 mm, une hauteur du chapeau de 30 mm (rapport débit d'air/ débit de matière en fusion 7,5:1,0). A la fin de la zone de soufflage, les fils ont traversent une bague de préparation de 180 mm de diamètre o ils reçoivent l'application de 400 ml/min. d'une solution de préparation à 0,5 %. Les fils sont ensuite réunis dans un guide-fils 9, retirés sur des galets à une vitesse de 1500 m/min. et déposés dans des pots à l'aide d'un dispositif dit pot tournant. Le câble filé est étiré avec un rapport d'étirage de 1:3,5, fixé, frisé, séché et découpé en fibres d'une longueur de 38 mm. Lors du contrôle des fibres, on obient les résultats suivants: titre: 1, 53 dtex, résistance à la rupture 6,4 cN/dtex, résistance sous allongement de 7 %: 2,2 cN/dtex, allongement de rupture: 20,4 %. Aucune perturbation ne se produit pendant le processus de filetage et pendant le passage le long du trajet des fibres. Le dispositif de soufflage monté mobile et équipé d'un jet d'air auxiliaire à la hauteur du chapeau conformément à la description figurant dans la présente demande de brevet a pu être mise en position fonctionnelle et sortie de cette position sans aucun problème. Exemples 2-5 Par rapport à l'exemple 1 les conditions suivantes ont été modifiées dans les exemples 2 à 5: Exemple 2 Granulat PETP Nombre et diamètre trous dans la filière 2158/0,4 Débit de la matière en fusion, g/min. 1812,6 Debit d'air, kg/h 770 Rapport débit air/ matière en fusion 7,08 Diamètre de la bougie de soufflage, mm 90/96 Vitesse de tirage, m/min. 1750 Rapport d'étirage 1: o Titre, dtex Résistance à la rupture, cN/dtex Allongement de rupture, % 3,0 1,72 ,8 24,2 PETP PETP PA-6 161/0,4 710/0,4 710/0,3 7,5 ,6 21,3 /96 90/96 70/74* 4,3 2,90 ,4 4,05 ,03 ,7 31,4 20,6 2,5 1,62 ,7 53,6 *Le chapeau de la bougie a été chauffé à 310 C pour éviter les incrustations d'oligomères PA-6. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement, la stabilisation et la préparation de fils filés en fusion, comportant une plaque-filière à trous de filière disposés annulairement, un dispositif de soufflage et un dispositif de préparation, caractérisé parole fait que le dispositif de soufflage de fluide de refroidissement gazeux est un dispositif de soufflage central pouvant être déplacé parallèlement et perpendiculairement à la direction de filage et qu'il est réalisé sous la forme d'une bougie filtrante (5) obturée à son extrémité supérieure et pouvant être amenée par pivotement en position centrale sous la plaque-filière (1), que ladite bougie filtrante (5) est disposée sur un bras de canalisation (8) et que le dispositif de préparation, sous la forme d'une tête annulaire (7) comportant une conduite d'arrivée pour le fluide de préparation et une conduite de départ pour le fluide de préparation excédentaire, est disposé sous le dispositif de soufflage central. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bras de canalisation (8) est muni de conduites pour le fluide de refroidissement et pour le fluide de préparation et qu'il comporte sur son côté supérieur un déviateur de fils. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de soufflage central présente à son extrémité supérieure une fente annulaire (4) pouvant être obturée après achèvement de l'opération d'introduction. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'orifice de la fente annulaire (4) pouvant être obturée est orienté radialement ou obliquement vers le bas. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé par le fait que la tête à annulaire (7) est constituée d'au moins une fente annulaire et une gorge annulaire située sous cette fente. 6. Dispositif selon l'une quelconques des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que la bougie filtrante (5) présente, à son extrémité supérieure, un chapeau (3) et par le fait que ledit chapeau (3) est équipé d'un dispositif de chauffage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par le fait que sur le chapeau (3) de la bougie filtrante (5) est prévu un embout de centrage (2) et sur le côté inférieur de la plaque- filière (1) est prévu un évidement destiné à cet embout de centrage (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé par le fait que la bougie (5) est constituée en métal fritté, en tissu filtrant multicouches, en un non-tissé filtrant à garnitures de renfort ou en matériau analogue. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé par le fait que le fluide de refroidissement est de l'air.