Brevet FR2742168A1 — publié le 19970613

FIBRES A FRISURE PERMANENTE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CES FIBRES L'invention conceme des fibres à frisure permanente obtenues par texturation tridimensionnelle et à un procédé de fabrication de ces fibres. Les fibres en matière synthétique sont utilisées dans de nombreuses applications pour la fabrication de filés de fibre, de surfaces textiles ou de revêtement, ou comme éléments de remplissage, par exemple. Dans le cas de fabrication de surfaces textiles du type velours, comme dans le cas de surfaces de revêtement telles que tapis, revêtements muraux etc ... les fibres sont disposées et maintenues sur une surface support qui peut être un tissu, un tricot, ou un non tissé, une surface en matière synthétique ou naturelle renforcée ou non par des charges. Les fibres sont également utilisées pour la fabrication de surface non tissée ou feutre qui ont de nombreuses applications telles que filtration, stabilisation de sols, surfaces abrasives, couches de remplissage ou d'isolation, triplure, entre doublure, toile de renfort, par exemple. Dans ces différentes applications, les fibres utilisées sont généralement des fibres frisées. Les procédés actuels de fabrication des fibres consistent à fabriquer par filage en milieu fondu des mèches comprenant un nombre important de filaments disposés parallèlement. Ces mèches sont récupérées soit dans des pots soit renvidées sur des bobines ou autres supports disposés, par exemple sur un cantre, pour former un ensemble de bobines. Ces mèches sont avantageusement assemblées en un câble ou une nappe qui sera alimenté dans une installation d'étirage/fnsage. L'étirage est généralement réalisé dans un banc d'étirage à rouleaux, le frisage étant obtenu par suralimentation du câble sur une surface maintenue dans une enceinte chauffée. Le câble s'accumule sur cette surface et forme des plis. La déformation des filaments est fixée par la température de l'enceinte. Le câble est ensuite soit alimenté dans une coupeuse pour être débité en fibres de longueur désirée, soit stocké sous forme de balles pour être ensuite alimenté dans des coupeuses. Les fibres ainsi obtenues présentent une faible voluminosité car la frisure est uniquement réalisée dans un plan, la fibre pouvant être décrite comme une ligne en zigzag. En outre, ce procédé de frisage requiert des vitesses lentes et donc ne peut être réalisé en ligne avec le filage, c'est-à-dire sans étape de stockage et reprise du câble entre l'étape de filage et l'étape de frisage, notamment pour les fibres ou filaments de titre élevé. L'invention a notamment pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant une fibre en matière synthétique présentant une frisure tridimensionnelle, donc une voluminosité plus grande et pouvant être obtenue dans un procédé intégré, sans étape de stockage et reprise du câble entre l'étape de filage et l'étape de coupe du câble. L'invention propose des fibres à frisure permanente en matière synthétique qui se caractérisent par le fait que les frisures des fibres sont contenues dans au moins deux plans sécants. Cette frisure tridimensionnelle permet d'obtenir des fibres à aspect volumineux, et surtout conservant un taux de frisure élevé même sous tension. Ainsi, les fibres de l'invention peuvent présenter avantageusement un taux de frisure supérieur à 30 % sous une tension de 100 mg, supérieur à 25 % sous une tension de 200 mg et encore plus avantageusement un taux de frisure supérieur à 20 % sous une tension de 400 mg. A titre comparatif, des fibres de même titre mais avec des frisures contenues uniquement dans un plan, présentent un taux de frisure inférieur à 30 % dès une tension de 100 mg. Le taux de frisure est déterminé par mesure de la longueur (Ld) d'une fibre défrisée et mise à plat, et de la longueur (Lf) de la fibre frisée à laquelle est appliquée une tension déterminée. Le taux de frisure (Tf) est calculé par la formule: (Ld-Lf) x 100 =Tf(%) Ld Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, la frisure des fibres de l'invention présente des boucles, ou des repliements de la fibre en forme de queue de cochon. Cette frisure est obtenue par une texturation tridimensionnelle des filaments. Cette texturation est réalisée, dans un mode de réalisation de l'invention, par entassement pneumatique du câble multifilamentaire, comme cela sera décrit ci-après. Selon une autre caractéristique de l'invention, les matières synthétiques constituant les fibres sont avantageusement un polymère du type polyamide ou copolyamide. A titre d'exemple de polyamides ou copolyamides convenables pour l'invention, on peut citer le polyadipamide d'hexaméthylène, le polycaprolactame, les copolymères de ces deux polyamides ou leurs mélanges. Ces polyamides peuvent également comprendre d'autres unités récurrentes telles que des unités aromatiques sulfonates comme l'unité récurrente dérivée de l'acide sulpho-5 isophtalique ou analogue, ou des unités dérivées d'autres diacides carboxyliques comme les acides iso ou téréphtaliques ou diamines. Les polyamides peuvent également être utilisés avec différents additifs tels que pigments, matifiants, agents de stabilisation chaleur ou lumière, des agents de protection chaleur, des agents anti-microbiens, des agents antisalissure ou analogue. Cette liste n'a aucun caractère exhaustif. A titre de polyamide préféré, on citera le polyadipamide d'hexaméthylène et les copolyamides ou mélange comprenant majoritairement des unités d'adipamide d'hexaméthylène. Les fibres de l'invention peuvent avoir des titres variés. Ainsi, les fibres peuvent présenter un titre égal à quelques dtex jusqu'à un titre de plusieurs centaines de dtex. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les fibres ont avantageusement, un titre supérieur à 50 dtex, par exemple compris entre 50 et 250 dtex. Les fibres de l'invention présentant notamment un titre élevé, tel que supérieur à 50 dtex ont des propriétés de toucher, rugosité totalement différentes et inattendues par rapport aux fibres frisées obtenues par entassement mécanique. La longueur des fibres selon l'invention peut varier dans de larges proportions. Toutefois, selon une caractéristique préférée de l'invention, cette longueur est avantageusement comprise entre 25 mm et 200 mm. D'autres caractéristiques des fibres de l'invention apparaîtront dans les exemples donnés ci-après à titre indicatif. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication des fibres décrites cidessus. Ce procédé consiste à filer dans une ou plusieurs filières une composition de matière synthétique, à une température supérieure à la température de fusion de ladite composition de manière à obtenir un certain nombre de filaments. Ces filaments sont ensuite refroidis par un fluide de refroidissement pour abaisser leur température à une valeur inférieure ou voisine de la Tg du polymère. Les filaments sont alors rassemblés en un point, appelé point de convergence, pour former une mèche. On appelle mèche un rassemblement de filaments parallèles entre eux. La mèche est éventuellement soumise à un étirage, puis est alimentée dans une étape de texturation tridimensionnelle ou texturation à entassement pneumatique. Cette frisure est avantageusement fixée dans l'étape de texturation. La mèche ainsi frisée est avantageusement alimentée dans un moyen de coupe pour être débitée en fibres de longueur désirée. Avantageusement, plusieurs mèches peuvent être rassemblées et alimentées conjointement dans la coupeuse. Ces étapes sont réalisées, de préférence, sans stockage ni reprise intermédiaire de la mèche. Ainsi, le procédé de l'invention est, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, un procédé continu et intégré qui comprend les étapes de filage, étirage, frisage, fixation et coupe en ligne. Selon le titre des filaments, la vitesse de filage peut varier de 500 mimin à 2500 m/min. La température de filage est comprise entre 250"C et 300"C. Les filaments en sortie de filière sont refroidis par un fluide qui est avantageusement soit de l'eau soit de l'air. Ainsi pour les filaments de titre supérieur à 50 dtex et de préférence supérieur à 70 dtex, le fluide de refroidissement est avantageusement de l'eau. Les filaments après convergence sous forme de mèche ou nappe sont soumis à un étirage dont le taux est avantageusement compris entre 1 et 5, de préférence entre 2 et4. Cet étirage est généralement réalisé entre deux ou plusieurs trains de rouleaux chauffés ou non. II peut être réalisé à froid ou à une température pouvant atteindre 1200C. Les filaments étirés sont alimentés dans une étape de frisage ou texturation selon le principe de l'entassement pneumatique décrit notamment dans le brevet français n" 2 041 654. Ainsi, les filaments sont entraînés par un fluide chauffé à une température supérieure à 100 C dans une tuyère, les filaments étant repris sur un rouleau d'entraînement en sortie de tuyère à une vitesse inférieure à la vitesse d'entrée des filaments dans la tuyère. Les filaments s'entassent dans la tuyère en formant des plis, le fluide d'entraînement s'échappant latéralement par des orifices prévus sur la paroi de la tuyère. La mèche frisée est développée puis alimentée dans des moyens de coupe pour produire des fibres de longueur déterminée par exemple, avantageusement comprise entre 25 et 200 mm. Le procédé de l'invention permet d'obtenir des filaments puis des fibres comprenant des frisures tridimensionnelles, mais avec un minimum d'entremêlement entre les filaments. Ainsi, en sortie des moyens de coupe, les fibres sont facilement individualisables et compatibles pour être utilisées notamment pour la fabrication de non tissé et filés de fibres ou dans les procédés de flocage par exemple. D'autres applications de ces fibres, notamment pour les fibres de titre élevé, par exemple supérieure à 70 dtex, sont la réalisation de surface non tissée pour la fabrication de tampons abrasifs. D'autres avantages, détails de l'invention apparaitront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous à titre d'illustration et sans effet limitatif. Dans une filière comprenant 272 trous ronds de diamètre 0,34 mm , on extrude un polyamide PA 66 avec un débit polymère dans la filière de 380 g/min. Les filaments sont refroidis par passage dans un bain d'eau froide et entraînés par un rouleau délivreur à une vitesse de 286 m/min. Ils sont ensuite entraînés par un rouleau étireur à une vitesse de 720 m/min. Le taux d'étirage des filaments est de 2,85. Les filaments rassemblés sous forme d'une mèche de 272 filaments sont soumis à une texturation selon le brevet 2 041 654. Le fluide accumulateur, composé par un mélange air/vapeur, a une température de 1700C. Le titre de la mèche est de 5860 dtex. La mèche est alimentée dans une coupeuse comprenant 4 lames pour former des fibres de longueur 155 mm. Les fibres ainsi produites sont analysées pour déterminer leurs propriétés mécaniques. - Fibres titre:21,6 dtex ténacité : 23,5 cN / tex % allongement à la rupture: 87 % module de Young : 84 cN / tex Un autre essai a été réalisé avec le même polymère et selon le même mode opératoire mais avec une filière de 32 capillaires de forme ronde pour obtenir un titre de filament après étirage d'environ 200 dtex. Le débit de polymère dans les capillaires est de 310 g/min. Le taux d'étirage appliqué est de 3, avec une vitesse de 583 m/min. Les fibres ont été coupées à une longueur de 60 mm. Les fibres ont les propriétés suivantes: - titre au brin:197,5 dtex - ténacité : 23 cN/tex - % allongement à la rupture: 60 % - retrait eau bouillante : 2,7 % Le taux de frisure sous tension de 200 mg est de 42 %. Selon un procédé identique à celui utilisé dans les deux premiers essais, des fibres en PA66 de titre 110 dtex ont été produites. La filière utilisée comprend 56 capillaires. Le débit de polymère dans les capillaires est de 420 g/min. Le taux d'étirage est de 2,9 avec une vitesse d'étirage de 770 m/min. Les fibres de longueur 52 mm présentent les caractéristiques suivantes: titre 109 dtex ténacité: 25 cN / tex % allongement à la rupture: 52 % retrait eau bouillante: 3,5 % Le taux de frisure sous tension de 200 mg est de 24 %. Une surface tapis a été réalisée avec un filé de fibres obtenus par filage des fibres de l'exemple 1 (titre environ 22dtex). Le filé de fibres fabriqué selon les techniques habituelles de filature a un numéro métrique de 5/1 et est stocké sous forme de bobines. La surface tapis est fabriquée selon le procédé TUFT en utilisant comme dos ou support une surface non-tissée commercialisée sous la marque commerciale COLBACK49 par la société AKZO. Deux surfaces tapis (A et B)ont été obtenues avec un métier présentant une jauge de 1/10 et un nombre de points de 62/dm pour la surface A et 48/dm pour la surface B. La hauteur des poils, après arasement est de 6 mm pour les deux surfaces. La surface A a une densité de 700 g/m2, celle de la surface B est de 540 9/m2. Les propriétés d'usage de ces surfaces ont été déterminées par les tests appelés VETTERMANN (référence ISO TR 10361 du 15/11/1990) et essai à l'appareil à roulettes ou chaise roulante (référence ISO TR 4918 du 15/10/1990). Le test VETTERMANN consiste à disposer des éprouvettes de surface tapis sur la face inteme d'un tambour qui contient une balle ronde en acier comportant à sa surface des plots en caoutchouc. Le tambour est mis en rotation provoquant le mouvement de la bille d'acier qui vient en contact avec la surface des éprouvettes. Après 22000 cycles du tambour, l'aspect de surface des éprouvettes est évalué selon la norme ISOTTR 9405. La surface A a une cotation égale à 3,7, tandis que la surface a une cotation de 3,5. L'essai à l'appareil à roulettes ou chaises roulantes consiste à faire se déplacer sur la surface d'une éprouvette tapis une ou plusieurs roulettes mis sous une charge de 90 Kg. L'aspect de surface des éprouvettes et leur perte d'épaisseur sont déterminées conformément aux normes ISO TR 4918 et ISO TR 9405. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau ci-dessous: Tapis Aspect de surface Cotation finale Perte d'épaisseur (%) Apds 5000 cycles après 25000 cycles IR=0.75 l5000 + 0.25 l25000 Après w 50a0 cycas apr 25000 ces 15000 125000 A 3,5 2,2 3,18 30 44 B 3 2,3 2,83 41 49 Ces résultats sont supérieurs à ceux obtenus pour un tapis fabriqués selon la même technique mais en utilisant un filé de fibres filé avec des fibres frisées par entassement mécanique (frisure bidimensionnelle). Des essais de fabrication de tapis selon la technique des surfaces aiguilletées démontrent également la bonne aptitude des fibres conformes à l'invention pour cette application. II en est de même pour la réalisation des tampons de récurage. REVENDICATIONS 1 - Fibres à frisure permanente en matière synthétique caractérisées en ce que les frisures d'une fibre sont contenues dans au moins deux plans sécants. 2 - Fibres selon la revendication 1, caractérisées en ce que le taux de frisure des fibres est supérieur à 30 % sous une tension de 100 mg. 3 - Fibres selon la revendication 1 ou 2, caractérisées en ce que le taux de frisure des fibres est supérieur à 25 % sous une tension de 200 mg. 4 - Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce que le taux de frisure est supérieur à 20 % sous une tension de 400 mg. 5 - Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce que la frisure est obtenue par une texturation tridimensionnelle. 6 - Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce que la matière synthétique est un polyamide ou copolyamide. 7 - Fibres selon la revendication 6, caractérisées en ce que le polyamide ou copolyamide est choisi parmi le PA 6, PA 66, copo PA 66/6, mélange PA 66, PA 6, PA 66 ou PA 6 contenant des unités aromatiques sulfonates. 8 - Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce qu'elles ont un titre supérieur à 50 dtex, de préférence compris entre 50 dtex et 250 dtex. 9 - Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce qu'elles ont une longueur comprise entre 25 mm et 200 mm. 10- Fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce qu'elles présentent des boucles, ou des repliements en forme de queue de cochon. Il - Procédé de fabrication des fibres selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste: - à filer une composition de matière synthétique à une température supérieure à la température de fusion de ladite composition, - à refroidir les filaments obtenus par un fluide de refroidissement, - à faire converger les filaments pour former une mèche, - à, éventuellement, étirer les filaments, - à soumettre les filaments sous forme de mèche à une texturation tridimensionnelle, - à fixer la texturation par un traitement thermique, - et à alimenter la mèche dans un dispositif de coupe pour couper les filaments en fibres. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la texturation tridimensionnelle est réalisée par entassement pneumatique de la mèche dans une tuyère. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluide pour réaliser l'entassement pneumatique est de l'air, de la vapeur d'eau, ou un mélange air/vapeur. 14 - Procédé selon l'une des revendication 11 à 13, caractérisé en ce que la température du fluide d'entassement pneumatique est supérieure à 100"C. 15 - Procédé selon l'une des revendication 11 à 14, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement des filaments sous filières est de l'air ou de l'eau. 16 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement des filaments est de l'eau et le fluide d'entassement pneumatique un mélange vapeur/air.