Brevet FR2790486A1 — publié le 20000908

PROCEDE DE FABRICATION DE FILS. FIBRES ET FILAMENTS EN POLYAMIDE La présente invention concerne un procédé de fabrication de fils, fibres et filaments en polyamide, permettant notamment d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Les propriétés mécaniques des fils, fibres et filaments en polyamide dépendent notamment de l'orientation et des conditions de cristallisation des chaînes moléculaires dans le matériau. Un fil dont les chaînes moléculaires sont orientées présente de meilleures propriétés qu'un fil dont les chaînes ne présentent aucune orientation préférentielle. Pour conférer aux fils une orientation, il est connu de les étirer. Une solution proposée pour orienter les chaînes polyamide est donc de procéder tout d'abord à un filage, par exemple à basse vitesse, à l'issu duquel les chaînes moléculaires composant le filament sont relativement peu orientées ou ne sont pas orientées, suivi d'une étape d'étirage entre des rouleaux ayant des vitesses de rotation croissantes. L'étirage peut être réalisé en reprise après bobinage ou mise en pot de l'article filé, ou être réalisé de façon continue après l'étape de filage, on parle alors de procédés de Filage-Etirage- Intégré. Les procédés selon cette technique sont par exemple utilisés pour la fabrication de monofilaments ou de multifilaments techniques (par exemple pour application à la fabrication de fils pour pneumatiques). Par ces procédés, une cristallisation sphérolitique non orientée peut exister avant l'étirage mais les phases amorphe et cristalline subsistant après l'étirage sont en partie orientées. Une autre solution proposée pour orienter les chaînes polyamide est de réaliser un filage avec une augmentation importante de la vitesse du fil entre la filière et le premier point d'appel du filament ou du faisceau de filaments. Les procédés selon cette technique sont communément appelés FOY ou POY (Fully Oriented Yarn ou Partially Oriented Yarn). Par ces procédés la cristallisation est en partie induite par l'orientation. Selon ces deux solutions, la cristallisation apparue avant étirage ou éventuellement induite par l'orientation limite l'orientation maximale accessible. Les propriétés mécaniques des fils sont donc très inférieures aux limites théoriques calculées pour une orientation totale. Il existe des compromis entre les différentes propriétés mécaniques des fils fabriqués selon ces procédés. Il existe par exemple un compromis entre l'allongement à la rupture et la ténacité. Susuki (Polymer, vol 29, n 22, 1998, pp 5335-5341) décrit les relations existant entre l'allongement à la rupture, la ténacité et le module de monofilaments étirés de polyamide 66. Il est ainsi connu que toute augmentation de la ténacité se traduit par une baisse de l'allongement à la rupture. La présente invention à pour objectif de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication de fils, fibres et filaments permettant d'augmenter l'orientation maximale accessible et permettant de modifier des compromis de propriétés mécaniques, notamment le compromis existant entre le module, I'allongement à la rupture et la ténacité. Un autre avantage de l'invention est de pouvoir augmenter les vitesses d'appel au filage. A cet effet l'invention propose un procédé de fabrication de fils, fibres et filaments à partir de compositions à base de polyamide, par filage en fondu d'un filament ou d'un faisceau de filaments, comportant éventuellement une phase d'étirage intégré ou en reprise, caractérisé en ce que le filament ou le faisceau de filaments est soumis à un champ électrique sur au moins une partie du chemin de filage et/ou d'étirage. Le champ électrique auquel est exposé le filament ou le faisceau de filaments est avantageusement compris entre 0 et 3 kV / mm. Le champ peut être constant ou varier au cours du temps. Le champ peut par exemple être continu ou alternatif ou résulter de la somme d'une composante continue et d'une composante alternative. Le champ peut être de valeur ou d'amplitude constante le long du chemin de filage et /ou d'étirage ou varier le long de celui-ci. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les lignes de champ sont sensiblement perpendiculaires à l'axe définissant le chemin de filage ou le chemin d'étirage. L'invention est adaptée à tous les procédés de fabrication d'articles filés dans lesquels le filament ou le faisceau de filaments est véhiculé par des moyens d'entraînement. Selon les procédés usuels, les fils, fibres et filaments sont fabriqués par passage de polymère fondu à travers une filières comportant un trou (monofilament) ou plusieurs trous (multifilaments). En sortie de filière, le filament ou le faisceau de filaments est refroidi par un dispositif adapté. Il existe de nombreux procédés de refroidissement, par exemple des souffleries d'air ou de vapeur, radiales ou axiales. Le filament refroidi est entraîné par un premier point d'appel. Dans le cas des procédés multifilaments, le faisceau de filaments est convergé vers un premier point d'appel. Le filament ou le faisceau de filaments convergé est généralement véhiculé à l'aide de moyens d'entraînement tels que des rouleaux. La trajectoire suivie par le filament ou le faisceau de filaments depuis la sortie de filière jusqu'au conditionnement est appelée le chemin de filage. Après entraînement au premier point d'appel, le filament ou le faisceau de filaments peut subir tous traitements connus de l'homme du métier, par exemple ensimage, chauffage, entremêlement, torsion, traitement de surface, teinture, texturation, étirages, relaxation, renvidage, conditionnent sous forme de bobines, de câbles, de bourres de fibres. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le filament ou le faisceau de filaments est soumis au champ électrique lors d'une phase d'étirage. Le filament ou le faisceau de filaments peut être introduit directement dans le dispositif d'étirage après l'étape de filage (filageétirage intégré) ou être renvidé sur une bobine ou déposé dans un conteneur avant d'être alimenté dans le dispositif d'étirage (étirage en reprise). L'étirage est généralement réalisé par entraînement entre des rouleaux de vitesses de rotation croissantes. L'étirage en présence du champ électrique peut être réalisé à froid ou à chaud, par exemple au-dessus de la température de transition vitreuse de l'article filé. Le chauffage peut être réalisé par tout moyen communément utilisé, par exemple par chauffage des rouleaux ou par étirage dans une enceinte chauffée. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le filament ou le faisceau de filaments est soumis au champ électrique pendant l'étape de filage, par exemple sur une partie du chemin de filage comprise entre la filière et le premier point d'appel. La température dans la zone o le filament ou le faisceau de filaments est soumis au champ électrique peut avantageusement être contrôlée par tout moyen adapté. Selon un mode préférentiel de l'invention le champ électrique est appliqué lors d'un filage à haute vitesse de type POY ou FOY, dans une zone comprise entre la filière et le premier point d'appel. Le champ électrique peut être appliqué sur la totalité ou sur une partie de cette zone, par exemple dans la partie o la température du ou des filaments est supérieure à la température de transition vitreuse du polyamide. L'étape de filage selon ce mode de réalisation peut être suivie d'une étape d'étirage, éventuellement en présence d'un champ électrique. Le procédé selon l'invention concerne la fabrication de fils, fibres et filaments à base de tout polyamide. Il est particulièrement adapté à la fabrication de fils, fibres et filaments à base de polyamides de type de ceux obtenus par polycondensation de diacides carboxyliques avec des diamines. Il est par exemple adapté à la fabrication de produits à base de polyamide 66, de polyamide 6-10, de polyamide 4-6, de compositions de polymères à base de ces polyamides, ou de copolyamides. Les produits fabriqués par le procédé selon l'invention peuvent contenir tous les additifs pouvant entrer dans compositions de fils, fibres et filaments, par exemple des pigments, des stabilisants, des charges minérales telles que des mâtifiants comme le dioxyde de titane. Les additifs peuvent être incorporés dans le polymère avant le filage en fondu, c'est le cas par exemple des charges minérales ou être ajoutés par traitement du polymères le long du chemin de filage, par exemple par passage dans un bain, ou par pulvérisation. Dans ce dernier cas, le champ électrique peut être appliqué avant, pendant, ou après le traitement. Le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention peut être constitué de tout moyen permettant de placer des filaments dans un champ électrique. Il peut par exemple être constitué de plaques métalliques ou métallisées sous tension, placées le long du chemin de filage, par exemple entre la filière et le premier point d'appel, ou entre deux rouleaux d'entraînement, de part et d'autre du filament ou du faisceau de filaments. Il peut de plus comprendre tous les moyens usuellement utilisés lors de la fabrications d'articles filés, par exemple des moyens de contrôle de la température par soufflerie d'air (axiale ou radiale) et des moyens de transports des filaments. Le champ peut être appliqué à un filament ou à un faisceau de filaments à toute température. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention le champ électrique est appliqué à un filament ou à un faisceau de filaments dont la température est supérieure à la température de transition vitreuse du polymère. L'invention permet, par rapport aux procédés déjà connus décrits ou utilisés, de modifier les propriétés mécaniques des fils, fibres ou filaments, par exemple le compromis module / ténacité / allongement à la rupture, en permettant par exemple d'accroître la ténacité ou le module sans perte importante de l'allongement à la rupture. L'invention peut permettre de générer de manière continue et stable des fils ayant des propriétés mécaniques améliorées sans modifier totalement les chaînes de fabrication. L'invention permet également de produire des fils dans des conditions de productivité améliorées, par exemple à vitesse de filage augmentée, avec des propriétés mécaniques acceptables. L'invention est illustrée par l'exemple ci-dessous donné uniquement à titre indicatif et sans effet limitant sur la portée de l'invention. Exempl Un polyamide 6.6, de viscosité IV = 140 ml/g dans l'acide formique à 90% et 25 C, fourni par la société Rhodia Nyltech sous la référence 140AP, est extrudé à travers un pack de filage avec une filière de diamètre de 2 mm et d'un refroidissement à l'air ambiant. Le filage est réalisé en absence et en présence d'un champ électrique de 1000V/mm appliqué entre la filière et le bobinoire. Le bobinage est réalisé à une vitesse de 200 m/min. Les filaments sont ensuite étirés entre deux rouleaux, le premier rouleau, dit de préchauffage, étant porté à environ 140 C et le second rouleau, dit de trempe, étant à 25"C. Le train d'étirage est muni de deux plaques métalliques placées de part et d'autre du monofilament et reliées à un générateur. Le taux d'étirage appliqué est égal au rapport des vitesses entre les rouleaux. Des taux d'étirage de 4 à 7 sont appliqués aux monofilaments en absence et en présence d'un champ de 1000 V/mm. Les caractéristiques mécaniques de ces fils sont mesurées dans une salle conditionnée à 25 C et 50%HR sur une machine de traction Erichsen avec une longueur initiale de mm et une vitesse d'écartement des mors de 50mm/min. On observe une modification du compromis entre l'allongement à la rupture et la ténacité selon que le champ est appliqué lors de l'étape de filage et/ou d'étirage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de fils, fibres ou filaments à partir de compositions à base de polyamide, par filage en fondu d'un filament ou d'un faisceau de filaments, comportant éventuellement une phase d'étirage intégré ou en reprise, caractérisé en ce que le filament ou le faisceau de filaments est soumis à champ électrique sur au moins une partie du chemin de filage, et/ou d'étirage. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le filament ou le faisceau de filaments est soumis au champ électrique pendant une phase d'étirage. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le filament ou le faisceau de filaments est soumis au champ électrique sur au moins une partie du chemin de filage compris entre la filière et le premier point d'appel. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le filage est un filage à haute vitesse. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la température du filament ou du faisceau de filaments lors de l'étape ou il est soumis au champ électrique est supérieure à la température de transition vitreuse du polyamide. 6. Procédé selon l'une des revendication 1 à 5 caractérisé en ce que le polyamide est obtenu par polycondensation d'un diacide carboxylique avec une diamine. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le polyamide est choisi parmi le polyamide 66, le polyamide 6-10, le polyamide 4-10, leurs mélanges et les composition à base de ces polyamides. 8. Dispositif pour la fabrication de fils, fibres ou filaments comportant des moyen de mise en présence d'un filament ou d'un faisceau de filaments avec un champ électrique. 9. Fils, fibres et filaments susceptibles d'être obtenus par un procédé selon l'une des revendications 1 à 7.