Brevet FR2925072A1 — publié le 20090619

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FILAMENT, FILIERE D'EXTRUSION POUR LA MISE EN îUVRE DUDIT PROCEDE DE FABRICATION ET FILAMENT OBTENU. La présente invention est dans le domaine technique des procédés de fabrication d'un filament comprenant sur au moins une portion de sa longueur au moins un canal longitudinal de transfert de l'humidité et/ou d'isolation thermique. Des filaments ou fibres synthétiques présentant des canaux longitudinaux, notamment à deux dimensions, sont connues de l'état de la technique. C'est le cas par exemple de la fibre CoolMax� commercialisée par Dupont de Nemours. Cette fibre présente à sa surface quatre canaux rectilignes selon son axe longitudinal. Cette configuration confère à la fibre CoolMax� une surface spécifique plus importante que la surface spécifique d'une fibre de section ronde équivalente. On entend par surface spécifique la surface réelle d'un élément par opposition à sa surface apparente. Cette caractéristique confère aux fibres comportant des canaux rectilignes de nombreuses propriétés notamment une amélioration du transfert d'humidité puisque la surface de contact de la fibre avec son milieu environnant est accrue. Ce type de fibre est ainsi utilisée notamment dans la fabrication d'articles de sport, par exemple pour la fabrication de chaussettes, afin d'accélérer le transfert de l'humidité vers l'extérieur et améliorer le confort thermique du porteur. Lorsque ces canaux longitudinaux sont internes au filament, ils emprisonnent l'air et ont un effet d'isolation thermique important. Afin d'améliorer la surface spécifique, ou d'échange, de ces canaux longitudinaux, la demanderesse a cherché à obtenir des canaux longitudinaux en trois dimensions, et notamment des canaux longitudinaux formant une hélice selon l'axe longitudinal du filament. Il existe différentes techniques permettant l'obtention d'un filament en polymère pourvu d'au moins un canal longitudinal formant une hélice selon l'axe longitudinal dudit filament. Une technique consiste à co-extruder un premier matériau élastomère avec un second matériau présentant des caractéristiques d'élasticité moindres, puis une fois l'étape d'extrusion terminée, à relaxer le filament ainsi obtenu afin que les premier et second matériaux, ayant des comportements élastiques différents, s'équilibrent et créent une torsion sur le fil. Dans EP 0.233.702, le filament synthétique comprend au moins deux constituants : un élastomère thermoplastique formant l'axe central du filament et des segments se projetant dudit axe central, et un polymère thermoplastique de faible élasticité, différent dudit élastomère, formant des protubérances disposées aux extrémités desdits segments. Après l'opération d'étirage, le filament subit une étape de relaxation à chaud, au cours de laquelle les segments et protubérances sont enroulés en spirale autour de l'axe central du filament. Les forces exercées par chacun des segments et protubérances s'équilibrent sur la longueur du filament. Cette technique a pour but d'obtenir un filament élastique, ayant de bonnes propriétés tinctoriales, de la souplesse et un bon toucher et facile à mettre en oeuvre, notamment pour le tricotage. Il n'est pas décrit que les filaments obtenus ont une capacité de transfert et/ou d'isolation thermique améliorées. Cette technique a pour inconvénient que les canaux longitudinaux formés en surface du filament sont obtenus lors de l'étape d'étirage-relaxation, et non directement en sortie de filière, ce qui implique une étape ultérieure pour la formation en trois dimensions des canaux. Enfin, il faut nécessairement co-extruder au moins deux matériaux ayant des propriétés d'élasticité suffisamment éloignées ce qui suppose des températures de fusion également éloignées et donc des temps de séjour dans l'extrudeuse complexes à gérer et des débits de matières différents en amont de la filière d'extrusion. De plus, les propriétés du filament obtenu sont conditionnées et donc restreintes par les deux matériaux polymères employés et le procédé de relaxation mise en oeuvre. Il est ainsi difficile de parvenir à un filament présentant une ténacité élevée. On connaît également un procédé de fabrication d'un filament, décrit dans BE 689.571, dans lequel un ou plusieurs polymères sont extrudés à travers un orifice de filage et la plaque d'ajutage présentant le trou de filage est mise en rotation autour de l'axe central dudit orifice et communique ainsi des torsions au filament extrudé. Ce procédé a pour but d'améliorer notamment le toucher et le gonflant dudit filament. Ce procédé n'est pas économiquement viable. Il n'est pas possible de prévoir de tels moyens de filage pour chaque filament, sachant qu'un fil multifilamentaire est fabriqué en continu et comporte plusieurs centaines de filaments. Il y a un besoin d'améliorer la capacité d'absorption et d'évacuation des fibres synthétiques, lesquelles ont par nature un taux de reprise en eau faible par rapport à leur poids, inférieure à 10%, et en majorité inférieure à 5%, mais ainsi une capacité d'évaporation et donc d'évacuation de l'humidité améliorées par rapport à des fibres naturelles, tel que le coton. La présente invention répond en partie aux problèmes précités en ce qu'elle a pour objet un procédé de fabrication d'un filament comprenant sur au moins une portion de sa longueur au moins un canal longitudinal de transfert de l'humidité et/ou d'isolation thermique comprenant une première étape de filage par voie fondue dans laquelle au moins un polymère est fondu et extrudé à travers une filière comportant un groupe d'orifices de filage pour former des sous-filaments dudit polymère et une deuxième étape au cours de laquelle lesdits sous-filaments sont rassemblés, étirés, refroidis et solidifiés pour former un filament. De manière caractéristique la filière ayant n orifices, avec n égal ou supérieur à 2, au cours de la première étape, la vitesse d'écoulement en sortie de la filière de chaque sous-filament donné est différente de celle des (n-1) autres sous-filaments. La vitesse d'écoulement du polymère extrudé étant différente d'un orifice à un autre, le temps de refroidissement et donc la vitesse de solidification sont différents d'un sous filament à un autre. Les n orifices sont suffisamment proches dans un groupe donné en sorte que les n sous-filaments adhèrent les uns aux autres en sortie de filière pour former un unique filament. Les sous filaments en sortie de la filière d'extrusion sont à différents stades de leur refroidissement. On observe alors en sortie de la filière que les sous-filaments s'entraînent entre eux et s'équilibrent en formant des canaux longitudinaux suivant globalement une hélice selon l'axe longitudinal dudit filament. Une explication à ce phénomène, non limitative, pourrait être que le sous filament (n-1) étant plus solidifié que le nième sous filament voisin, lors de son refroidissement a tendance à se rétracter et à entraîner le nième sous filament en rotation. Les vitesses d'écoulement sont déterminées pour chacun des sous-filaments en sorte d'obtenir des niveaux de plasticité différents et donc des comportements visco-élastiques différents propres à chaque sous filament ce qui évitent d'avoir recours à au moins deux polymères différents tel que dans l'état de la technique. Les canaux longitudinaux ayant globalement une direction en hélice selon l'axe longitudinal du filament sont dans ce procédé avantageusement obtenus en sortie de la filière, plus précisément on a observé que les canaux en trois dimensions se formaient à une distance d'environ 20-30 cm de la filière d'extrusion. Le procédé selon la présente invention est bien sûr adapté aux fils synthétiques obtenus à partir d'un ou plusieurs polymères susceptibles d'être fondus et extrudés. Ainsi, tous les polymères synthétiques aptes à être extrudés peuvent être utilisés, et notamment : la famille des polyéthylène-téréphtalates, la famille des polyamides, la famille des polyesters notamment le polybutylénetéréphtalate, la famille des polyoléfines notamment le polypropylène. Dans une variante, la différence de vitesse d'écoulement entre les n sous-filaments est obtenue par extrusion dudit polymère fondu à travers des orifices de filage présentant en section transversale des surfaces différentes [mm2]. Il s'agit ici d'un principe connu concernant le comportement d'un fluide à 25 débit constant à travers un orifice donné. Un fluide déterminé, alimenté en amont selon un débit constant, dans ce cas particulier via la pompe alimentant l'extrudeuse, a une vitesse d'écoulement d'autant plus rapide que la taille de l'orifice décroît. A contrario, plus la taille de l'orifice au travers duquel le fluide est alimenté croît, plus la vitesse 30 d'écoulement du fluide diminue. Dans une variante, au cours de la deuxième étape, au moins trois sous-filaments rassemblés délimitent entre eux un canal longitudinal interne au filament. On a observé au microscope en coupe transversale du filament obtenu qu'à partir d'au moins trois sous filaments extrudés, un canal interne se formait pouvant servir à véhiculer l'humidité par capillarité et/ou à emprisonner l'air et donc servir de matériau isolant thermiquement. Dans une variante, au cours de la première étape, au moins un polymère fondu est extrudé à travers plusieurs groupes d'orifices de filage d'une filière en faisceau de filaments. Selon l'invention à chaque groupe de n orifices correspond un filament, et p groupes d'orifices de filage sont agencés dans une filière pour obtenir p filaments dans le fil multifilamentaire final. Le nombre de groupes d'orifices de filage et la surface des sections transversales desdits orifices, ainsi que les vitesses d'étirage, permettent d'ajuster le titrage du fil multifilamentaire. Dans une variante, la deuxième étape comprend, après l'étirage, une opération de texturation du ou des filaments obtenus, notamment par fausse torsion ou par jet d'air. La texturation d'un fil multifilamentaire, dans ce cas un fil multifilamentaire synthétique, est une opération connue par l'homme du métier, spécialiste textile. La texturation a pour but de donner du gonflant, d'améliorer les qualités d'élasticité et de résistance mécanique du fil en lui faisant subir un traitement mécanique déformant légèrement celui-ci concomitamment ou avant une étape thermique de fixation. Les deux procédés préférés dans le cadre de la présente invention sont le procédé fausse torsion fixée (FTF), dont une variante est également appelée Helanca�) et texturation per jet d'air, ce dernier étant également appelé Taslan�. La texturation préférée est la fausse torsion fixée (FTF) pour son coût réduit. La présente invention a pour objet selon un deuxième aspect un filière d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication selon la deuxième variante, comprenant au moins un groupe de n orifices, avec n égal ou supérieur à 2, pour la fabrication d'un filament, caractérisé en ce que, les n orifices étant répartis autour de l'axe central de la filière depuis le premier jusqu'au nième orifice, les surfaces des sections transversales desdits orifices sont décroissantes du premier au nième orifice. Pour un polymère donné, extrudé et alimenté selon un débit constant, la vitesse d'écoulement de celui-ci est croissante lorsque les surfaces des sections transversales des orifices de filage sont décroissantes et donc le degré de solidification est également décroissant. On observe ainsi avec une telle filière que les sous-filaments extrudés forment, en sortie de filière, et lorsqu'ils adhérent entre-eux un filament comportant en surface des canaux externes ayant globalement une forme d'hélice selon l'axe longitudinal du filament. Un tel filament présente des caractéristiques améliorées pour le transfert de l'humidité, tout en conservant une capacité d'évaporation proche de celle des fils synthétiques connus de l'état de la technique. Les fils multifilamentaires présentant des canaux longitudinaux externes ayant globalement une direction hélicoïdale selon l'axe longitudinal desdits fils ont une capacité de transfert de l'humidité améliorée d'au moins 30 % par rapport à des fils multifilamentaires de même titrage et comportant le même nombre de filaments et des canaux longitudinaux externes ayant une direction longitudinale parallèle à celle desdits fils. La capacité de transfert de l'humidité est améliorée de 50 % par rapport à des fils multifilamentaires de même titrage et présentant le même nombre de filaments dépourvus de canaux à leur surface. La capacité de transfert a été mesurée selon le � wicking test �. Dans une variante, la surface de la section transversale du nième orifice est inférieure ou égale à 95% de la surface du (nième-1) orifice. Il a été observé que cette dégressivité était idéale pour obtenir un filament présentant des propriétés améliorées pour le transfert et l'évaporation de l'humidité ainsi que sur la qualité et la reproductivité du filage en continu de tels filaments. Dans une variante, les n orifices ont une forme allongée et courbe, assimilable à la forme obtenue par le déplacement d'un trou circulaire selon un arc de cercle, l'angle au centre de l'arc de cercle correspondant au (nième-1) orifice est supérieur d'au moins 15°, de préférence supérieur ou égal de 30° à celui du nième orifice, et l'angle au centre de l'arc de cercle correspondant au nième orifice est supérieur ou égal à 90°. Cette variante, éventuellement combinée avec la précédente, donne les meilleurs résultats concernant les propriétés du filament vis-à-vis de l'humidité, proches de celles d'une fibre naturelle, telle que le coton, concernant la capacité d'absorption en eau ; et la reproductivité du filage en continu. La présente invention a également pour objet selon un troisième aspect un filament, obtenu par la mise en oeuvre de la filière selon l'une des variantes de réalisation décrites ci-dessus dans le procédé selon l'une des variantes de réalisation décrites ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est formé d'un seul polymère et en ce qu'il comporte des canaux longitudinaux ouverts sur l'extérieur qui ont une disposition en hélice, notamment pour le transfert de l'humidité. Dans une variante, le filament comprend un canal longitudinal interne d'isolation thermique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples de réalisation suivants, cités à titre non limitatif, et illustrés dans les figures ci-après : - les figures 1 et 2 sont des photographies de coupes transversales respectivement du coton et de la viscose ; - les figures 3A et 3B sont des photographies des coupes transversales de filaments comportant quatre canaux longitudinaux selon l'état de la technique ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de filière selon la présente invention comportant un groupe de quatre orifices de filage ; - les figures 5A et 5B sont des photographies des coupes transversales des filaments obtenus selon la présente invention après différents procédés de texturation. Le taux de rétention en eau déminéralisée du coton est de l'ordre de 45% à 55% de son poids sec pour 90% à 110% pour la viscose (fibre à base de cellulose régénérée). Les coupes transversales de ces fibres représentées aux figures 1 et 2 montrent, notamment pour la viscose, qu'elles comportent de nombreux canaux à leurs surfaces, et sont très poreuses notamment pour le coton. Le coton et la viscose ont une capacité de rétention en eau due à leur structure mais également aux nombreuses fonctions hydrophiles, notamment hydroxylées (-OH), présentes le long des structures des chaines macromoléculaires. Le taux de reprise en eau des fibres synthétiques est inférieur à 10% en masse de leurs poids secs. Leur faible capacité de rétention en eau est due à leur structure puisque les fibres synthétiques étant extrudées ont généralement une surface sensiblement ovale, mais aussi à la présence de fonctions hydrophobes le long de leurs chaînes macromoléculaires. Les figures 3A et 3B représentent des coupes transversales de filaments tétra lobés synthétiques à base de polyester, c'est-à-dire comportant au moins quatre canaux longitudinaux externes parallèles aux axes longitudinaux des filaments. Les figures 3A et 3B représentent les mêmes filaments, la seule différence est le procédé de texturation. A la figure 3A les filaments ont subi un procédé de texturation par jet d'air, également connu sous la marque Taslan� moins agressif, mais plus onéreux, que le procédé par fausse torsion fixée dont les filaments obtenus sont représentés en coupe transversale à la figure 3B. On dit que les filaments sont taslanisés. Les filaments représentés aux figures 3A et 3B présentent des propriétés d'absorption en eau améliorées par rapport à des fibres synthétiques ayant une section transversale sensiblement circulaire. La figure 4 représente en coupe transversale une filière 7 selon la présente invention. Les quatre orifices de filage, référencés de 1 à 4, du groupe 6 sont répartis autour de l'axe central A de la filière 7 depuis le premier orifice 1 jusqu'au quatrième orifice 4. A chaque orifice de filage correspond un sous- filament extrudé. Les surfaces [mm2] des sections transversales des orifices de filage sont décroissantes dans le sens trigonométrique T. La surface de la section transversale du quatrième orifice 4 est inférieure ou égale à 95% de la surface du troisième orifice 3 et ainsi de suite jusqu'au deuxième orifice 2 ayant une surface inférieure ou égale à 95% de la surface du premier orifice 1. Dans cet exemple précis, les quatre orifices de filage 1 à 4 ont une forme allongée et courbe, assimilable à la forme obtenue par le déplacement d'un trou circulaire selon un arc de cercle. A chaque orifice de filage correspond un arc de cercle. Ainsi pour le premier orifice 1, l'arc de cercle est la courbe la. L'angle au centre de l'arc de cercle correspondant au troisième orifice 3 est supérieur d'au moins 15°, de préférence supérieur ou égale à 30° à celui du premier orifice 1. L'angle alpha 1 au centre de l'arc de cercle correspondant au quatrième orifice 4 est supérieur ou égal à 90°, dans cet exemple précis de l'ordre de 90°. Les orifices de filage ainsi agencés permettent l'obtention d'un filament ayant en section transversale la structure représentée aux figures 5a et 5B. La figure 5B représente des filaments taslanisés et la figure 5A représente des filaments ayant subit une texturation par fausse torsion fixée. On distingue bien sur la figure 5A, la présence d'un canal longitudinal interne 5 à chaque filament pouvant faire office de canal d'isolation thermique, étant donné que chaque filament comporte plus de trois sous filaments. Par ailleurs, on distingue également au moins quatre canaux longitudinaux ouverts sur l'extérieur pouvant servir notamment au transfert de l'humidité. On remarque que la disposition d'un canal donné débouchant en surface d'un filament correspondant à un canal externe diffère d'une section transversale à l'autre sur la longueur du filament, moyennant quoi le canal longitudinal a une disposition qui n'est pas parallèle à la direction longitudinale dudit filament, et une disposition générale en hélice selon la direction longitudinale dudit filament. A titre d'exemple, les fils multifilamentaires représentés aux figures 5A et 5B ont un titrage de 110 dtex et comporte 68 brins par fil. La filière comporte ainsi dans cet exemple précis 68 groupes ayant chacun 4 orifices de filage tels que représentés à la figure 4. Bien sûr, la finesse du fil multifilamentaire et le nombre de filaments ne sont pas limités et sont déterminés classiquement selon notamment les paramètres de la filière, le débit du polymère fondu et la vitesse d'étirage. La structure de ces filaments est ainsi proche de celle d'une fibre naturelle, telle que le coton, d'où une forte capacité de retenir et de véhiculer l'humidité. De plus, les fils multifilamentaires étant obtenus à partir d'un ou plusieurs polymères synthétiques, ils conservent une faible attractivité chimique pour l'eau et donc de bonnes propriétés d'évaporation de celle-ci. Les vitesses d'étirage et la torsion attribuée lors de la texturation sont celles connues de l'état de la technique pour le filage de fils multifilamentaires synthétiques. La présente invention offre ainsi un réel avantage industriel car elle permet de travailler dans les mêmes conditions industrielles que pour le filage de fils synthétiques classiques, ce qui assure une productivité et une rentabilité standards. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un filament comprenant sur au moins une portion de sa longueur au moins un canal longitudinal de transfert de l'humidité et/ou d'isolation thermique comprenant une première étape de filage par voie fondue dans laquelle au moins un polymère est fondu et extrudé à travers une filière (7) comportant un groupe (6) d'orifices de filage (1,2,3,4) pour former des sous-filaments dudit polymère et une deuxième étape au cours de laquelle lesdits sous-filaments sont rassemblés, étirés, refroidis et solidifiés pour former un filament, caractérisé en ce que, la filière ayant n orifices (1,2,3,4), avec n égal ou supérieur à 2, au cours de la première étape, la vitesse d'écoulement en sortie de la filière (7) de chaque sous-filament donné est différente de celle des (n-1) autres sous-filaments. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de vitesse d'écoulement entre les n sous-filaments est obtenue par extrusion dudit polymère fondu à travers des orifices de filage (1,2,3,4) présentant en section transversale des surfaces différentes [mm2]. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au cours de la deuxième étape, au moins trois sous-filaments rassemblés délimitent entre eux un canal longitudinal interne (5) au filament. 4. Procédé de fabrication d'un fil multifilamentaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au cours de la première étape, au moins un polymère fondu est extrudé à travers plusieurs groupes (6) d'orifices de filage (1,2,3,4) d'une filière (7) en faisceau de filaments. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième étape comprend, après l'étirage, une opération de texturation du ou des filaments obtenus, notamment par fausse torsion ou par jet d'air. 6. Filière d'extrusion (7) pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication selon la revendication 2, comprenant au moins un groupe (6) de n orifices (1,2,3,4), avec n égal ou supérieur à 2, pour la fabrication d'un filament, caractérisé en ce que, les n orifices étant répartis autour de l'axe central (A) de la filière (7) depuis le premier jusqu'au nième orifice, les surfaces des sections transversales desdits orifices sont décroissantes du premier au nième orifice. 7. Filière (7) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de la section transversale du nième orifice est inférieure ou égale à 95% de la surface du (nième-1) orifice. 8. Filière (7) selon l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les n orifices (1,2,3,4) ont une forme allongée et courbe, assimilable à la forme obtenue par le déplacement d'un trou circulaire selon un arc de cercle, en ce que l'angle au centre de l'arc de cercle correspondant au (nième-1) orifice est supérieur d'au moins 15°, de préférence supérieur ou égal de 30° à celui du nième orifice, et en ce que l'angle au centre de l'arc de cercle correspondant au nième orifice est supérieur ou égal à 90°. 9. Filament, obtenu par la mise en oeuvre de la filière (7) selon l'une quelconques des revendications 6 à 8 dans le procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il est formé d'un seul polymère et en ce qu'il comporte des canaux longitudinaux ouverts sur l'extérieur qui ont une disposition en hélice, notamment pour le transfert de l'humidité. 10 Filament, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 3 à 5, comprenant un canal longitudinal interne (5) d'isolation thermique.