BE512778A - - Google Patents

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BE512778A
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acrylonitrile
spinning
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fibers
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/18Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide

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Description

       

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  PROCEDE   DE,FABRICATION   DE FIBRES.EN   POLYMERES-D'ACRYLONITRILE   ET
PRODUIT OBTENU PAR CE PROCEDE. 



   ' La présente invention est relative au procédé de filage de poly- mères d'acrylonitrile contenant au moins 85 % d'acrylonitrile en poids et plus particulièrement à la préparation de fils et fibres élastiques à partir de polymères fondus plastifiés, 
Le polyacrylonitrile et les copolymères d'acrylonitrile dans lesquels au moins 85 % en poids du polymère sont constitués par   l'acryloni-   trile sont connus depuis quelque temps. Ils possèdent des qualités physi- ques et chimiques recherchées, y compris la solidité et l'insolubilité dans les solvants communs, tels que l'eau, l'alcool méthylique ou éthylique, l'a- cétone, l'éther éthylique, l'acétate d'éthyle, les solvants hydrocarbonés, les hydrocarbures chlorés, etc., et sont insensibles à ces solvants.

   Les po- lymères à poids moléculaire élevé nécessaires à la fabrication d'articles de forme définie ayant d'excellentes qualités physiques peuventrêtre ùtili- sés dans des solutions dont la concentration peut atteindre 25 % dans les opé- rations de filage effectuées à sec ou non. Dans le cas des préparations de fils, les vitesses de filage sont limitées par la vitesse d'évaporation du. solvant dans le cas du filage à sec et par la vitesse de coagulation du poly- mère dans le filage dans un bain   appropriée La   formation d'articlespar des procédés d'extrusion dé matière fondue est cependant extrêmement difficile parce que le polyacrylonitrile   (ANP)   contenant au moins 85 % en poids   d'acry-   lonitrile ne peut pas être fondu sans décomposition. 



   Les procédés utilisant l'extrusion de la matière fondue con- nus avant cette invention nécessitaient les deux opérations séparées, celle de filage suivie de celle d'étirage et   les'fibres   sans solvant dans l'état où elles se trouvaient immédiatement après filage étaient peu soli- des et n'étaient pas susceptibles d'être utilisées comme matière textile sauf pour des usages spéciaux tant qu'elles n'avaient pas été étirées. La téna- - cité du fil après filage était de 0,5 à   0,8   gpd aux allongements pouvant at- teindre 10 %. Par allongement durant lequel   l'orientation   s'effectue suivant 

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 l'axe principal, on obtient des fibres utilisables ayant une ténacité pou- vant atteindre 4   à   6 gpd.

   Par contre, des fils ne contenant'sensiblement pas de solvants produits suivant le présent procédé peuvent être utilisés directement. 



   Il est bien évident que la mise au point d'un procédé utilisant l'extrusion de la matière fondue et permettant de produire'des fils utilisa- bles tels quels après filage constituerait un progrès économique considéra- ble. L'élimination de la nécessite de procéder à l'étirage après   l'opéra-   tion normale de filage entraînerait une économie considérable à la fois en main d'oeuvre et en équipement et conduirait à une augmentation appréciable de la production. De plus, pour une capacité de production donnée, un es- pace moindre serait nécessaire puisqu'on pourrait supprimer l'espace utilisé actuellement pour l'étirage du fil. 



     On   a fait un grand effort en ce qui concerne la recherche des- tinée à découvrir et à développer un produit de substitution de la laine na- turelle qui donnerait satisfaction. On a soumis diverses fibres synthétiques à divers traitements à la fois mécaniques et chimiques pour essayer d'en mo- difier les propriétés de telle façon qu'elles puissent remplacer la   laine.   



  On a discuté longuement la possibilité d'utiliser un équipement destiné   à pro-   duire de la fibranne et de la faire onduler ainsi que divers procédés chimi- ques ou thermiques relatifs au traitement des fibres synthétiques, en essayant d'obtenir les caractéristiques qui sont normalement celles de la laine natu- relle. Toutefois en aucun cas il n'a été possible de considérer de tels pro- duits synthétiques comme des produits analogues à la laine, si ce n'est du point de vue de leur aspect extérieur. Un grand et nouveau champ d'utilisa- tion s'ouvrirait devant la fibre synthétique qui pourrait être transformée par tissage en étoffe ayant le toucher, l'élasticité, la capacité de ne pas se plisser, la consistance, la chaleur et d'autres propriétés qui sont nor- malement celles des tissus de laine finement tissés. 



   La présente invention vise entre autre à fournir un procédé permettant de convertir les polymères d'acrylonitrile normalement infusibles en fibres et fils qui sont solides tels quels après filage et ne nécessitent pas d'étirage après filage. L'invention vise également à fournir un procédé permettant de filer à grande vitesse les fibres de polymères d'acrylonitrile de denier textile et de fournir des fils qui possèdent la capacité d'ondu-   ler.'spontanément   en fournissant un produit ayant le toucher, l'élasticité et la capacité de ne pas se plisser propres à une laine fine. Un autre but de l'invention est de transformer le fil obtenu par filage et ne présentant pas les caractéristiques de la laine en matériau comparable à la laine. 



  D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre. 



   Les buts de l'invention sont atteints par l'extrusion à travers un orifice. de forme appropriée et débouchant dans une matière inerte d'un mélange d'un polymère d'acrylonitrile comprenant au moins 85 % en poids d'a- crylonitrile et de 30 à 60 % d'un plastifiant du polymère d'acrylonitrile, le matériau extrudé étant refroidi jusqu'à sa solidification sous forme de fibres, lesquelles sont amincies par enroulement ou entraînement des fi- bres solidifiées dans la direction du poste suivant à une vitesse qui, me- surée après que les fibres ont été complètement solidifiées, est égale à au moins 30 fois la vitesse d'éjection. Les mélanges sont extrudés dans l'air à la température ambiante et la solidification a lieu rapidement tan- dis que les filaments sont éloignés de la filière à la vitesse désirée, puis lavés pour éliminer les plastifiants.

   Les fibres et les fils de grande solidité obtenus par filage sont relâchés dans cet état et on les laisse se rétrécir à une température comprise entre 90 C environ et 200 C environ. 



  Le matériau obtenu ondule spontanément et présente l'élasticité caractéristi- que de la laine fine. 



   Dans la préparation des fils élastiques et utilisables suivant l'invention, le procédé général suivant est utilisé. Le polymère est mélan- gé avec un plastifiant approprié, par exemple dans un mélangeur Banbury, ou un mélangeur à pâte, de façon à obtenir un mélange de concentration solide voulue, c'est-à-dire entre   40   et 70   %   en poids de polymère. Ce mélange qui 

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 constitue un solide à la température ambiante est fondu et est pompé à l'ai- de d'une pompe de dosage du type communément utilisé dans l'industrie texti- le des matières synthétiques à travers un filtre et des filières d'où il dé- bouche dans de l'air qui est également à la température ambiante.

   Les fila- ments extrudés se refroidissent et se solidifient par passage dans l'air et sont pris en charge après solidification par un dispositif qui les entraîne à une vitesse égale à au moins 30 fois celle d'éjection. La vitesse dë fi-- lage c'est-à-dire la vitesse du fil en un point où la solidification complè- te a déjà eu lieu,, quand on ne constate plus' de réduction en denier; doit être supérieure à   914   m par minute et peut atteindre   6400   m par minute et plus. Il,est évident que la vitesse d'un courant de polymère extrudé ne se- ra pas la même pendant qu'il est à l'état fluide ou semi-fluide qu'au point où il est enroulé ou entraîné. Le rapport de la vitesse d'enroulement à la vitesse d'éjection sera appelé dans la suite, rapport filage-étirage.

   Il peut être calculé à partir de l'égalité R = VdA , égalité dans laquelle R      est égal au rapport filage-étirage, V est la vitesse des filaments solides en centimètres par minute, d est la densité du mélange fondu en grammes par cm3,   A   est la surface du trou de la filière en cm2, 1 est la vitesse d'extrusion en   grammes   par minute à travers le trou de la filière. 



   Le dispositif d'entraînement des filaments peut comprendre'une roue à grande vitesse, un rouleau ou un rouleau pinceur, un jet d'air ou d'autres dispositifs analogues. Sous l'impulsion imprimée par le disposi- tif   d'entraînement   les filaments s'allongent dans l'intervalle compris entre la filière et le point de solidification complète. L'inertie du matériau et la résistance de l'air environnant semblent provoquer une traction suffi- sante- sur les filaments pour provoquer l'orientation des molécules du poly- mère dans la zone de solidification.

   Dans cette zone on peut voir que les filaments accélèrent leur vitesse et deviennent des fibres tendues qui se déplacent à grande vitesse dans le sens de leur longueur, Le phénomène peut en outre être détecté en observant l'air entraîné avec les filaments à par- tir de la zone où la solidification commence. C'est l'orientation qui se produit en ce point qui explique certaines dès propriétés utiles du fil élas- tique filé suivant le procédé de l'invention. 



   Quand le mélange à base de polymères est extrudé dans l'air à température ambiante,, on laisse les filaments obtenus se déplacer sur au moins 50 à 75 cm avant d'atteindre le dispositif d'entraînement afin d'assu- rer leur complète solidification. Quand cette distance est inférieure à 50 cm on peut obtenir les filaments fondus avec un procédé de filage normal sous tous les autres rapports parce que le temps de refroidissement est insuffi- sant.

   Cette distance peut être raccourcie et des vitesses plus considérables atteintes en soufflant avec précaution de l'air sur les filaments juste sous la filière, 
Dans la préparation de la   fibranne,   les filaments provenant de la filière sont amenés à un dispositif de coupage à grande vitesse après le- quel la fibranne est extraite pour en évacuer le solvant et chauffée à une température comprise entre environ 90 et environ   1000C   à l'état relâché. 



   Tous les fibres et fils préparés suivant la présente invention possèdent la capacité d'onduler spontanément. Ce terme est appliqué ici au genre d'ondulation qui apparaît dans les fibres obtenues suivant le procédé de l'invention quand les fibres sont relâchées après avoir été chauffées à une haute température sous une tension faible ou sans tension et il y a lieu de distinguer cette ondulation de celle obtenue par des moyens mécaniques. 



   En général, on observe une ondulation spontanée quand les fils et les fibres sont chauffés à environ 100 C à l'intérieur de'la zone plus large mentionnée plus haut., c'est-à-dire comprise entre 190 et 200 C. On laisse les filaments se rétrécir jusqu'à ce que les fibres commencent à ondu- ler spontanément et généralement dans une mesure aussi importante que possi- ble. Ceci a lieu généralement très vite. 



   Les moyens convenant pour   le 'chauffage   dans la phase du procédé. 

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 où l'on obtient l'ondulation comprennent l'air   chaud, 'l'eau   chaude ou   bôuil-   lente,la vapeur saturée ou surchauffée et diverses solutions chaudes qui exercent une action plastifiante douce sur les filaments. Ce traitement   à--   chaud stabilise également le fil et augmente le degré de cristallisation tout en réduisant le rétrécissement résiduel. Dans la préparation de fibranne, le fil chargé de solvant provenant du dispositif de coupage est amené à céder son solvant puis est relâché à une température comprise entre 90 C et   200 C,   ou encore l'extraction du solvant et le relâchement peuvent avoir lieu simul- tanément, par exemple dans de l'eau chaude. 



   Les fils et fibres préparés suivant l'invention outre qu'ils ressemblent à la laine du fait de leur ondulation possèdent la propriété-de la laine qu'il est peut être le plus difficile de reproduire, à"savoir son élasticité. Cette propriété n'est pas facilement mesurable quantitativement,- mais on peut la définir dans une large mesure par trois paramètres importants; le module initial de traction, la récupération après tension, et le rapport de déformation. 



   Le "module initial de traction" représenté par le symbole   Mi   est défini par la pente de la première portion sensiblement droite de la courbe tension-déformation de la matière à structure funiculaire obtenue en portant la tension en ordonnée et l'allongement en abscisse, quand on allonge la ma- tière à raison de 10 % par minute dans des conditions de température et d'hu- midité normales (21 C et 60 % RH). Presque toujours cette première portion sensiblement droite de la courbe est également celle dont la pente est-la plus prononcée. Les valeurs utilisées ici sont exprimées en KGs par mm2 pour 100% d'allongement. 



   Le module initial de traction Mi est une mesure de la résistance à l'extension et au pliage. Les effets du module propre au filament se font sentir dans, un tissu quand on le plie ou qu'on le froisse dans la main ou qu'on le manipule de quelque autre manière. Si le coefficient est trop faible le tissu est "comme du caoutchouc" ou "mou"; s'il est trop fort le tissu est ri- gide ou raide. Quand ce coefficient a une valeur convenable on obtient un tissu moelleux. On a tenté de compenser les effets consécutifs au fait que le coefficient d'un tissu donné se trouve en dehors des limites propres à la laine par un ajustage convenable du diamètre du filament.

   Mais chaque fois que l'on s'est écarté des dimensions habituelles du diamètre des filaments de la laine il en est résulté un effet nuisible sur les propriétés telles que la souplesse ou la capacité de retour à la forme initiale après pliage. Les propriétés des filaments sont dépend presque exclusivement la résistance du tissu au pliage sont le module initial et le diamètre, et la gamme des diamè- tres convenables semble être limitée à ceux qui sont caractéristiques de la laine. On obtient des tissus ayant un toucher semblable à celui de la laine quand les fibres ont un module initial compris dans la gamme des modules de la laine. 



   La "récupération après traction" (TR) est définie comme étant la mesure dans laquelle le fil reprend sa longueur initiale après extension, une courbe tension-déformation étant utilisée pour déterminerla récupération après tension dans les conditions de l'essai. L'essai consiste à étirer une structure funiculaire à une allure constante de 10 % par minute. Un échan- tillon est maintenu à l'allongement maximum désiré pendant 30 secondes, par exemple en employant un interrupteur temporisé. Puis on laisse cet échan- tillon se rétracter à la vitesse même à laquelle il a été allongé. Le même échantillon est allongé de 1,3 et 5 % pour chaque détermination. L'allonge- ment durant l'étirement et la récupération pendant la rétraction sont mesurés suivant l'axe de l'allongement.

   Le "récupération après traction" est alors le rapport de la longueur à laquelle le fil revient et de celle à laquelle il avait été allongé. Cet essai est effectué dans les conditions standard de 60 % R.H. et de 21 C. 



   Il est bien connu que la résistance à la formation de plis et au froissage et la capacité de retourner à l'état lisse après chaque forma- tion de plis, qui sont inévitables, sont des caractéristiques extrêmement recherchées dans les tissus destinés à la confection de vêtements. La "ré- 

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   cupération   après trection" est dans une large mesure liée à l'existence de cesqualités. 



   La "récupération après traction!! après un allongement de   1%   cor- respond à la capacité du tissu de reprendre son aspect initial après un plis- sage modéré et, ainsi que l'on pouvait s'y attendre, la "récupération après traction" après des allongements plus considérables correspond à la capacité du tissu de revenir à son état initial après un froissage plus poussé compor- tant la formation de plis très prononcés. Dans ce cas on peut substituer les mots "résistance à " aux mots "récupération après" puisque la résistance au plissage ou au froissage correspond à un retour très rapide-et très com- plet   à   l etat initial après plissage ou chiffonnage, quand la force qui les provoque a disparu. 



   Le "rapport de déformation" (GR) est lié à la forme de la cour- be tension-déformation et constitue une mesure de la déformation en fonction de l'allongement.   La   déformation est définie comme étant l'allongement divisé par l'effort en kg/mm2. Les systèmes de Hook pour lesquels la courbe tension- déformation est une ligne droite ont une déformation égale pour tous les al- longements; pour de tels systèmes le changement du toux ou rapport de défor- mation est nul. D'autre part, l'une des qualités les plus importantes de la laine est sa tendance vers des taux de déformation plus élevés à mesure qu'el- le est progressivement déformée. C'est cette propriété qui fait que la lai- ne a un toucher à la fois moelleux et ferme.

   Cette.propriété est mesurée par .détermination de l'allure moyenne à laquelle le taux de déformation change dans la zone des allongements comprise entre 5 et 10 % et est calculé par la formule suivante 
CR = 1/5 (10/tension pour un allongement de 10% -5/tension pour un allongement de 5 %) 
La courbe tension-déformation de la laine comporte deux régions nettement différentes consistant d'une part en une portion initiale dans laquelle la résistance à la déformation est relativement grande et d'autre part en une portion subséquente dans laquelle la résistance diminue réguliè- rement d'une façon importante. C'est pour cette raison qu'un tissu de lai- ne qui est ferme et élastique au toucher devient doux et mou quand il a été écrasé plusieurs fois dans la main.

   Parmi les fibres naturelles ce compor- tement double ne se rencontre que dans les fibres de laine et autres poils d'animaux (et non dans la soie,le coton, etc...) et il constitue une des caractéristiques les plus intéressantes et les plus précieuses de la laine. 



   En utilisant les procédés de mesure de l'élasticité de la lai- ne qui viennent d'être décrits, on a trouvé que les trois paramètres ci- dessus des meilleures laines pour vêtements externes sont compris dans les limites suivantes 
Mi = 110 à 550 kg/mm2 
CR =   0,05   à   0,17     TR   = 55 % et plus pour des allongements de 3   %.   



   Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir des fils et fibres synthétiques qui ont l'élasticité de la laine comprise dans les limites ci-dessus. En outre, ces fibres synthétiques ont l'élasticité désirée sur toute la longueur de la fibre. Ceci est obtenu par l'in- vention parce que les filaments subissent un traitement uniforme sur tou- te leur longueur durant leur formation et le traitement subséquent. 



   La production d'ondulations réduit également la ténacité et le module initial de traction (Mi) et augmente le rapport de défor- mation   (CR).   L'effet exercé sur la valeur de Mi devient important aux grandes vitesses de filage. Fréquemment des fils filés à des vites- ses voisines de 4570 m/m auront initialement des valeurs de Mi qui dépassent les limites désirées. Cependant après l'opération d'ondulation spontanée, la valeur de Mi diminue suffisamment pour être comprise dans ces limites. 



  Cette réduction de la valeur de Mi peut être accentuée en créant des condi- 

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 tions de relâchement plus prononcées que celles normalement utilisées, par exemple en ayant recours au traitement par la valeur, le glycol, la glycéri- ne ou l'huile minérale à 160 -200 C et/ou en faisant durer le traitement plus longtemps. 



   Le procédé suivant l'invention sera mieux compris en se référant aux exemples qui suivent. Ces exemples n'ont aucun caractère limitatif. 



  Les proportions et pourcentages sont exprimés en poids à moins d'indication contraire. 



     EXEMPLE   1,, 
Cinquante trois parties d'un copolymère contenant 95 % en poids d'acrylonitrile et 5 % en poids dé 2-vinyl-pyridine (viscosité intrinsèque   1;45)   et 47 parties de N-acétyl-morpholine sont mélangées pour former une poudre humide, puis malaxées dans un mélangeur Banbury pendant quinze minu- tes à faible vitesse en faisant circuler dans la chambre du mélangeur de l'eau à 30 C. Le mélange se transforme pendant la première minute en une masse résineuse, semblableà du caoutchouc malaxé et sa   température* monte   à environ 100 C à'la fin de ce cycle en raison de la chaleur dégagée pen- dant le malaxage du mélange.

   Le mélange de consistance caoutchouteuse est ensuite retiré du mélangeur et placé dans un cylindre de filage   sous'pres-   sion équipé d'un vérin et d'un piston afin de pouvoir appliquer une pression au mélange et d'un réchauffeur extérieur commandé par 'thermostat. Une filiè- re en acier inoxydable ayant un trou de 0,25 mm, contrôlée par un'thermostat indépendant, est fixée dans la portion inférieure du cylindre. Avec une tem- pérature de   130 G   dans le cylindre, de   16800   à la filière et une pression de 105   kg/cm2   exercée sur la masse et donnant un débit de   1,8   grammes¯par minu- te, le fil est tiré par un aspirateur à jet d'air à une vitesse de 2742 m. par minute et ramassé sur un tamis.

   Le fil est soumis à l'état détendu pen- dant une nuit à un lavage à eaux courantes, froide et doucé, puis centrifuge et séché pendant une heure à   125 G.   On le fait ensuite bouillir dans une solution de savon aqueux à 0,1 %, on le rince dans l'eau'et le sèche à l'é- tat détendu à 55 C. Le denier sec final est de 4,4 et le fil a une ténacité de 1,6 grammes par denier pour un allongement de rupture de   28%.   Son élas- ticité correspond à un module initial de 441 kg/mm2, un rapport de dé- formation de 0,077 et une récupération après traction de 73% d'un allonge- ment de 3%. 



     EXEMPLE   II. - 
Les résultats d'une série d'expériences sont résumés dans le ta- bleau ci-joint. La première colonne du tableau indique le polymère utilisé, le polyacrylonitrile étant l'homopolymère de l'acrylonitrile; le copolymère A désigne un copolymère contenant   95 %   d'acrylonitrile et 5 % de 2-vinyl-pyri- dine; le copolymère B désigne un copolymère contenant   97 %   d'acrylonitrile et 3 % d'acide méthacrylique; le copolymère C désigne un copolymère conte-   nant 95 % d'acrylonitrile et 5 % d'acrylate de méthyle ; lecopolymère D dé-   signe un copolymère contenant   96,8 %   d'acrylonitrile et 3,2 % de styrène; le copolymère E indique un copolymère contenant   96,8-%   d'acrylonitrile et   3,2 %   de méthacrylonitrile;

   le copolymère F désigne un copolymère conte- nant 95 % d'acrylonitrile et 5   %   de méthacrylate de méthyle. Les viscosi- tés intrinsèques ont été obtenues à partir de solutions diluées de polymè- res dans le   diméthylformamide.   

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  . TABLEAU I - 
 EMI7.1 
 
<tb> Polymè-
<tb> 
 
 EMI7.2 
 re ou G o- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ;12 : 13 14 polymère .A1TP 1,05 mM3 52 10/0,25 1,00 1251 72 503,8 1,20 13, 3 491 0, 073 60 Il 1,05 EC 58 10/0,25 1,00 1902 115 3o 2,7 1,35 15,0 451 0,067 63 1, 05 EC 65 10/0,25 0, 95 4.61 89 30 3, 9 1, 21 18,2 400 0,075:65 " 0,77 DMF 54 5/0,25 0,60 5299 158 45 2,2 1,91 15,3 455- 0,064!62 A 1, 05 TMS 54 7/0,36 5, 00 1902 46,5 30 25,C:05 28,0 236 oil 70 z00 'IM3 58 5/0,25 3,00 6399 123 2,9 1,80 20,2 451 0,056:62 Il 1,05 TMS 58 40/0,25 0,67 1737 149 50 2,5 l,51 34,0 338 0,100 67 B 0,90 IMS 58 3/0,25 3,10 3657 68 50 5,2 1,42 32,0 410 0,071:64 C 1,03 'IM3 58 3/0,25 1,93 3930 121 50 3,0 1553 32,7 381 D 0,96 ES 58 5/0,25 0,98 2193 135 50 2,7 1,49 35,1 321 E 0, 97 7MS 53 5/0,25 0, 90 1278 94 50 3, 9 0, 99 31, 2 287 F 1,08 FMS 58 3/0,25 1,33 2376 108 50 3,4 1,37 30;

  ? 363   1. -   Viscosité intrinsèque   2, -   Plastifiant   3. - %   polymère 
4.- Trous de la filière/dimensions en millimètres 
5. - Débit gramme/minute/trou 
6. - Vitesse de filage mètres/minute. 



   7. - Rapport d'extension 
8. - Température d'extraction en degrés C 
9. - Denier/filament 
10.- Ténacité grammes/denier   11.- %   Allongement de rupture 
12.- Module initial de traction (kg/mm2) 
13.- Rapport de déformation 
14.- Récupération après traction 
Trois plastifiants différents ont été utilisés; TMS désigne le sulfone cyclique de tétraméthylène; EC représente la-carbonate cyclique' 
 EMI7.3 
 d'éthylène; DMF symbolise le N.,N-diméthylformamide. Plusieurs filières ayant de trois à quarante trous sont utilisées, le diamètre étant - généra- lement de 0,25 mm. La vitesse du débit est enregistrée en gramme de mélan- ge par trou et par minute. La vitesse de filage ou point de rassemblage est représentée en mètres par minute.

   Le rapport d'extension (ou rapport filage-étirage) a été calculé à partir de l'égalité   R= Vd A  définie plus 
W haut. La densité des polymères d'acrylonitrile utilisée dans ces expérien- ces est de l,14   (g/cm3).   



   Pendant que le polymère est agité dans le mélangeur à pâte, le plastifiant est introduit dans le mélangeur sous forme d'une fine pous- sière. Le prémélange ainsi obtenu est constitué par une poudre à gros grains.,, légèrement humide. Un appareil Royle standard-à extruder les matières plas- tiques, doté d'une vis de dosage est utilisé pour convertir le prémélange pulvérulent en une masse résineuse et pour doser le débit de la masse à tra- vers le filtre à sable vers la filière. La portion arrière de l'appareil à extruder est maintenue sensiblement au niveau de la température d'intérieur normale pour éviter que le prémélange ne s'agglutine prématurément, ce qui 

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 aurait pour conséquence de rendre l'alimentation difficile. La portion avant de l'appareil à extruder est chauffée à environ 155 C.

   Un adapteur conté- nant les filtres et la filière est fixé sur l'avant de l'appareil à extruder et est maintenu à la température de filage, c'est-à-dire à 190 C. Le filtre consiste en une couche supérieure de 12,5 mm de sable de grosseur correspon- dant aux tamis de 60 à 80 mailles et une couche inférieure de 12,5 mm de sa- ble correspondant aux tamis de 100 à 150 mailles (normes américaines). - 
Le prémélange ainsi obtenu est amené dans la trémie de l'appa- reil à extruder. La vis tournant à dix tours par minute environ, le prémé- lange est transformé en pâte et débité sous une pression d'environ 562 kg/cm2 à la filière. Les filaments extrudés sont passés à travers un jet d'air qui en accélère le mouvement jusqu'à la vitesse désirée. Un couteau volant est utilisé pour couper la fibranne à 75mm de longueur.

   Celle-ci est rassemblée dans un panier et transportée en un chargement vers un bain destiné à en . extraire l'eau. Comme indiqué au tableau ci-joint, les températures d'ex- traction vont de la température ambiante à celle de 50 C, l'extraction du- rant une heure. A la suite de l'extraction la fibranne est bouillie dans l'eau pendant une heure; pendant l'ébullition elle prend spontanément l'on- dulation. 



   Les résultats rassemblés dans le tableau ci-dessus montrent que le procédé suivant l'invention est applicable à la fois aux homopoly- mères et aux copolymères d'acrylonitrile avec d'autres monomères polymérisa- bles   éthyléniqùement   non saturés dans toute une   gamme   de compositions avec divers plastifiants pour les polymères. Les conditions de filage de la mas- se gommeuse fournie et une vitesse du fil conduisant à des rapports d'allon- gement supérieurs à 30 couvrent une large zone. Les propriétés d'élasticité des produits-obtenus sont bien comprises dans la gamme de celles de la laine finie. La résistance à la traction de ces produits est généralement plus élevée pour un taux d'allongement élevé au filage. 



   Quoique des brevets des Etats-Unis nos. 2.404.714 à   2.404.722   du 4 Novembre   1944,     2.404.723   du 10 Novembre   1944.,     2.404.724   à   2.404.726   du 18 Novembre 1944 et   2.404.727   du 14 Décembre   1944   indiquent que les solvants des polymères de polyacrylonitrile et d'acrylonitrile contenant au moins   85%   en poids d'acrylonitrile constituent des plastifiants pour ces polymères, il n'y est pas indiqué, ni ailleurs non plus, que le filage de ces corps à l'état fondu est possible.

   Les polymères utilisés suivant l'invention ont un point de fusion tellement élevé et sont si peu fluides que le filage de ces polymères à l'état fondu a été longtemps considéré comme impossible et les essais d'extruder des polymères contenant au moins 85 % d'acrylonitrile à travers de très petits orifices d'une filière avaient échoué jusqu'à présent. 



   En outre une solution d'un polymère du type utilisé dans la pré- sente invention dans un solvant a des propriétés différentes de celles d'une solution comparable du même polymère dans un solvant de type différent. Quand des solutions de polyacrylonitrile, dans la diméthylformamide d'une part et dans le carbonate cyclique d'éthylène d'autre part, sont comparées du point de vue de leur utilité en ce qui concerne le filage, à 100 C environ (comme par exemple pour le filage humide dans un bain aqueux chaud et dilué), on trouve qu'on doit utiliser une concentration en polymère beaucoup plus faible dans une solution de carbonate cyclique d'éthylène que dans une solution de   diméthylformamide.   Alors qu'un contenu de   22 %   de polymère convient par exem- ple dans le cas de ce dernier solvant,

   13 % seulement par exemple doivent être utilisés dans le cas du premier pour obtenir une solution d'une égale visco- sité. Cette différence subsiste dans les masses fondues de cette invention. 



  Le diméthylformamide est un plastifiant plus efficace que le carbonate d'éthy- lène et le mélange diméthylformamide-polymère doit contenir un pourcentage beaucoup plus important de polymère que le mélange carbonate d'éthylène-poly- mère de mê viscosité. La stabilité des polymères ainsi que le changement des propriétés de la solution ne permettaient pas de prévoir la réalisation d'une fluidité convenable des mélanges polymères-plastifiants qui sont soli- des aux températures ordinaires. Il est vraiment surprenant que tous les mélanges de cette invention peuvent être filés l'état fondu dans les mêmes 

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 conditions générales. 



   Pour ce procédé de filage de masses fondues, la concentration de solides dans la pâte de filage peut être de l'ordre de 40 à 70 % en poids. 



  Les mélanges ayant des concentrations en solides plus élevées, c'est-à-dire de plus de   70 %   de polymère d'acrylonitrile, ont été filés, mais les filages à grande vitesse s'effectuent avec des concentrations inférieures à 70 %. 



  Il est également difficile d'obtenir l'homogénéité nécessaire pour obtenir un filage donnant satisfaction en utilisant un mélange plus concentré. Tan- dis que les mélanges ayant un taux de polymère réduit à 40 % ont été filés par le procédé suivant l'invention, il y a peu d'intérêt à utiliser des quan- tités plus importantes de plastifiants. En fait, quand la concentration én polymère est moindre que   45 %   en poids, les filaments tendent à devenir col- lants et s'agglutinent l'un à l'autre à moins d'être revêtus de talc avant assemblage. Par conséquent la concentration préférée en polymère de la pâ- te de filage est comprise entre 50 à 58   %.   



   Les filaments préparés suivant le procédé de l'invention   s'adap-   tent bien à la forme du trou de la filière. Ainsi on obtient des filaments ronds avec des filières ordinaires à trou circulaire. Ceci contraste avec les résultats obtenus lorsqu'on utilise la même filière pour le filage humi- de ou pour le filage sec   d'une   solution de polymère   d'acrylonitrile.   Le fi- lage sec produit généralement des filaments qui sont "en forme d'os de chien" en coupe, tandis que les filaments obtenus par filage humide sont généralement crénelés. On peut obtenir de la friction entre filaments en produisant des filaments qui ne sont pas ronds en coupe, en utilisant des filières à trous non circulaires.

   Par exemple on obtient des filaments par filage de la pâte à filer utilisée suivant l'invention à travers une filière ayant cinq trous cruciformes (croix large de 0,8 mm, épaisseur des bras 0,076 mm), La filière se comporte très bien aux vitesses égales à celles utilisées avec des filiè- res à trous ronds, les filaments ne collant pas aux bords et on obtient des filaments donnant en coupe une étoile. Lorsque ces filaments sont traités à l'état de fibranne, ils sont nettement plus rugueux comparativement aux fi- laments ronds qui sont lisses. 



   Il est préférable de chauffer la'pâte de filage aux températures comprises entre 100 et   150 C   avant qu'elle n'arrive à la filière. Pour ob- tenir le meilleur filage la filière devrait être maintenue à une température de 140 à 205 C et de préférence à 180-190 C. Il y a lieu d'utiliser de la pression pour amener le polymère en solution à la pompe de dosage, Par exem- ple on a essayé de filer une pâte à   45%   de polymère avec un équipement à   fi--   1er standard en utilisant une grille chauffée pour faire fondre la matière en avant de la pompe. Cependant la matière ne s'écoulerait pas par gravité à travers une grille chauffée, même si elle.était maintenue à   155 C   pendant deux heures. Une température plus élevée produirait un assombrissement rapide.

   Les pâtesfiler de l'invention ont des caractéristiques "d'enrou- lement non-newtonien"' et s'écoulent facilement seulement sous un cisaille- ment considérable. Les pressions nécessaires pour l'alimentation en pâte de filage dépendant essentiellement du filtre. Des pressions de   3,5   kg/cm2 et jusqu'à 775 kg/cm2 peuvent être utilisées pour obtenir un bon filage sui- vant l'efficacité de filtrage qu'on veut avoir. Quand on utilise un filtre formé de gros sable, de très basses pressions seulement sont nécessaires, par exemple de moins de 3,5   kg/cm2.   Il y a lieu de filtrer la masse fondue et la pression nécessaire pour le filage doit bien entendu être réglée pour obtenir le débit voulu. 



   On utilise des mélanges bien homogénéisés pour obtenir un bon- filage. Toute technique de mélange usuelle peut être utilisée; par exemple, on peut mélanger pendant 15 à 30 minutes environ, à l'aide d'un équipement tel le mélangeur Banbury aux températures comprises entre 30 et 100 C. Quand on utilise des polymères d'acrylonitrile difficilement solubles, contenant au moins 85% en   poids-d'acrylonitrile,   les mélanges qui durent moins longtemps ne donnent pas l'homogénéité voulue pour obtenir un bon filage rapide. D'au- tre part, si le mélange dure plus d'une heure cela conduit à une décomposi- tion excessive et à une coloration indésirable. Le procédé décrit dans l'exem- 

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 ple II donne tout satisfaction.

   Il est d'autre part possible de produire des mélanges hautement concentrés d'acrylonitrile de poids moléculaire élevé dans le plastifiant en polymérisant le monomère d'acrylonitrile dans une-dis- persion du plastifiant. Des mélanges intimes polymère-plastifiant sont ob- tenus directement. Ce procédé de polymérisation élimine la-nécessité dé réa- liser le mélange et évite la décomposition et la décoloration qui accompagnent le mélange. 



   Parmi les nombreux plastifiants qu'on peut utiliser pour obtenir les mélanges solides suivant l'invention, destinés à être filés ensuite à l'état fondu, on peut citer les corps   suivants :   N-acétyl morpholine; carbo- nate d'éthylène cyclique; sulfone de   tétraméthylène   cyclique; N,N-diméthyl- formamide; N,N-diméthyl-acétamide;   N-méthyl-N-cyanoéthylformamide,   sulfite d'éthylène, N,N-diméthyl hydroxyacétamide; N,N-diméthylméthoxyacétamide; N-formylhexaméthylène imine; p-phénylène   diamine;   m et p-nitro-phénol, succi-   nonitrile,     glyconitrile;   anhydride succinique; anhydride diglycolique;

   N,N'- diformylpipérazine, et toutes substances décrites comme solvants dans les brevets des Etats-Unis   2.404.714   à   2.404.   727 inclusivement, cités plus haut, et tout mélange de substances précitées. 



   Les mélanges de tous les plastifiants de cette invention peu- vent être utilisés ; par exemple,les mélanges de butyrolactone et de carbona- te d'éthylène ont été utilisés dans la préparation de la pâte à filer suivant   l'invention.   



   Par polymère d'acrylonitrile contenant au moins   85%: en   poids d'a- crylonitrile on entend   l'homopolymère   polyacrylonitrile et'les copolymères d'acrylonitrile dans lesquels au moins 85% en poids dérivent d'acrylonitrile. 



  Dans les copolymères, les 15% restant dérivent des monomères copolymérisables avec l'acrylonitrile. Ces derniers sont généralement des monomères éthylé-   nique¯ment   non saturés tels que les substances suivantes :  styrène, ;méthyl-   vinyl-cétone, esters d'acides métacrylique et acrylique, halogénures de viny- le et de vinylidène, tels que chlorure de vinyle, fluorure de vinyle, chlo- rure de vinylidène, fluorure de   vinylidène,   chlorofluorure de   vinylidène,   cyanure de vinylidène, butadiène , vinyl-pyridine-acrylamide, et les amides acryliques N-mono et   di-substitués.   Les polymères peuvent être préparés par un   les   procédés bien connus de polymérisation tel que ceux décrits dans les bre- vets aux Etats-Unis nos.

   2.436.926 du 2 Février 1945,   2.486.241   du 17 Septem- bre   1945,     2.491.471   du 25 Février 1948 et   2.546.238   du 18 Février 1948. Les monomères sont ajoutés durant la polymérisation comme réactifs et dans cette invention on peut utiliser des copolymères à deux ou trois composants et mê- me plus. Egalement, on peut polymériser séparément des monomères non acrylo- nitrile et les mélanger avec les polyacrylonitriles. Dans les deux cas la quantité de modificateur dans le produit polymère final ne doit pas excéder 15 % en poids. 



   Bien entendu, il est reconnu que les conditions de température de concentration, de pression, etc..., varieront quelque peu suivant le plas- tifiant et les   pôlymères   utilisés, mais généralement les conditions utilisées sont sensiblement les mêmes. La concentration de solide dans le mélange est comprise entre 40 à 70 % du mélange. Les températures utilisées sont compri- ses entre   140   et   23CPC   environ. Il est préférable de procéder au filage aux températures inférieures à 200 C et on utilise généralement les températures d'environ 180 C à 190 C. Dans tous les cas, il est préférable de préparer le mélange aussi rapidement que possible et à une température aussi basse que possible afin d'éviter la décomposition et la décoloration.

   Dans tous les cas le mélange extrudé est amené à se   solidifier'rapidement   sans enlève- ment appréciable de solvant. L'extrusion est généralement effectuée dans une atmosphère inerte, telle que l'air à une température généralement basse, par exemple la température ambiante. Bien entendu, on peut utiliser des tempéra- tures plus élevées ou plus basses, mais cela ne procure aucun avantage dans cette invention. Les filaments sont alors lavés et chauffés tandis qu'on les laissé se rétrécir librement, à environ 90 C jusqu'à   20CPC   pendant un court laps de temps. 



   Le mélange peut être effectué en une demi-heure environ dans un 

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 mélangeur Banbury aux températures comprises entre 6000 environ   et -8000 - ,   environ. Quand on utilise le procédé suivant l'invention, la viscosité intrinsèque et les poids moléculaires des polymères diminuent considérable- ment. Si on utilise des polymères d'un poids moléculaire élevé (50.000 ou plus), cette réduction aide au filage.

   Si le poids moléculaire est plus'bas les mélanges   peuvent"être   préparés en répandant les polymères dans une cham- bre de mélange contenant le polymère à la température ambiante. ' Le mélange est alors transmis à la filière à l'aide d'un dispositif   d'extrûsion     à.vis,   chauffé à 100-130 C et une très faible réduction du poids moléculaire et dé la viscosité ont lieu. Suivant l'invention, la viscosité du mélange'est de préférence comprise entre environ 1.000 et environ 4.0000 poises,à une tem- pérature de filage d'environ 180 C. Les poids moléculaires des polymères sont compris entre 20.000 environ et 50.000 environ-et la viscosité intrin- sèque calculée suivant le procédé Staudinger est comprise entre 0,5 et 1,6 environ. 



   Tant que le rapport filage-étrange, tel que défini plus haut, est   màintenu   à 30 ou au-dessus, la vitesse de filage peut varier dans de larges limites, suivant les caractéristiques exactes qu'on désire donner aux fils obtenus. En général, la vitesse minima pour obtenir un produit qui ressemble à la laine et ait une ténacité d'au moins 1 gr. par denier sera de 914 m par minute. Des vitesses de filage plus importantes donnent un fil ayant une ténacité plus grande et un rétrécissement plus faible et des vi- tesses allant jusqu'à   $.400   m/minute ont été réalisées. Des fibres qui'ont l'apparence et l'élasticité de la laine après relaxation dans l'eau chaude ou l'air chaud sont obtenues pour toutes les vitesses de filage depuis 914   m/minute   et au-dessus.

   Une caractéristique-critique est constituée par le rapport filage-étirage. Si ce rapport est inférieur à 30, les produits ob- tenus n'ont pas la solidité et l'élasticité désirables. 



   Les vitesses de filage essentielles à ce procédé peuvent être obtenues de plusieurs manières. Une bobine entraînée, une canette à gran- de vitesse et un jet d'air peuvent être utilisés comme dispositifs de ten- sion et d'entraînement dans lequel le fil combiné avec d'autres fils pour former un câble peut être entraîné directement vers un dispositif de cou- page en fibranne ou le dispositif ondulateur sans enroulement intermédiai- re. 



   Le plastifiant peut être évacué du fil obtenu en l'enduisant d'un solvant qui dissout ce plastifiant sans dissoudre le fil. L'eau est généralement préférée pour extraire le plastifiant pour des raisons   économi-   ques, mais on peut employer d'autres substances telles que acétone, alcool, éther, hydrocarbures chlorés,   etc...   Il est parfois avantageux de donner un certain fini aux fils ou à la fibranne durant leur processus d'extraction en incorporant une faible quantité de pr o duits de finition dans la liqueur d'extraction. Les propriétés finales ne sont pratiquement pas affectées par la température d'extraction, tant que celle-ci est inférieure à 80 C en-   viron.

   Des températures dépassant 80 C produisent généralement un fil ayant une ténacité plus réduite, un module initial plus bas et un rapport de dé-   formation légèrement plus élevé. Quoique ces fils soient utilisables et aient les propriétés de la laine, les températures plus élevées ne sont pas utilisées. 



  En général l'extraction est effectuée avec de l'eau à 50 C, puisque cela per- met d'avoir un fil ayant des qualités meilleures et que le procédé est moins coûteux. 



   Les fibres préparées suivant ce procédé peuvent être amenées à onduler spontanément par traitement à l'état relâché dans l'eau à   90 0, envi-   ron jusqu'à   100 C   environ, ou dans l'air chauffé de 95 C environ à 200 C en- viron. Les fibres qui se rétrécissent de 15 à 30 % ondulent bien quand elles sont supportées sur une surface continue par exemple sur une courroie en mouvement dans un four.

   Le procédé préféré d'ondulation est de supporter les fibres par un courant d'air chauffé à une température de 95 à   200 C.   Ce procédé d'ondulation est hautement efficace et rapide et permet de faire onduler d'une manière satisfaisante en quelques secondes les fibres ayant des rétrécissements pouvant descendre jusqu'à   3 %   et d'autre part atteindre 

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 30 % et plus. Un procédé commode est de souffler la fibranne à travers un tube pneumatique alimenté à l'air chaud à une température d'environ 150 C. 



  Un autre procédé commode est d'exposer les fibres à une pluie d'eau chaude pendant quelques secondes. 



   Lès fibres préparées suivant ce procédé non   seulement repr.o-   duisent l'apparence des fibres de laine fine, mais ont également leurs ca- ractéristiques importantes en ce qui concerne le module initial de traction, la récupération après traction et le rapport de déformation, -Cela permet de produire à l'aide de ces fibres un tissu semblable à la laine, un tel tis- su étant élastique et ferme au toucher., et cependant doux et mou quand il a été fortement froissé dans la main. Ces fibres et fils en matériau à base de polymère d'acrylonitrile possèdent en outre une solidité et une résistan- ce à l'usure supérieures à celles des fibres de laine et-ne sont pas atta- quées par les mites.. 



   Les tissus obtenus avec ces fibres sont agréables, résistent au chiffonnage, drapent bien et gardent bien le pli qu'on leur   imprime.   



  Ils sont remarquablement peu sensibles à l'eau et aux changements du degré -d'humidité. Les emplois auxquels ils se prêtent une fois transformés en tis- sus dépassent en nombre ceux de la laine. Ils sont utilisables,   en'partieu-   lier sous forme de fibranne, pour les feutres de   divers,types,   y compris les feutres utilisés par les fabricants de papier, tapis, vêtements d'homme et de dame, costumes de bain, sweaters, fil à tricoter, comme chaîne dès servie t- tes de toilette,   etc...   



   Les tissus pour costumes fabriqués à partir de fibranne de fibres suivant l'invention sont particulièrement remarquables. Il sont équivalents au meilleur des meilleurs tissus de laine du point de vue de la résistance au froissement, de la capacité de revenir à l'état antérieur après chiffonna- ge et conservation de plis obtenus au' fer à repasser.   Le$   pantalons peuvent être nettoyés par lavage dans un laveur automatique après quoi ils sont suspendus pour être séchés; ils ne se rétrécissent pas de façon apprécia- ble, conservent leurs plis originaux et ne nécessitent pas de repassage. 



   Cette invention fournit un procédé hautement utile et économique pour la préparation de fibres et fils à partir de polymères d'acrylonitrile, ces fils possédant des qualités physiques hautement désirablement et une gran- de valeur commerciale. Contrairement aux techniques de filage à sec, le pro- cédé suivant l'invention entraîne une dépense réduite de solvant et ne né- cessite pas de cellule chauffée: les investissements sont plus réduits; le rendement est accru et la manutention réduite. L'orientation par étirage sub- séquent à chaud est éliminée. Les mêmes avantages existent comparativement aux techniques de filage humide. Les vitesses sont plus considérables et les frais sont réduits si les plastifiants sont utilisés en quantités relati- vement faibles et que le bain de coagulation n'est pas nécessaire.

   Il est possible de filer des fils de faible denier à de très grandes vitesses par extrusion de la masse visqueuse ou plastifiée à travers des filières sous une pression relativement élevée. En outre le procédé convient particulièrement à la préparation de filaments ayant des sections de forme particulière, car les filaments prennent mieux la forme de l'orifice que dans le filage à sec ou le filage humide, utilisant des orifices ayant ce genre de forme. En fait la conformation est meilleure que celle obtenue dans le filage de masses fon- dues non plastifiées comme c'est le cas pour le "nylon". Le procédé permet également l'utilisation de plastifiants à point d'ébullition élevé qui sont des solvants mais ne sont pas particulièrement utiles pour le filage à sec à cause de leur point d'ébullition,élevé. 



   La description qui précède montre que l'invention procure un procédé direct très rapide pour le filage des polymères d'acrylonitrile dans des conditions telles que les fibres et fils ondulent spontanément de façon à donner la structure élastique désirée. Le procédé donne ce résultat sans nécessiter d'étirage subséquent. Les fibres et fils peuvent passer direc- tement du filage au lavage et à l'opération qui en provoque l'ondulation de façon à former en une opération continue des fibres et des fils hautement utiles, 

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  PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF FIBERS IN POLYMERS-ACRYLONITRILE AND
PRODUCT OBTAINED BY THIS PROCESS.



   The present invention relates to the process for spinning acrylonitrile polymers containing at least 85% acrylonitrile by weight and more particularly to the preparation of elastic threads and fibers from molten plasticized polymers,
Polyacrylonitrile and acrylonitrile copolymers in which at least 85% by weight of the polymer is acrylonitrile have been known for some time. They possess desirable physical and chemical qualities, including strength and insolubility in common solvents, such as water, methyl or ethyl alcohol, acetone, ethyl ether, ethyl acetate, hydrocarbon solvents, chlorinated hydrocarbons, etc., and are insensitive to these solvents.

   The high molecular weight polymers required for the manufacture of articles of defined shape having excellent physical qualities can be used in solutions up to 25% in concentration in spinning operations carried out dry or not. . In the case of yarn preparations, the spinning speeds are limited by the evaporation rate of the. solvent in the case of dry spinning and by the coagulation rate of the polymer in the spinning in a suitable bath The formation of articles by melt extrusion processes is however extremely difficult because the polyacrylonitrile (PNA) containing at least 85% by weight of acrylonitrile cannot be melted without decomposition.



   The processes using the extrusion of the molten material known before this invention required the two separate operations, that of spinning followed by that of drawing, and the solvent-free fibers in the state they were immediately after spinning were little. solid and were not suitable for use as a textile material except for special purposes until they had been stretched. The tenacity of the yarn after spinning was 0.5 to 0.8 gpd at elongations up to 10%. By elongation during which the orientation takes place according to

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 the main axis yields usable fibers with a tenacity of up to 4 to 6 gpd.

   On the other hand, yarns which do not substantially contain solvents produced according to the present process can be used directly.



   It is evident that the development of a process which utilizes the extrusion of the molten material and enables the production of usable yarns as such after spinning would constitute a considerable economic advance. Eliminating the need for drawing after the normal spinning operation would result in a considerable saving in both labor and equipment and would lead to a substantial increase in production. In addition, for a given production capacity, less space would be necessary since it would be possible to eliminate the space currently used for drawing the wire.



     A great effort has been made in the research to discover and develop a satisfactory substitute for natural wool. Various synthetic fibers have been subjected to various treatments, both mechanical and chemical, in an attempt to modify their properties in such a way that they can replace wool.



  The possibility of using equipment for producing fibran and waving it, as well as various chemical or thermal processes relating to the treatment of synthetic fibers, has been discussed at length, trying to obtain the characteristics which are normally present. those of natural wool. However, in no case has it been possible to regard such synthetic products as wool-like products, except from the point of view of their external appearance. A great and new field of use would open up for synthetic fiber which could be transformed by weaving into a fabric having the feel, elasticity, non-wrinkling ability, consistency, warmth and others. properties which are normally those of finely woven woolen fabrics.



   The present invention aims, among other things, to provide a process for converting the normally infusible acrylonitrile polymers into fibers and threads which are solid as they are after spinning and do not require drawing after spinning. The invention also aims to provide a process for the high speed spinning of the fibers of acrylonitrile polymers of textile denier and to provide yarns which have the ability to wave spontaneously, providing a product having the feel. the elasticity and the ability not to wrinkle characteristic of fine wool. Another aim of the invention is to transform the yarn obtained by spinning and which does not have the characteristics of wool into a material comparable to wool.



  Other characteristics will result from the description which follows.



   The objects of the invention are achieved by extrusion through an orifice. of suitable shape and opening into an inert material of a mixture of an acrylonitrile polymer comprising at least 85% by weight of acrylonitrile and from 30 to 60% of a plasticizer of the acrylonitrile polymer, the material extruded being cooled to solidification as fibers, which are thinned by winding or entraining the solidified fibers in the direction of the next station at a rate which, measured after the fibers have been completely solidified, is equal at least 30 times the ejection speed. The mixtures are extruded in air at room temperature and solidification takes place rapidly as the filaments are drawn away from the die at the desired speed and then washed to remove plasticizers.

   The fibers and yarns of high strength obtained by spinning are relaxed in this state and allowed to shrink at a temperature between about 90 ° C and about 200 ° C.



  The material obtained undulates spontaneously and exhibits the characteristic elasticity of fine wool.



   In preparing the elastic threads which can be used according to the invention, the following general process is used. The polymer is mixed with a suitable plasticizer, for example in a Banbury mixer, or dough mixer, so as to obtain a mixture of the desired solid concentration, i.e. between 40 and 70% by weight of polymer. This mixture which

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 constitutes a solid at room temperature is melted and is pumped with the aid of a metering pump of the type commonly used in the textile industry of synthetics through a filter and dies from which it dissolves. - mouth in air which is also at room temperature.

   The extruded filaments cool and solidify by passage in air and are taken up after solidification by a device which drives them at a speed equal to at least 30 times that of ejection. The spinning speed, that is, the speed of the yarn at a point where complete solidification has already taken place, when no further reduction in denier is observed; must be greater than 914 m per minute and can reach 6400 m per minute and more. Obviously, the speed of a stream of extruded polymer will not be the same while it is in a fluid or semi-fluid state as at the point where it is coiled or driven. The ratio of the winding speed to the ejection speed will hereinafter be called the spin-draw ratio.

   It can be calculated from the equality R = VdA, equality in which R is equal to the spin-draw ratio, V is the speed of solid filaments in centimeters per minute, d is the density of the molten mixture in grams per cm3, A is the area of the die hole in cm2, 1 is the extrusion speed in grams per minute through the die hole.



   The filament drive device may include a high speed wheel, a nip roller or roller, an air jet, or the like. Under the impulse imparted by the driving device the filaments elongate in the interval between the spinneret and the point of complete solidification. The inertia of the material and the resistance of the surrounding air seem to cause sufficient traction on the filaments to cause orientation of the polymer molecules in the solidification zone.

   In this area it can be seen that the filaments accelerate their speed and become stretched fibers which move at high speed in the direction of their length. The phenomenon can further be detected by observing the air entrained with the filaments from from the area where solidification begins. It is the orientation which occurs at this point which explains some of the useful properties of the elastic yarn spun according to the process of the invention.



   When the polymer-based mixture is extruded in air at room temperature, the resulting filaments are allowed to move for at least 50 to 75 cm before reaching the driving device in order to ensure their complete solidification. . When this distance is less than 50 cm, the molten filaments can be obtained with a normal spinning process in all other respects because the cooling time is insufficient.

   This distance can be shortened and higher speeds achieved by carefully blowing air over the filaments just below the die,
In the preparation of the fibranne, the filaments coming from the spinneret are fed to a high-speed cutting device after which the fibranne is extracted to remove the solvent therefrom and heated to a temperature between about 90 and about 1000 ° C. relaxed state.



   All of the fibers and yarns prepared according to the present invention have the ability to wave spontaneously. This term is applied here to the kind of corrugation which appears in the fibers obtained by the process of the invention when the fibers are released after being heated to a high temperature under low tension or without tension and it is to be distinguished this undulation from that obtained by mechanical means.



   In general, spontaneous crimping is observed when the yarns and fibers are heated to about 100 ° C within the larger area mentioned above, that is, between 190 and 200 ° C. allows the filaments to shrink until the fibers begin to undulate spontaneously and usually to as great an extent as possible. This usually happens very quickly.



   Means suitable for heating in the process phase.

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 where the ripple is obtained include hot air, hot or boiling water, saturated or superheated steam and various hot solutions which exert a mild plasticizing action on the filaments. This heat treatment also stabilizes the yarn and increases the degree of crystallization while reducing residual shrinkage. In the preparation of fibranne, the yarn loaded with solvent coming from the cutting device is caused to give up its solvent and is then released at a temperature between 90 C and 200 C, or else the extraction of the solvent and the release can take place simul. - temporarily, for example in hot water.



   The yarns and fibers prepared according to the invention, besides resembling wool because of their corrugation, possess the property of wool which is perhaps the most difficult to reproduce, namely its elasticity. It is not easily quantitatively measurable, - but it can be defined to a large extent by three important parameters; the initial tensile modulus, the recovery after tension, and the strain ratio.



   The "initial tensile modulus" represented by the symbol Mi is defined by the slope of the first substantially straight portion of the stress-strain curve of the material with a funicular structure obtained by taking the tension on the y-axis and the elongation on the x-axis, when the material is stretched at a rate of 10% per minute under normal temperature and humidity conditions (21 ° C. and 60% RH). Almost always this first substantially straight portion of the curve is also that of which the slope is the most pronounced. The values used here are expressed in KGs per mm2 for 100% elongation.



   The initial tensile modulus Mi is a measure of resistance to extension and bending. The effects of the filament's own modulus are felt in a fabric when it is folded or crumpled in the hand or otherwise manipulated. If the coefficient is too low the fabric is "like rubber" or "soft"; if it is too strong, the fabric is stiff or stiff. When this coefficient has a suitable value, a soft fabric is obtained. Attempts have been made to compensate for the effects resulting from the fact that the coefficient of a given fabric is outside the limits specific to wool by a suitable adjustment of the diameter of the filament.

   However, whenever one deviates from the usual dimensions of the diameter of the wool filaments, this has resulted in a deleterious effect on properties such as flexibility or the ability to return to the original shape after folding. The properties of the filaments are almost exclusively dependent on the resistance of the fabric to folding, the initial modulus and the diameter, and the range of suitable diameters appears to be limited to those characteristic of wool. Fabrics having a wool-like feel are obtained when the fibers have an initial modulus within the range of wool moduli.



   "Tensile recovery" (TR) is defined as the extent to which the wire returns to its original length after extension, a stress-strain curve being used to determine recovery after tension under test conditions. The test consists of stretching a funicular structure at a constant rate of 10% per minute. A sample is maintained at the maximum desired elongation for 30 seconds, for example by employing a time switch. This sample is then allowed to retract at the same rate at which it was stretched. The same sample is extended by 1.3 and 5% for each determination. The elongation during stretching and recovery during retraction are measured along the axis of the elongation.

   The "recovery after pull" is then the ratio of the length to which the wire returns and that to which it had been stretched. This test is carried out under the standard conditions of 60% R.H. and 21 C.



   It is well known that resistance to creasing and creasing and the ability to return to a smooth state after each crease formation, which is unavoidable, are highly desirable characteristics in fabrics intended for the manufacture of clothing. clothing. The "re-

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   cuperation after trection "is to a large extent linked to the existence of these qualities.



   "Pull recovery !! after 1% elongation is the ability of the tissue to return to its original appearance after moderate wrinkling and, as might be expected," pull recovery. "after more considerable elongations corresponds to the capacity of the fabric to return to its initial state after a more thorough wrinkling involving the formation of very pronounced folds. In this case the words" resistance to "can be substituted for the words" recovery after " "since the resistance to creasing or creasing corresponds to a very rapid and very complete return to the initial state after creasing or crumpling, when the force which causes them has disappeared.



   The "strain ratio" (GR) is related to the shape of the stress-strain curve and is a measure of strain as a function of elongation. Deformation is defined as the elongation divided by the force in kg / mm2. Hook systems for which the stress-strain curve is a straight line have equal strain for all lengthenings; for such systems the change in cough or strain ratio is zero. On the other hand, one of the most important qualities of wool is its tendency towards higher deformation rates as it is progressively deformed. It is this property that makes wool feel both soft and firm.

   This property is measured by determining the average rate at which the rate of deformation changes in the zone of elongations between 5 and 10% and is calculated by the following formula
CR = 1/5 (10 / tension for an elongation of 10% -5 / tension for an elongation of 5%)
The tension-deformation curve of wool has two distinctly different regions consisting on the one hand of an initial portion in which the resistance to deformation is relatively high and on the other hand of a subsequent portion in which the resistance decreases steadily. 'an important way. It is for this reason that a woolen fabric which is firm and elastic to the touch becomes soft and soft when it has been crushed several times in the hand.

   Among natural fibers this double behavior is only found in wool fibers and other animal hair (and not in silk, cotton, etc.) and it constitutes one of the most interesting and most interesting characteristics. most valuable wool.



   Using the methods of measuring wool elasticity just described, it has been found that the above three parameters of the best outer garment wools are within the following limits.
Mi = 110 to 550 kg / mm2
CR = 0.05 to 0.17 TR = 55% and more for elongations of 3%.



   The process according to the invention makes it possible to obtain synthetic threads and fibers which have the elasticity of wool within the above limits. In addition, these synthetic fibers have the desired elasticity along the length of the fiber. This is achieved by the invention because the filaments undergo uniform treatment along their entire length during their formation and subsequent processing.



   The production of corrugations also reduces toughness and initial tensile modulus (Mi) and increases the strain ratio (CR). The effect exerted on the value of Mi becomes important at high spinning speeds. Frequently yarns spun at speeds in the region of 4570 m / m will initially have values of Mi which exceed the desired limits. However, after the spontaneous undulation operation, the value of Mi decreases sufficiently to be included within these limits.



  This reduction in the value of Mi can be accentuated by creating

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 more pronounced loosening effects than those normally used, for example by resorting to the treatment with value, glycol, glycerine or mineral oil at 160 -200 C and / or by prolonging the treatment longer.



   The process according to the invention will be better understood by referring to the examples which follow. These examples are in no way limiting.



  The proportions and percentages are expressed by weight unless otherwise indicated.



     EXAMPLE 1 ,,
Fifty three parts of a copolymer containing 95% by weight of acrylonitrile and 5% by weight of 2-vinyl-pyridine (intrinsic viscosity 1; 45) and 47 parts of N-acetyl-morpholine are mixed to form a wet powder, then kneaded in a Banbury mixer for fifteen minutes at low speed, circulating in the mixer chamber water at 30 C. The mixture turns during the first minute into a resinous mass, similar to kneaded rubber and its temperature. * rises to about 100 ° C at the end of this cycle due to the heat given off during mixing of the mixture.

   The rubbery consistency mixture is then withdrawn from the mixer and placed in a spinning cylinder under pressure equipped with a cylinder and a piston in order to be able to apply pressure to the mixture and to an external heater controlled by thermostat. . A stainless steel die with a 0.25 mm hole, controlled by an independent thermostat, is fixed in the lower portion of the cylinder. With a temperature of 130 G in the cylinder, 16,800 at the die and a pressure of 105 kg / cm2 exerted on the mass and giving a flow rate of 1.8 grams ¯ per minute, the wire is pulled by a air jet vacuum cleaner at a speed of 2742 m. per minute and picked up on a sieve.

   The yarn is subjected in the relaxed state overnight to washing with running water, cold and gentle, then centrifuged and dried for one hour at 125 G. It is then boiled in a solution of aqueous soap at 0. 1%, rinsed in water and dried in a relaxed state at 55 C. The final dry denier is 4.4 and the yarn has a tenacity of 1.6 grams per denier for elongation. breakage of 28%. Its elasticity corresponds to an initial modulus of 441 kg / mm2, a deformation ratio of 0.077 and a tensile recovery of 73% at an elongation of 3%.



     EXAMPLE II. -
The results of a series of experiments are summarized in the attached table. The first column of the table indicates the polymer used, the polyacrylonitrile being the homopolymer of acrylonitrile; the copolymer A denotes a copolymer containing 95% acrylonitrile and 5% 2-vinyl-pyridine; copolymer B denotes a copolymer containing 97% acrylonitrile and 3% methacrylic acid; copolymer C denotes a copolymer containing 95% acrylonitrile and 5% methyl acrylate; Copolymer D denotes a copolymer containing 96.8% acrylonitrile and 3.2% styrene; copolymer E indicates a copolymer containing 96.8-% acrylonitrile and 3.2% methacrylonitrile;

   copolymer F denotes a copolymer containing 95% acrylonitrile and 5% methyl methacrylate. The intrinsic viscosities were obtained from dilute solutions of polymers in dimethylformamide.

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  . TABLE I -
 EMI7.1
 
<tb> Polymer-
<tb>
 
 EMI7.2
 re or G o- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11; 12: 13 14 polymer .A1TP 1.05 mM3 52 10 / 0.25 1.00 1251 72 503.8 1.20 13, 3491 0 , 073 60 Il 1.05 EC 58 10 / 0.25 1.00 1902 115 3o 2.7 1.35 15.0 451 0.067 63 1.05 EC 65 10 / 0.25 0.95 4.61 89 30 3, 9 1, 21 18.2 400 0.075: 65 "0.77 DMF 54 5 / 0.25 0.60 5299 158 45 2.2 1.91 15.3 455-0.064! 62 A 1.05 TMS 54 7 / 0.36 5.00 1902 46.5 30 25, C: 05 28.0 236 oil 70 z00 'IM3 58 5 / 0.25 3.00 6399 123 2.9 1.80 20.2 451 0.056: 62 Il 1.05 TMS 58 40 / 0.25 0.67 1737 149 50 2.5 l, 51 34.0 338 0.100 67 B 0.90 IMS 58 3 / 0.25 3.10 3657 68 50 5.2 1, 42 32.0 410 0.071: 64 C 1.03 'IM3 58 3 / 0.25 1.93 3930 121 50 3.0 1553 32.7 381 D 0.96 ES 58 5 / 0.25 0.98 2193 135 50 2.7 1.49 35.1 321 E 0, 97 7MS 53 5 / 0.25 0, 90 1278 94 50 3, 9 0, 99 31, 2 287 F 1.08 FMS 58 3 / 0.25 1 , 33 2376 108 50 3.4 1.37 30;

  ? 363 1. - Intrinsic viscosity 2, - Plasticizer 3. -% polymer
4.- Die holes / dimensions in millimeters
5. - Flow rate gram / minute / hole
6. - Spinning speed meters / minute.



   7. - Extension report
8. - Extraction temperature in degrees C
9. - Denier / filament
10.- Tenacity grams / denier 11.-% Elongation at break
12.- Initial tensile modulus (kg / mm2)
13.- Deformation report
14.- Recovery after traction
Three different plasticizers were used; TMS denotes cyclic tetramethylene sulfone; EC stands for cyclic-carbonate '
 EMI7.3
 ethylene; DMF symbolizes N., N-dimethylformamide. Several dies having from three to forty holes are used, the diameter generally being 0.25 mm. The flow rate is recorded in grams of mix per hole per minute. The spinning speed or gathering point is represented in meters per minute.

   The extension ratio (or spin-draw ratio) was calculated from the equality R = Vd A defined more
W high. The density of the acrylonitrile polymers used in these experiments was 1.14 (g / cm3).



   While the polymer is agitated in the paste mixer, the plasticizer is introduced into the mixer as a fine dust. The premix thus obtained is constituted by a coarse-grained powder. ,, slightly moist. A standard Royle plastic extruder with a metering screw is used to convert the powdered premix into a resinous mass and to meter the flow of the mass through the sand filter to the die. . The rear portion of the extruder is kept substantially at normal indoor temperature to prevent the premix from prematurely agglutinating, which

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 would make feeding difficult. The front portion of the extruder is heated to approximately 155 C.

   An adapter containing the filters and the die is attached to the front of the extruder and is maintained at spinning temperature, i.e. 190 C. The filter consists of a top layer of 12.5 mm of sand corresponding to 60 to 80 mesh sieves and a lower layer of 12.5 mm of sand corresponding to 100 to 150 mesh sieves (American standards). -
The premix thus obtained is fed into the hopper of the extruder. With the screw rotating at about ten revolutions per minute, the premix is made into a paste and delivered under a pressure of about 562 kg / cm 2 to the die. The extruded filaments are passed through a jet of air which accelerates their movement to the desired speed. A flying knife is used to cut the fibranne to 75mm in length.

   This is collected in a basket and transported as a load to a bath intended for. extract the water. As indicated in the attached table, the extraction temperatures range from room temperature to that of 50 ° C., the extraction lasting one hour. Following the extraction, the fibran is boiled in water for one hour; during boiling it spontaneously takes on ripple.



   The results collated in the table above show that the process according to the invention is applicable both to homopolymers and to copolymers of acrylonitrile with other polymerizable ethylenically unsaturated monomers in a whole range of compositions with various plasticizers for polymers. The spinning conditions of the gummy mass supplied and a wire speed resulting in aspect ratios greater than 30 cover a wide area. The elasticity properties of the products obtained are well included in the range of those of the finished wool. The tensile strength of these products is generally higher for a high rate of spinning elongation.



   Although US Patents Nos. 2,404,714 to 2,404,722 of November 4, 1944, 2,404,723 of November 10, 1944, 2,404,724 to 2,404,726 of November 18, 1944 and 2,404,727 of December 14, 1944 indicate that the solvents of the polymers of polyacrylonitrile and d Acrylonitrile containing at least 85% by weight of acrylonitrile constitute plasticizers for these polymers, it is not indicated there, nor elsewhere either, that the spinning of these bodies in the molten state is possible.

   The polymers used according to the invention have such a high melting point and are so poorly fluid that the spinning of these polymers in the molten state has long been considered impossible and attempts to extrude polymers containing at least 85% d Acrylonitrile through very small orifices of a die had heretofore failed.



   Further, a solution of a polymer of the type used in the present invention in a solvent has different properties from those of a comparable solution of the same polymer in a different type of solvent. When solutions of polyacrylonitrile, in dimethylformamide on the one hand and in ethylene cyclic carbonate on the other hand, are compared from the point of view of their usefulness with regard to spinning, at about 100 C (as for example for wet spinning in a hot dilute aqueous bath) it has been found that a much lower polymer concentration must be used in a solution of ethylene cyclic carbonate than in a solution of dimethylformamide. While a content of 22% polymer is suitable for example in the case of the latter solvent,

   Only 13%, for example, should be used in the case of the first to obtain a solution of equal viscosity. This difference remains in the melts of this invention.



  Dimethylformamide is a more effective plasticizer than ethylene carbonate and the dimethylformamide-polymer mixture should contain a much greater percentage of polymer than the ethylene carbonate-polymer mixture of the same viscosity. The stability of the polymers as well as the change in the properties of the solution did not predict the achievement of proper fluidity of the polymer-plasticizer blends which are solid at ordinary temperatures. It is truly surprising that all of the blends of this invention can be melt spun in the same

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 terms and conditions.



   For this melt spinning process, the concentration of solids in the spinning paste can be of the order of 40 to 70% by weight.



  Blends with higher solids concentrations, i.e. more than 70% acrylonitrile polymer, have been spun, but high speed spinning is done with concentrations below 70%.



  It is also difficult to obtain the homogeneity necessary to obtain satisfactory spinning using a more concentrated mixture. While the blends having a polymer content reduced to 40% have been spun by the process according to the invention, there is little advantage in using larger amounts of plasticizers. In fact, when the polymer concentration is less than 45% by weight, the filaments tend to become tacky and stick together unless they are coated with talc prior to assembly. Hence the preferred polymer concentration of the spinning paste is between 50 to 58%.



   The filaments prepared according to the process of the invention adapt well to the shape of the hole in the die. Thus, round filaments are obtained with ordinary circular hole dies. This contrasts with the results obtained when the same die is used for the wet spinning or the dry spinning of an acrylonitrile polymer solution. Dry spinning generally produces filaments which are "dog bone shaped" in section, while wet spinning filaments are generally crenellated. Filament friction can be obtained by producing filaments which are not round in section, using dies with non-circular holes.

   For example, filaments are obtained by spinning the spinning paste used according to the invention through a die having five cruciform holes (cross 0.8 mm wide, arm thickness 0.076 mm), The die behaves very well at speeds equal to those used with round hole dies, the filaments not sticking to the edges and filaments are obtained which give a star in cross section. When these filaments are treated as a fibran they are significantly rougher compared to the round filaments which are smooth.



   It is preferable to heat the spinning dough to temperatures between 100 and 150 C before it reaches the die. To obtain the best spinning the die should be maintained at a temperature of 140-205 C and preferably at 180-190 C. Pressure should be used to bring the polymer in solution to the metering pump. For example, an attempt has been made to spin a 45% polymer paste with standard wire equipment using a heated grid to melt the material ahead of the pump. However, the material would not flow by gravity through a heated grid even if it were held at 155 ° C for two hours. Higher temperature would produce rapid darkening.

   The pastes of the invention have "non-Newtonian winding" characteristics and flow easily only under considerable shear. The pressures required for the supply of spinning paste depend essentially on the filter. Pressures of 3.5 kg / cm2 and up to 775 kg / cm2 can be used to achieve good spinning depending on the filtering efficiency desired. When using a coarse sand filter, only very low pressures are needed, eg less than 3.5 kg / cm2. The melt has to be filtered and the pressure required for the spinning must of course be adjusted to obtain the desired flow rate.



   Well homogenized mixtures are used to obtain good spinning. Any conventional mixing technique can be used; for example, it is possible to mix for about 15 to 30 minutes, using equipment such as the Banbury mixer at temperatures between 30 and 100 C. When using poorly soluble acrylonitrile polymers containing at least 85% by weight of acrylonitrile, the shorter-lasting blends do not give the desired homogeneity to achieve good, rapid spinning. On the other hand, if the mixing lasts longer than an hour it leads to excessive decomposition and undesirable coloring. The process described in the example

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 ple II gives full satisfaction.

   On the other hand, it is possible to produce highly concentrated mixtures of high molecular weight acrylonitrile in the plasticizer by polymerizing the acrylonitrile monomer in a dispersion of the plasticizer. Intimate polymer-plasticizer blends are obtained directly. This polymerization process eliminates the need for mixing and avoids the decomposition and discoloration which accompanies mixing.



   Among the many plasticizers which can be used to obtain the solid mixtures according to the invention, intended to be subsequently spun in the molten state, there may be mentioned the following substances: N-acetyl morpholine; cyclic ethylene carbonate; cyclic tetramethylene sulfone; N, N-dimethylformamide; N, N-dimethylacetamide; N-methyl-N-cyanoethylformamide, ethylene sulfite, N, N-dimethyl hydroxyacetamide; N, N-dimethylmethoxyacetamide; N-formylhexamethylene imine; p-phenylene diamine; m and p-nitro-phenol, succinitrile, glyconitrile; succinic anhydride; diglycolic anhydride;

   N, N'-diformylpiperazine, and all substances described as solvents in United States Patents 2,404,714 to 2,404. 727 inclusive, cited above, and any mixture of the aforesaid substances.



   Mixtures of all of the plasticizers of this invention can be used; for example, mixtures of butyrolactone and ethylene carbonate have been used in the preparation of the dough according to the invention.



   The term “acrylonitrile polymer containing at least 85%: by weight of acrylonitrile” is understood to mean the polyacrylonitrile homopolymer and the acrylonitrile copolymers in which at least 85% by weight are derived from acrylonitrile.



  In the copolymers, the remaining 15% is derived from monomers which can be copolymerized with acrylonitrile. The latter are generally ethylenically unsaturated monomers such as the following substances: styrene,; methyl-vinyl-ketone, esters of metacrylic and acrylic acids, halides of vinyl and vinylidene, such as vinyl chloride , vinyl fluoride, vinylidene chloride, vinylidene fluoride, vinylidene chlorofluoride, vinylidene cyanide, butadiene, vinyl-pyridine-acrylamide, and N-mono and di-substituted acrylic amides. The polymers can be prepared by one of the well known polymerization methods such as those described in US Patents Nos.

   2,436,926 of February 2, 1945, 2,486,241 of September 17, 1945, 2,491,471 of February 25, 1948 and 2,546,238 of February 18, 1948. Monomers are added during the polymerization as reagents and in this invention one can use two or three component copolymers and even more. Also, non-acrylonitrile monomers can be polymerized separately and mixed with the polyacrylonitriles. In both cases the amount of modifier in the final polymer product should not exceed 15% by weight.



   Of course, it is recognized that the conditions of temperature, concentration, pressure, etc., will vary somewhat depending on the plasticizer and the polymers used, but generally the conditions used are substantially the same. The concentration of solid in the mixture is between 40 to 70% of the mixture. The temperatures used are between 140 and 23CPC approximately. Spinning is best done at temperatures below 200 ° C and temperatures of around 180 ° C to 190 ° C are generally used. In any case, it is best to prepare the mixture as quickly as possible and at as low a temperature. as possible to avoid decomposition and discoloration.

   In all cases the extruded mixture is allowed to solidify quickly without appreciable removal of solvent. The extrusion is generally carried out in an inert atmosphere, such as air at a generally low temperature, for example room temperature. Of course, higher or lower temperatures can be used, but this provides no advantage in this invention. The filaments are then washed and heated while allowed to shrink freely, at about 90 ° C to 20CPC for a short time.



   Mixing can be done in about half an hour in a

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 Banbury mixer at temperatures between about 6000 and -8000 -, approx. When using the process according to the invention, the intrinsic viscosity and the molecular weights of the polymers decrease considerably. If high molecular weight polymers (50,000 or more) are used, this reduction helps spinning.

   If the molecular weight is lower the mixtures can be prepared by pouring the polymers into a mixing chamber containing the polymer at room temperature. The mixture is then passed to the die by means of a device. screw extrusion heated to 100-130 ° C. and a very small reduction in molecular weight and viscosity takes place. According to the invention, the viscosity of the mixture is preferably between about 1,000 and about 4,000 poise, at a spinning temperature of about 180 ° C. The molecular weights of the polymers are between about 20,000 and about 50,000 and the intrinsic viscosity calculated according to the Staudinger process is between about 0.5 and 1.6.



   As long as the spin-to-odd ratio, as defined above, is kept at 30 or above, the spinning speed can vary within wide limits, depending on the exact characteristics one wishes to give to the yarns obtained. In general, the minimum speed to obtain a product which resembles wool and has a tenacity of at least 1 gr. per denier will be 914 m per minute. Higher spinning speeds result in yarn having greater tenacity and lower shrinkage and speeds up to $ .400 m / min have been achieved. Fibers which have the appearance and elasticity of wool after relaxation in hot water or hot air are obtained at all spinning speeds from 914 m / min and above.

   One critical characteristic is the spin-draw ratio. If this ratio is less than 30, the products obtained do not have the desired strength and elasticity.



   The spinning speeds essential to this process can be achieved in several ways. A driven spool, a high speed bobbin and an air jet can be used as tensioning and driving devices in which the yarn combined with other yarns to form a cable can be drawn directly to a cable. fibranne cutting device or the corrugating device without intermediate winding.



   The plasticizer can be drained from the resulting yarn by coating it with a solvent which dissolves this plasticizer without dissolving the yarn. Water is generally preferred for extracting the plasticizer for economic reasons, but other substances such as acetone, alcohol, ether, chlorinated hydrocarbons, etc. can be used. Sometimes it is advantageous to give the finish a certain finish. yarns or fibranne during their extraction process by incorporating a small amount of finishing products in the extraction liquor. The final properties are hardly affected by the extraction temperature, as long as this is less than about 80 ° C.

   Temperatures above 80 ° C generally produce a yarn with lower tenacity, a lower initial modulus, and a slightly higher strain ratio. Although these yarns are usable and have the properties of wool, the higher temperatures are not used.



  In general, the extraction is carried out with water at 50 ° C., since this makes it possible to have a yarn having better qualities and because the process is less expensive.



   The fibers prepared by this process can be caused to wave spontaneously by treatment in the relaxed state in water at 90 ° C. to about 100 ° C., or in air heated from about 95 ° C. to 200 ° C. about. Fibers which shrink by 15-30% wave well when supported on a continuous surface, for example on a moving belt in an oven.

   The preferred method of corrugation is to support the fibers by a current of air heated to a temperature of 95 to 200 C. This method of corrugation is highly efficient and fast and enables satisfactory corrugation within seconds. fibers having shrinkages which can go down to 3% and on the other hand reach

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 30% and more. A convenient method is to blow the fibranne through a pneumatic tube supplied with hot air at a temperature of about 150 C.



  Another convenient method is to expose the fibers to a shower of hot water for a few seconds.



   The fibers prepared by this process not only reproduce the appearance of fine wool fibers, but also have their important characteristics in terms of initial tensile modulus, tensile recovery and strain ratio, --This enables a wool-like fabric to be produced with the aid of these fibers, such a fabric being elastic and firm to the touch, and yet soft and soft when it has been strongly crumpled in the hand. These fibers and yarns made of a material based on acrylonitrile polymer have moreover a strength and a resistance to wear superior to those of wool fibers and are not attacked by moths.



   The fabrics obtained with these fibers are pleasant, resist crumpling, drape well and keep the folds that are imprinted on them well.



  They are remarkably insensitive to water and to changes in humidity. The uses to which they lend themselves once transformed into fabric outnumber those of wool. They are suitable for use, in particular in the form of staple fibers, for felts of various types, including felts used by manufacturers of paper, rugs, men's and women's clothing, bathing suits, sweaters, yarn. to knit, as a chain as soon as you use toiletries, etc ...



   Particularly noteworthy are the costume fabrics made from the fiber staple according to the invention. They are equivalent to the best of the best woolen fabrics from the standpoint of wrinkle resistance, the ability to revert to the prior condition after crumpling and preservation of wrinkles obtained with an iron. The pants can be cleaned by washing in an automatic washer after which they are hung up to be dried; they do not shrink appreciably, retain their original folds and do not require ironing.



   This invention provides a highly useful and economical process for the preparation of fibers and yarns from acrylonitrile polymers, such yarns possessing highly desirable physical qualities and of great commercial value. Unlike dry spinning techniques, the process according to the invention results in a reduced expenditure of solvent and does not require a heated cell: the investments are lower; yield is increased and handling reduced. Subsequent hot stretch orientation is eliminated. The same advantages exist compared to wet spinning techniques. The speeds are greater and the costs are reduced if the plasticizers are used in relatively small amounts and the coagulation bath is not required.

   Low denier yarns can be spun at very high speeds by extruding the viscous or plasticized mass through dies under relatively high pressure. Further, the process is particularly suitable for the preparation of filaments having sections of particular shape, since the filaments take the shape of the orifice better than in dry spinning or wet spinning, using orifices having this kind of shape. In fact the conformation is better than that obtained in the spinning of unplasticized melts as is the case with "nylon". The process also allows the use of high boiling point plasticizers which are solvents but are not particularly useful for dry spinning because of their high boiling point.



   The foregoing description shows that the invention provides a very rapid direct process for the spinning of acrylonitrile polymers under conditions such that the fibers and threads spontaneously undulate so as to give the desired elastic structure. The process achieves this result without the need for subsequent stretching. The fibers and yarns can pass directly from the spinning to the washing and the operation which causes the crimping to form in one continuous operation highly useful fibers and yarns.

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Claims (1)

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple- RESUME. Of course, the invention is not limited to the embodiments described which have only been given by way of example. ABSTRACT. L'invention a principalement pour objets : 1 -. Un procédé de filage de polymères d'acrylonitrile, remar- quable notamment par les caractéristiques suivantes considérées séparément ou en combinaisons : a) on mélange un polymère d'aerylonitrile dont au moins 85% en poids dérivent de l'acrylonitrile avec un plastifiant de ce polymère pour produire une masse contenant environ 30 % à 60 % de ce plastifiant, on extrude ce mélange par application de la chaleur et de la pression, à travers un orifice ayant une forme définie, dans une atmosphère, inerte, on refroidit le matériau extrudé et on tire ce matériau en l'éloignant de cet orifice à une vitesse égale à au moins 30 fois celle de l'extrusion; b) on lave le matériau solidifié pour .en évacuer le plastifiant; The main objects of the invention are: 1 -. A process for spinning acrylonitrile polymers, remarkable in particular by the following characteristics considered separately or in combinations: a) an aerylonitrile polymer of which at least 85% by weight is derived from acrylonitrile is mixed with a plasticizer of this polymer to produce a mass containing about 30% to 60% of this plasticizer, this mixture is extruded by application of heat and pressure, through an orifice having a defined shape, in an inert atmosphere, the extruded material is cooled and this material is pulled away from this orifice at a speed equal to at least 30 times that of the extrusion; b) the solidified material is washed to remove the plasticizer; c) la vitesse à laquelle on éloigne ledit matériau dudit orifi- ce est d'au moins 914 m/minute; d) cette vitesse est comprise entre 914 et 6400 m/minute; e) l'extrusion a lieu à une température de 140 à 230 C et sous une pression de 3,5 à 775 kg/cm2; f) le matériau solidifié est relâché et se rétrécit librement à une température d'environ 90 à 200 C; g) le polymère utilisé est entièrement du polyacrylonitrile; h) le polymère utilisé est un copolymère d'acrylonitrile et d'u- ne vinylpyridine; i) le polymère utilisé est un copolymère d'acrylonitrile et de l'acide méthacrylique; j) le plastifiant utilisé est la sulfone cyclique de tétraméthy- lène; c) the speed at which said material is removed from said orifice is at least 914 m / minute; d) this speed is between 914 and 6400 m / minute; e) the extrusion takes place at a temperature of 140 to 230 C and under a pressure of 3.5 to 775 kg / cm2; f) the solidified material is relaxed and shrinks freely at a temperature of about 90 to 200 C; g) the polymer used is entirely polyacrylonitrile; h) the polymer used is a copolymer of acrylonitrile and a vinylpyridine; i) the polymer used is a copolymer of acrylonitrile and methacrylic acid; j) the plasticizer used is cyclic tetramethylenesulfone; k) le plastifiant utilisé est la N,N-diméthylformamide; 1) on laisse le produit obtenu se relâcher et se rétrécir dans un milieu comprenant de l'air; m) on laisse le produit obtenu se relâcher et se rétrécir dans un milieu comprenant de 1?eau; 2. - Les fibres et fils obtenus par le procédé ci-dessus et les tissus et autres produits fabriqués avec ces fils. k) the plasticizer used is N, N-dimethylformamide; 1) the product obtained is allowed to relax and shrink in a medium comprising air; m) the product obtained is allowed to relax and shrink in a medium comprising water; 2. - Fibers and yarns obtained by the above process and fabrics and other products made with these yarns.
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