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PROCEDE DE PREPARATION DE FIBRES FRISEES A RESISTANCE ELEVEE A BASE DE POLYMERISATS, OU DE POLYMERISATS MIXTES DE L"ACRYLONITRILE OU DE SES
HOMOLOGUES.
On connaît déjà des procédés d'étirage de fils obtenus conformé- ment au procédé de filage à sec, à partir de solutions de polymérisats ou de polymérisats mixtes de l'acrylonitrile ou de se s homologues, à des tem- ,pératures supérieures à 100 C, et en particulier à des températures supérieu- res à 100 C, et en particulier à des températures comprises entre 125 et 1500C. jusqu'à une dimension atteignant quatre à dix fois leur longueur.
Lors de cet étirage, les molécules contenues dans le fil subissent une orien- tation, ce qui est mis en évidence par le diagramme des rayons X, et les fi- bres ou fils acquièrent une résistance de 3 à 4 g/ den., ainsi qu'un pouvoir de contraction élevé pour une élasticité relativement faible. On peut réali- ser l'étirage, sur un cylindre ayant une forme appropriée ou sur des cylin- dres accouplés de manière convenable, mais on a aussi déjà proposé de locali- ser l'étirage en un point donné grâce à l'utilisation d'une pointe d'étirage fixe autour de laquelle on fait passer le fil avec un angle d'enroulement suf- fisant.
On chauffe le fil à la température d'étirage de n'importe quelle ma- nière, par exemple au long d'une surface métallique chauffée (cylindres, blocs ou dispositifs analogues), au sein d'un bain liquide ou gazeux, ou en- core grâce à l'anergie rayonnante, etc. avant ou après l'étirage. En particu- lier, on a aussi chauffé la pointe d'étirage (par exemple grâce à des disposi- tifs électriques de chauffage par résistance logés à l'intérieur de la pointe, ce qui localise le chauffage du fil et son étirage sur une seule et même cour- te distance et nécessite le chauffage de la pointe d'étirage à une tempé- rature sensiblement supéri eure à la température d'étirage, en raison de la brièveté du trajet servant à la transmission de chaleur.
Pour supprimer la tendance au retrait que possèdent encore ces fils étirés et augmenter en même temps leur élasticité, on les chauffe après
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l'étirage à des températures supérieures à 80 C, sous des conditions tel- les qu'ils peuvent se contracter,ce qui porte l'élasticité à environ 15- 20% suivant la capacité de contraction obtenue par l'étirage préalable et suivant la température de retrait utilisée. On peut réaliser ce retrait des fils,soit par le chauffage sous forme d'écheveaux, ou sous la forme de fi- bres découpées entièrement détendues, ou encore sous forme de fils sans fin déroulés, tout en réglant de manière appropriée les vitesses d'envidage et de dévidage.
Les fils obtenus grâce aux combinaisons connues jusqu'à présent de procédés d'étirage et de retrait sont lisses et soyeux, présentent des résis- tances de 4 g/den. pour une élasticité de 20% et ne sont pratiquement plus ex- posés au retrait lorsqu'on ne les chauffe pas à des températures supérieures à la température de retrait utilisée.
Il a été maintenant constaté, grâce à des essais poussés concer- nant le processus d'étirage, que le temps de séjour du fil à une température supérieure, immédiatement après l'étirage, exerce une influence considérable sur ses propriétés. Plus ce temps est court, non seulement la résistance des fils sera plus grande, mais encore leur élasticité sera plus faible, le pou- voir de contraction augmentant en proportion de l'abaissement de l'élastici- té.
On réalise un tel accroissement du pouvoir de contraction lorsqu'on étire les fils, non pas entre des paires de galets chauffés ou dans un bain chaud, mais au contraire entre deux paires de galets dont la première seulement est chauffée, tandis que la deuxième est refroidie ou encore lorsqu'on refroi- dit brusquement le fil après sa sortie de la paire de galets chauffés, en permettant à l'air ambiant d'y arriver constamment, ou même par insufflation d'air froid, ou encore d'une autre manière.
L'effet obtenu est particulièrement important lorsque le fil préalablement non chauffé n'est porté à la température d'étirage que par 1' action de la pointe d'étirage (comme mentionné ci-dessus) et lorsque, par conséquent, la totalité du temps de chauffage est réduite au minimum. Il est surprenant de constater que des fils de ce genre que l'on maintient pendant un temps très court à des températures élevées immédiatement après l'étirage frisent de manière parfaite et permanente lorsqu'on les expose ensuite, à l'état pratiquement détendu, à des températures telles qu'ils rétrécissent d'au moins 15%. Ces fils ont un caractère laineux ainsi qu'une élasticité très élevée dépassant 20% et pouvant atteindre jusqu'à 40%.
On peut appliquer le procédé conforme à la présente invention aus- si bien aux fils obtenus de la manière connue avec un allongement sous man- chon relativement faible de 1:1, jusqu'à 1 :2, des fils fortement étirés dont l'allongement sous manchon atteint 1 : ou davantage, fils ayant su- bi ensuite un étirage supplémentaire modéré ou important.
Le résultat obtenu grâce au procédé conforme à l'invention est d'autant plus surprenant que dans d'autres combinaisons des procédés d'é- tirage et de retrait mentionnés ci-dessus, il ne se produit pas de frisage.
Ainsi décrit-on dans le brevet français N 924.369 du 22 mars 1946 pour "Procédé de traitement de fils et autres articles en forme et produits en résultant" (E.I. DU PONT DE NEMOURS), dans le premier exemple de mise en oeuvre,l'étirage du fil de polyacrylonitrile sur une pointe d'étirage chauf- fée à 130 C (on utilise par conséquent, dans ce cas, un temps de séjour ex- trêmement abrégé à température élevée, que l'on mentionne comme étant néces- saire dans la première opération du procédé conforme à la présente inven- tion), étirage suivi d'un retrait consécutif avec contraction ultérieure de 20% à 130 C; dans cette opération, on donne aux fils tout juste la tension minimum nécessaire pour assurer son déroulement, soit 0,05 g/den., puis on le chauffe sur une bobine pendant une heure à 150 C.
Il est évident que l'on doit attribuer l'absence de frisage dans une telle opération au fait que la tension d'envidage de 0,05 g/den. est suffisamment basse pour permettre la diminution de longueur pendant le retrait, mais est encore trop grande pour empêcher le frisage. Etant donné qu'en même temps que la tendance à la
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contraction, la tendance au frisage disparaît également, le fil lisse ne frise pas, même lors du chauffage ultérieur.
D'un autre côté, on provoque dans un second exemple le retrait d'un fil'étiré' dans un bain de glycérine à 125 C sous forme d'écheveau, c'est-à-dire sans aucune tension, en le chauf- fant pendant une heure à 100 C jusqu'à une contraction de 20% (opération qui correspond par conséquent à la seconde partie du procédé conforme à la présente invention, comme dans ce cas, cependant, le temps de séjour à la température d'étirage ne correspond pas aux conditions du procédé conforme à l'invention il ne se produit également pas de frisage.
On ne peut réaliser le frisage sous forme de bouclettes ressemblant à celles de la laine qu'en combinant ensemble le temps de séjour abrégé à la température d'étirage et le retrait sous des conditions permettant une diminution de longueur dépas- sant la contraction due au retrait, c'est-à-dire en utilisant des tensions de fils inférieures à la force de frisage (ces conditions correspondent à l'état pratiquement détendu).
Pour réaliser le retrait des fils sous forme d'écheveaux lâches ou sous forme de fibres découpées, on'peut les traiter par un gaz inerte ou par la vapeur ou encore par un liquide non dissolvant à des températures de traitement d'environ 80-200 C. Le frisage et l'élasticité augmentent lors- que la température augmente. Lorsqu'on utilise des liquides pour le traite- ment, il est par conséquent avantageux de choisir des liquides dont les points d'ébullition sont supérieurs à 100 C. On peut aussi effectuer le trai- tement avec de l'eau, en vase clos, sous une pression telle que l'on atteig- ne des températures de 120 à 130 C. Un retordage effectué avant le retrait n'influe pas défavorablement sur le frisage, mais favorise même la tendance au frisage grâce à la formation préalable des boucles d'enroulement.
On peut atteindre le temps de séjour restreint à température éle- vée nécessaire après l'étirage, outre la manière que l'on vient d'indiquer, en opérant l'étirage sur une pointe d'étirage froide (pouvant comporter un dispositif de dissipation de la chaleur du fil réchauffé au préalable à la température d'étirage) de n'importe quelle manière, comportant un frotte- ment aussi faible que possible (par exemple sur un cylindre rotatif ; moyen d'un bain constitué par un gaz, une vapeur ou un liquide ; moyen du chauffage par rayonnement infra-rouge ; enfin, du chauffage capacitif à haute fréquence).
De même, il est possible d'utiliser une pointe d'étira- ge à isolement calorifique éventuel n'ayant qu'un faible diamètre (de 1 à 3 mm. environ), pointe autour de laquelle on conduit le fil sous un angle cor- respondant d'enroulement, et d'utiliser en totalité ou partiellement la chaleur de frottement et de déformation du fil lui-même afin d'obtenir la chaleur nécessaire pour atteindre la température d'étirage du fil. Dans ce dernier cas, on peut disposer immédiatement après la pointe d'étirage n'im- porte quel dispositif de refroidissement du fil.
Les exemples donnés ci-après à titre non limitatif illustrent plus en détail la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention.
Exemple 1.
On étire des fils de polyacrylonitrile obtenus conformément à l'un des pro- cédés connus de filage à sec avec un allongement sous manchon de 1:3, sur une tige chauffée, sur un galet ou sur un dispositif analogue lui conférant une température superficielle de 220 C, dans le rapport 1:12, puis on les refroidit en lui faisant parcourir plusieurs tours autour d'un cylindre se trouvant à température ambiante. Les fils ainsi tirés présentent une résistan- ce à la rupture de 30 à 40 km ainsi qu'un allongement de 5% environ. On dé- coupe les fils en fibres et on les traite pendant une demi-heure avec de la vapeur ou un gaz inerte, tel que l'air, à 138 C, ce qui leur donne un retrait de 25% et un frisage permanent d'environ 5 bouches par cm ; enmême temps, l'élasticité s'accroît à environ 25%.
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Exemple 2.
On procède au filage des fils avec un allongement sous manchon de 1:15, on procède au retordage, et on les étire avec un chauffage bref suivi d'un refroidissement rapide, dans le rapport 1:4. On provoque ensuite le frisage des fils découpés dans un bain de glycérine ou dans un autre liquide non dissolvant à 125 C. Les fils présentent un retrait de 20%, le frisage étant d'environ 4 boucles par cm et, en même temps, l'élasticité passe de 8 à 30%.
Exemple 3.
On chauffe des fils préparés selon l'exemple 1 ou 2 dans un liquide approprié, par exemple dans le butylène-glycol, pendant une demi-heure à 180 C. Les fils se contractent d'environ 30% et présentent un frisage d' environ 7 boucles par cm ainsi qu'une élasticité d'environ 40M. Comme ils sont légèrement jaunes par suite de la température élevée de traitement, on peut, soit les blanchir d'après les procédés connus, soit les teindre sans blanchiment.