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La présente invention se rapporte à la fabrication des filaments par un procédé de filature à l'état fondu à partir de polymères linéaires synthétiques tels que le téréphtalate de polyéthylène.
'Dans ies procédés habituels de fabrication de filaments et fibres textiles par filature à l'état fondu à partir de polymères linéaires synthétiques tels que du téréphtalate de polyéthylène, il est nécessaire de faire intervenir deux processus séparés, à savoir la filature puis l'étirage. Les filaments avant étirage manquaient jusqu'à présent de solidité et ne convenaient pas pour les applications textiles,sauf certains domaines très particuliers,
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avant d'avoir subi un,.-étirage. Dans le cas du téréphtalate de @ polyéthylène la'ténacité de filaments non étirés est comprise entre 0,2 et 0,8 g/denier pour des allongements de plusieurs centaines de pour cent.
Après une opération d'étirage déterminant à la fois un- orientation' et une cristallisation, on obtient des fibres utilisa- bles ayant des ténacités pouvant atteindre 4 à 10 g/denier et des capacités d'allongement de 5 à 20%.
La présente invention a pour objet un procédé de filature perfectionné permettant d'obtenir des filaments textiles à proprié- tés désirables telles que la haute ténacité et la bonne élasticité, sans recourir à une phase d'étirage séparée.
Suivant l'invention dans un procédé de fabrication de filaments utilisables à partir de polymères linéaires synthétiques dans lequel on extrude la matière polymère fondue par une filière et on enroule ou fait avancer les filaments pour les soumettre à l'opération suivante,la tension dans les filaments extrudés est augmentée et ces filaments sont amincis en les faisant passer par un liquide chaud avant de les bobiner ou de les diriger vers l'opération suivante.
La température du liquide chaud est de préférence supé- rieure à la température de transition de second ordre de la matière polymère qu'on extrude.
Les filaments sont tirés à travers le liquide chaud, par exemple un bain d'eau,.de préférence sans support. Des milieux li- quides autres oue l'eau, peuvent être également utilisés, par exem ple des liquides à point d'ébullition élevé, en prenant soin qu'au*, cun effet nuisible ne puisse s'exercer sur les filaments.
-.Le liquide dans lequel les filaments venant de la filière sont amincis est de préférence placé près de la filière mais pas. si près ou'un refroidissement rapide des filaments puisse se produire; de préférence.le niveau de liquide est maintenu à un* distance choisie pour que les filaments pénètrent dans le liquide
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chaud sans être sensiblement chauffés ou refroidis par le liquide.
La vitesse à laquelle les filaments sont enroulés ou avancés;, la longueur du bain-et la densité du liquide dans lequel les filaments sont amincis doivent être choisis pour produire la tension néces- saire pour obtenir des filaments bien orientés et de préférence n'exigeant plus ''aucun étirage. On notera que 1* emploi d'un milieu liquide entre le dispositif d'enroulement ou d'avancement et la partie du trajet des filaments où ceux-ci deviennent solides à proprement parler augmente considérablement la tension des fila- ments. Cette tension est engendrée par l'inertie et le freinage du liquide qui les entoure. On n'applique aucune tension - ou aucune tension appréciable - aux filaments entre la surface de la filière et la partie du trajet des filaments où se produit la solidification.
En augmentant la vitesse d'enroulement, la force de freinage, c'est-à-dire la, tension des filaments est augmentée et on arrive à une ténacité plus élevée. Pour accroitre la ténacité des filaments obtenus sans augmenter la vitesse d'envidage, la longueur du bain de liquide peut être augmentée ou, en variante,on peut utiliser un liquide de densité plus élevée pour créer une force de freinage plus importante.
Par le procédé de l'invention, on a pu obtenir des filaments textiles utiles de haute ténacité et de faible retrait en une seule opération, sans opération d'étirage séparée.
Les vitesses d'avancement convenables peuvent être suf- fisamment basses pour permettre l'emploi de broches ordinaires par exemple- entraînées par des courroies, et les filaments peuvent être alors enroulés directement sous une forme vendable. Le bobinage de filaments peut être effectué par tout moyen approprié, par exempt sur une bobine tournant à une vitesse convenable, de préférence à une' vitesse superficielle inférieure à 3.000 yards (2.700 m) par minute.
Au lieu d'enrouler les filaments sur des bobines il peut être nécessaire de les soumettre à d'autres traitements. Ceci
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peut être exécuté en faisant avancer les filaments par une roue, un rouleau, une. paire de rouleaux ou par un courant d'un fluide jusqu'à la phase ou les phases de traitement suivant. Ces autres phases du traitement peuvent comprendre un chauffage, un relâchement un crêpage et le découpage en fibres courtes.
Il est généralement désirable d'éliminer le liquide entraîné par les filaments après que ceux-ci sont passés dans le liquide chaud. Cette opération peut être avantageusement exécutée en chassant le liquide par un courant de fluide transversal rapide, de-l'air par exemple. Un autre moyen pour éliminer le liquide consiste à faire passer les filaments avec un changement appréciable de direction dans leur trajet sur de petits galets fous qui rejettent le liquide par force centrifuge.
Lorsque (le liquide chaud se trouve dans un récipient horizontal ouvert à la partie supérieure, les filaments qui y passent forment des vagues. Pour supprimer ces vagues à la surface du liquide, on a trouvé utile de créer une surface interrompue à la partie inférieure du récipient. Cette surface interrompue est obtenue lorsque le fond du récipient est garni par exemple de billes de verre ou d'ondulationsqui absorbent une partie des vibrations créées par les filaments en mouvement et réduisent ainsi la tendance de ces filaments à former des vagues à la surface du récipient.
,'Pour réduire l'espace occupé et faciliter les opérations on a trouvé que plus- d'un faisceau de filaments peut être avan- tageusement passé dans un même bain de liquide en guidant plusieurs faisceauxde filaments, -venant chacun par exempled'une filière, dans le bain de liquide chaud, côte à côte, parallèlement. On notera toutefois que les filaments individuels de chaque faisceau doivent être séparés pour qu'une force de freinage importante puisse s'exercer sur chaque filament. Si les filaments ne sont pas séparés, la force de freinage du liquide est réduite parce que
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la surface de liquide créant.le freinage sur les filaments diminue.
La température de transition de second ordre du polymère est définie par H.J.Kolb et E. F.Izard dans le Journal of Applied @ Bhysics, Volume 20, page 564, 1949, comme étant la température à laquelle le coefficient de température du volume spécifique change d'une valeur caractéristique à une autre. Ce changement se produit .tdans une gamme de.températures et la température de transition .est définie parilmterpolation au centre de la gamme. Sa valeur pour le téréphtalate de polyéthylène amorphe est 80 C.
On a trouvé que des températures de bain liquide de 80 à 99 C conviennent pour le téréphtalate de polyéthylène. On préfère utiliser une température comprise entre 90 et 95 C.
Pour atteindre des ténacités encore plus élevées et des retraits plus réduits, on peut faire passer les filaments dans une autre zone,de chauffage après qu'ils sont sortis du bain de liquide et avant de les envider ou de les faire passer à l'opération suivante. Cette zone est avantageusement constituée par une plaque plane chauffée électriquement, ou par un four muni d'appareils de chauffage à rayonnement maintenu à une température supérieure au liquide chaud et inférieure d'au moins 60 C au point de fusion des filaments.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans la limiter.
EXEMPLE 1.-
On fait fondre un polymère de téréphtalate de.polyéthylè- ne ayant une viscosité intrinsèque de 0,68 et on l'extrude par une filière à un seul trou à 285 C. Le filament sortant de la filière descend dans un bain d'eau à 90 C, placé à 15 cm de la surface de la filière et long de 50 cm. Le filament passe sur un guide au fond du bain et repasse à la surface du bain sur un autre guide vers une bobine d'envidage.
Le" filament venant du bain d'eau est enroulé à la vitess. de 1. 000 yards (900 m) par minute. Le filament obtenu est du
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denier 8 et a une ténacité de 2,5 g/denier.
EXEMPLE 2. -
On file un filament de téréphtalate de polyéthylène comme décrit dans l'exemple 1, mais la vitesse d'envidage est portée à 1.170 yards (1057 m) par minute. La, ténacité du filament passe à 3,5 g/denier.
EXEMPLE 3. - . On file un filament de téréphtalate de polyéthylène comme dans l'exemple 1, mais la longueur du bain d'eau est réduite à 20 cm. La ténacité du filament est réduite à 1,5 g/denier.
EXEMPLE4.-
On file à 285 C dans un bain d'eau placé à 120 cm sous la surface de la filière,36 filaments de téréphtalate de polyéthy- lène ayant une viscosité intrinsèque de 0,68. Le bain d'eau se trouve dans une auge horizontale et est maintenu à 88 C. Les filaments venant de la filière sont entraînés sous la surface de l'eau par un guide en forme de V plongé dans le bain d'eau, puis passent sur un autre guide immergé en forme de V à 270 cm du premier.
Les filaments passent ainsi dans 270 cm d'eau à 88 C puis sont extraits du bain d'eau en passant sur deux galets fous de 2 cm de diamètre, écartés de 10 cm en direction d'une bobine d'envidage tournant à 1.000 m par minute. La plus grande partie de l'eau adhérant au filament est rejetée tandis qu'il passe sur les galets fous avec lesquels il forme un arc e contact de 180 .La ténacité des filaments enroulés est de 3,4 g/denier pour un allon- gement de 35% et le denier du fil est 70.
EXEMPLE 5. -
Des filaments sont filés et enroulés comme dans l'exemple 4, mais la vitesse d'envidage est Dortée à 1.300 m/minute et on intercale entre le dernier galet *?ou et la bobine d'envidage une plaque chaude maintenue à 180 C. Les filaments entrent en contact avec la plaque chaude sur toute sa longueur. Pendant le passage des filaments sur la plaque chaude, les filaments sont sèches et cristallisés dans une mesure plus importante que par le bain d'eau
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précité. Le renier total du fil enroulé est 280. Cette augmentation provient d'une accélération de la vitesse d'extrusion de la filière de 1 à 5 fois environ.
La ténacité du filament est 5 g/denier et sa capacité d'allongement 15%.
Le procédé de l'invention convient pour des polymères linéaires synthétiques filables à l'état fondu comme le téréphtalate
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de polyéthylène, le téréphtalate de polyté tramé thylène et les polyamides. Si on le désire, ces polymères peuvent contenir de faibles quantités d'autres polymères, par exemple le téréphtalate de polyéthylène peut contenir un peu d'isophtalate de polyéthylène.
Le procédé convient particulièrement pour les polymères qui vieillissent et deviennent cassants lorsqu'ils ne sont pas étirés puisque la phase d'étirage séparée est éliminée et que les filaments sont amenés à l'état stable peu de temps après être sortis de la filière.
Suivant le procédé de l'invention, des filaments de polymères linéaires synthétiques peuvent être obtenus en une seule opération par un procédé combiné de filature et d'étirage et les propriétés des filaments peuvent varier entre de larges limites si on modifie les conditions d'amincissement telles que la tempéra- ture du liquide, la densité du liquide et le trajet suivi par les filaments au sein du liquide.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de préparation de filaments utiles à partir de polymères linéaires synthétiques dans lequel .on extrude la matière fondue par une filière et on envide ou on fait avancer les filaments vers l'opération suivante, caractérisé en ce que la tension dans les filaments extrudés est augmentée et ces filaments sont amincis en les faisant passer dans un liquide chaud avant de les bobiner ou de les envoyer à l'opération suivante.