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Préparation de fibres de rayonne carbonées ou graphitées présentant des propriétés améliorées.
La présente invention a pour objet la préparation de fibres,de rayonne carbonées ou graphitées dont les propriétés sont améliorées.
Il est bien connu que les articles en fibres de rayonne, tels que les fils, les textiles ou les tissus de rayonne, peuvent être carbonés ou graphités par un traitement consistant à-chauffer le produit initial de rayonne dans une atmosphère inerte à des températures convenables,par exemple 800 C (ou à des températures comprises entre 500 C et 1200 C environ) pour recuire ou carboner ces produits, ou bien entre 2000 et 3000 C pour les graphiter.
'La technique antérieure indique ou propose plusieurs
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cadences de chauffage ou des conditions différentes du traitement température.-durées dans le but de carboner ou de graphiter la rayonne. Les brevets des Etats-Unis d'Amé- rique n 3.011.981 de Soltes et 3. 053.775 de Abbott,ainsi que le brevet anglais n 894.458 peuvent être considérés comme représentatifs des conditions ou traitements variés ayant servi jusqu'ici à carboner ou graphiter les fibres de rayonne.
Comme il a été indiqué, la présente invention con- cerne également l'obtention de rayonne carbonée - ou graphitée, nais elle concerne plus particulièrement un stade détermi- né faisant partie du traitement selon les procédés préci- tés; ce nouveau stade permet d'obtenir des produits carbonés ou graphités dont la qualité est améliorée comparativement aux produits n'ayant pas subi ce stade du traitement, ou il permet encore de diminuer considérablement le cycle de chauffage pour obtenir des produits de qualité égale ou améliorée, les deux avantages indiqués pouvant aussi être obtenus simultanément.
La caractéristique principale de l'invention consiste à chauffer l'article de rayonne .dans une gamme de tempéra- ture située entre environ 325 C et 290 C, de préférence entre 340 C et 360 C et de lui faire subir à cette température un traitement énergique de froissage et de flexion ou un traite- ment mécanique avant de poursuivre le chauffage. Cette façon d'opérer, comportant l'interruption du chauffage de la rayonne à un moment donné et le traitement mécanique de celle- ci$ permet d'obtenir un produit final carboné ou graphité dont les.propriétés sont considérablement améliorées par rapport à celles des produits n'ayant pas subi ce traitement, les autres conditions et les durées du chauffage étant par ailleurs les mêmes.
On peut aussi, tout en diminuant considérablement
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les durées ou les programmes de chauffage, obtenir des pro- duits dont les propriétés sont aussi bonnes et même supérieures à celles qui ne seraient obtenues qu'en prolongeant considéra- blement les cycles de chauffage.
Pour obtenir ces améliorations, il est important d'effectuer le traitement mécanique aprés chauffage de la rayonne à une température bien déterminée, ni trap basse ni trop élevée. Si on effectue par exemple le froissage après avoir chauffé la rayonne seulement aux environsde 310 C ou à une température plus basse, on n'obtient pas les ; améliorations des propriétés et les avantages techniques qui sont apportés par le froissage;
il en est de même si la rayonne a été préalablement chauffée à une température trop élevée, c'est-à-dire 410 C ou au-dessus avant d'effectuer le traitement mécanique, Quoi qu'il en soit, on obtient gé- néralement et dans une certaine mesure l'amélioration des propriétés si l'on effectue ce stade du traitement, en interrompant le chauffage à une température quelconque entre 325 C et 390 C environ.
Le traitement mécanique de la rayonne après l'avoir chauffée à des températures comprises entre 340 C et 360 C, aboutit toujours à une certaine amélioration des propriétés et généralement ces amélioration sont très marquées
Les améliorations de propriétés pouvant être obte- nues par le procédé conforme à l'invention concernent la flexibilité et la résistance du produit final carboné ou graphité, ce qui ne veut pas dire qu'on ne puisse pas obtenir encore d'autres améliorations grâce à ce procédé.
Les exemples non limitatifs ci-après groupés sur un . tableau sont décrits dans un but d'illustration de l'invention et de comparaison avec les résultats obtenus selon la technique antérieure.
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TABLEAU I
EMI4.1
<tb> Exem- <SEP> Produit <SEP> Propriétés <SEP> du <SEP> produit <SEP> Propriétés <SEP> du <SEP> produit
<tb> ple <SEP> de <SEP> départ <SEP> Conduite <SEP> du <SEP> chauffage <SEP> Stade <SEP> de <SEP> froi <SEP> ssage <SEP> carboné <SEP> (chauffé <SEP> jus- <SEP> graphité <SEP> (chauffé <SEP> jusque
<tb> ple <SEP> départ <SEP> qu'à <SEP> 800 C) <SEP> 2800 C
<tb> 1 <SEP> fils <SEP> de <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> froissage <SEP> effectué <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb> rayonne <SEP> à <SEP> ambiante <SEP> à <SEP> 350 C= <SEP> 15 <SEP> min.
<SEP> après <SEP> chauffage <SEP> de <SEP> environ <SEP> 0,3 <SEP> gracie/de- <SEP> environ <SEP> 0,4g/denier, <SEP> flexibi
<tb> la <SEP> viscose <SEP> de <SEP> 350 C <SEP> à <SEP> 800 C- <SEP> 10 <SEP> juin. <SEP> la <SEP> rayonne <SEP> jusque <SEP> nier,flexibilité <SEP> excel- <SEP> lité <SEP> excellente
<tb> de <SEP> 800 C <SEP> à <SEP> 2800 C-10 <SEP> min.
<SEP> 350 C <SEP> et <SEP> refroidis- <SEP> lente
<tb> sèment <SEP> jusqu'à<40 C
<tb> 2 <SEP> étoffe <SEP> de <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exemple <SEP> 1 <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exem- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> 'la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb> rayonne <SEP> ple <SEP> 1 <SEP> tion <SEP> environ <SEP> 0,3 <SEP> g/de <SEP> environ <SEP> 0,4 <SEP> g/denier,flexil
<tb> viscose <SEP> nier,flexibilité <SEP> lité <SEP> excellente
<tb> excellente
<tb> 3 <SEP> fils <SEP> de <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exemple <SEP> 1 <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exem- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb> rayonne <SEP> ple <SEP> 1 <SEP> tion <SEP> environ <SEP> 0,4 <SEP> g/de- <SEP> environ <SEP> 0,5 <SEP> g/denier,flexil
<tb> acétate <SEP> nier,
flexibilité <SEP> excel- <SEP> lité <SEP> excellente
<tb> saponifiée <SEP> lente
<tb> 4 <SEP> étoffe <SEP> de <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exemple <SEP> 1 <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exem- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> en
<tb> rayonne <SEP> ple <SEP> 1 <SEP> tion <SEP> environ <SEP> 0,4 <SEP> g/de- <SEP> viron <SEP> 0,5 <SEP> g/denier,flexibil
<tb> nier <SEP> flexibilité <SEP> té <SEP> excellente
<tb> excellente
<tb> 5 <SEP> ide.'tique <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exemple <SEP> 1 <SEP> -pas <SEP> de <SEP> stade <SEP> inter- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction*'!.
<tb> à <SEP> l'exem- <SEP> mediaire <SEP> de <SEP> frois- <SEP> tion <SEP> <0,1 <SEP> g/denier, <SEP> <0,1 <SEP> g/denier,
flexible
<tb> ple <SEP> 1 <SEP> sage <SEP> flexible
<tb> ....
<tb>
6 <SEP> identique <SEP> identique <SEP> à <SEP> l'exemple <SEP> 2 <SEP> pas <SEP> de <SEP> stade <SEP> inter- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> - <SEP>
<tb> à <SEP> l'exem <SEP> médiaire <SEP> de <SEP> frois- <SEP> tion <SEP> < <SEP> 0,1 <SEP> g/denier, <SEP> <0,1 <SEP> g/denier <SEP> flexible <SEP> . <SEP>
<tb> ple <SEP> 2 <SEP> sage <SEP> flexible
<tb>
<tb>
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EMI5.1
Exem- ple Pr duat tableau 1 (suite) Propriés du produit Propriétés du ,roduit P de départ Conduite du chauffe stade de froissage carboné (chauffé jus- graphité (chauffé jUSq:
3 #################¯¯###########¯ jusqu'à 800 C 2800 C 7 identique de la température froissage effectué résistance à la trac- résistance à la traction à l'exemple ambiante a 310 C - 15 min. après chauffage de la tion 0,1 g/denier, 0,1 g/de'der"flexible
EMI5.2
<tb> 2 <SEP> de <SEP> 310 C <SEP> à <SEP> 800 C <SEP> - <SEP> 10 <SEP> min. <SEP> rayonne <SEP> jusqu'à <SEP> 310 C <SEP> flexible
<tb>
EMI5.3
de 800 C à 2800 C - 10 min. et refroidisse.nent
EMI5.4
<tb> jusqu'à <SEP> 40 C
<tb> 8 <SEP> identique <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> froissage <SEP> effectué <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb>
EMI5.5
à l'exe.n- ambiant à 410 C - 15 min- après chauffage de la tion 0,1 g/denier, 0,1 g/denier,ilexible ple 2 de 410 C à 800 C - 10 min.
rayonne jusqu'à 410 C flexible g/aenierliexle
EMI5.6
<tb> de <SEP> 800 C <SEP> à <SEP> 2800 C- <SEP> 10 <SEP> min. <SEP> et <SEP> refroidissement
<tb> jusqu'à <SEP> 40 C
<tb> 9 <SEP> identique <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> pas <SEP> de <SEP> stade <SEP> de <SEP> frois- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb>
EMI5.7
à l'exem- ambiante a 350 C - 30 min. sage intermédiaire tion 0,1 g/denier 0,1 g/denier,flexible
EMI5.8
<tb> ple <SEP> 2 <SEP> de <SEP> 350 C <SEP> à <SEP> 800 C <SEP> - <SEP> 10 <SEP> min. <SEP> flexible
<tb> de <SEP> 800 C <SEP> à <SEP> 2800 C- <SEP> 10 <SEP> min.
<tb>
10 <SEP> identique <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> pas <SEP> de <SEP> stade <SEP> de <SEP> trois- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac- <SEP> résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb>
EMI5.9
Pie 2" aTabianôe à 350 C - 35 hors. sage intermédiaire tion environ 0,3 g/de- environ 0,4 g/denier fleple 2 de 350 C à 400 C - 5 hrs. nier, flexibilité xibilité excellente 6 .
EMI5.10
<tb> de <SEP> 400 C <SEP> à <SEP> 800 C <SEP> - <SEP> 8 <SEP> hrs. <SEP> excellente <SEP>
<tb> de <SEP> 800 C <SEP> à <SEP> 2800 C- <SEP> 2 <SEP> hrs.
<tb>
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D'après ce tableau;, et particulièrement dans les exemple: de 1 à 4, on remarque que l'on obtient en utilisant le procédé selon l'invention des produits carbonés et graphités ayant de très bonnes propriétés, cela indépendamment du produit de départ choisi qui peut être de la rayonne de type "Viscose" ou du type acétate saponifié ou un article de rayonne traité qui peut se présenter sous la forme de fils, de tissus d'étoffes,etc. Les mêmes exemples montrent que les vitesses de chauffage,pouvant être utilisées conformément à l'invention pour obtenir de très bonnes propriétés, peuvent être typiquement les suivantes: depuis la tempéra- ture ambiante à 350 C - environ 1000 à 1300 C/hr. de 350 C à 800 C - environ 2500 à 2700 C/hr. de 800 C à 2800 C- environ 10000 à 12000 C/hr.
On remarque également que le produit de départ et les conditions de traitement dans les exemples 5 et 6 sont exactement les mêmes que dans les exemples 1 et 2, à l'exception du traite- ment mécanique intermédiaire conforme à l'invention. Les divers avantages et améliorations du produit pouvant être obtenus confor- mément à l'invention apparaissent donc clairement.
Les exemples 7 et 8 mettent en évidence l'importance de la gamme de température utilisée pour le chauffage de l'é- toffe avant qu'elle soit froissée mécaniquement. Si l'étoffe est chauffée à une température trop basse et ensuite froissée (comme dans l'exemple 7) ou bien chauffée à une température trop élevée, puis froissée (comme dans l'exemple 8), on n'obtient pas l'amé- lioration du produit, même si les conditions de traitement et de chauffage sont appliquées par ailleurs de façon essentiellement identique.
L'exemple 9 montre que, par suite de la suppression du froissage, bien que la vitesse d'augmentation de la température
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jusqu'à 350 C soit plus faible que dans l'exemple 1,les proprié- tés du produit obtenu ne sont pas encore équivalentes à celles de cet exemple.
L'exemple 10 permet de démontrer que l'on obtient des propriétés comparables à celles de l'exemple 1 sans effectuer le traitement de troissage, mais que dans ce cas on doit alors utiliser des programmes de chauffage très longs pour arriver à ce résultat,
Si la rayonne subissant le traitement se présente sous la forme de fils ou d'un article d'une largeur relative- ment faible, le froissage dans une seule dimension, soit dans la direction longitudinale, est généralement le seul traitement nécessaire.
Par contre, si la rayonne se présente sous la forme d'une pièce tissée ou d'une étoffe, ayant à la fois des fils de chaîne et de trame, ou bien si sa largeur est importante, il devient nécessaire d'effectuer le froissage à la fois dans les directions longitudinale et transversale pour obtenir les meilleurs résultats et conférer au produit carboné ou graphité des propriétés améliorées de souplesse et de résistance dans l'une de ces directions et des propriétés sensiblement équivalen- tes dans l'autre direction.
Le traitement dit de "flexing" en langue anglaise correspond à un traitement mécanique de froissage ou de pressa- ge de la rayonne, portée à la tenpérature convenable, jusqu'à la rendre douce au toucher, souple et très flexible.A ce point du traitement de la rayonne par la chaleur, et avant qu'elle soit froissée, celle-ci se présente généralement sous un aspect raide et grossier, plutôt que sous un aspect doux au toucher.
Une façon typique d'effectuer le froissage consiste à utiliser des cylindres de calandrage du type habituel utilisé dans l'in- dustrie textile; la seule limite de cette utilisation concerne
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la pression d'application des cylindres, pression qui ne doit pas détériorer l'étoffé., mais être suffisante pour la rendre souple et flexible.
Pour des raisons pratiques de manipulation,etc.. après le ' traitement de la rayonne à la température appropriée,on la re- froidit, par exemple jusqu'à des températures inférieures à 40 C environ ou jusqu'à la température ambiante avant d'effectuer le froissage, mais de toute façon ceci n'est pas absolument es- sentiel pour la mise en oeuvre de l'invention.
Après l'opération de froissage, la rayonne froissée et traitée par la chaleur peut être chauffée immédiatement ou pendant une courte durée jusqu'à la température à laquelle elle avait été chauffée avant d'être froissée; ensuite, on peut la 'chauffer jusqu'à la température appropriée pour carboner ou graphiter le produit selon les programmes de température-durée, qui sont indiqués dans les exemples.
On peut effectuer le froissage à la main,simplement en manipulant le produit entre les paumes des mains d'une ou de plusieurs personnes jusqu'à ce que la "main" ou le "toucher" du produit soit satisfaisant; on peut encore l'effectuer en faisant passer la rayonne traitée à la chaleur une ou plusieurs fois entre deux cylindres jumelés jusqu'à l'obtention d'une souplesse suffisante. On préfère utiliser des cylindres recouverb de caoutchouc ou de matière plastique, soit un cylindre de caout- chouc,etc. avec un cylindre d'acier ou de métal, soit deux cylindres recouverts de caoutchouc ou de matière plastique.
Bien entendu, on peut aussi utiliser des programmes de chauffage plus lents que ceux indiqués précédemment cornue typiques. De toute façon,on utilise rarement des cadences de chauffage inférieures à 200 C par heure, à partir de la tem-
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pérature ambiante jusqu'à la gamme de température comprise entre 325 et 390 C, ou ultérieurement jusqu'à la température d'obten- tion du produit carboné (dont un exemple est indiqué pour 800 C,, mais qui peut correspondre à n'importe quelle température entre 500 C et 1200 C environ), mais cette façon d'opérer est utilisée rarement,car elle exige des durées prolongées de traitement.
REVENDICATIONS 1.- Procédé d'obtention de fibres de rayonne carbonées, ca- ractérisé en ce qu'on chauffe la rayonne dans des conditions essentiellement non oxydantes à une température comprise entre 325 C et 390 C environ, on interrompt le chauffage à une tempé- rature comprise entre ces limites, on froisse la rayonne par une action mécanique ou manuelle peur rendre le produit plus souple et on poursuit le chauffage de la rayonne toujours dans des conditions non oxydantes jusqu'à une température supérieure à 500 C environ pour poursuivre sa carbonisation .