CA1052510A - Procede de production de fibrilles courtes et dispositifs pour sa realisation - Google Patents
Procede de production de fibrilles courtes et dispositifs pour sa realisationInfo
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Abstract
BREVET D'INVENTION
Procédé de production de fibrilles courtes et dispositifs pour sa réalisation La Société Anonyme dite : SOLVAY & Cie Convention : Demandes de brevets luxembourgeois n°69196 du 18 janvier 1974, n° 70525 du 12 juillet 1974 et n° du 18 octobre 1974 en sa faveur ABREGE DESCRIPTIF
a) L'invention concerne un procédé pour la production directe de fibrilles courtes par détente brusque d'un mélange biphasique de polymère fondu et de solvant.
b) Le procédé consiste à perturber le flux de mélange biphasique au moment où il pénètre dans l'orifice de détente brusque.
c) Le procédé permet la production de fibrilles qui peuvent être exploitées directement pour la production de textiles non tissés et de papiers synthétiques.
Figure 1.
Procédé de production de fibrilles courtes et dispositifs pour sa réalisation La Société Anonyme dite : SOLVAY & Cie Convention : Demandes de brevets luxembourgeois n°69196 du 18 janvier 1974, n° 70525 du 12 juillet 1974 et n° du 18 octobre 1974 en sa faveur ABREGE DESCRIPTIF
a) L'invention concerne un procédé pour la production directe de fibrilles courtes par détente brusque d'un mélange biphasique de polymère fondu et de solvant.
b) Le procédé consiste à perturber le flux de mélange biphasique au moment où il pénètre dans l'orifice de détente brusque.
c) Le procédé permet la production de fibrilles qui peuvent être exploitées directement pour la production de textiles non tissés et de papiers synthétiques.
Figure 1.
Description
La présente invention concerne un procede de production de fibrilles de courte longueur ainsi que des dispositifs convenant particulièrement pour sa realisation.
Il est bien connu de produire des structuras ou des mèches fibrillées continues par detente brusque d'un melange biphasique liquide à base de poly-mère fondu et de solvant se trouvant à pression et temperature elevees. Ces structures sont toutefois très difficiles à mettre en oeuvre telles quelles pr .-~palement à cause de leur volume extremement eleve et de la vitesse à
- laque-lle elles sont produites. C'est la raison pour laquelle, afin qu'elles 10 p~.ssent être mises en oeuvre de facon economique, on leur fait d'abord subirun traitement de dechiqueta~e qui reduit leurs dimensions mais qui est nuisible à leurs proprietes physiques et qui implique des immobilisations elevees et une consommation importante d'energie.
C'est pourquoi on a tente de mettre au point des procédes conduisant 15 directement à la formation de fibrilles de courte longueur lors de la detente brusque des melanges precites.
Ainsi, dans le brevet belge 787 032 du 1.8.1972, la Demanderesse a decrit un procede de fabrication directe de fibrilles courtes dans lequel le mélange biphasique est dispersé dans un fluide d'appoint juste au moment où il est 20 soumis à la détente brusque. Suivant le brevet belge 787 033 du 1.8.1972 éga-lement au nom de la Demanderesse, on atteint un résultat sir~.ilaire lorsque la ;; structure fibrillée formée par la d~tente brusque du mélange biphasique est déchiquetee au moment meme de sa formation par un courant de fluide transversal.Quoique ces procédes ameliorent de manière très importante la technique 25 de fabrication des fibrilles discontinues, ils presentent cependant encore quelques inconvenients dont le principal est de necessiter la mise en oeuvre de ` quantités très importantes de fluide d'appoint pour obtenir un déchiquetage suffisant.
La Demanderesse a dès lors poursuivi ses recherches en vue de mettre au 30 point un procédé pour la production directe de fibrilles courtes ne nécessitant ~' plus l'apport d'un fluide d'appoint.
Ainsi, dans le brevet belge 811 780 du 1.3.1974, la Demanderesse a decrit un procede de production de fibrilles courtes qui consiste à pulveriser mecani-quement le cone d'ejection se formant à la sortie de l'orifice au moyen duquel --1 35 est opéree la detente brusque. Cette technique implique toutefois l'utilisation . de dispositifs mécaniques tels que des lames rotatives tournant à très grande vitesse et à très faible distance de l'orifice de detente. Il en resulte que cette technique qui permet toutefois d'atteindre de bons resultats est d'une `, exécution très delicate, qui exige des moyens d'entraînement speciaux et qu'elle , .
, ~szs~
peut entraîner des arrêts dus à des défaillances mecaniques.
Il apparal-t dès lors que jusqu'à present, malgre les progrès importants dejà realises, on n'est pas encore parvenu à
mettre au point un procede sûr ne necessitant pas de fluide d'ap-point pour la production directe de fibrilles courtes par detente brusque de melanges biphasiques de polymères -fondus et de solvants.
La Demanderesse a maintenant trouvé un procédé qui ne présente plus les inconvénients sus-mentionnés et qui se caractérise par une économie de moyens extrêmement grande.
La présente invention concerne un procédé de production de fibrilles de courte longueur par détente brusque d'un mélange biphasique comprenant du polymère fondu et du solvant et se trou-vant a pression et a température élevées par éjection a travers un orifice de détente, de maniere a vaporiser instantanément le sol-vant et à solidifier le polymere dans lequel l'écoulemen-t du mé-lange biphasique est perturbé en déviant une partie du flux qui est dirigée de manière a pénétrer dans l'orifice de détente sui-vant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de :~ .
détente.
Sous la dénomination de "fibrilles de courte longueur"
la Demanderesse désigne des structures fibrillées allongées cons--; tituées de filaments tres ténus, d'épaisseur de l'ordre du micron ~; connectés entre eux pour ormer un réseau tridimensionnel. Ces fibrilles, d'aspect floconneux, ont une forme générale oblongue.
Leur longueur varie de 0,5 mm a 5 cm environ et leur diametre de 0,01 a 5 mm environ. La surface spécifique de ces produits est tres élevée: elle est supérieure a 1 m2/g et dans beaucoup de cas a 10 m2/g. Ces fibrilles constituent une excellente matiere premiere pour la production par les voies habituelles de textiles non tissés et de papiers synthétiques.
La Demanderesse définit également ci-apres ce qu'il faut entendre par l'expression "mélange biphasique comprenant du ..
~ - 2 -,.: ' ' 1(3~,.'S~O
polymère fondu et du solvant".
Lorsqu'on applique à un mélange de polymère et de solvant aL)i)roL~ri~, dc concelltration appropriée en polymère et se trouvant à une température supérieure à la température de fusion du polymère, une pression très élevée, on consta-te que le mélange se présente sous la forme d'une phase liquide homogene unique. Si ensuite, en maintenant toutes les autres conditions constantes, on diminue progressivement la pression, on constate qu'à partir d'une certaine pression variable selon les cas, la phase liquide homogène se trou-ble du fait de l'apparition d'un système à deux phases liquides constitué par une phase continue riche en polymère dans laquelle sont dispersées des gouttelettes d'une phase liquide pauvre en polymère. La valeur de la pression où apparalt ce phénomène peut etre déterminée facilement par voie expérimentale pour des valeurs diverses de la température et de la concentration en polymère.
Pour obtenir, par détente brusque des structures de haute qualité, il est recommandé de mettre en oeuvre des mélanges se trouvant l'etat biphasique. .
., .
~, '~' 1 .
: ' ., 3 ~ o Le ou les polymères présents dans le melange soumis à la detente brusque peuvent être quelconques pour autant qu'ils puissent conduire à la formation de melanges biphasiques en presence de solvants appropriés.
En général, tous les polymères aptes à être files peuvent être mis en oeuvre selon la présente invention.
A titre exemplatif, on peut citer les polyoléfines, les polyamides, les polyesters thermoplastiques, les polyuréthanes, les polycarbonates, les poly-mères vinyliques (tels que les polymères à base de chlorure de vinyle, d'acéta-te de vinyle ou de fluorure de vinylidène) et les polymères acryliques (tels que les polymères du nitrile acrylique ou de l'acrylate de méthyle).
On préfère toutefois mettre en oeuvre des polymères cristallins dont le taux de cristallinité mesuré par diffraction des rayons X est supérieur à 10 %
; et, encore de préférence, supérieur à 20 ~. En effet, l'étirage auquel sont soumis les filaments très ténus constituant les fibrilles lors de la vaporisa-~ 15 tion instantanée du solvant, du fait du dégagement brusque des vapeurs de sol-; vant, leur confère une structure orientée lorsqu'elles sont constituées en un polymère cristallin et partant des propriétés mécaniques remarquablement élevées.
Les me;lleurs résultats sont obtenus à partir des polyoléfines cristallines.
Parmi celles-ci, les plus utilisées sont les polymères à structure sensiblement linéaire comprenant au moins 50 ~ molaires d'une alpha-oléfine comprenant de 2 ! à 6 atomes de carbone. A titre d'exemples, on peut citer le polyéthylène à
haute densité et le polypropylène isotactique dont on peut disposer commerciale- -ment très facilement ainsi que le polybutène-l isotactique et le poly-4-méthyl-pentène~l isotactique qui sont produits à une échelle beaucoup plus réduite.
Pour ce qui concerne le ou les solvants mis en oeuvre, il est préférable qu'ils ne dissolvent pas le polymère dans les conditions normales de pression et de température (pression atmosphérique, 20C). Dans ces conditions ils ne doivent pas dissoudre plus de 50 g/litre et, de préférence, plus de 10 g/litre `~ 30 de polymère.
En second lieu, il est préférable que leur point d'ébullition soit situé
plus bas que la température à laquelle le ou les polymères peuvent être défor-més plastiquement : ils doi~ent avoir une température d'ébullition à pression normale inférieure de plus de 20C et, de préférence de plus de 40C à la tem-pérature de plaqtification du ou des polymères. En outre, ils doivent per-mettre la formation de mélanges biphasiques liquides, tels que définis ci-avant dans des conditions de température et de pression qui permettent la vaporisation instantanée et la solidification du polymère.
Pour des raisons de facilité, il est toujours préférable d'utiliser un . ~ .
~.
4 ~(~5~
solvant commun lorsqu'on met en oeuvre plusieurs polymères différents.
- Parmi les nombreux solvants utilisables, on peut citer notamment les hydrocarbures aliphatiques (tels que le butane, le pentane, l'hexane, l'heptane et l'octane normaux ainsi que leurs isomères), les hydrocarbures cycloalipha-5 tiques (tels que le cyclohexane et le methylcyclohexane~, les hydrocarbures aromatiques ~tels que le benzène, le toluène et le xylène), les halogénùres d'alkanes (tels que les chloromethanes, les chlorofluoromethanes, les chloro-éthanes et les chlorofluoroéthanes), les alcools, les cétones, les esters, les amides, les nitriles et les éthers.
Lorsqu'elle met en oeuvre un ou plusieurs polymères choisis parmi leæ
polyoléfines cristallines, la Demanderesse prefère utiliser un solvant choisi parmi les hydrocarbures aliphatiques et cycloaliphatiques comprenant de 4 à 8 atomes de carbone tels que par exemple l'hexane et le cyclohexane de qualité
technique.
Dans le procédé conforme à l'invention, il convient de choisir la pression du mélange soumis à la détente brusque de facon telle qu'il se présente sous la forme d'un mélange biphasique. Il en va de me~me pour la température et la concentration en polymère.
En général, on préfère opérer à une température comprise entre 100 et 300C
et, encore de préférence, entre 125 et 250C.
La concentration en po]ymère est généralement comprise entre 1 et 500 g par kg de mélange. On préfère mettre en oeuvre des mélanges contenant de 10 à
300 g de polymère par kg de solvant et encore de préférence de 50 à 200 g/kg.
En plus du polymère et du solvant qui peuvent comme on l'a dit être uniques ou être constitués eux-mêmes de mélanges, le mélange biphasique peut en outre contenir des additifs usuels des polymères tels que des antioxydants, des agents stabilisants à la lumière, des agents antistatiques, des agents tensio-actifs, des agents renforçants, des matières de charge, des pigments, des colorants et des agents de nucléation pourvu que ceux-ci ne nuisent pas à la formation du mélange, à la vaporisation instantanee du solvant et à la solidi-fication du polymère.
Lors de la detente brusque la pression du ou des melanges biphasiques est ramenée à une valeur proche de la pression atmosphérique, de préférence à une pression inférieure à 3 kg/cm2 absolus, dans un intervalle de temps très court inférieur de préférence à 1 seconde. Cette détente est obtenue par passage au travers d'un orifice de préférence cylindrique dont le diamètre est compris , entre 0,1 et 3 mm et de préférence entre 0,5 et 1,5 mm et dont le rapport ~' longueur/diamètre est compris entre 0,1 et 10 et, de préférence entre 0,5 et 2.
`~ Dans le cas où l'orifice n'est pas de section circulaire, le diamètre qu'il ., . .,~ .
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~os~s~o faut prendre en considération est le diamètre hydraulique.
Selon l'invention, le flux ae melange biphasique qui s'ecoule vers l'entree de l'orifice de detente est perturbe juste avant d'y penetrer. La phase liquide continue du melange biphasi-que etant la phase riche en polymère, le melange biphasique possède une viscosi-te extrêmement elevée. De ce fait, on suppose qu'il s'ecoule en régime laminaire, les veines fluides ayant des trajec-toires parallèles. La perturbation a pour effet de modifier ce regime dlecoulement juste avant que le melange biphasique penètre dans l'orifice de detente. Il est bien evident que cette pertur-bation doit être realisee dans des conditions telles qu'elle ne soit pas encore amortie au moment où le melange biphasique penètre dans l'orifice de détente.
Comme mentionné précédemment, l'écoulement du mélange biphasique est perturbé en déviant, en amont de l'orifice de dé-ten-te, une partie du flux de mélange biphasique soumise à la détente brusque et en la dirigeant de facon telle qu'elle pénètre dans l'orifice de détente suivant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de détente.
De préférence, l'angle forme entre la direction de la partie du flux qui est la plus déviée et l'axe de l'orifice de détente est compris entre 30 et 135 . Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque cet angle est compris entre 75 et 120.
Dans la realisation la plus simple, cet angle vaut 90.
, Cette deviation peut être realisee avantageusement en faisant passer le melange biphasique soumis à la detente brusque au travers d'une chambre de perturbation debouchant sur l'orifice de detente.
Suivant une variante de ce mode de realisation, on di-vise le flux de melange biphasique pénétrant dans la chambre de perturbation par un orifice d'alimentation en une pluralité de flux.
~ 5 , .
. . .
1t)5i~5~0 Cette division du flux de melange biphasique peut se faire en multipliant les orifices d'alimentation de la chambre ~e perLurbatioll en interposant une L~ièce de repartition de flux ou une grille, de preference une toile metallique, sur la trajec-toire suivie par ce fluxc Lorsqu'on utilise une toile metallique, elle peut être par exemple disposee au-dessus de l'orifice d'alimentation de la chambre de perturbation c'est-à-dire contre la face amont de la cloison dans laquelle est perce cet orifice d'alimentation. Tou-tefois, la Demanderesse prefère que la toile me-tallique soit dis-posée dans la chambre de perturbation, de preference contre la cloison comportan-t l'orifice d'alimentation. La toile métallique doit, de préférence, être disposée de façon a être perpendiculaire la directiondu flux de mélange biphasique.
La toile métallique doit avoir une ouverture de mailles . d'au moins 0,1 mm - -' .
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de facon à éviter tout risque d'encrassement et éventuellement de bouchage.
La dimension des mailles de la toile métallique peut atteindre la dimension de l'orifice d'alimentation et meme dépasser cette valeur pour autant bien entendu qu'au moins un de ses brins cnnstitutifs soit en regard de l'orifice d'alimen-tation, c'est-à-dire sur la trajectoire suivie par le flux de mélange biphasi-que.
On peut également provoquer la division du flux de mélange biphasique en alimentant la chambre de perturbation par une pluralité d'orifices d'alimenta-tion, ces orifices étant percés dans la cloison amont délimitant la chambre de perturbation. Les axes de ces orifices peuvent être parallèles entre eux ou être inclinés les uns par rapport aux autres.
Il est toutefois bien évident que ces deux variantes peuvent être combinées et que l'on peut avantageusement alimenter la chambre de perturbation par plu-sieurs orifices et en outre munir cette chambre d'une toile métallique.
~;~ 15 Il peut être intéressant de prévoir un divergent à la sortie de l'orifice de détente afin de canaliser et de diriger les fibrilles courtes sortant de cet orifice. La Demanderesse a constaté qu'il convient cependant que l'angle de ce ; divergent soit au moins de 150.
Enfin, la Demanderesse a constaté qu'il es~ préferable que le melange - 20 biphasique pénètre dans la chambre de perturbation par un ou des orifices dont ;l'angle formé par les parois d'entrée soit au plus égal à 30 ou au moins égal à 150.
Les procédés décrits ci-avant permettent la production directe et écono-mique de fibrilles de courte longueur qui, toutefois, s'accompagne souvent de la formation indésirable d'un nombre relativement important de pastilles, c'est-a-dire de petites particules denses ayant la structure d'un film ou d1une pellicule dont la plus grande dimension peut atteindre et dépasser 0,5 mm.
La présence de ces pastilles dans les fibrilles courtes ainsi produites se révèle gênante lors de la mise en oeuvre ultérieure de ces fibrilles pour la realisation de papiers synthetiques. On constate, en effet, que ces pastilles sont difficiles à éliminer et qu'elles se retrouvent genéralement dans les papiers produits sous forme de points transparents ou d'impuretés qui nuisent à l'epair des produits finis.
Il est possible de réduire substantiellement la formation de pastilles et même deta supprimer complètement en lubrifiant la paroi de l'orifice de détente au moyen d'un film d'un lubrifiant incompatible avec le mélange biphasique.
Suivant un mode de réalisation de cet aspect de l'invention, on peut revêtir les parois de l'orifice de détente d'une mince pellicule d'un lubrifiant appro-~prie tel que, par exemple, un silicone.
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7 ~ s~
Toutefois, l'amélioratior~ sensible constatée dans ce cas au point de vuede la réduction du nombre de pastilles n'est pas permanente. On remarque, en effet, que le nombre de pastilles formées, qui est notablement reduit lors de la mise en service, tend à s'élever progressivement en fonction de la duree de service.
Dès lors, suivant un mode de réalisation préférentiel, la lubrification des parois de l'orifice de détente est assurée par l'écuulement continu d'un film d'un lubrifiant liquide incompatible avec le mélange biphasique formé à
l'entrée de l'orifice de détente.
En opérant de cette facon, la Demanderesse a, en effet, constaté que la diminution du nombre de pastilles formées ou leur suppression se maintient dans le temps.
Le lubrifiant liquide mis en oeuvre dans le procédé suivant cette variante peut etre quelconque pour autant qu'il soit incompatible avec le mélange biphasique, c'est-à-dire qu'il forme une phase continue distincte de ce mélange,et en particulier qu'il ne dissolve pas le poly~ère présent dans ce mélange Ce lubrifiant est, de préférence, porté à une température vois;ne de la tempé-rature du mélange biphasique avant d'etre amené sur la paroi de l'orifice de .~ détente.
Pour des raisons de simplicité et d'economie, la Demanderesse préfère toutefois que le lubrifiant utilisé soit de l'eau contenant éventuellement un agent mouillant. Ce type de lubrifiant penmet en effet d'atteindre des résul-tats excellents. ~n outre, les fibrilles courtes produites ainsi sont très aisément mises en suspension dans de l'eau même lorsque leur polymère consti-tutif est hydrophobe. Enfin, lors de la production des fibriD~s, l'eau se vaporise et forme une gaine qui enveloppe le flux de fibrilles et empeche celles-ci de venir se coller contre les parties chaudes de la filière de detente.
Le lubrifiant liquide est introduit SOU9 un débit compris entre 30 et 250 litres/h et, de preférence compris entre 40 et 150 litreslh, lorsqu'on fait usage de dispositifs spéciaux décrits ci-après dont l'orifice de détente a un diamètre de l'ordre de I mm.
Pour permettre la realisation du procédé conforme à l'invention, la Demanderesse a eté amenée à réaliser plusieurs dispositifs de type particulier ~, 35 qui font également partie de la présente invention.
Ces dispositifs ou filières se distinguent principalement de ceux déjà
connus en ce qu'ils comportent une chambre de perturbation comprenant au moins un orifice d'alimentation et un orifice de détente qui lui est opposé.
~' Dans le mode de réalisation le plus simple, l'orifice d'alimentation, qui 8 ~LOS;~
est egalement cylindrique, et l'orifice de détente sont coaxiaux et la chambre de perturbation possède une symétrie de révolution autour de leur axe commun.
Suivant une première variante de réalisation, la chambre de perturbation peut être pourvue d'une toile métallique ou être alimentée par une pluralité
d'orifices d'alimentation.
Suivant une seconde variante de réalisation, la chambre de perturbation peut être entourée d'une seconde chambre qui est peripherique et qui est rac-cordée à une source de lubrifiant liquide qui débouche dans la chambre de per-turbation par une fente annulaire qui entoure l'entrée de l'orifice de détente.
De cette façon, la chambre périphérique ~ommunique avec la chambre de perturba-tion de fa,con à diriger en continu un film de lubrifiant liquide sur la paroi de l'orifice de détente.
Les dispositifs conformes à l'invention seront d'ailleurs mieux saisis en se référant aux figures annexées dans lesquelles on a représenté, schématique-ment et en coupe, diverses variantes de réalisation.
Dans ces figures :- la fig. I est une vue d'un dispositif complet convenant pour la réalisation du procédé conforme à l'invention;
- les fig. 2 à 7 montrent des variantes de réalisation de la partie terminale du dispositif suivant la fig. 1 ;
! _ la fig. 8 montre une variante de réalisation faisant appel à plusieurs cham-; bres de perturbation disposées en série ;
- la fig. 9 est une vue d'un dispositif faisant appel à l'emploi d'une toile métallique ;
- la fig. 10 est une vue d'un dispositif comportant deux orifices d'alimentation;
- la fig. 11 est une vue en coupe suivant l'axe AA' de la fig. 10;
~ - la fig. 12 est une vue d'une variante de réalisation du dispositif suivant :. la fig.10 ;
- la fig. 13 est une vue d'une variante de réalisation d'une Eilière conforme à l'invention permettant la formation d'un film continu de lubrifiant au niveau de la paroi de l'orifice de détente.
Ainsi qu'il apparait dans les figures I à 7, la filière I conforme à
l'invention comporte un orifice de détente 2 et un dispositif de prédetente. Ce dispositif de prédétente qui est constitué, selon le mode de réalisation repre-sente, d'une cloison 3 presentant un orifice central 4 n'est nullement indis-pensable. Sa raison d'être est d'assurer une perte de charge dans le melange , de polymère fondu et de solvant se trouvant sous forme liquide monophasique traversant la filière afin de provoquer la formation d'un melange biphasique.
Cette fa~on de procéder présente certains avantages : d'une part, il est plus simple de préparer un mélange monophasique et, d'autre part, le melange biphasique est de qualité plus constante.
Toutefois, ce dispositif peut être supprimé dans le cas où la filière est alimentee directement avec un mélange biphasique de polymère et de solvant.
La filière comporte en outre une chambre de perturbation 5 delimitee notamment par la paroi comportant l'orifice de detente 2 et par une paroi superieure 6 plane comportant l'orifice d'alimentation 7 en son centre. Le6 orifices d'alimentation et de detente sont opposes et coaxiaux. La chambre de perturbation est cylindrique de section circulaire. Les orifices occupent les centres des bases. La distance entre orifices (hauteur) est généralement inferieure à 10 cm et de preference a 7,5 cm. Des donnees supplémentaires au -~ sujet de cette chambre seront fournies plus loin.
Ainsi que le montrent les figures 2 à 7 l'entrée et la sortie de l'orifice de detente 2 peuvent recevoir divers profils.
~- 15 Lorsque la chambre 8 de la filière est alimentee par un mélange biphasique de polymère fondu et de solvant, ce melange du fait de l'alignement de l'ori-fice 7 de la paroi 6 et de l'orifice de détente 2, s'écoule au travers de la chambre de perturbation suivant une veine fluide centrale pré~érentielle 9 et suivant des veines latérales 10, qui, au voisinage de l'orificc de détente 2, sont dirigées transversalement par rapport à la veine centrale par les parois de la chambre de perturbation. L'angle d'incidence de ces veines latérales peut être varié en modifiant le profil de la paroi comportant l'orifice de , détente 2 ainsi qu'il apparalt aux figures 2 à 7. On voit que l'angle formé
-~ entre l'axe de l'orifice de détente et la paroi de la chambre dans laquelle cet orifice est percé détermine l'angle d'incidence des veines latérales les plus excentriques qui sont les plus déviees. Cet angle est compris de préfé-rence entre 30 et 135, les meilleurs résultats étant obtenus lorsqu'il est compris entre 75 et 120. Dans les réalisations les plus simples (fig. 1, 3, 4, 7 et 8), il est égal à~90. Par ailleurs, il peut également être avanta-geux de profiler la chambre de perturbation 5 par exemple en supprimant les angles morts, ainsi qu'il apparaît notamment à la fig. 7, pour que la trajec-;1 toire des veines latérales les plus déviées qui se déplacent au voisinage de-la paroi soit tangente en tout point à la paroi. Dans ce cas, la vitesse de ~' la partie du flux qui est la plus déviée est maximum.
j 35 Il peut encore être avantageux de réaliser une filiere telle que celle représentée à la fig. 8, dans laquelle, on prévoit plusieurs chambres de pertur-, bation 5 disposees en serie.
Il est en outre souhaitable que la chambre de perturbation réponde à
divers critères pour en optimaliser l'efficacité.
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lo ~os;~
Ainsi, il convient evidemment que la chambre de perturbation ait une dimension transversale suffisante pour obtenir la formation de veines latérales capables de perturber la veine centrale au niveau de l'entrée de l'orifice de detente 2.
Pour une raison similaire il convient égalememt que la diætance entre les orifices de la chambre de perturbation (hauteur de la chambre) soit egalement supérieure au diamètre de l'orifice d'alimentation. Il est en effet evident que lorsque la hauteur de la chambre de perturbation est trop faible, les veines latérales déviees ne peuvent être dirigees de manière efficace transver-salement par rapport a la veine centrale.
Par contre, lorsque la hauteur de la chambre de perturbation devient tropélevée, les veines transversales déviées ont tendance à rejoindre la veine centrale et a redevenir parallales a elles avant d'atteindre l'orifice de detente. La Demanderesse a constaté que la hauteur que peut avoir la chambre de perturbation est liée au diametre de cette chambre. En effet, pour obtenir une efficacité maximale, il faut que le rapport entre la hauteur de cette chambre (distance entre orifices) et sa dimension latérale soit inféreur à 5 et ~e preférence à 3.
Enfin, la Demanderesse a constaté qu'il est preférable que le diamètre de l'orifice d'alimentation soit au moins ëgal a la moitié du diamètre de l'ori-fice de détente.
Ainsi qu'il apparaît à la fig. 9, la filiare de detente brusque 1 peut être équipée d'une toile métallique 12 disposée dans la chambre 5 de perturbation.
Cette chambre de perturbation 5 est delimitée notamment par la paroi comportant ; 25 l'orifice de détente 2 et par une paroi supérieure 6 plane comportant en son centre un orifice d'alimentation 7. Les orifices de détente 2 et d'alimenta-; tion 7 sont, dans le cas particulier, opposés et coaxiaux. La paroi laterale de la chambre de perturbation 5 qui est cylindrique est delimitee par une bague annulaire 13. Il est toutefois à noter que la chambre de perturbation 5 peut avoir une autre forme et notamment une forme parallélépipédique. La fonction de la bague annulaire 13 est double : d'une part, cette bague determine la hauteur de la chambre de perturbation 5 et, d'autre part, elle maintient en place la toile a mailles fines 12 disposee dans la chambre de perturbation contre la paroi 6 comprenant l'orifice d'alimentation.
- 35 Les filiares representees aux fig. 10, 11 et 12 son~ du même type que celle representée a la fig.9 , sauf qu'elles ne comportent pas de toile metal-lique disposee dans la chambre de perturbation. En outre, la co~munication entre la chambre 8 d'alimentation et la chambre de perturbation 5 est assuree par deux orifices d'alimentation 7 dont les axes sont inclines l'un par rapport ., ~
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à l'autre et qui se raccordent en un orifice unique du coté de la chambre d'alimentation. Dans ces filieres, la bague annulaire 13 délimitant la paroi latérale cylindrique de la chambre de perturbation sert uniquement a régler la hauteur de cette derniere chambre.
Ainsi qu'il a été dit, les filieres représentées aux fig. 10, 11 et 12 - pourraient en outre etre pourvues d'une toile métallique disposée dans leur chambre de perturbation et/ou être équipées de deux ou plusieurs orifices dont les axes seraient paralleles.
Ainsi qu'il apparaît notamment aux fig. 1, 2, 3, 4, 8 et 12, on peut prévoir un divergent 11 a la sortie de l'orifice de détente, l'angle de ce divergent étant de préférence supérieur a 150.
Enfin, ainsi qu'il apparaît a la fig. 13, la fili2re 1 qui comporte une chambre de prédétente 8, un orifice d'alimentation 7 de la chambre de perturba-tion 5 et un orifice de détente 2 peut en outre être pourvue d'une chambre ; 15 périphérique 15 qui entoure la chambre de perturbation 5, la cloison 14 séparant ces chambres etant interrompue au niveau de l'entrée de l'orifice de détente 2 de façon ~ fonner une fente annulaire 17 coaxiale avec l'orifice de détente.
La chambre périphérique 15 est, en outre, munie d'un raccord 16 pour permettre sa mise en communication avec une source de lubrifiant liquide.
Le procédé conforn1e a l'invention est, en outre, illustré par les exemples de réalisation pratique qui vont suivre. Il est toutefois bien entendu que ces exemples sont donnés à titre purement illustratif et qu'ils ne limitent en rien la portée de la présente invention.
On peut, en particulier, réaliser d'autres types de filières et notamment des filières permettant la mise en oeuvre de mélanges biphasiques ayant des compositions différentes.
Exemole 1 On rëalise un mélange biphasique en portant à une température de ~95C et à une pression de 63 kg/cm , un melange comprenant 15 % en poids d'ELTEX A 1050 et 85 % en poids d'hexane technique. Ces conditions correspondent au début de l'apparition des deux phases liquides. L'ELTEX A 1050 est un polyéthylène de haute densité et d'indice de fusion égal a 5 produit et vendu par la Demanderesse Ce mélange est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation comme représentée a la figure 4 des dessins annexes et présentant les caractéristiques géométriques suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 16 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation~t le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal a 5 ~j . , * marque de commerce . .
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- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diametre de cette chambre égal a 0,313 - diametres et hauteurs de l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
Le divergent prolongeant l'orifice de détente brusque a une ouverture de Le mélange biphasique est débité a raison de 21,4 kg/h de polymere.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale à 1,7 mm. La surface spécifique de ces fibrilles s'éleve a 35 m2/g.
~ 10 Exemple 2 - On procede comme dans l'exemple I sauf que l'on fait préalablement subir au mélange une prédétente de 12 kg/cm2. On obtient également des fibrilles courtes d'une longueur moyenne, égale a 1,9 mm.
La surface spécifique du produit s'éleve à 23 m2/g.
Exemple 3 On procede comme dans l'exemple 2 mis à part le fait que la filiere pré-sente les caractéristiques géométriques modifiées suivantes :
- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de per~urbation 7 égal à 200 ~ rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 12,5.
On obtient une mèche fibrillée continue.
Ce résultat négatif est probablement dû au fait que la chambre de pertur-bation présente une trop grande hauteur par rapport à son diamètre.
Exemple 4 On procède comme à l'exemple 2 mais en utilisant une filière à chambre de perturbation comme représentée à la fig. 3 dont les caractéristiques géométri-; que8 80nt identiques à celles de l'exemple 1.
On obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale a 1,8 mm.
Leur surface spécifique s'élève à 21 m2/g.
Exemple 5 On procède comme à l'exemple 4 mis a part le fait que la filière présente les caractéristiques géométriques modifiées suivantes : -- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diametre de l'orifice de perturbation 7 égal a ~0 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 2,5.
j On obtient de nouveau des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale ; à 2,3 mm et dont la surface spécifique s'élève à 26 m2/g.
]3 Exemple 6 On procède comme à l'exemple 2 mais en utilisant une filière telle que - représentée à la figure 6 et dont les caracteristiques géométriques sont les suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 egal à 6 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,5 - diamètres et hauteurs de l'orifice d'alimentation 7 et de l1orifice de détente : I mm.
On obtient des fibrilles courtes d'une surface spécifique de 30 m2/g et dont la longueur moyenne s'élève à 2,1 mm.
Exemple 7 On procède comme à l'exemple 2 mais en equipant la filière de détente d'un divergent ayant une ouverture de 150.
De plus, les caractéristiques géométriques de la filièr~ sont modifiées comme suit :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 13,3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 4,16 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,313 - diamètresde l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : 1,2 mm - hauteursde l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
On constate que le débit massique en polymère passe à 30 kg/h. De plus, on obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 2,2 mm.
La surface spécifique est de 30 m /g.
Exemple 8 On opère comme à l'exemple précédent mais en modifiant les caractéristiques géométriques de la filière comme suit :
- rapport entre le diamètre dela chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 10,7 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 3,34 - diamètresde l'orifice de perturbation 7 et de l'orifice de détente : 1,5 mm - hauteurs de l'orifice de perturbation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
On constate que le débit massi~ue en polymère passe à 49 kg/h et on , :
... - , j, . . ,.: , ; . , 14 ~0S2~
obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 2,6 mm.
La surface spécifique est de 23 m /g.
Exemple 9 On opère comme à l'exemple précédent mais en utilisant une filiere du type schématisé a la fig. 8 des dessins annexés et présentant donc trois chambres de perturbation disposees en série.
Les dia~ètres des orifices successifs dans le sens d'écoulement du mélange biphasique sont respectivement de 2 ~m, de 1,5 mm, de 1,2 mm et de 1 mm. Le divergent a une ouverture de t50.
On obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,9 ~m et dont la surface spécifique est de 10 m2/g.
Exemple 10 On porte à une température de 195C et à une pression de ~3 kg/cm2, un mélange comprenant 10 % en poids de PROFAX 6501 et 90 % en poids de pentane technique. Le PROFAX 6501 est un polypropylène d'indice de fusion égal à 2,9 produit et vendu par l]Er~LES POWDEP~ Co.
Ce mélange est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation etluipée d'une grille métallique con~lle représentée à la fig. 9 des desssins annexés et présentan~. les caractér;sti~ues géométriques suivantes :
- rapport entre le diametre de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 6 ` - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 2 - rapport entre la-hauteur de la chambr2 de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,333 - diamètreset hauteursde l'orifice d'alimentation 7 : I mm ~ ;
- diamètreset hauteursde l'orifice de détente 2 respectivement 1,1 mm et I mm.
En outre, la toile metzllique 12 présente des mailles carrées d'une dimen-sion de 0,~ mm.
Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentatioll 8, le mélange de polymère et de ~olvant subit une prédetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre ; biphasique.
Le mélange biphasique est debité au travers de l'orifice de détente 2 à
raison de 10,3 kg/h de polymère.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,7 n~. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'éleve à 3 m2/g. -~
, Exemple 11 Le mélan~e préparé suivant l'exemple 10 est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation comme représentée aux fig. 10 et il des . `i ' * marque de commerce ~' . :,',.
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dessins annexés et présentant les caractéristiques suivantes.
La chambre de perturbation 5 présente une hauteur de 2 mm et un diamètre de 4 mm.
La filière de détente 2 présente une hauteur et un diamètre de 1 mm.
La communication entre la chambre d'alimentation 8 et 18 chambre de per-` turbation 5 est assurée par deux orifices d'un diamètre de 0,8 mm et d'une longueur de 1,43 mm, les axes des deux orifices faisant chacun un angle de 45 avec l'axe longitudinal de la filière.
~ Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentation 8, le mélange de j 10 polymère fondu et de solvant subit une prédetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre biphasique.
Le melange biphasique est débité au travers de l'orifice de détente 2 à
raison de 13,9 kg/h de polymère.
~- On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,9 mm. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'elève à 3 m /g.
Exemple 12 ., Le mélange préparé suivant l'exemple 10 est détendu par passage au travers ~ d'une filière à chambre de perturbation comme repréæentée à la fig. 12 des ; dessin~ annexés.
Cette filière présente des caractéristiques identiques à celle de la ~ filière représentée aux fig. 10 et 11 et utilisée dans l'exemple 11, mis à part I le fait que la filière de détente 2 est délimitée en arête (hauteur nulle) et est pourvue d'un déflecteur 11 dont l'angle de divergence est de 150.
Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentation 8, le melange de polymère fondu et de solvant subit une predétente de 3 kg/cm2 afin de le rendre biphasique.
Le mélange biphasique est debite au travers de l'orifice de detente 2 à
raison de 14,3 kg/h de polymère.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,2 mm. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'élève à 3 m2/g.
Exemple 13 Qn réalise un mélange comprenant 85 % en poids d'hexane technique et 15 ~
en poids d'ELTEX A 1050 contenant 0,5 % en poids de stéarate de calcium et l'on ¦ porte ce mélange à une temperature de 194C et à une pression de 66 kg/cm2.
~j 35 Ce melange, est detendu par `~1 passage au travers d'une filière à chambre de perturbation telle que represen-~; tee à la fig. 13 et presentant les caractéristiques suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de llorifice d'alimen~a~ion 7 e~al b 16 ~, .
16 ~)S~5i~
- ràpport entre la hauteur de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal a 3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de cette chambre egal a 0,187 - diamètreset hauteursde l'orifice d'alimentation et de l'orifice de détente :
I mm.
Au moment de pénetrer dans la chambre d'alimentation 8 le mélange de poly-- mère et de solvant subit une predetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre bipha-sique.
Durant la detente, on injecte par le raccord 16 de l'eau à 195C et sous une pression de 44 kg/cm2 avec un débit de 95 litres/h.
Le mélange biphasique est débité à raison de 14,4 kg de polymère par heure.
- On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de ; 2,3 mm. Ces fibrilles sont exemptes de pastilles.
Lorsqu'on interrompt l'injection d'eau, le débit de mélange passe à 16,4kg - de polymère par heure. Les fibrilles produites ont alors une longueur moyenne de 1,9 mm et leur production s'accompagne de la formation de pastilles. Le papier synthétique produit à partir de ces dernières fibrille~ présente un épair défectueux car on repère la présence d'~lne moyenne de 9 grosses pastilles par dm2.
; De même, les fibrilles produites au moyen d'un dispositif comprenant une chambre de perturbation pourvue de quatre orifices d'alimentation courbes et ~-profilés de manière à introduire le mélange biphasique dans la chambre de '! perturbation selon une direction faisant un angle de 45 environ avec l'axe de l'orifice de détente (pulvérisateur LEC~lLER KS 11), contiennent également un nombre plus important de pastilles.
~ merque de c mmerce ' ' ' '' ' ' , .1 . ' ,.
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Il est bien connu de produire des structuras ou des mèches fibrillées continues par detente brusque d'un melange biphasique liquide à base de poly-mère fondu et de solvant se trouvant à pression et temperature elevees. Ces structures sont toutefois très difficiles à mettre en oeuvre telles quelles pr .-~palement à cause de leur volume extremement eleve et de la vitesse à
- laque-lle elles sont produites. C'est la raison pour laquelle, afin qu'elles 10 p~.ssent être mises en oeuvre de facon economique, on leur fait d'abord subirun traitement de dechiqueta~e qui reduit leurs dimensions mais qui est nuisible à leurs proprietes physiques et qui implique des immobilisations elevees et une consommation importante d'energie.
C'est pourquoi on a tente de mettre au point des procédes conduisant 15 directement à la formation de fibrilles de courte longueur lors de la detente brusque des melanges precites.
Ainsi, dans le brevet belge 787 032 du 1.8.1972, la Demanderesse a decrit un procede de fabrication directe de fibrilles courtes dans lequel le mélange biphasique est dispersé dans un fluide d'appoint juste au moment où il est 20 soumis à la détente brusque. Suivant le brevet belge 787 033 du 1.8.1972 éga-lement au nom de la Demanderesse, on atteint un résultat sir~.ilaire lorsque la ;; structure fibrillée formée par la d~tente brusque du mélange biphasique est déchiquetee au moment meme de sa formation par un courant de fluide transversal.Quoique ces procédes ameliorent de manière très importante la technique 25 de fabrication des fibrilles discontinues, ils presentent cependant encore quelques inconvenients dont le principal est de necessiter la mise en oeuvre de ` quantités très importantes de fluide d'appoint pour obtenir un déchiquetage suffisant.
La Demanderesse a dès lors poursuivi ses recherches en vue de mettre au 30 point un procédé pour la production directe de fibrilles courtes ne nécessitant ~' plus l'apport d'un fluide d'appoint.
Ainsi, dans le brevet belge 811 780 du 1.3.1974, la Demanderesse a decrit un procede de production de fibrilles courtes qui consiste à pulveriser mecani-quement le cone d'ejection se formant à la sortie de l'orifice au moyen duquel --1 35 est opéree la detente brusque. Cette technique implique toutefois l'utilisation . de dispositifs mécaniques tels que des lames rotatives tournant à très grande vitesse et à très faible distance de l'orifice de detente. Il en resulte que cette technique qui permet toutefois d'atteindre de bons resultats est d'une `, exécution très delicate, qui exige des moyens d'entraînement speciaux et qu'elle , .
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peut entraîner des arrêts dus à des défaillances mecaniques.
Il apparal-t dès lors que jusqu'à present, malgre les progrès importants dejà realises, on n'est pas encore parvenu à
mettre au point un procede sûr ne necessitant pas de fluide d'ap-point pour la production directe de fibrilles courtes par detente brusque de melanges biphasiques de polymères -fondus et de solvants.
La Demanderesse a maintenant trouvé un procédé qui ne présente plus les inconvénients sus-mentionnés et qui se caractérise par une économie de moyens extrêmement grande.
La présente invention concerne un procédé de production de fibrilles de courte longueur par détente brusque d'un mélange biphasique comprenant du polymère fondu et du solvant et se trou-vant a pression et a température élevées par éjection a travers un orifice de détente, de maniere a vaporiser instantanément le sol-vant et à solidifier le polymere dans lequel l'écoulemen-t du mé-lange biphasique est perturbé en déviant une partie du flux qui est dirigée de manière a pénétrer dans l'orifice de détente sui-vant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de :~ .
détente.
Sous la dénomination de "fibrilles de courte longueur"
la Demanderesse désigne des structures fibrillées allongées cons--; tituées de filaments tres ténus, d'épaisseur de l'ordre du micron ~; connectés entre eux pour ormer un réseau tridimensionnel. Ces fibrilles, d'aspect floconneux, ont une forme générale oblongue.
Leur longueur varie de 0,5 mm a 5 cm environ et leur diametre de 0,01 a 5 mm environ. La surface spécifique de ces produits est tres élevée: elle est supérieure a 1 m2/g et dans beaucoup de cas a 10 m2/g. Ces fibrilles constituent une excellente matiere premiere pour la production par les voies habituelles de textiles non tissés et de papiers synthétiques.
La Demanderesse définit également ci-apres ce qu'il faut entendre par l'expression "mélange biphasique comprenant du ..
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polymère fondu et du solvant".
Lorsqu'on applique à un mélange de polymère et de solvant aL)i)roL~ri~, dc concelltration appropriée en polymère et se trouvant à une température supérieure à la température de fusion du polymère, une pression très élevée, on consta-te que le mélange se présente sous la forme d'une phase liquide homogene unique. Si ensuite, en maintenant toutes les autres conditions constantes, on diminue progressivement la pression, on constate qu'à partir d'une certaine pression variable selon les cas, la phase liquide homogène se trou-ble du fait de l'apparition d'un système à deux phases liquides constitué par une phase continue riche en polymère dans laquelle sont dispersées des gouttelettes d'une phase liquide pauvre en polymère. La valeur de la pression où apparalt ce phénomène peut etre déterminée facilement par voie expérimentale pour des valeurs diverses de la température et de la concentration en polymère.
Pour obtenir, par détente brusque des structures de haute qualité, il est recommandé de mettre en oeuvre des mélanges se trouvant l'etat biphasique. .
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: ' ., 3 ~ o Le ou les polymères présents dans le melange soumis à la detente brusque peuvent être quelconques pour autant qu'ils puissent conduire à la formation de melanges biphasiques en presence de solvants appropriés.
En général, tous les polymères aptes à être files peuvent être mis en oeuvre selon la présente invention.
A titre exemplatif, on peut citer les polyoléfines, les polyamides, les polyesters thermoplastiques, les polyuréthanes, les polycarbonates, les poly-mères vinyliques (tels que les polymères à base de chlorure de vinyle, d'acéta-te de vinyle ou de fluorure de vinylidène) et les polymères acryliques (tels que les polymères du nitrile acrylique ou de l'acrylate de méthyle).
On préfère toutefois mettre en oeuvre des polymères cristallins dont le taux de cristallinité mesuré par diffraction des rayons X est supérieur à 10 %
; et, encore de préférence, supérieur à 20 ~. En effet, l'étirage auquel sont soumis les filaments très ténus constituant les fibrilles lors de la vaporisa-~ 15 tion instantanée du solvant, du fait du dégagement brusque des vapeurs de sol-; vant, leur confère une structure orientée lorsqu'elles sont constituées en un polymère cristallin et partant des propriétés mécaniques remarquablement élevées.
Les me;lleurs résultats sont obtenus à partir des polyoléfines cristallines.
Parmi celles-ci, les plus utilisées sont les polymères à structure sensiblement linéaire comprenant au moins 50 ~ molaires d'une alpha-oléfine comprenant de 2 ! à 6 atomes de carbone. A titre d'exemples, on peut citer le polyéthylène à
haute densité et le polypropylène isotactique dont on peut disposer commerciale- -ment très facilement ainsi que le polybutène-l isotactique et le poly-4-méthyl-pentène~l isotactique qui sont produits à une échelle beaucoup plus réduite.
Pour ce qui concerne le ou les solvants mis en oeuvre, il est préférable qu'ils ne dissolvent pas le polymère dans les conditions normales de pression et de température (pression atmosphérique, 20C). Dans ces conditions ils ne doivent pas dissoudre plus de 50 g/litre et, de préférence, plus de 10 g/litre `~ 30 de polymère.
En second lieu, il est préférable que leur point d'ébullition soit situé
plus bas que la température à laquelle le ou les polymères peuvent être défor-més plastiquement : ils doi~ent avoir une température d'ébullition à pression normale inférieure de plus de 20C et, de préférence de plus de 40C à la tem-pérature de plaqtification du ou des polymères. En outre, ils doivent per-mettre la formation de mélanges biphasiques liquides, tels que définis ci-avant dans des conditions de température et de pression qui permettent la vaporisation instantanée et la solidification du polymère.
Pour des raisons de facilité, il est toujours préférable d'utiliser un . ~ .
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solvant commun lorsqu'on met en oeuvre plusieurs polymères différents.
- Parmi les nombreux solvants utilisables, on peut citer notamment les hydrocarbures aliphatiques (tels que le butane, le pentane, l'hexane, l'heptane et l'octane normaux ainsi que leurs isomères), les hydrocarbures cycloalipha-5 tiques (tels que le cyclohexane et le methylcyclohexane~, les hydrocarbures aromatiques ~tels que le benzène, le toluène et le xylène), les halogénùres d'alkanes (tels que les chloromethanes, les chlorofluoromethanes, les chloro-éthanes et les chlorofluoroéthanes), les alcools, les cétones, les esters, les amides, les nitriles et les éthers.
Lorsqu'elle met en oeuvre un ou plusieurs polymères choisis parmi leæ
polyoléfines cristallines, la Demanderesse prefère utiliser un solvant choisi parmi les hydrocarbures aliphatiques et cycloaliphatiques comprenant de 4 à 8 atomes de carbone tels que par exemple l'hexane et le cyclohexane de qualité
technique.
Dans le procédé conforme à l'invention, il convient de choisir la pression du mélange soumis à la détente brusque de facon telle qu'il se présente sous la forme d'un mélange biphasique. Il en va de me~me pour la température et la concentration en polymère.
En général, on préfère opérer à une température comprise entre 100 et 300C
et, encore de préférence, entre 125 et 250C.
La concentration en po]ymère est généralement comprise entre 1 et 500 g par kg de mélange. On préfère mettre en oeuvre des mélanges contenant de 10 à
300 g de polymère par kg de solvant et encore de préférence de 50 à 200 g/kg.
En plus du polymère et du solvant qui peuvent comme on l'a dit être uniques ou être constitués eux-mêmes de mélanges, le mélange biphasique peut en outre contenir des additifs usuels des polymères tels que des antioxydants, des agents stabilisants à la lumière, des agents antistatiques, des agents tensio-actifs, des agents renforçants, des matières de charge, des pigments, des colorants et des agents de nucléation pourvu que ceux-ci ne nuisent pas à la formation du mélange, à la vaporisation instantanee du solvant et à la solidi-fication du polymère.
Lors de la detente brusque la pression du ou des melanges biphasiques est ramenée à une valeur proche de la pression atmosphérique, de préférence à une pression inférieure à 3 kg/cm2 absolus, dans un intervalle de temps très court inférieur de préférence à 1 seconde. Cette détente est obtenue par passage au travers d'un orifice de préférence cylindrique dont le diamètre est compris , entre 0,1 et 3 mm et de préférence entre 0,5 et 1,5 mm et dont le rapport ~' longueur/diamètre est compris entre 0,1 et 10 et, de préférence entre 0,5 et 2.
`~ Dans le cas où l'orifice n'est pas de section circulaire, le diamètre qu'il ., . .,~ .
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~os~s~o faut prendre en considération est le diamètre hydraulique.
Selon l'invention, le flux ae melange biphasique qui s'ecoule vers l'entree de l'orifice de detente est perturbe juste avant d'y penetrer. La phase liquide continue du melange biphasi-que etant la phase riche en polymère, le melange biphasique possède une viscosi-te extrêmement elevée. De ce fait, on suppose qu'il s'ecoule en régime laminaire, les veines fluides ayant des trajec-toires parallèles. La perturbation a pour effet de modifier ce regime dlecoulement juste avant que le melange biphasique penètre dans l'orifice de detente. Il est bien evident que cette pertur-bation doit être realisee dans des conditions telles qu'elle ne soit pas encore amortie au moment où le melange biphasique penètre dans l'orifice de détente.
Comme mentionné précédemment, l'écoulement du mélange biphasique est perturbé en déviant, en amont de l'orifice de dé-ten-te, une partie du flux de mélange biphasique soumise à la détente brusque et en la dirigeant de facon telle qu'elle pénètre dans l'orifice de détente suivant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de détente.
De préférence, l'angle forme entre la direction de la partie du flux qui est la plus déviée et l'axe de l'orifice de détente est compris entre 30 et 135 . Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque cet angle est compris entre 75 et 120.
Dans la realisation la plus simple, cet angle vaut 90.
, Cette deviation peut être realisee avantageusement en faisant passer le melange biphasique soumis à la detente brusque au travers d'une chambre de perturbation debouchant sur l'orifice de detente.
Suivant une variante de ce mode de realisation, on di-vise le flux de melange biphasique pénétrant dans la chambre de perturbation par un orifice d'alimentation en une pluralité de flux.
~ 5 , .
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1t)5i~5~0 Cette division du flux de melange biphasique peut se faire en multipliant les orifices d'alimentation de la chambre ~e perLurbatioll en interposant une L~ièce de repartition de flux ou une grille, de preference une toile metallique, sur la trajec-toire suivie par ce fluxc Lorsqu'on utilise une toile metallique, elle peut être par exemple disposee au-dessus de l'orifice d'alimentation de la chambre de perturbation c'est-à-dire contre la face amont de la cloison dans laquelle est perce cet orifice d'alimentation. Tou-tefois, la Demanderesse prefère que la toile me-tallique soit dis-posée dans la chambre de perturbation, de preference contre la cloison comportan-t l'orifice d'alimentation. La toile métallique doit, de préférence, être disposée de façon a être perpendiculaire la directiondu flux de mélange biphasique.
La toile métallique doit avoir une ouverture de mailles . d'au moins 0,1 mm - -' .
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de facon à éviter tout risque d'encrassement et éventuellement de bouchage.
La dimension des mailles de la toile métallique peut atteindre la dimension de l'orifice d'alimentation et meme dépasser cette valeur pour autant bien entendu qu'au moins un de ses brins cnnstitutifs soit en regard de l'orifice d'alimen-tation, c'est-à-dire sur la trajectoire suivie par le flux de mélange biphasi-que.
On peut également provoquer la division du flux de mélange biphasique en alimentant la chambre de perturbation par une pluralité d'orifices d'alimenta-tion, ces orifices étant percés dans la cloison amont délimitant la chambre de perturbation. Les axes de ces orifices peuvent être parallèles entre eux ou être inclinés les uns par rapport aux autres.
Il est toutefois bien évident que ces deux variantes peuvent être combinées et que l'on peut avantageusement alimenter la chambre de perturbation par plu-sieurs orifices et en outre munir cette chambre d'une toile métallique.
~;~ 15 Il peut être intéressant de prévoir un divergent à la sortie de l'orifice de détente afin de canaliser et de diriger les fibrilles courtes sortant de cet orifice. La Demanderesse a constaté qu'il convient cependant que l'angle de ce ; divergent soit au moins de 150.
Enfin, la Demanderesse a constaté qu'il es~ préferable que le melange - 20 biphasique pénètre dans la chambre de perturbation par un ou des orifices dont ;l'angle formé par les parois d'entrée soit au plus égal à 30 ou au moins égal à 150.
Les procédés décrits ci-avant permettent la production directe et écono-mique de fibrilles de courte longueur qui, toutefois, s'accompagne souvent de la formation indésirable d'un nombre relativement important de pastilles, c'est-a-dire de petites particules denses ayant la structure d'un film ou d1une pellicule dont la plus grande dimension peut atteindre et dépasser 0,5 mm.
La présence de ces pastilles dans les fibrilles courtes ainsi produites se révèle gênante lors de la mise en oeuvre ultérieure de ces fibrilles pour la realisation de papiers synthetiques. On constate, en effet, que ces pastilles sont difficiles à éliminer et qu'elles se retrouvent genéralement dans les papiers produits sous forme de points transparents ou d'impuretés qui nuisent à l'epair des produits finis.
Il est possible de réduire substantiellement la formation de pastilles et même deta supprimer complètement en lubrifiant la paroi de l'orifice de détente au moyen d'un film d'un lubrifiant incompatible avec le mélange biphasique.
Suivant un mode de réalisation de cet aspect de l'invention, on peut revêtir les parois de l'orifice de détente d'une mince pellicule d'un lubrifiant appro-~prie tel que, par exemple, un silicone.
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Toutefois, l'amélioratior~ sensible constatée dans ce cas au point de vuede la réduction du nombre de pastilles n'est pas permanente. On remarque, en effet, que le nombre de pastilles formées, qui est notablement reduit lors de la mise en service, tend à s'élever progressivement en fonction de la duree de service.
Dès lors, suivant un mode de réalisation préférentiel, la lubrification des parois de l'orifice de détente est assurée par l'écuulement continu d'un film d'un lubrifiant liquide incompatible avec le mélange biphasique formé à
l'entrée de l'orifice de détente.
En opérant de cette facon, la Demanderesse a, en effet, constaté que la diminution du nombre de pastilles formées ou leur suppression se maintient dans le temps.
Le lubrifiant liquide mis en oeuvre dans le procédé suivant cette variante peut etre quelconque pour autant qu'il soit incompatible avec le mélange biphasique, c'est-à-dire qu'il forme une phase continue distincte de ce mélange,et en particulier qu'il ne dissolve pas le poly~ère présent dans ce mélange Ce lubrifiant est, de préférence, porté à une température vois;ne de la tempé-rature du mélange biphasique avant d'etre amené sur la paroi de l'orifice de .~ détente.
Pour des raisons de simplicité et d'economie, la Demanderesse préfère toutefois que le lubrifiant utilisé soit de l'eau contenant éventuellement un agent mouillant. Ce type de lubrifiant penmet en effet d'atteindre des résul-tats excellents. ~n outre, les fibrilles courtes produites ainsi sont très aisément mises en suspension dans de l'eau même lorsque leur polymère consti-tutif est hydrophobe. Enfin, lors de la production des fibriD~s, l'eau se vaporise et forme une gaine qui enveloppe le flux de fibrilles et empeche celles-ci de venir se coller contre les parties chaudes de la filière de detente.
Le lubrifiant liquide est introduit SOU9 un débit compris entre 30 et 250 litres/h et, de preférence compris entre 40 et 150 litreslh, lorsqu'on fait usage de dispositifs spéciaux décrits ci-après dont l'orifice de détente a un diamètre de l'ordre de I mm.
Pour permettre la realisation du procédé conforme à l'invention, la Demanderesse a eté amenée à réaliser plusieurs dispositifs de type particulier ~, 35 qui font également partie de la présente invention.
Ces dispositifs ou filières se distinguent principalement de ceux déjà
connus en ce qu'ils comportent une chambre de perturbation comprenant au moins un orifice d'alimentation et un orifice de détente qui lui est opposé.
~' Dans le mode de réalisation le plus simple, l'orifice d'alimentation, qui 8 ~LOS;~
est egalement cylindrique, et l'orifice de détente sont coaxiaux et la chambre de perturbation possède une symétrie de révolution autour de leur axe commun.
Suivant une première variante de réalisation, la chambre de perturbation peut être pourvue d'une toile métallique ou être alimentée par une pluralité
d'orifices d'alimentation.
Suivant une seconde variante de réalisation, la chambre de perturbation peut être entourée d'une seconde chambre qui est peripherique et qui est rac-cordée à une source de lubrifiant liquide qui débouche dans la chambre de per-turbation par une fente annulaire qui entoure l'entrée de l'orifice de détente.
De cette façon, la chambre périphérique ~ommunique avec la chambre de perturba-tion de fa,con à diriger en continu un film de lubrifiant liquide sur la paroi de l'orifice de détente.
Les dispositifs conformes à l'invention seront d'ailleurs mieux saisis en se référant aux figures annexées dans lesquelles on a représenté, schématique-ment et en coupe, diverses variantes de réalisation.
Dans ces figures :- la fig. I est une vue d'un dispositif complet convenant pour la réalisation du procédé conforme à l'invention;
- les fig. 2 à 7 montrent des variantes de réalisation de la partie terminale du dispositif suivant la fig. 1 ;
! _ la fig. 8 montre une variante de réalisation faisant appel à plusieurs cham-; bres de perturbation disposées en série ;
- la fig. 9 est une vue d'un dispositif faisant appel à l'emploi d'une toile métallique ;
- la fig. 10 est une vue d'un dispositif comportant deux orifices d'alimentation;
- la fig. 11 est une vue en coupe suivant l'axe AA' de la fig. 10;
~ - la fig. 12 est une vue d'une variante de réalisation du dispositif suivant :. la fig.10 ;
- la fig. 13 est une vue d'une variante de réalisation d'une Eilière conforme à l'invention permettant la formation d'un film continu de lubrifiant au niveau de la paroi de l'orifice de détente.
Ainsi qu'il apparait dans les figures I à 7, la filière I conforme à
l'invention comporte un orifice de détente 2 et un dispositif de prédetente. Ce dispositif de prédétente qui est constitué, selon le mode de réalisation repre-sente, d'une cloison 3 presentant un orifice central 4 n'est nullement indis-pensable. Sa raison d'être est d'assurer une perte de charge dans le melange , de polymère fondu et de solvant se trouvant sous forme liquide monophasique traversant la filière afin de provoquer la formation d'un melange biphasique.
Cette fa~on de procéder présente certains avantages : d'une part, il est plus simple de préparer un mélange monophasique et, d'autre part, le melange biphasique est de qualité plus constante.
Toutefois, ce dispositif peut être supprimé dans le cas où la filière est alimentee directement avec un mélange biphasique de polymère et de solvant.
La filière comporte en outre une chambre de perturbation 5 delimitee notamment par la paroi comportant l'orifice de detente 2 et par une paroi superieure 6 plane comportant l'orifice d'alimentation 7 en son centre. Le6 orifices d'alimentation et de detente sont opposes et coaxiaux. La chambre de perturbation est cylindrique de section circulaire. Les orifices occupent les centres des bases. La distance entre orifices (hauteur) est généralement inferieure à 10 cm et de preference a 7,5 cm. Des donnees supplémentaires au -~ sujet de cette chambre seront fournies plus loin.
Ainsi que le montrent les figures 2 à 7 l'entrée et la sortie de l'orifice de detente 2 peuvent recevoir divers profils.
~- 15 Lorsque la chambre 8 de la filière est alimentee par un mélange biphasique de polymère fondu et de solvant, ce melange du fait de l'alignement de l'ori-fice 7 de la paroi 6 et de l'orifice de détente 2, s'écoule au travers de la chambre de perturbation suivant une veine fluide centrale pré~érentielle 9 et suivant des veines latérales 10, qui, au voisinage de l'orificc de détente 2, sont dirigées transversalement par rapport à la veine centrale par les parois de la chambre de perturbation. L'angle d'incidence de ces veines latérales peut être varié en modifiant le profil de la paroi comportant l'orifice de , détente 2 ainsi qu'il apparalt aux figures 2 à 7. On voit que l'angle formé
-~ entre l'axe de l'orifice de détente et la paroi de la chambre dans laquelle cet orifice est percé détermine l'angle d'incidence des veines latérales les plus excentriques qui sont les plus déviees. Cet angle est compris de préfé-rence entre 30 et 135, les meilleurs résultats étant obtenus lorsqu'il est compris entre 75 et 120. Dans les réalisations les plus simples (fig. 1, 3, 4, 7 et 8), il est égal à~90. Par ailleurs, il peut également être avanta-geux de profiler la chambre de perturbation 5 par exemple en supprimant les angles morts, ainsi qu'il apparaît notamment à la fig. 7, pour que la trajec-;1 toire des veines latérales les plus déviées qui se déplacent au voisinage de-la paroi soit tangente en tout point à la paroi. Dans ce cas, la vitesse de ~' la partie du flux qui est la plus déviée est maximum.
j 35 Il peut encore être avantageux de réaliser une filiere telle que celle représentée à la fig. 8, dans laquelle, on prévoit plusieurs chambres de pertur-, bation 5 disposees en serie.
Il est en outre souhaitable que la chambre de perturbation réponde à
divers critères pour en optimaliser l'efficacité.
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Ainsi, il convient evidemment que la chambre de perturbation ait une dimension transversale suffisante pour obtenir la formation de veines latérales capables de perturber la veine centrale au niveau de l'entrée de l'orifice de detente 2.
Pour une raison similaire il convient égalememt que la diætance entre les orifices de la chambre de perturbation (hauteur de la chambre) soit egalement supérieure au diamètre de l'orifice d'alimentation. Il est en effet evident que lorsque la hauteur de la chambre de perturbation est trop faible, les veines latérales déviees ne peuvent être dirigees de manière efficace transver-salement par rapport a la veine centrale.
Par contre, lorsque la hauteur de la chambre de perturbation devient tropélevée, les veines transversales déviées ont tendance à rejoindre la veine centrale et a redevenir parallales a elles avant d'atteindre l'orifice de detente. La Demanderesse a constaté que la hauteur que peut avoir la chambre de perturbation est liée au diametre de cette chambre. En effet, pour obtenir une efficacité maximale, il faut que le rapport entre la hauteur de cette chambre (distance entre orifices) et sa dimension latérale soit inféreur à 5 et ~e preférence à 3.
Enfin, la Demanderesse a constaté qu'il est preférable que le diamètre de l'orifice d'alimentation soit au moins ëgal a la moitié du diamètre de l'ori-fice de détente.
Ainsi qu'il apparaît à la fig. 9, la filiare de detente brusque 1 peut être équipée d'une toile métallique 12 disposée dans la chambre 5 de perturbation.
Cette chambre de perturbation 5 est delimitée notamment par la paroi comportant ; 25 l'orifice de détente 2 et par une paroi supérieure 6 plane comportant en son centre un orifice d'alimentation 7. Les orifices de détente 2 et d'alimenta-; tion 7 sont, dans le cas particulier, opposés et coaxiaux. La paroi laterale de la chambre de perturbation 5 qui est cylindrique est delimitee par une bague annulaire 13. Il est toutefois à noter que la chambre de perturbation 5 peut avoir une autre forme et notamment une forme parallélépipédique. La fonction de la bague annulaire 13 est double : d'une part, cette bague determine la hauteur de la chambre de perturbation 5 et, d'autre part, elle maintient en place la toile a mailles fines 12 disposee dans la chambre de perturbation contre la paroi 6 comprenant l'orifice d'alimentation.
- 35 Les filiares representees aux fig. 10, 11 et 12 son~ du même type que celle representée a la fig.9 , sauf qu'elles ne comportent pas de toile metal-lique disposee dans la chambre de perturbation. En outre, la co~munication entre la chambre 8 d'alimentation et la chambre de perturbation 5 est assuree par deux orifices d'alimentation 7 dont les axes sont inclines l'un par rapport ., ~
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à l'autre et qui se raccordent en un orifice unique du coté de la chambre d'alimentation. Dans ces filieres, la bague annulaire 13 délimitant la paroi latérale cylindrique de la chambre de perturbation sert uniquement a régler la hauteur de cette derniere chambre.
Ainsi qu'il a été dit, les filieres représentées aux fig. 10, 11 et 12 - pourraient en outre etre pourvues d'une toile métallique disposée dans leur chambre de perturbation et/ou être équipées de deux ou plusieurs orifices dont les axes seraient paralleles.
Ainsi qu'il apparaît notamment aux fig. 1, 2, 3, 4, 8 et 12, on peut prévoir un divergent 11 a la sortie de l'orifice de détente, l'angle de ce divergent étant de préférence supérieur a 150.
Enfin, ainsi qu'il apparaît a la fig. 13, la fili2re 1 qui comporte une chambre de prédétente 8, un orifice d'alimentation 7 de la chambre de perturba-tion 5 et un orifice de détente 2 peut en outre être pourvue d'une chambre ; 15 périphérique 15 qui entoure la chambre de perturbation 5, la cloison 14 séparant ces chambres etant interrompue au niveau de l'entrée de l'orifice de détente 2 de façon ~ fonner une fente annulaire 17 coaxiale avec l'orifice de détente.
La chambre périphérique 15 est, en outre, munie d'un raccord 16 pour permettre sa mise en communication avec une source de lubrifiant liquide.
Le procédé conforn1e a l'invention est, en outre, illustré par les exemples de réalisation pratique qui vont suivre. Il est toutefois bien entendu que ces exemples sont donnés à titre purement illustratif et qu'ils ne limitent en rien la portée de la présente invention.
On peut, en particulier, réaliser d'autres types de filières et notamment des filières permettant la mise en oeuvre de mélanges biphasiques ayant des compositions différentes.
Exemole 1 On rëalise un mélange biphasique en portant à une température de ~95C et à une pression de 63 kg/cm , un melange comprenant 15 % en poids d'ELTEX A 1050 et 85 % en poids d'hexane technique. Ces conditions correspondent au début de l'apparition des deux phases liquides. L'ELTEX A 1050 est un polyéthylène de haute densité et d'indice de fusion égal a 5 produit et vendu par la Demanderesse Ce mélange est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation comme représentée a la figure 4 des dessins annexes et présentant les caractéristiques géométriques suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 16 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation~t le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal a 5 ~j . , * marque de commerce . .
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- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diametre de cette chambre égal a 0,313 - diametres et hauteurs de l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
Le divergent prolongeant l'orifice de détente brusque a une ouverture de Le mélange biphasique est débité a raison de 21,4 kg/h de polymere.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale à 1,7 mm. La surface spécifique de ces fibrilles s'éleve a 35 m2/g.
~ 10 Exemple 2 - On procede comme dans l'exemple I sauf que l'on fait préalablement subir au mélange une prédétente de 12 kg/cm2. On obtient également des fibrilles courtes d'une longueur moyenne, égale a 1,9 mm.
La surface spécifique du produit s'éleve à 23 m2/g.
Exemple 3 On procede comme dans l'exemple 2 mis à part le fait que la filiere pré-sente les caractéristiques géométriques modifiées suivantes :
- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de per~urbation 7 égal à 200 ~ rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 12,5.
On obtient une mèche fibrillée continue.
Ce résultat négatif est probablement dû au fait que la chambre de pertur-bation présente une trop grande hauteur par rapport à son diamètre.
Exemple 4 On procède comme à l'exemple 2 mais en utilisant une filière à chambre de perturbation comme représentée à la fig. 3 dont les caractéristiques géométri-; que8 80nt identiques à celles de l'exemple 1.
On obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale a 1,8 mm.
Leur surface spécifique s'élève à 21 m2/g.
Exemple 5 On procède comme à l'exemple 4 mis a part le fait que la filière présente les caractéristiques géométriques modifiées suivantes : -- rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diametre de l'orifice de perturbation 7 égal a ~0 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 2,5.
j On obtient de nouveau des fibrilles courtes d'une longueur moyenne égale ; à 2,3 mm et dont la surface spécifique s'élève à 26 m2/g.
]3 Exemple 6 On procède comme à l'exemple 2 mais en utilisant une filière telle que - représentée à la figure 6 et dont les caracteristiques géométriques sont les suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 egal à 6 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,5 - diamètres et hauteurs de l'orifice d'alimentation 7 et de l1orifice de détente : I mm.
On obtient des fibrilles courtes d'une surface spécifique de 30 m2/g et dont la longueur moyenne s'élève à 2,1 mm.
Exemple 7 On procède comme à l'exemple 2 mais en equipant la filière de détente d'un divergent ayant une ouverture de 150.
De plus, les caractéristiques géométriques de la filièr~ sont modifiées comme suit :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 13,3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 4,16 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,313 - diamètresde l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : 1,2 mm - hauteursde l'orifice d'alimentation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
On constate que le débit massique en polymère passe à 30 kg/h. De plus, on obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 2,2 mm.
La surface spécifique est de 30 m /g.
Exemple 8 On opère comme à l'exemple précédent mais en modifiant les caractéristiques géométriques de la filière comme suit :
- rapport entre le diamètre dela chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 10,7 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice de perturbation 7 égal à 3,34 - diamètresde l'orifice de perturbation 7 et de l'orifice de détente : 1,5 mm - hauteurs de l'orifice de perturbation 7 et de l'orifice de détente : I mm.
On constate que le débit massi~ue en polymère passe à 49 kg/h et on , :
... - , j, . . ,.: , ; . , 14 ~0S2~
obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 2,6 mm.
La surface spécifique est de 23 m /g.
Exemple 9 On opère comme à l'exemple précédent mais en utilisant une filiere du type schématisé a la fig. 8 des dessins annexés et présentant donc trois chambres de perturbation disposees en série.
Les dia~ètres des orifices successifs dans le sens d'écoulement du mélange biphasique sont respectivement de 2 ~m, de 1,5 mm, de 1,2 mm et de 1 mm. Le divergent a une ouverture de t50.
On obtient des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,9 ~m et dont la surface spécifique est de 10 m2/g.
Exemple 10 On porte à une température de 195C et à une pression de ~3 kg/cm2, un mélange comprenant 10 % en poids de PROFAX 6501 et 90 % en poids de pentane technique. Le PROFAX 6501 est un polypropylène d'indice de fusion égal à 2,9 produit et vendu par l]Er~LES POWDEP~ Co.
Ce mélange est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation etluipée d'une grille métallique con~lle représentée à la fig. 9 des desssins annexés et présentan~. les caractér;sti~ues géométriques suivantes :
- rapport entre le diametre de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 6 ` - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal à 2 - rapport entre la-hauteur de la chambr2 de perturbation et le diamètre de cette chambre égal à 0,333 - diamètreset hauteursde l'orifice d'alimentation 7 : I mm ~ ;
- diamètreset hauteursde l'orifice de détente 2 respectivement 1,1 mm et I mm.
En outre, la toile metzllique 12 présente des mailles carrées d'une dimen-sion de 0,~ mm.
Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentatioll 8, le mélange de polymère et de ~olvant subit une prédetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre ; biphasique.
Le mélange biphasique est debité au travers de l'orifice de détente 2 à
raison de 10,3 kg/h de polymère.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,7 n~. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'éleve à 3 m2/g. -~
, Exemple 11 Le mélan~e préparé suivant l'exemple 10 est détendu par passage au travers d'une filière à chambre de perturbation comme représentée aux fig. 10 et il des . `i ' * marque de commerce ~' . :,',.
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dessins annexés et présentant les caractéristiques suivantes.
La chambre de perturbation 5 présente une hauteur de 2 mm et un diamètre de 4 mm.
La filière de détente 2 présente une hauteur et un diamètre de 1 mm.
La communication entre la chambre d'alimentation 8 et 18 chambre de per-` turbation 5 est assurée par deux orifices d'un diamètre de 0,8 mm et d'une longueur de 1,43 mm, les axes des deux orifices faisant chacun un angle de 45 avec l'axe longitudinal de la filière.
~ Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentation 8, le mélange de j 10 polymère fondu et de solvant subit une prédetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre biphasique.
Le melange biphasique est débité au travers de l'orifice de détente 2 à
raison de 13,9 kg/h de polymère.
~- On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,9 mm. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'elève à 3 m /g.
Exemple 12 ., Le mélange préparé suivant l'exemple 10 est détendu par passage au travers ~ d'une filière à chambre de perturbation comme repréæentée à la fig. 12 des ; dessin~ annexés.
Cette filière présente des caractéristiques identiques à celle de la ~ filière représentée aux fig. 10 et 11 et utilisée dans l'exemple 11, mis à part I le fait que la filière de détente 2 est délimitée en arête (hauteur nulle) et est pourvue d'un déflecteur 11 dont l'angle de divergence est de 150.
Au moment de pénétrer dans la chambre d'alimentation 8, le melange de polymère fondu et de solvant subit une predétente de 3 kg/cm2 afin de le rendre biphasique.
Le mélange biphasique est debite au travers de l'orifice de detente 2 à
raison de 14,3 kg/h de polymère.
On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de 1,2 mm. La surface spécifique de ces fibrilles courtes s'élève à 3 m2/g.
Exemple 13 Qn réalise un mélange comprenant 85 % en poids d'hexane technique et 15 ~
en poids d'ELTEX A 1050 contenant 0,5 % en poids de stéarate de calcium et l'on ¦ porte ce mélange à une temperature de 194C et à une pression de 66 kg/cm2.
~j 35 Ce melange, est detendu par `~1 passage au travers d'une filière à chambre de perturbation telle que represen-~; tee à la fig. 13 et presentant les caractéristiques suivantes :
- rapport entre le diamètre de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de llorifice d'alimen~a~ion 7 e~al b 16 ~, .
16 ~)S~5i~
- ràpport entre la hauteur de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de l'orifice d'alimentation 7 égal a 3 - rapport entre la hauteur de la chambre de perturbation 5 et le diamètre de cette chambre egal a 0,187 - diamètreset hauteursde l'orifice d'alimentation et de l'orifice de détente :
I mm.
Au moment de pénetrer dans la chambre d'alimentation 8 le mélange de poly-- mère et de solvant subit une predetente de 3 kg/cm2 afin de le rendre bipha-sique.
Durant la detente, on injecte par le raccord 16 de l'eau à 195C et sous une pression de 44 kg/cm2 avec un débit de 95 litres/h.
Le mélange biphasique est débité à raison de 14,4 kg de polymère par heure.
- On obtient directement des fibrilles courtes d'une longueur moyenne de ; 2,3 mm. Ces fibrilles sont exemptes de pastilles.
Lorsqu'on interrompt l'injection d'eau, le débit de mélange passe à 16,4kg - de polymère par heure. Les fibrilles produites ont alors une longueur moyenne de 1,9 mm et leur production s'accompagne de la formation de pastilles. Le papier synthétique produit à partir de ces dernières fibrille~ présente un épair défectueux car on repère la présence d'~lne moyenne de 9 grosses pastilles par dm2.
; De même, les fibrilles produites au moyen d'un dispositif comprenant une chambre de perturbation pourvue de quatre orifices d'alimentation courbes et ~-profilés de manière à introduire le mélange biphasique dans la chambre de '! perturbation selon une direction faisant un angle de 45 environ avec l'axe de l'orifice de détente (pulvérisateur LEC~lLER KS 11), contiennent également un nombre plus important de pastilles.
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Claims (27)
1. Procédé de production de fibrilles de courte longueur par détente brusque d'un mélange biphasique comprenant du polymère fondu et du solvant et se trouvant à pression et à température éle-vées par éjection à travers un orifice de détente de manière à
vaporiser instantanément le solvant et a solidifier le polymère, caractérisé en ce que l'écoulement du mélange biphasique est perturbé en déviant une partie du flux qui est dirigée de manière à pénétrer dans l'orifice de détente suivant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de détente.
vaporiser instantanément le solvant et a solidifier le polymère, caractérisé en ce que l'écoulement du mélange biphasique est perturbé en déviant une partie du flux qui est dirigée de manière à pénétrer dans l'orifice de détente suivant une direction faisant un angle avec l'axe de l'orifice de détente.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle formé entre la direction de la partie du flux qui est la plus déviée et l'axe de l'orifice de détente est compris entre 30° et 135°.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie du flux qui est la plus déviée est dirigée selon une trajectoire apte à lui conférer la vitesse maximum.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement du mélange biphasique est perturbé par passage dans une chambre de perturbation débouchant sur l'orifice de dé-tente.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre de perturbation comprend un orifice d'alimenta-tion opposé à l'orifice de détente.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la distance entre l'orifice d'alimentation et l'orifice de détente est inférieure à trois fois la dimension transversale de la chambre de perturbation.
7. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi de la chambre de perturbation est profilée de façon que la trajectoire du flux à son voisinage lui soit tangente en tout point.
8. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs chambres de perturbation sont disposées en série et communiquent par des orifices.
9. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe de l'orifice de détente et la paroi de la chambre de perturbation dans laquelle cet orifice est percé font entre eux un angle compris entre 30 et 135°.
10. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la distance entre l'orifice d'alimentation et l'orifice de détente est supérieure au diamètre de l'orifice d'alimentation.
11. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice d'alimentation est au moins égal à la moitié du diamètre de l'orifice de détente.
12. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice d'alimentation et l'orifice de détente sont co-axiaux.
13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la chambre de perturbation possède une symétrie de révolu-tion autour de l'axe des orifices d'alimentation et de détente.
14. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le flux de mélange biphasique pénétrant dans la chambre de perturbation est divisé en une pluralité de flux.
15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la division du flux de mélange biphasique est obtenue par passage de celui-ci au travers d'une grille disposée dans la cham-bre de perturbation.
16. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la division du flux de mélange biphasique est obtenue en alimentant la chambre de perturbation par une pluralité d'orifices d'alimentation.
17. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange biphasique pénètre dans la chambre de perturbation par au moins un orifice d'alimentation dont l'angle formé par les parois d'entrée est inférieur à 35° ou supérieur à 150°.
18. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité de l'orifice de détente est prolongée par un divergent dont l'angle est au moins égal à 150°.
19. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on lubrifie la paroi de l'orifice de détente au moyen d'un film d'un lubrifiant incompatible avec le mélange biphasique.
20. Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce qu'on lubrifie la paroi de l'orifice de détente par la formation continue à l'entrée de cet orifice d'un film d'un lubrifiant li-quide incompatible avec le mélange biphasique.
21. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le lubrifiant liquide est de l'eau.
22. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le lubrifiant liquide est de l'eau contenant un agent mouillant.
23. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le lubrifiant liquide est introduit sous un débit compris entre 30 litres/h et 250 litres/h.
24. Dispositif pour la fabrication de fibrilles de courte longueur, par détente brusque d'un mélange liquide compre-nant du polymère et du solvant, comportant une chambre de pertur-bation comprenant au moins un orifice d'alimentation et un orifice de détente qui lui est opposé, caractérisé en ce que la distance entre l'orifice d'alimentation et l'orifice de détente est infé-rieure à trois fois la dimension transversale de la chambre de perturbation.
25. Dispositif suivant la revendication 24, caractérisé
en ce que la chambre de perturbation est équipée d'une grille.
en ce que la chambre de perturbation est équipée d'une grille.
26. Dispositif suivant la revendication 24, caractérisé
en ce que la chambre de perturbation est munie d'une pluralité
d'orifices d'alimentation.
en ce que la chambre de perturbation est munie d'une pluralité
d'orifices d'alimentation.
27. Dispositif suivant la revendication 24, caractérisé
en ce que la chambre de perturbation est entourée d'une seconde chambre périphérique raccordée a une source de lubrifiant liquide débouchant dans la chambre de perturbation par une fente annulaire qui entoure l'entrée de l'orifice de détente.
en ce que la chambre de perturbation est entourée d'une seconde chambre périphérique raccordée a une source de lubrifiant liquide débouchant dans la chambre de perturbation par une fente annulaire qui entoure l'entrée de l'orifice de détente.
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