CA1230716A - Procede pour ameliorer la regularite de structure des filaments a base de polymeres thermoplastiques - Google Patents
Procede pour ameliorer la regularite de structure des filaments a base de polymeres thermoplastiquesInfo
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- CA1230716A CA1230716A CA000450558A CA450558A CA1230716A CA 1230716 A CA1230716 A CA 1230716A CA 000450558 A CA000450558 A CA 000450558A CA 450558 A CA450558 A CA 450558A CA 1230716 A CA1230716 A CA 1230716A
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Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
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- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
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Abstract
La présente invention concerne un procédé pour améliorer la régularité de structure de filaments à base de polymères thermoplastiques, obtenus par filage à l'état fondu, et étirage en continu entre un rouleau d'appel et un rouleau d'étirage, caractérisé par le fait que l'on régule la contrainte d'étirage à un niveau constant, la vitesse du rouleau d'étirage étant maintenue constante.
Description
~Z3071~;
PROCEDE POUR AMELIORER LA REGULARITE DE _ RUCTURE DES FILAMENTS
_BASE DE POLYMERES THERMOPLASTIQUES.
La présente invention concerne un procédé pour améliorer la régularité de structure et les propriétés des filaments, fils, fibres, à base de polymères thermoplastiques, plus particuliere-ment de polyesters et de polyamides.
La présente invention s'applique aux procédés de filage à
l'état fondu et étirage en continu, c'est-à-dire aux procédés connus pour l'obtention de fils orientés directement sur une bobine, éventuellement à grande vitesse, procédés selon lesquels les filaments sont d'abord entra;nés par un rouleau d'appel ou des rouleaux délivreurs avant d'être étirés et ensuite renvidés, directement ou éventuellement après un autre traitement.
Pour tous les procédés de filage et étirage en continu connus jusque-là on observe sur les filaments obtenus, lors d'une production industrielle, de petites variations au niveau des propriétés, qui ont une incidence sur les articles textiles terminés. Par exemple, une variation de module sur un même fil peut conduire sur des fils de chalne a des variations d'affinité
tinctoriale nettement visibles sur le tissu.
Les variations légères des propriétés des fils peuvent avoLr des causes diverses et in~lttendlle~ telles que des modlfLcatLons incontrôlées et accldentelles au niveau de la température d'extru-sion, du debit de la filière, du diamètre des orifices (qui peut être modifié par du polymère aggloméré), de la vitesse de souf-flerie, de la vitesse d'appel des filaments (glissement des fils sur les rouleaux), de la viscosité, etc..
Pour contrôler la vitesse ou la force de tension des fils a différents stades, certaines solutions ont déjà été proposées.
~L~23Q7~
La demande fran~a1se publiée sous le n
PROCEDE POUR AMELIORER LA REGULARITE DE _ RUCTURE DES FILAMENTS
_BASE DE POLYMERES THERMOPLASTIQUES.
La présente invention concerne un procédé pour améliorer la régularité de structure et les propriétés des filaments, fils, fibres, à base de polymères thermoplastiques, plus particuliere-ment de polyesters et de polyamides.
La présente invention s'applique aux procédés de filage à
l'état fondu et étirage en continu, c'est-à-dire aux procédés connus pour l'obtention de fils orientés directement sur une bobine, éventuellement à grande vitesse, procédés selon lesquels les filaments sont d'abord entra;nés par un rouleau d'appel ou des rouleaux délivreurs avant d'être étirés et ensuite renvidés, directement ou éventuellement après un autre traitement.
Pour tous les procédés de filage et étirage en continu connus jusque-là on observe sur les filaments obtenus, lors d'une production industrielle, de petites variations au niveau des propriétés, qui ont une incidence sur les articles textiles terminés. Par exemple, une variation de module sur un même fil peut conduire sur des fils de chalne a des variations d'affinité
tinctoriale nettement visibles sur le tissu.
Les variations légères des propriétés des fils peuvent avoLr des causes diverses et in~lttendlle~ telles que des modlfLcatLons incontrôlées et accldentelles au niveau de la température d'extru-sion, du debit de la filière, du diamètre des orifices (qui peut être modifié par du polymère aggloméré), de la vitesse de souf-flerie, de la vitesse d'appel des filaments (glissement des fils sur les rouleaux), de la viscosité, etc..
Pour contrôler la vitesse ou la force de tension des fils a différents stades, certaines solutions ont déjà été proposées.
~L~23Q7~
La demande fran~a1se publiée sous le n
2.311,868 envisage de contrôler la vitesse de filage de fils à base de polyam~de, par exemple au moyen d'un rouleau entra;ne par un couple sensiblement constant pour obtenir en particulier une meilleure uniformité du titre.
Le brevet britannique 988 994 prevoit d'asservir la vitesse du rouleau d'etirage à une mesure en continu du module des filaments.
Le brevet russe n 914 662 propose de mesurer la force de tension des fils, en particulier au niveau du renvidage par la mesure de la "resistance électrique lineaire specifique" des fils, puis la force de tension est maintenue dans certaines limites par un regulateur.
Il a maintenant ete trouve qu'il etait pos~ible d'ameliorer la regularite de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques obtenus par filage à l'etat fondu et etirage en continu par regulation à un niveau constant de la contrainte d'etirage des filaments entre le rouleau d'appel et le rouleau d'etirage, la vitesse du rouleau d'etirage etant maintenue constante.
On appelle contrainte d'etirage, le rapport de la force de tension par le titre au moment de la mesure.
En pratique, selon la presente demande, il suffit de mesurer la contrainte d'etirage du fil entre le rouleau d'appel et le rouleau d'etirage au moyen d'un appareil tel que decrit dans la demande fransaise n 8~/16074 publiee le 23 mars 1984,et de la reguler à un niveau constant par tout moyen alltomntL~Iue ~pproprié
au procede precis utilisé, quelle que so1t la vitesse de filage ou d'étirage.
Par rouleau d'appel et rouleau d'etirage, on entend aussi selon la présente demande un ensemble de rouleaux d'appel et un ensemble de rouleaux d'étirage.
~.
3L~307~L~
~ 3 --Dans le cas d'un étira~e en continu en plusieurs stades on mesure et on regule à un niveau constant la contrainte en amont du dernier rouleau d'etirage dont la vitesse est maintenue constante.
Le procede de filage-etirage en continu est un procéde dans lequel les filaments sont entralnes par un rouleau d'appel tournant à une vitesse V~ avant de passer sur un autre rouleau entralne à une vitesse Y2 constante : selon l'invention, dès qu'une modification de la contrainte est detectee, pouvant provenir d'un ou plusieurs paramètres cites ci-dessus, on peut, par exemple, adapter la vitesse du rouleau d'appel de manière à
ce que la contrainte revienne à un niveau prédetermine et constant.
Dans ce cas, il se produit une variation du taux d'étirage, sans variation du titre des filaments après le rouleau d'etirage tournant à la vitesse V2, les proprietes des filaments restant rigoureusement constantes.
On peut, bien entendu, utiliser d'autres moyens pour faire varier la contrainte : modifier la hauteur du point de conver-gence des filaments sous la filière, interposer un élement de friction modifiant la préorientation du fil avant la zone d'éti-rage, etc Toutefois, le debit de polymère extrude doit être maintenu constant, afin d'obtenir des fils de titre régulier.
Il est surprenant que la régulation de la contralnte d'eti-rage soit eEficace pour un étlrago eeEoctué aussL blen ~ EroLd qu'à chaud et qu'il suffi~le pour obtenir une régularité de la structure des filaments, de s'assurer de la regularite de la contrainte d'etirage, indépendamment des irregularites de struc-ture du fil avant l'operation d'etirage.
L'etirage lui-meme peut etre effectue à froid ou à chaud, à
temperature régulée suivant les procédés connus (rouleaux chauf-fants, fours, etc..), en un ou plusieurs stades.
~3C)7~
Un tel procédé permet de réguler la structure des filaments ainsi que toutes les propriétés liées à l'état d'orientation des fibres, en particulier la biréfringence, le module à l'origine, et les modules sécants, et permet, entre autres, d'obtenir une affinité cinctoriale très réguliere.
De cette manière, il est possible d'obtenir une production plus regulière, adaptee à toutes les variations possibles prove-nant des conditions de filage ou du polymère.
De plus, il peut être avantageux egalement de réguler la force de tension au renvida~e selon des procedés connus.
Un tel procédé s'applique à tous les polymères thermoplas-tiques qui se structurent en fonction de la contrainte d'étirage.
C'est le cas des polyesters tels que le polytérephtalate d'éthylène glycol éventuellement branché avec un faible pour-centage d'un agent tri- ou tétrafonc~ionnel, (tels que le trimé-thylolpropane, pentaérythrol, l'acide trimellique, trimésique, pryomellique, etc..) et les copolyesters comportant au moins 80 %
d'unités polytéréphtalate d'éthylène glycol, et 20 % d'autres unités obtenues en remplaçant l'ethylène glycol par un autre diol tbutane diol, hexane diol, etc..) ou l'acide teréphtalique de départ par un autre diacide tel que l'acide isophtalique, hexa-hydrotéréphtalique, bibenzolque, etc..
C'est aussi le cas des polyamides tels que le polyhexa-méthylène adipamide et les copolyamides comportant au moins 85 %
d'unités hexaméthylène adipamide et ~usqu'à 15 % d'autres urlités, obtenus en remplflçant par exemple l'flc-Lde ~dtpLgue de de~lrt p~r un autre di.~cLde tel que l'acLde téreplltallque, sebacique, et/ou en remplaçant les deux monomères par du caprolactame.
D'autres types de polyamides peuvent être utilisés, tels que le polycaprolactame, et d'autres polymères tels que le polypro-pylène.
7~
L'amélioration de structure et de proprlétés des fils ainsi obtenus permet de réaliser une production très régulière au cours du temps et présente un interêt economique important.
Par exemple, ce procede permet de limiter la période transi-toire liee à des variations accidentelles des caractéristiques dupolymère.
Dans les exemples qui suivent la viscoslté intrinsèque du polyester est évaluee par calcul à partir de la mesure de la viscosite specifique sur une solution à 1 % en poids par volume dans l'orthochlorophenol à 25C et une valeur de 0,25 pour la constante de HUGGINS. La viscosité spécifique est mesurée au moyen d'un viscosimètre du type "Ostwald".
Les mesures de tenacite, allongement et module secant à 5 %
d'allongement sont effectuees au moyen d'un appareil connu dans le commerce sous la marque de commerce ::;INSTRON 1122 selon la nor~e NF G 07 003.
Exemple -On prepare un polyteréphtalate d'ét'hylene matifié avec 0,5 %
en poids d'oxyde de titane de viscosité intrinsèque 0,68. Le polymère est fondu dans une boudineuse et amené à la filière à
une température de 2~3C pUi9 filé à travers une filière main-tenue à 285C, comportant 30 orifices avec un débit de 110 g/min.
Les filaments sont refroidis transversalement par une soufflerie d'air, sont ensimes puis sont entra~nes par un système de rouleaux d'appel, tournant à une vltesse périphérique de 5 130 m/min~ et dont la' température est de 120~C. Les fils passent ensuite sur un systèmc de rouleaux étireurs chauffés à
130C sur lesquels ils sont entra~nés à une vitesse de 6 470 m/min avant d'être renvidés sur une bobine, sous une force de tension de bobinage de 15 cN pour produire un fil de 170 dtex.
Immédiatement après le duo d'appel, on mesure la contrainte du fll sans contact au moyen de l'appareil décrlt dans la demande fransaise 82/16074 publiée le 23 mars l9O4.
.
J ~
~307~;
La valeur de la contrainte est de 10,2 cN/tex + 0,3 cN/tex et le taux d'étirage que les fils subissent est de 1,261 X.
Au cours du procede de filage, on provoque une chute de la viscosite intrinseque du polymere jusqu'a une valeur de 0,64.
L'appareil de mesure de contrainte indique aussitôt une elevation du niveau de la contrainte a 11,4 cN/tex et un système automatique relie aux rouleaux d'appel permet d'augmenter la vitesse de ceux-ci à une valeur de 5 340 m/min.
La vitesse des rouleaux d'etirage étant inchangée, le taux d'étirage passe à 1,211 X et la contrainte revient au niveau initial de 10,2 cN/tex.
Les filaments obtenus possèdent, avant et après la variation de ]a viscosité, les caractéristiques suivantes :
Allongement % : 20 Ténacité cN/tex : 32 Module secant à 5 % d'allongement : 350 cN/tex Ecart-type du module sécant à 5 ~ d'allongement : 7 cN/tex (mesure sur 10 bobines différentes, avec 20 mesures sur bobine).
Sans régulation de la contrainte d'étirage, l'écart-type de la valeur du module sécant à 5 ~ d'allongement est de 18 cN/tex.
Le brevet britannique 988 994 prevoit d'asservir la vitesse du rouleau d'etirage à une mesure en continu du module des filaments.
Le brevet russe n 914 662 propose de mesurer la force de tension des fils, en particulier au niveau du renvidage par la mesure de la "resistance électrique lineaire specifique" des fils, puis la force de tension est maintenue dans certaines limites par un regulateur.
Il a maintenant ete trouve qu'il etait pos~ible d'ameliorer la regularite de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques obtenus par filage à l'etat fondu et etirage en continu par regulation à un niveau constant de la contrainte d'etirage des filaments entre le rouleau d'appel et le rouleau d'etirage, la vitesse du rouleau d'etirage etant maintenue constante.
On appelle contrainte d'etirage, le rapport de la force de tension par le titre au moment de la mesure.
En pratique, selon la presente demande, il suffit de mesurer la contrainte d'etirage du fil entre le rouleau d'appel et le rouleau d'etirage au moyen d'un appareil tel que decrit dans la demande fransaise n 8~/16074 publiee le 23 mars 1984,et de la reguler à un niveau constant par tout moyen alltomntL~Iue ~pproprié
au procede precis utilisé, quelle que so1t la vitesse de filage ou d'étirage.
Par rouleau d'appel et rouleau d'etirage, on entend aussi selon la présente demande un ensemble de rouleaux d'appel et un ensemble de rouleaux d'étirage.
~.
3L~307~L~
~ 3 --Dans le cas d'un étira~e en continu en plusieurs stades on mesure et on regule à un niveau constant la contrainte en amont du dernier rouleau d'etirage dont la vitesse est maintenue constante.
Le procede de filage-etirage en continu est un procéde dans lequel les filaments sont entralnes par un rouleau d'appel tournant à une vitesse V~ avant de passer sur un autre rouleau entralne à une vitesse Y2 constante : selon l'invention, dès qu'une modification de la contrainte est detectee, pouvant provenir d'un ou plusieurs paramètres cites ci-dessus, on peut, par exemple, adapter la vitesse du rouleau d'appel de manière à
ce que la contrainte revienne à un niveau prédetermine et constant.
Dans ce cas, il se produit une variation du taux d'étirage, sans variation du titre des filaments après le rouleau d'etirage tournant à la vitesse V2, les proprietes des filaments restant rigoureusement constantes.
On peut, bien entendu, utiliser d'autres moyens pour faire varier la contrainte : modifier la hauteur du point de conver-gence des filaments sous la filière, interposer un élement de friction modifiant la préorientation du fil avant la zone d'éti-rage, etc Toutefois, le debit de polymère extrude doit être maintenu constant, afin d'obtenir des fils de titre régulier.
Il est surprenant que la régulation de la contralnte d'eti-rage soit eEficace pour un étlrago eeEoctué aussL blen ~ EroLd qu'à chaud et qu'il suffi~le pour obtenir une régularité de la structure des filaments, de s'assurer de la regularite de la contrainte d'etirage, indépendamment des irregularites de struc-ture du fil avant l'operation d'etirage.
L'etirage lui-meme peut etre effectue à froid ou à chaud, à
temperature régulée suivant les procédés connus (rouleaux chauf-fants, fours, etc..), en un ou plusieurs stades.
~3C)7~
Un tel procédé permet de réguler la structure des filaments ainsi que toutes les propriétés liées à l'état d'orientation des fibres, en particulier la biréfringence, le module à l'origine, et les modules sécants, et permet, entre autres, d'obtenir une affinité cinctoriale très réguliere.
De cette manière, il est possible d'obtenir une production plus regulière, adaptee à toutes les variations possibles prove-nant des conditions de filage ou du polymère.
De plus, il peut être avantageux egalement de réguler la force de tension au renvida~e selon des procedés connus.
Un tel procédé s'applique à tous les polymères thermoplas-tiques qui se structurent en fonction de la contrainte d'étirage.
C'est le cas des polyesters tels que le polytérephtalate d'éthylène glycol éventuellement branché avec un faible pour-centage d'un agent tri- ou tétrafonc~ionnel, (tels que le trimé-thylolpropane, pentaérythrol, l'acide trimellique, trimésique, pryomellique, etc..) et les copolyesters comportant au moins 80 %
d'unités polytéréphtalate d'éthylène glycol, et 20 % d'autres unités obtenues en remplaçant l'ethylène glycol par un autre diol tbutane diol, hexane diol, etc..) ou l'acide teréphtalique de départ par un autre diacide tel que l'acide isophtalique, hexa-hydrotéréphtalique, bibenzolque, etc..
C'est aussi le cas des polyamides tels que le polyhexa-méthylène adipamide et les copolyamides comportant au moins 85 %
d'unités hexaméthylène adipamide et ~usqu'à 15 % d'autres urlités, obtenus en remplflçant par exemple l'flc-Lde ~dtpLgue de de~lrt p~r un autre di.~cLde tel que l'acLde téreplltallque, sebacique, et/ou en remplaçant les deux monomères par du caprolactame.
D'autres types de polyamides peuvent être utilisés, tels que le polycaprolactame, et d'autres polymères tels que le polypro-pylène.
7~
L'amélioration de structure et de proprlétés des fils ainsi obtenus permet de réaliser une production très régulière au cours du temps et présente un interêt economique important.
Par exemple, ce procede permet de limiter la période transi-toire liee à des variations accidentelles des caractéristiques dupolymère.
Dans les exemples qui suivent la viscoslté intrinsèque du polyester est évaluee par calcul à partir de la mesure de la viscosite specifique sur une solution à 1 % en poids par volume dans l'orthochlorophenol à 25C et une valeur de 0,25 pour la constante de HUGGINS. La viscosité spécifique est mesurée au moyen d'un viscosimètre du type "Ostwald".
Les mesures de tenacite, allongement et module secant à 5 %
d'allongement sont effectuees au moyen d'un appareil connu dans le commerce sous la marque de commerce ::;INSTRON 1122 selon la nor~e NF G 07 003.
Exemple -On prepare un polyteréphtalate d'ét'hylene matifié avec 0,5 %
en poids d'oxyde de titane de viscosité intrinsèque 0,68. Le polymère est fondu dans une boudineuse et amené à la filière à
une température de 2~3C pUi9 filé à travers une filière main-tenue à 285C, comportant 30 orifices avec un débit de 110 g/min.
Les filaments sont refroidis transversalement par une soufflerie d'air, sont ensimes puis sont entra~nes par un système de rouleaux d'appel, tournant à une vltesse périphérique de 5 130 m/min~ et dont la' température est de 120~C. Les fils passent ensuite sur un systèmc de rouleaux étireurs chauffés à
130C sur lesquels ils sont entra~nés à une vitesse de 6 470 m/min avant d'être renvidés sur une bobine, sous une force de tension de bobinage de 15 cN pour produire un fil de 170 dtex.
Immédiatement après le duo d'appel, on mesure la contrainte du fll sans contact au moyen de l'appareil décrlt dans la demande fransaise 82/16074 publiée le 23 mars l9O4.
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~307~;
La valeur de la contrainte est de 10,2 cN/tex + 0,3 cN/tex et le taux d'étirage que les fils subissent est de 1,261 X.
Au cours du procede de filage, on provoque une chute de la viscosite intrinseque du polymere jusqu'a une valeur de 0,64.
L'appareil de mesure de contrainte indique aussitôt une elevation du niveau de la contrainte a 11,4 cN/tex et un système automatique relie aux rouleaux d'appel permet d'augmenter la vitesse de ceux-ci à une valeur de 5 340 m/min.
La vitesse des rouleaux d'etirage étant inchangée, le taux d'étirage passe à 1,211 X et la contrainte revient au niveau initial de 10,2 cN/tex.
Les filaments obtenus possèdent, avant et après la variation de ]a viscosité, les caractéristiques suivantes :
Allongement % : 20 Ténacité cN/tex : 32 Module secant à 5 % d'allongement : 350 cN/tex Ecart-type du module sécant à 5 ~ d'allongement : 7 cN/tex (mesure sur 10 bobines différentes, avec 20 mesures sur bobine).
Sans régulation de la contrainte d'étirage, l'écart-type de la valeur du module sécant à 5 ~ d'allongement est de 18 cN/tex.
Claims (4)
1 . Procédé pour améliorer la régularité de structure de filaments à base de polymères thermoplastiques, obtenus par filage à l'état fondu, et étirage en continu entre un rouleau d'appel et un rouleau d'étirage, caractérisé par le fait que l'on régule la contrainte d'étirage à un niveau constant, la vitesse du rouleau d'étirage étant maintenue constante.
2 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étirage est effectué à froid ou à chaud.
3 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étirage est effectué en plusieurs stades et la contrain-te régulée entre l'avant-dernier et le dernier rouleau d'étirage, dont la vitesse est maintenue constante.
4 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fils sont à base de polyesters ou polyamides.
Applications Claiming Priority (2)
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