Filament d'ester organique de cellulose et procédé pour sa fabrication On a développé jusqu'ici divers procédés et appa reils pour la fabrication de filaments synthétiques de sections variées. Des procédés et appareils typi ques pour le filage à sec de solutions en fibres syn- thétiques, sont décrits dans les brevets des Etats- Unis d'Amérique NO 2000047 et NO 2000048.
Ces brevets décrivent des procédés selon les quels on chasse une solution de filage chaude d'ester organique de cellulose à travers une filière compor tant plusieurs orifices circulaires, et dans une cham bre de séchage contenant une atmosphère évapo- rante maintenue à une température convenant au séchage. La vitesse de filage et le degré d'étirage sont soigneusement réglés. Dans ces conditions bien déterminées, il est possible de former de façon ré gulière des filaments de section transversale appro ximativement circulaire.
Ces. filaments donnent dans de nombreux cas entière satisfaction, par exemple pour la fabrication de divers types de tissus pour vêtements. Pour d'au tres usages cependant, ces filaments ronds ne don nent pas les résultats désirés. Par exemple, on a constaté que de tels filaments d'ester organique de cellulose ne conviennent pas particulièrement pour former des fils destinés à la fabrication des tapis. Ces fils tendent à rester couchés en permanence à la suite de la pression exercée normalement sur eux par la marche.
La présente invention a pour objet un filament en ester organique de cellulose, à section transver sale en forme de H dont la barre horizontale est plus courte que chacune des barres verticales. Ce filament convient très bien pour la fabrication de tapis et, en général, comme poil de tissus à poils. Il convient également très bien pour la confection de. masses non tissées utilisées comme filtres de ciga rettes. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de ce filament.
Ce procédé est carac térisé en ce que l'on file une solution d'un ester d'acide organique de la cellulose convenant au filage à sec, à travers une filière dont les orifices de filage ont la forme de carrés, dans un caisson de filage à sec, en ce qu'on étire les filaments dans le caisson dans un rapport d'étirage de 0,7 à 1,43 et en ce que l'on fait passer un agent d'évaporation dans le caisson pour sécher les filaments à une température comprise entre 60 et 900 C.
Le rapport d'étirage peut être défini comme étant le rapport de la vitesse linéaire. d'enroulement des filaments à la vitesse linéaire de filage de la solution de filage. Plus précisément, le rapport d7éti- rage peut être défini comme étant le rapport de la vitesse linéaire à laquelle les filaments sont enrou lés et déroulés par le rouleau à godet (godet roll) d'un coffret de filage à sec à la vitesse linéaire moyenne calculée à laquelle la quantité de solution de filage nécessaire à la formation de l'un quelconque des filaments constituant le faisceau de filaments enroulés et déroulés par ledit rouleau,
est filée à travers l'un quelconque des orifices de la filière uti lisée dans l'opéïation de filage, les vitesses étant exprimées au moyen des mêmes unités de distance par unité de temps. Par exemple, si les filaments sont enroulés sur le rouleau à la même vitesse liné aire que celle à laquelle la solution de filage est filée à travers la filière, le rapport d'étirage est égal à 1,0, ce qui signifie que la vitesse d'enroulement est égale à 100 % de la vitesse de filage. De même, si les filaments sont enroulés sur le rouleau ou retirés du coffret à une yitesse linéaire de<B>50%</B> supé rieure à la vitesse de filage, le rapport d'étirage est égal à 1,5.
On décrit ci-dessous, à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, une mise en oeuvre par ticulière du procédé que comprend l'invention.
La fig. 1 est une coupe partielle longitudinale, schématique, d'un caisson de filage et de l'appa reillage auxiliaire. Ce caisson est équipé d'une filière à orifices à section carrée.
La fig. 2 est une vue frontale fortement agran die d'une filière, dans laquelle on distingue un cer tain nombre d'orifices de filage à section carrée.
La fig. 3 représente de manière fortement agran die la solution de filage sortant d'un orifice carré de la filière.
La fig. 4 est une reproduction d'une micro photographie véritable, montrant la section trans versale de plusieurs filaments en H.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation latérale et en coupe partielle d'un caisson de filage 11 et de son appareillage auxiliaire, permettant de fabriquer les filaments et les fibres synthétiques, à section en H, de l'invention. Un filtre à bougie 12 est monté au sommet du caisson. Une filière 13 est reliée au filtre 12. Cette filière présente plusieurs orifices 14 à section carrée, comme représenté à la fig. 2.
Le filtre à bougie 12 peut être chauffé uni formément au moyen de serpentins de chauffage, non représentés, qui entourent le filtre à bougie et dans lesquels on peut faire circuler un fluide d'échange de la chaleur, tel que de l'eau, maintenu à la température désirée.
La solution de filage à base d'ester organique de cellulose est reçue par le conduit 16, passe par une vanne 17, une pompe 18, qui chasse la solution au débit voulu dans le filtre à bougie 12, puis dans la filière 13, qui la file par ses orifices carrés 14 sous forme de filaments 25, à section initialement carrée.
Les filaments 25 descendent dans le caisson 11, tout en perdant progressivement du solvant par éva poration, puis quittent le caisson 11 à l'état sensi blement sec et solidifié et passent autour du rouleau à godet (godet roll) 20, placé en dessous du caisson 11, ledit rouleau 20 étant entraîné à vitesse cons tante par des moyens non représentés, pour confé rer l'étirage voulu aux filaments 25. Les filaments passent du rouleau 20 aux rouleaux de guidage habi tuels 21 et sont finalement enroulés sur une bobine 22 après qu'un tordage approprié leur ait été imparti, par des moyens non représentés.
Pour faciliter le séchage du solvant contenu dans les filaments, au cours de leur trajet dans le caisson, de l'air chaud est admis dans le caisson 11 au moyen de conduits d'admission 23 et 24, placés respecti vement vers les extrémités supérieure et inférieure dudit caisson, l'air circulant dans le caisson et sor tant par un conduit de sortie 26 placé notablement en dessous de la filière 13, comme représenté.
La transformation de la section transversale des filaments durant leur passage dans le caisson, d'une forme carrée initiale à une forme en H dont la barre horizontale est plus courte que chacune des barres verticales, est représentée schématiquement à la fig. 3. En 25, le filament vient d'être formé par l'orifice carré et sa section est sensiblement carrée.
Plus loin, le long du trajet descendant du filament dans les conditions déterminées de séchage et d'éti rage, la section du filament prend la forme en H désirée (25 H), représentée fortement agrandie à la fig. 4. Les différentes conditions opératoires sont décrites plus en détail ci-dessous.
La température de séchage des filaments est mesurée aux points d'entrée de l'air. La température exacte à l'intérieur du caisson n'est pas mesurée. Cependant, l'air entrant à 1a base du caisson ayant une température de 600 C et l'air entrant au som met du caisson ayant une température de 900 C, la température dans le caisson de filage est comprise entre 60 et 90- C. Lo température du filtre à bou gie n'influence que la température de la solution avant son filage.
Dans les exemples qui suivent, les parties et pourcentages sont en poids. <I>Exemple 1</I> On a filé. une solution de filage composée de 26,5 % d'acétate de cellulose, 1,25 % de bioxyde de titane, rapporté au poids d'acétate de cellulose, 1,75 % d'eau, le restant étant de l'acétone comme solvant, en formant une mèche de 13 filaments d'un denier total de 55, en utilisant l'appareil et le mode opératoire général décrit en référence à la fig. 1. La filière a comporté 13 orifices carrés et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales.
Les conditions de travail sont indiquées au NO 1 du tableau 1.
EMI0002.0052
<I>Tableau <SEP> 1</I>
<tb> Deniers <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> Vitesse <SEP> Températ. <SEP> du <SEP> Débit <SEP> d'air
<tb> No <SEP> par <SEP> filaments <SEP> de <SEP> filage <SEP> filtre <SEP> à <SEP> au <SEP> sommet
<tb> mèche <SEP> par <SEP> mèche <SEP> (m/min) <SEP> bougie <SEP> <B><I>(OC)</I></B> <SEP> (m3/min)
<tb> 1 <SEP> 55 <SEP> 13 <SEP> 500 <SEP> <B>1</B> <SEP> 65 <SEP> 14
<tb> 2 <SEP> 75 <SEP> 19 <SEP> 500 <SEP> 62 <SEP> 14
<tb> 3 <SEP> 150 <SEP> 38 <SEP> 500 <SEP> 65 <SEP> 22,4
<tb> 4 <SEP> 150 <SEP> 7 <SEP> 211 <SEP> 65 <SEP> 14
<tb> 5 <SEP> 55 <SEP> 36 <SEP> 500 <SEP> 58 <SEP> 14
<tb> 6 <SEP> 75 <SEP> 49 <SEP> 500 <SEP> 58 <SEP> 14
<tb> 7 <SEP> 300 <SEP> 7 <SEP> 100 <SEP> 65 <SEP> 42
EMI0003.0001
<I>Tableau <SEP> 1 <SEP> (suite)
</I>
<tb> Températ. <SEP> de <SEP> Températ. <SEP> de <SEP> Dimension <SEP> du
<tb> NO <SEP> Débit <SEP> d'air <SEP> ir <SEP> 1 <SEP> air <SEP> <B>le</B>
<tb> ir <SEP> côté <SEP> d'un <SEP> Rapport
<tb> (mg/min) <SEP> entrant <SEP> au <SEP> entrant <SEP> en <SEP> orifice <SEP> de <SEP> d'étirage
<tb> sommet <SEP> <B><U>(O</U>C)</B> <SEP> bas <SEP> <B><U>(OC)</U></B> <SEP> filière <SEP> (mm)
<tb> 1 <SEP> 14 <SEP> 70 <SEP> 85 <SEP> 0,067 <SEP> 1,10
<tb> 2 <SEP> 14 <SEP> 70 <SEP> 85 <SEP> 0,067 <SEP> 1,10
<tb> 3 <SEP> 22,4 <SEP> 70 <SEP> 85 <SEP> 0,067 <SEP> 1,10
<tb> 4 <SEP> 14 <SEP> 60 <SEP> 90 <SEP> 0,155 <SEP> 1,22
<tb> 5 <SEP> 14 <SEP> 60 <SEP> 85 <SEP> 0,047 <SEP> 1,43
<tb> 6 <SEP> 14 <SEP> 60 <SEP> 85 <SEP> 0,047 <SEP> 1,43
<tb> 7 <SEP> 42 <SEP> 60 <SEP> 90 <SEP> 0,220 <SEP> 1,08 Dans le tableau ci-dessus,
le débit d'air en m3/min se rapporte à 100 caissons. La vitesse de filage en m/min représente la vitesse à laquelle la solution de filage est forcée hors de la filière.
<I>Exemple 2</I> On a filé la solution de filage de l'exemple 1 en filaments de 75 deniers par mèche, en utilisant le même appareil et le même mode opératoire qu'à l'exemple 1. La filière a comporté 19 orifices carrés et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales. Les conditions de tra vail sont indiquées sous le NO 2 du tableau I.
<I>Exemple 3</I> On a filé la solution de filage d'acétate de cel lulose de l'exemple 1 en filaments de 150 deniers par mèche. La filière a comporté 38 orifices carrés et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales. Les conditions de travail sont indiquées sous le NO 3 du tableau 1.
<I>Exemple 4</I> On a filé une solution de filage composée de <B>30,0%</B> d'acétate de cellulose,<B>1,75%</B> d'eau, le res tant étant de l'acétone comme solvant, sous forme de filaments de 150 deniers par mèche. La filière a comporté 7 orifices carrés et chaque filament a ac quis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des barres ver ticales. Les conditions de travail sont indiquées sous le NO 4 du tableau I.
<I>Exemple 5</I> On a filé une solution de filage composée de 26,5 % d'acétate de cellulose, 0,6 % de bioxyde de titane comme pigment, basé sur le poids d'acétate de cellulose, 1,75 % d'eau et le restant étant de l'acétone comme solvant, sous forme de filaments de 55 deniers par mèche. On a utilisé le même appareillage, les conditions de travail étant indi quées au NO 5 du tableau I, et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des, barres verticales. <I>Exemple 6</I> On a filé une solution de filage de la même composition que celle de l'exemple 5, en filaments de 75 deniers par mèche.
On a utilisé le même appareillage, les conditions de travail étant indi quées au NO 6 du tableau 1, et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des bar res verticales.
<I>Exemple 7</I> On a filé une solution de filage composée de <B>26,5%</B> d'acétate de cellulose,<B>1,75%</B> d'eau, le res tant étant de l'acétone, sous forme de filaments de 300 deniers par mèche. On a utilisé l'appareillage décrit ci-dessus, avec une filière comportant 7 ori fices carrés et chaque filament a acquis une section transversale en forme de H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales. Les con ditions de travail sont indiquées au NO 7 du tableau I.
On a constaté que l'on peut obtenir des fila ments ayant uniformément une section en forme de H dont la barre horizontale est plus courte que chacune des barres verticales avec des conditions opératoires et des compositions assez variées. L'ob tention d'un filé à section en H optimum requiert comme condition primordiale un rapport d'étirage supérieur à 1, et de préférence supérieur à 1,2.
On peut toutefois obtenir des filaments à section en H plus ou moins déformée avec des rapports d'étirage de 0,7 à 1,0 mais, comme on l'a signalé, pour ob tenir une section uniforme, un rapport d'étirage supérieur à 1,0 est préférable.
Le procédé selon l'invention s'applique de ma nière également satisfaisante à d'autres esters d'aci des organiques de la cellulose simples ou mixtes tels que ceux d'acides contenant de 2 à 4 atomes de carbone.
Ce procédé de filage utilisant des filières à ori fices carrés donne de très bons résultats dans un domaine de deniers par filament compris entre 1,5 et 43, bien que l'on puisse filer de manière satis faisante des filaments de denier supérieur.
Il ressort nettement du tableau II ci-dessous qu'en raison de la forme particulière de sa section et de sa surface accrue, le volume apparent (bulle) du filament à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales est supé rieur à celui du filament de denier équivalent mais de section approximativement ronde (ci-après dé signé filament normal ). Dans le tableau II, on compare des échantillons équivalents de fils à section normale et à section en H, préparés à partir de solu tions de filage identiques.
EMI0004.0007
<I>Tableau <SEP> 11</I>
<tb> Essais <SEP> relatifs <SEP> au <SEP> volume <SEP> de <SEP> filés <SEP> à <SEP> filaments <SEP> con tinus <SEP> normaux <SEP> et <SEP> à <SEP> section <SEP> en <SEP> H
<tb> Facteur <SEP> Volume <SEP> Différence
<tb> Filé <SEP> de <SEP> volume <SEP> spécifique <SEP> en <SEP> /o
<tb> apparent <SEP> <B>(c <SEP> <U>3/g)</U></B>
<tb> Normal <SEP> 55/36/.3 <SEP> 155.2 <SEP> 1,18 <SEP> 13,4
<tb> H <SEP> 55/36/.3 <SEP> 175.5 <SEP> 1,34
<tb> Normal <SEP> 150/38/.3 <SEP> 154.1 <SEP> 1,17 <SEP> 9,9
<tb> H <SEP> 150/38/.3 <SEP> 168.5 <SEP> 1,29
<tb> Normal <SEP> 300/7/.3 <SEP> 158.0 <SEP> 1,20 <SEP> 14,7
<tb> H <SEP> 300/7/.3 <SEP> 180.5 <SEP> 1,38 Dans le tableau ci-dessus, les expressions numé riques 55/13/3 et analogues identifient le filé à fila ment continu par son denier total,
son nombre de filaments et son tordage. Par exemple, 55/13/.3 désigne un filé à filament continu de denier total égal à 55, composé de 13 filaments et tordu à raison de 0,3 tours par pouce. Le denier par filament d'un tel filé est égal au denier total divisé par le nombre de filaments. Dans cet exemple, 55 divisé par 13 est égal à environ 4 deniers, par filament.
Pour déterminer les valeurs du tableau II, on a développé un essai dans lequel on enroule le filé sous une tension déterminée jusqu'à ce qu'il rem plisse une bobine de volume connu. On pèse la quantité de filé requise pour remplir ce volume. A partir de ce poids, on calcule le facteur de vo lume apparent<B> </B> et le volume spécifique<B> .</B> Le facteur de volume apparent<B> </B> est donné par la formule suivante
EMI0004.0009
Facteur <SEP> de <SEP> volume <SEP> apparent <SEP> =
<tb> <U>Volume <SEP> bobine <SEP> X <SEP> densité <SEP> des <SEP> fibres</U> <SEP> X <SEP> 100
<tb> Poids <SEP> de <SEP> filé <SEP> pour <SEP> remplir <SEP> la <SEP> bobine Cette formule exprime le volume apparent en pourcentage de l'espace occupé par le filé à l'es pace qui serait occupé par la matière solide dont
est constitué le filé.
On détermine le. volume spécifique par con version du poids du filé sur la bobine en ce/g. Dans la colonne différence en % , on donne la différence en % entre les volumes spécifiques du filé normal et du filé à section en H. Des valeurs très semblables peuvent être calculées à partir du facteur de volume apparent. On notera que dans le filé à filament continu, le filé à section en H pré sente un volume de 10 à 15 % supérieur à celui du filé normal. La différence peut être observée visuellement en comparant les échevettes dont on a tiré les chiffres ci-dessus.
Le tableau IIl rassemble des résultats sembla bles, relatifs à des filés à fibres discontinues à sec tion normale et à section en H, de même compo sition en ester cellulosique.
EMI0004.0018
<I>Tableau <SEP> I11</I>
<tb> Essais <SEP> relatifs <SEP> au <SEP> volume <SEP> de <SEP> filés <SEP> à <SEP> filaments <SEP> dis continus <SEP> normaux <SEP> et <SEP> à <SEP> section <SEP> en <SEP> H
<tb> Facteur <SEP> Volume <SEP> Différence
<tb> Filé <SEP> de <SEP> volume <SEP> spécifique <SEP> en <SEP> /o
<tb> apparent <SEP> (cm3/g)
<tb> Normal <SEP> 20/1,
<tb> 2 <SEP> D/F, <SEP> 5,1 <SEP> cm <SEP> 282.0 <SEP> 2,14 <SEP> 20,0
<tb> H <SEP> 20/1, <SEP> 2 <SEP> D/F,
<tb> 5,1 <SEP> cm <SEP> 338.0 <SEP> 2,57
<tb> Normal <SEP> 20/1,
<tb> 3 <SEP> D/F, <SEP> 5,1 <SEP> cm <SEP> 262.0 <SEP> 2,00 <SEP> 33,2
<tb> H <SEP> 20/1,
<SEP> 3 <SEP> D/F,
<tb> 5,1 <SEP> cm <SEP> 348.0 <SEP> 2,66
<tb> Normal <SEP> 12/1,
<tb> 5 <SEP> D/F, <SEP> 5,1 <SEP> cm <SEP> 267.5 <SEP> 2,04 <SEP> 20,4
<tb> H <SEP> 12/1, <SEP> 5 <SEP> D/F,
<tb> 5,1 <SEP> cm <SEP> 322.0 <SEP> 2,46 Dans le tableau ci-dessus, les filés à fibres dis continues sont désignés par leur titre-coton (cotton count) et le nombre de bouts (ply). Par exemple, 20/1 désigne un filé à fibres discontinues composé d'un seul bout et de titre-coton égal à 20. On donne également au tableau III le denier par filament (2 D/F, etc.) et la longueur de brin des fibres (5,1 cm, etc) dont sont filés les filés à fibres dis continues.
Le facteur de volume et le volume spéci fique ont été déterminés comme décrit ci-dessus. Il est évident qu'avec des échantillons de filé de mêmes composition, denier et longueur et ne diffé rant que par la section, normale ou en H, les filés à filaments discontinus à section en H ont un vo lume spécifique de 20,0 à<B>33,2%</B> supérieur.
Le brillant du filé à section en H est notable ment supérieur de celui à section normale de de nier et composition équivalents. Le brillant se mesure au moyen d'une cellule photo-électrique. On enroule les filaments parallèlement autour d'un mor ceau de carton plat ou d'une surface plane analogue. La lumière réfléchie sur la cellule photoélectrique par ces panneaux produit un potentiel qui est con verti en une valeur numérique de brillance. Dans des essais comparatifs, le panneau de filaments nor maux donne 0,77 V, alors que le panneau à fila ments en H de même denier donne 0,80 V.
<I>Exemple 8</I> On a utilisé des filaments discontinus, d'acétate de cellulose à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales comme matière de remplissage d'un oreiller. On a constaté que ces fibres, en raison de leur volume, donnent satisfaction pour cet emploi. Un oreiller de même dimension, contenant le même poids de fibres à fila ments discontinus, de denier équivalent, en acétate de cellulose et à section normale, s'est montré de volume inférieur et n'a pas résisté au matage (matt- ing) sous pression.
<I>Exemple 9</I> On a préparé des filtres de cigarettes à partir de filaments en acétate de cellulose à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales. Leurs propriétés intéressantes de volume et de rigidité permettent la construction de filtres de conception intéressante.
Le filé composé de filaments à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales est beaucoup plus rigide et plus élastique que le filé composé de filaments à section normale. L'effet de la forme de la section sur la rigidité peut être estimé par la comparaison des moments d'iner tie de fibres aux sections de différentes formes mais de mêmes surfaces.
On a constaté par cette méthode que les filaments à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales sont approximativement 48 % plus rigides que des fila ments normaux de même dimension. En outre, on a constaté que lorsqu'on réunit plusieurs de ces fila ments à section en H en une mèche, comme dans un ruban de carde ou dans un batting , on note un fort accroissement de l'élasticité ou de la rai deur, supérieur à celui que l'on pourrait escompter en tenant compte de l'augmentation de rigidité des filaments séparés. Cet effet est attribuable à l'en grènement ou engagement mutuel des creux et des arêtes des branches des filaments constituant la masse des fibres.
Cet engrènement des filaments assure une beaucoup plus grande résistance au glissement des fibres l'une sur l'autre que dans une mèche de filaments normaux. La rigidité combinée d'une mèche de ces filaments en H est donc bien supérieure à la somme des rigidités des filaments pris séparément.
Les propriétés inhérentes des filaments en acé tate de cellulose à section en H à barre horizontale plus courte que chacune des barres verticales sont telles que ces filaments offrent de nombreux avan tages aussi bien pour les étoffes tissées que pour les étoffes tricotées. Dans des étoffes telles que le crêpe Ninon, la marquisette et le voile, ces filaments à section en H produisent des étoffes de raideur et crêpure avantageuses que l'on ne peut habituelle ment obtenir que par des procédés de fabrication spéciaux ou par des traitements de finition par ticuliers.
Dans les étoffes plates telles que taffetas, tissus croisés et satins, le plus grand volume de ces filaments à section en H donne des étoffes de plus grand couvrant et de plus grande épaisseur, pour un poids donné de matière. On peut d'autre part, en utilisant moins de matière, produire des étoffes de même couvrant et épaisseur, ce qui en réduit le coût. Les filés composés de ces filaments à section en H conduisent à des étoffes dans lesquelles la ten dance au glissement des fils est réduite, ce dont il résulte une plus grande résistance des coutures. Cette propriété est particulièrement importante pour certaines étoffes, par exemple les satins et les tissus croisés.
Le taffetas fini au métier à tisser présente un toucher plus crêpé lorsqu'il est fait de filé com posé de ces filaments à section en H.
Les étoffes tricotées, confectionnées avec des filés composés de ces filaments à section en H, pré sentent plus de corps et de toucher, ce qui les rend plus avantageuses pour certaines utilisations telles que chemises de sport, cravates d'homme et vête ments de dames. Les filés formés de ces filaments à section en H discontinus ont, comme les filés à filaments continus, une raideur et un volume accrus. En outre, les étoffes confectionnées avec ces filés ont un toucher laineux.