CH429126A - Procédé de fusion de polymères thermoplastiques et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  
 



   Procédé de fusion de polymères thermoplastiques et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
 La présente invention se rapporte à un procédé pour fondre un polymère thermoplastique et traiter le bain fondu afin d'empêcher la formation de polymère gélifié, à un appareil pour effectuer ce procédé et à une utilisation du produit obtenu selon ce procédé.



   Dans un procédé industriel de production de filaments textiles à partir de polycarbonamides, pouvant être obtenues à partir d'une diamine convenable et d'un di-acide approprié ou d'un acide amino-organique polymérisable, on fait fondre le polymère en paillettes ou en morceaux en le mettant en contact avec une surface ou une grille chauffée dans un récipient de fusion; on utilise ensuite une pompe pour débiter des quantités dosées de la masse fondue à une filière et à travers les orifices de celle-ci. Normalement, on maintient, avant l'extrusion, le polymère fondu dans le récipient de fusion pendant une durée relativement longue, pouvant atteindre par exemple deux heures.

   On a observé que pendant son séjour dans le récipient de fusion et en contact avec la grille chauffante, le polymère subit une dégradation thermique ou d'autres changements indésirables, ayant pour résultat de produire, pendant le séjour dans le récipient, du polymère gélifié indésirable. On a également trouvé qu'avec les appareils de filage à l'état fondu, connus jusqu'à présent, des parties du polymère fondu ont tendance à rester dans un état relativement stagnant ou physiquement inerte. On pense que cet état inerte provoque une transmission moins efficace de la chaleur et contribue notablement à la formation d'agglomérats de matières nuisibles, qu'on appelle communément les     gels     de polymère.

   Le polymère gélifié adhère aux parois intérieures de l'appareil de filage à l'état fondu et à la grille de fusion, en provoquant ainsi l'accumulation d'une couche calorifuge qui réduit le taux de transmission de la chaleur. Bien que la composition chimique de ces   gels   ne soit pas bien déterminée, on sait néanmoins que leur présence est la cause d'une détérioration notable de la qualité des filaments et pose des nombreux problèmes de traitement.



   On a proposé divers moyens pour diminuer ladite formation de gel se produisant dans un appareil usuel de filage à l'état fondu et pour éviter l'accumulation du polymère gélifié sur les surfaces métalliques chaudes dans l'appareil. Un des expédients proposé pour pallier l'accumulation de gel consiste à appliquer une couche de   poiyorganosiloxane    sur toutes les surfaces métalliques venant en contact avec le polymère fondu. Bien que cette façon de procéder réduise provisoirement l'accumulation du polymère gélifié sur les surfaces de fusion de la   grille    et sur les autres surfaces de l'appareil de filage à l'état fondu, on est obligé de procéder à des applications fréquentes de polyorganosiloxane, ce qui nécessite des arrêts périodiques et coûteux de l'ensemble de l'installation.



   Le but de l'invention est d'obvier à ces inconvénients et est caractérisé en ce qu'on chauffe ledit polymère pour le faire fondre et en ce qu'on fait passer à travers le bain fondu des ondes ultra-sonores de compression.



   L'appareil, au moyen duquel on peut mettre commodément en oeuvre le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour fondre le polymère, des moyens pour maintenir temporairement le bain fondu ainsi formé en contact avec les moyens de fusion et des moyens pour faire passer des ondes ultra-sonores de compression à travers le bain fondu au polymère en cours de fusion. Cet appareil comprend un récipient ou autre enceinte, destiné à recevoir et à fondre les polymères solides, qui sont de préférence sous forme de petits morceaux ou de paillettes. Ce récipient est également destiné à conserver le polymère fondu jusqu'à son extrusion ultérieure en divers articles profilés.

   Ce récipient comporte une surface chauffée, telle qu'une grille de fusion chauffée, disposée à l'intérieur et destinée à porter les morceaux solides de polymère  à une température supérieure au point de fusion du polymère mais inférieure à la température de décomposition de celui-ci. Un transducteur à ultra-sons est monté, par des moyens appropriés, dans le récipient et il peut être excité par un générateur de type courant pour produire des ondes ultra-soniques de compression. Dans un mode de réalisation préféré, ces ondes provenant dudit transducteur sont émises à travers le polymère fondu et sont dirigées ou concentrées vers les surfaces chaudes servant à chauffer et à faire fondre le polymère.



   La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.



   La figure unique du dessin comprend une coupe verticale d'un appareil servant à fondre le polymère avant son filage à l'état fondu, et l'appareillage associé qui est représenté schématiquement pour faciliter la compréhension de   l'invention.   



   L'appareil qui, sur le dessin, est représenté partiellement en coupe verticale et schématiquement, est supporté de façon convenable et comprend un récipient intérieur 10, qui peut avoir la forme cylindrique représentée. Ce récipient comporte une ouverture supérieure (non représentée) à travers laquelle on introduit des paillettes ou des morceaux solides de polymère 12 provenant d'une source appropriée située au-dessus.

   De préférence, les paillettes sont amenées en continu dans l'appareil et à une vitesse prédéterminée synchronisée avec la vitesse d'extrusion de manière qu'un niveau prédéterminé 14 du bain de polymère fondu soit maintenu dans la portion inférieure du récipient, d'où le polymère fondu est envoyé en quantités dosées dans la zone de   filage    En vue d'éviter l'oxydation du polymère, on maintient au-dessus du polymère fondu une nappe de gaz inerte, tel que de la vapeur ou de l'azote, particulièrement lorsqu'on désire obtenir un polymère blanc. On fournit de la chaleur au récipient 10 et cette chaleur est transmise au contenu du récipient, au moyen d'un fluide chauffant ou par tout autre moyen de chauffage classique.

   Comme il est représenté, une chemise 16 est convenablement fixée autour du récipient 10, en vue de maintenir un fluide capable de transmettre de la chaleur au polymère fondu dans le récipient 10. La chemise 16 comporte une entrée et une sortie pour assurer la circulation continue d'un fluide chauffant d'un type connu, tel que le   Dowtherm   ou autre.



   A l'intérieur du récipient 10 est monté un dispositif de fusion 18. Comme il est représenté, ce dispositif a la forme d'un serpentin plat enroulé en double spirale, bien qu'on puisse aussi bien utiliser d'autres types de serpentins de chauffage. Ce dispositif de fusion est situé dans le récipient au-dessous du niveau normal du bain fondu de polymère, et de préférence, immédiatement au-dessous de ce niveau. Ce dispositif de fusion peut être chauffé par circulation   d'un    fluide chaud, tel que le     Dowtherm      ou autre fluide arrivant par un tube d'entrée 20 et sortant par un tube de sortie 22.



   Le polymère fondu est évacué du récipient 10 par un dispositif tel qu'une pompe 24, destinée à doser et à refouler le polymère depuis le fond du récipient à travers une filière 26. Un faisceau de filaments 28 se forme par extrusion du polymère fondu à travers les petits orifices prévus dans la face de la filière 26, selon les processus classiques de filage à l'état fondu.



   Plusieurs transducteurs à ultra-sons 30, comportant une matière piézo-électrique, une matière   magnétostric-    tive ou un dispositif analogue, sont disposés à l'intérieur du récipient 10, en étant espacés   circonférentiellement    autour de sa paroi. Bien qu'on ait représenté plusieurs transducteurs, il est évident que l'appareil pourrait n'en comporter qu'un seul. D'autre part, ce transducteur pourrait avoir une forme circulaire ou annulaire. La surface émissive du transducteur peut être plate (comme représenté sur le dessin) ou concave, selon la façon dont on désire concentrer ou diriger l'énergie vibratoire fournie par le transducteur pendant son fonctionnement.



  Pour la commodité du dessin, on a représenté deux transducteurs à ultra-sons 30 montés sur des organes de support 31, et faisant un angle avec le grand axe du récipient 10, de sorte que l'énergie vibratoire ultrasonore est dirigée radialement vers l'intérieur et vers le haut, et est dirigée vers la zone voisine de celle où les morceaux de polymère sont fondus initialement par contact avec le dispositif chauffant précité et où elle est concentrée.



   Un générateur ultra-sonique 32 ou un dispositif analogue générateur d'énergie à haute fréquence est connecté de façon appropriée aux transducteurs 30, par exemple au moyen de conducteurs électriques 34. L'alimentation du générateur 32 est effectuée, dans le mode de réalisation représenté, par les fils électriques 36.



   La matière préfère dont on moule ou fabrique les transducteurs piézo-électrique à ultra-sons est le titanate de baryum polycristallin. Cette matière possède la propriété électromécanique de se dilater dans la direction de polarisation quand la tension du signal appliqué à la matière a une certaine polarité et de se contracter à l'inversion de la polarité de la tension du signal. La matière se contracte dans une direction transversale au champ de polarisation quand elle se dilate dans la direction du champ. Des matériaux autres que le titanate de baryum, par exemple les cristaux de quartz, peuvent être utilisés dans ce but. Comme il a déjà été mentionné, une matière magnétostrictive, comprenant des métaux tels que le fer, le nickel et le cobalt, ainsi que certains alliages   magnétostrictifs    peuvent être utilisés à la fabrication des transducteurs.

   L'énergie ultra-sonore utilisée dans la présente invention est obtenue sans difficulté par exemple à l'aide des fréquences comprises entre quelques milliers et plus d'un milliard de cycles par seconde. Des générateurs à haute fréquence, pouvant facilement produire de l'énergie comprise dans cette gamme de fréquences, se trouvent sans difficulté sur le marché, et peuvent aisément alimenter des trans  docteurs      pliézo-ELectriques    et à magnétostriction, des types décrits ci-dessus pour la misc en   oeuvre    de l'invention.



   Les polymères filables à l'état fondu, auxquels on peut appliquer de l'énergie ultra-sonore pendant leur fusion, comprennent toutes les substances filables à l'état fondu. Comme exemples de polymères synthétiques thermoplastiques fibrogènes, pouvant être filés à l'état fondu, on peut citer les suivants: le polyéthylène; le   polypropylème;    les polyuréthanes ; les copolymères d'acétate de vinyle et de chlorure de vinyle; les copolymères de chlorure de vinylidène et d'une faible proportion de chlorure de vinyle; les polyesters linéaires des acides dicarboxyliques aromatiques et des composés dihydrogénés, tels que le téréphtalate d'éthylène polyméré et le polyester dérivé de l'acide téréphtalique et   du bis- 1. 4-(hydroxyméthyl)-cyclohexane;

   les polycarbo-    namides linéaires, telles que par exemple, l'hexaméthylène-adipamide polymère,   l'hexaméthylène-sébaçamide    polymère, les acides mono-aminocarboxyliques polymè  res tels que l'acide   6-aminocapröïque    polymère ; et d'autres polymères thermoplastiques fibrogènes. On peut également utiliser des mélanges de ces polymères synthétiques fibrogènes. Le procédé selon la présente invention s'applique tout spécialement au traitement des polymères, qu'on classe aux Etats-Unis dans le groupe général des   Nylons  , parmi lesquels le   Nylon-66  , le   Nylon-4  , le   Nylon-6  , le   Nylon-610  , le     Nylon-1 1      et leurs copolymères fibrogènes, par exemple: 6/66, 6/610/66, 66/610, etc.



   On voit donc que la présente invention fournit un procédé et un appareil pour la fusion de polymères thermoplastiques par traitement de leur bain fondu à l'aide d'ondes ultra-sonores de compression, ce qui réduit la formation et l'accumulation de gel. Le traitement par l'énergie vibratoire donne de l'uniformité au polymère et améliore la qualité des filaments, des fibres et des pellicules obtenus à partir du polymère traité. Un autre avantage découlant de l'utilisation d'une   installa-    tion à ultra-sons de ce genre est la possibilité d'utiliser la chambre de fusion pendant des périodes plus longues sans nettoyage. On peut sans frais importants et sans difficulté particulière modifier les appareils de filage à l'état fondu existants pour obtenir un appareil selon la présente invention.

   L'utilisation d'énergie vibratoire ultra-sonore pendant la fusion des polymères filables à l'état fondu procure encore de nombreux autres avantages.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé pour fondre un polymère thermoplastique et traiter le bain fondu afin d'empêcher la formation de polymère gélifié, caractérisé en ce qu'on chauffe ledit polymère pour le faire fondre et en ce qu'on fait passer à travers le bain fondu des ondes ultra-sonores de compression.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que les ondes ultra-sonores sont dirigées vers la région où la chaleur est fournie au polymère.

   2. Procédé selon la revendication 1 et la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient le niveau du bain fondu dans le récipient à une hauteur telle que lesdites ondes soient transmises à la région où la chaleur est fournie au polymère.

   3. Procédé selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que le polymère est de l'hexaméthylène adipamide polymérisée ou de l'acide 6-aminocaproique polymérisé.

   REVENDICATION II Appareil pour effectuer le procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour fondre le polymère, des moyens pour maintenir temporairement le bain fondu ainsi formé en contact avec les moyens de fusion et des moyens pour faire passer des ondes ultra-sonores de compression à travers le bain fondu au polymère en cours de fusion.

   SOUS-REVENDICATIONS 4. Appareil selon la revendication II, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un récipient destiné à recevoir des morceaux de polymère, une grille de fusion chauffée disposée dans ce récipient, des moyens pour émettre des ondes ultra-sonores de compression disposés dans ce récipient au-dessous de la grille de fusion dans une position telle que lesdites ondes soient envoyées vers la grille de fusion.

   5. Appareil selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que ladite grille de fusion est agencée de façon à contenir un fluide de chauffage circulant en rapport d'échange de chaleur et disposée à l'intérieur dudit récipient et en ce qu'il comprend un transducteur à ultrasons composé d'une matière piézo-éiectrique monté à l'intérieur du récipient duquel il est espacé et un générateur ultra-sonique connecté au transducteur pour l'exciter de façon que des ondes ultra-sonores de compression soient émises par lui, la surface d'émission du transducteur étant située de telle manière que les ondes soient envoyées en direction de la grille de fusion.

   6. Appareil selon la sous-revendication 4, caractérisé en ce que ladite grille de fusion a la forme d'une spirale plate destinée à contenir un fluide de chauffage circulant en rapport d'échange de chaleur et disposée dans le récipient, que ledit transducteur comprend plusieurs transducteurs à ultra-sons circonférentiellement espacés, formés d'une matière piézo-électrique et montés à l'intérieur du récipient à une certaine distance de celui-ci et au-dessous de la grille, la surface d'émission des transducteurs étant disposée de façon que les ondes soient envoyées radialement et vers le haut en direction de la grille de fusion.

   REVENDICATION III Utilisation du produit obtenu selon la revendication I, pour la fabrication d'un objet en forme.

   SOUS-REVENDICATIONS 7. Utilisation selon la revendication III pour la fabrication de filaments.

   8. Utilisation selon la revendication III pour la fabrication d'objets moulus ou extrudés.

   9. Utilisation selon la revendication III pour la fabrication de pellicules et rubans.