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10718~'~
L'inventioll se rapporte a un dispositif perfectionné pour
la production par extrusiQn-filage de fils a filaments continus
succepti~les de friser et de gonfler après étirage et éventuellement
traitement thermique subsequent. De tels fils sont parfois dénom-
més dans la litterature "fils a Erisure potentielle". Ce nouveau
dispositif est particulierement adapté mais non limité, ~ la produc-
tion de fils en polyoléfines, polypropylene notamment.
. L'invention concerne également les fils ainsi obtenus.
On sait depuis longtemps extruder des fils a filaments . .:
continus susceptibles de friser ultéri.eurement. .
On a tout d'abord suggere d'extruder pour chaque filament :~ :
soit côte a côte, soit en relation âme-gaine, deux polymeres diffe~
rents- Cette technique théoriquement satisfaisante necessite l'em- ;
ploi de filieres complexes, coûteuses et fragiles, d'o~ son emploi
limite.
On a egalement propose de réaliser de tels fils a partir
"
d'un seul polymere : - ;
.~
- soit que l'on dépolymerise (brevet americain 3.663 675),
- soit que l'on.degrade (brevet americain 3.560.604), :
- soit que l'on chauffe (brevet americain 3.651.193), ou
. que l'on refroidit (brevet americain 3.577.498) le fil extrude de ;.
manière dissymetrique.
: Pour la plupart des applications textiles, les proprie-
tes de gonflant et/ou de frisure des filaments ainsi obtenue,ont
ete jugees insuffisantes, sans compter que de tels procedes sont
:`
~ assez delicats a mettre en oeuvre.
Dans les brevets canadiens 785.195 et 884.962, on a pro-
pose de creer un gradient de viscosite dans la masse du polymère
avant le passage dans la filiere, de manière a obtenir dans chaque : :
filament une viscosite augmentant graduellement d'un côte au côte
:.~ oppose du meme filament. On revele ensuite la frisure et le gon-
flant par traitement thermique eventuellement combine a l'etirage.
. * voir page 22
~0~ 7
Le clispositif approprié pour me-t-tre en oeuvre ce procé-
dé comprend essentiellemen-t :
- une vis sans ~in destinee a amener le pol~mère en
poudre ou en grains jusqu'au bloc filière,
- un bloc, tel qulun tube ou ure chambre, percé d'une
multitude de canaux allonges ou cylindriques chauffe a l'aide d'un
collier placé sur sa periph~rie longitudir.ale, de maniere a initier
un gradient de viscosite allant croissant de la peripherie au cen-
tre du bloc, puisque le polymere situe sur la périphérie est sur-
chauffé par rapport au polymere situe au centre,
- un canal de transfert du polymère fondu,
-- une filière, de preference troncônique, formee d'une
rangée d'orifices c~ncentriques,
- une zone de refroidissement des filaments fralchement
extrudes par un anneau d'air,
- des organes æe réception du fil a filaments continus
ainsi extrudés. ` `
, :.
Après étirage et traitement thermique, on révele la fri-
sure et le gonflant potentiel de ~es filaments. On obtient ainsi
un fil élastique ayant une frisure helico~dale sensiblement regulie- `
re distribuée au hasard a pas inverse, c'est-a-dire en alternance
S et Z et enfin un gonfiant appréciable.
Malgré les bons résultats obtenus avec ce dlspositif,
celui-ci présente encore de nombreux inconvénients pratiques qui
en ont limité jusqu'a ce jour le développement industriel.
; L'emploi d'une vis sans fin (par exemple du type décrit
dans le brevet americain 3.078.509) pour pousser le polymere en
grains ou en poudre, est generalement satisfaisant pour la fabrica~
tion de fils en laboratoiEe. En revanche, ce moyen est mal adapté -~
à la production industrielle de fils a frisure potentielle car,
d'une part, il ne conduit pas à une alimentation homogene du bloc
filiere et, d'autre part, la pression exercée par cette vis fians
* voir page 22 -2-
:;, ':;
.. , . , . , , ~
y
fin sur le polymère es-t plu~ importante au centre du bloc
que sur la peripherie~ Cela se tradui-t par une stagnation
; d~ns les canaux periphériques des addltifs que l'on peut ~ -
être amene à a~outer au polymare, tels que colorants, sta-
bilisants, etc., ce quie est notamment genant lorsque 1 t on ;~
désire passer d'une fabrication ~ une autre. - .
La présence de tubulures multiples nécessite un
usinage et une realisation complexes et un entretien et
un nettoyage délicats. Cela augmente le co~t de l'installa-
tion. Du fait des grandes surfaces de contact ainsi crées
avec le polymère par ces multiples tubulures, on provoque
une dégradation de ce dernier et une bonne diffusion de la
chaleur au coeur du bloc par effets de pont des parois, ce
qui atténue la v~riation du gradient de viscosité. De la
sorte, la frisure et le gonflant obtenus sont limités.
` Enfin~ la production d'un tel dispositif es-t limitée
la capacité de fusion des parois chaudes des différentes `~
tubulures, ce qui est souvent insuffi~3ant dans les installa-
tions modernes.
La présente invention pallie ces inconvénients. Elle
- se rapporte ~ un dispositif perfectionné du dernier type décrit,
economique, facile à realiser et à mettre en oeuvre, dont la
productivité est nettement améliorée~ et enfin permettant
d'obtenir des fils dont lest propriétés de frisure, de gonflant ~ ; ;
ou ~utres sont améliorees.
Ce dispositif perfectionné pour la production d'un fil
à frisure potentielle par variation de la viscoslté dans la
masse duppolymère extrudé avant son passage dans la filière est
du type comprenant e3sentiellement :
_ un organe d'alimentation sous pression en polymère,
- un organe destine ~ ini-tier un gradient de viscosité
allant croissant de la périphérie au centre du bloc,
- un canal de transfert du polymère fondu,
3 ~
. .
. ,. ., ~
- une tête de fil~ge essentiellement consti-tuee par une
filiare formée cl'au moins une rangée d'or.iEices,
:~ '~ . '
' '' ,. ' '
.
`'' ':'
.; ': '
', ~
... .. .
~.
. :
. -3a~
.
10~18~
- un organe de reception du fil ainsi extrude
se caracterise en ce que l'organe initiant le ~radient de viscosi-
t~ se presente sous la forme d7un bloc perc~ essentiellement d'un ~ -
ca~al central dont la zone d'entrée a la forme d'un tronc de cône
ouvert sur ladite entree, ledit bloc comportant des moyens permet-
tant de lui communiquer une température différente de la temperatu-
re de la température du polymere extrudé.
Dans un mode de r6alisation preférentiel, les moyens
permettant de communiquer au bloc une tem~érature différente de
celle du polym~tre extrudé, sont constitués par des éléments qui
chauffent le bloc latéralement. -~
Dans une variante, les moyens permetta~t de communiquer
au bloc une température différente de celle du polymère extrudé
sont constitués par des éléments qui le refroidissent latéralement.
Dans une forme de réalisation pratique, ce canal central
est unique et se compose de deux troncs de cône raccordés entre
eux, l~angle au sommet du cône d'entrée étant supérieur à l'angle
au sommet du cône de sortie.
Dans une forme de réalisation avantageuse, le canal cen-
tral est compartimenté dans le sens logitudinal par des cloisons enun materiau mauvais conducteur de la chaleur.
- Dans une autre version, les filtres placés entre le ca-
nal de txansfert et la tête de filage sont inclinés par rapport a
l'horizontale, ce qui augmente encore la dispersion du gradient de
viscosite. on peut également obtenir un résultat analogue, en uti-
lisant non plus un filtre plan incliné mais un filtre cônique dont
le sommet est dirigé vers le canal de transfert, ce qui donne une
répartition préférentielle du polymere avant son passage dans la
- filiere.
Dans une forme de r~alisation perfectionnée, le canal
central ~ ouv~rture côniaue est en~oure d'une couronne concentri-
que annulaire s'étendant sur toute la hauteur du bloc, le canal
~ .
_4_
' ' ' ' .
. .
~ 7
et la couronne annulaire etant reunis a leur base par un disque
perforé à travers lequel peut s'écouler la masse du polymere en fu-
sion.
Le dispositif selon l'invention peut etre utilisé avec
tous les polym~res synthetiques thermoplastiques extrudables sous
forme fondue. On l'utilise néanmoins avec succes pour la production -
~
de fils a frisure potentielle en polyoléfines, en polypropylène i50-
tactique notamment.
La maniere dont l'inven~ion peut être realisée et les
avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réa-
lisation qui suivent, à l'appui des figures annexées, l'ensemble
étant donné ~ titre indicatif et non limitatif.
La figure 1 sch~matise une installation complete pour
la production de tels fils~
La figure 2 montre en d~tail une coupe longitudinale d'un
bloc-tête de filage d'une telle instal]ation.
Les figures 3 ~ 11 illustrent différents modes de réali- ~
sation du bloc chauffé caractéristique de l'invention. ~ ~ -
La figure 12 illustre une installation compl~te selon
~ 20 l'invention dans laquelle l'organe d'alimentation sous pression en
- polymere comporte une boudineuse et une pompe de titrage.
Les figures 13 et 14 illustrent en coupe longitudinale s
et en vue de dessus un bloc chauffé utilisable sur l'installation
illustrée par la figure 12.
En se référant ~ la fi~ure 1, l~installation se compose
essentiellement dans l'ordre d'une boudineuse classi~ue a vis 1,
sur laquelle viennent se plac~r la tr~mie de chargement 2 du poly~
m~re en grains granulés ou en poudre, et le bloc tête de filage
chauffant 3.
A la base de la filiere, on injecte de l'a~r froid selon
le paxcours schématisé par les fleches 4, par exemple à températu-
re ambiante de maniere a refroidir le faisceau 5 de filaments ex- -
-
--5
.. . i-: , .:
~ 7
trudés.
Ce faisceau 5 refroidi passe sur deux roulettes de ren-
voi 6 et 7, par exemple en forme de diabolo en polyamide, puis de
là arrive au train d'é~irage forme par :
- un premier t~ain 8-9 dit débiteur constitue respecti- ~;
vement d'un rouleau 9 en duraluminium rotatif autour de son axe
moteur et d'un rouleau presseur 8 revêtu de matière souple (caout-
cl~ouc, liège, feutre ) monté fou autour de son axe,
- un second train de rouleau 10-11 dit étireur, identi~
que au premier, ll correspondant respectivement à 9 et lO a 8.
Chaque train de rouleau est commandé par un moteur élec- ;
trique variateur a courant continu, non représenté, de maniere a -~
régler les rapports des vitesses, donc les xapports d'étirage. Si
ou le désire, d'une maniere classique, un ou plusieurs rouleaux
peuvent être chauffés et même l'ensemble placé dans une enceinte
chauffante.
' ' ! ~,
; ~ Pour que le système d'étirage soit autobloquant, c'est-
à-dire que le montage soit positif, le trajet du fil sur les rou-
leaux correspond a celui qui est représenté.
; 20 En qui-ttant le train étireur, le fil étiré 12 formé d'un
ensemble de filaments continus parallales,passe dans un compensa-
teur de bobinage 13 destiné a absorber les a-coups, puis de la arri-
- ve au systeme classique de va-et-vient 14 du bobinoir où il est ren-
- vidé sur mandrin 15 sous forme de bobine 16.
.. . .
Si on le desire, le train d'étirage peut être remplacé
par des trains successifs, ce qui permet de procéder à un étirage
progresslf, notamment a froid.
L'installation peut comporter enfin des dispositifs clas~
siques de filage-extrusion, tels que des ensimeurs, des conditio~-
J 30 neurs, et~
Le bloc-tête de filage 3 (voir figure2) se compose es- ~
-6- ~ -
-
,:
~18~'~
sentiellement :
- d'un raccord 20 reliant ce bloc 3 à l'organe d'alimen-
tation sous pression en polymere (boudineuse l, pompe, vis poussoir,
etc..),
- d'une plaque de serraye 21 ! reliée a une vis creuse
- 22 à travers laquelle passe le polymère à extruder,
- d'un bloc chauffé 23 percé en son centre d'un canal
unique 24 formé a son entrée d'une partie 25 en forme troncônique
ouverte, raccordee à sa plus petite base a une portion cylindrique
26 ; ce bloc 23 en aluminium ou en alliage léger tel que du duralu-
minium, est chauffé a sa périphérie par un collier 27, alimente ~ -
soit en électricité, soit en fluide caloporteur , la régulation
thermique de ce ~loc 23 est assuré parun organe connu non représen~
té tel qu'un thermocontact ou un régulateur de température, et la
température affichée est lue sur un organe (thermomètre, sonde,
etc..) placé en 28,
- une seconde plaque de serrage 29 solidaire de la par~ ;`
tie 32, munie d'un canal 34, maintient le bloc 23 en place à l'ai-
.
de de plusieurs moyens de serrage 30 et 31 tels que des vis, des
écroux, des boulons, etc.,
la pièce 32 solidaire de 29, en fonte ou en acier ~
chauffé par un collier 33 est percée du même canal de transfert 3~ ;
pour amener le polymère fondu à un gradient de viscosité variable
.; ,:,
` du bloc 23 à l'ensemble tamis 36 tête de filage 35, par exemple en
amenant ce polymère sous forme de strates,
- une tete de filage 35 comprenant essentiellement à
son entrée un tamis 36, par exemple~en toile métallique ou en sable
et à sa sortie une plaque filière 37 percée d'une multitude d'ori-
~;~ fices, disposés sur une ou plusieurs rangées,
- anneau de refroidissement 38 permet au fluide ame- ;
ne en 39, d'une source non represente (air, gaz inerte, vapeur
d'eau ou de solvant, etc.) d~ s'eco~ller longitudinalement par rap-
-7-
., . '.
. . . . . . .
:: : , . ., ;; - . : .
,:
port au fiasceau 5 de filaments fralchement extrudés et ainsi de
le refroidir.
Le canal 34 peut avoir une forme cylindrique comme re-
présentee aux figures 2 et 8, ou meme une forme g~érale cylindri-
' que raccordée par un évasement au socle du bloc 23 (figures 9 et
. 10).
Les figures suivantes montrent plusieurs formes de réa-
lisation du canal central 24, caractéristique de l'invention.
En se référant aux figures 3 à 5, ce canal central est
unique. Il est percé au centre du bloc chauffé 23 et se compose
nécessairement à son entrée d'une portion troncônique 25 raccordée ~ ~ -
par sa base soit à un canal cylindrique 26 (figures 2 et 3), soit
à une autre portion troncônique 40 dont l'angle au sommet estin-
férieur à celui de la portion troncônique 25.
Dans ces formes de réalisation qui vnt l'avantage dlêtre
très faciles à usiner et à exploiter, :Les granulés de polymère qui
seraient alimentés en 20 au moyen d'une vis poussoir remplissent
la cavite cônique 25. Les grains qui arrivent au contact des parois
du tronc de cone 25 chauff~s par le co:Llier 27 se trouvent rapide-
ment portés a la températuxe de fusion~ En revanche, le polymere
41 (voir figure 4) situe au centre de la cavité 25 fond beaucoup
plus lentement par suite de la mauvaise conductibilit~ thermique du
;~ polymere. Il slen suit donc un écoulement préférentiel du polymè-
re périphérique dans le canal 26 ou 40. On réalise ainsi le gra-
dient de viscosité dans la cavité cônique 25 elIe-même. Cela se
vérifie aisément en prélevant, apres refroidissement, le polymère
moulé dans le ~loc~ ~otamrnent, lors~ue la temp~rature de traite- ~ -
ment est trop basse, on constate la pr~sence de granulés non enco-
xe fondus 41 au centre du cône 25 (figure 4). ~ -~
Les figures 6 et 7 représentent respectivement en coupe
; longitudinale et en vue de dessus, un bloc 23 perfectionne. Dans
le canal, on place deux tôles minces 42-43 en un matériau mauvais
-8-
:
.
;
, :
1~718~"~
conducteur de la chaleur tel que l'inconel (alliage nic~el-chrome-
fer) type 600 par exemple.
Lesdites toles s'étendent de haut en bas du canal pour
y former des cloisons. Cette disposition pre~ente l'avantage d'aug-
menter le gradient~e viscosit~ par rupture de l'échange thermique.
Les figures 8 et 9 repr~sentent schematiquement un per-
Eectionnement avantageux du dispositif selon l'invention. Selon
ce perfectionnement, le tamis 36 au lieu d'etre perpendiculaire
l'axe du canal 34, c'est-a-dire horizontal, ce qui est l'usage,
est incliné par rapport ~ cette hori~ontale, c'est-~-dire par rap-
port au flux de polymere fondu. Cette inclinaison en combinaison
avec la forme du canal central augmente considérablement le gradient
de viscosité. Ce tamis perfectionné 36 peut ~tre soit plan, mais
incliné (voir figure 8~, soit de forme cônique (voir figure 9~ ~
dont le sommet est dirige vers le canal de transfert 34, ce qui ~ -
facilite encore plus la répartition préférentielle du polymere
avant son passage dans la fili~re 37.
Les figures lO et ll représentent un autre mode perfec~
; tionné de réalisation du bloc 23 carac:t~ristique de ce dispositif,
respectivement en coupe longitudinale ~figure lO) et en vue de des-
sus (figure ll)o
Ce bloc 23 ~galement en aIuminiumt duraluminium, ou en
alliage léger conducteur, se compose essentiellement de deux
couronnes 44 et 45 concentriques, de forme générale cônique, ouver-
teS5ur l'entrée, réunies par leur base sur un disque perforé 46
~ l'aide de vis ou analogues 47. La couronne 45 est disposée de ma~
; ni~re ~ ce que le polym~re en pro~enance du raccord 20 se r~partis-
: se dans les deux canaux distincts respectivement 25-40 central et
48 annulaire. Le bloc-chambre 23 étant chauffé par le collier pé-
riph~rique 27, on comprend que la température du polymère situe
dans le canal annulaire 48 sera supérieure ~ celle du polymere si-
tué dans le canal central 25, d~autant plus que la con~uctibilité
_9_
: .. ,
1071817
du polymère est assez mauvaise.
On peut augmenter l'effet de gradient de viscosité en
réalisant la couronne 45 en un matériau de conductihilité thermique
différente du matériau de la couronne 44 (par exemple, 44 est en
duraluminium et 45 en laiton).
Le disque de base 46 est perc~ d'orifices respectivement
49 et 50 coincidant avec les bases GU canal annulaire et du canal
central.
Un tel dispositif présente de nombreux avantages car il
reste facile à usiner et il permet un grand débit et un gradient
de viscosité maximum.
On peut également remplacer avantageusement l'alimentation
par vis poussoir qui limite le débit de filage à`la capacité de fu-
sion du bloc chauffant, en alimentant directement le bloc en poly-
mère préalablement fondu, soit au moyen d'une boudineuse ou d'une
pompe. Dans ce cas, le bloc chauffant n'assure plus que la réali-
sation du gradient de viscosité. Cette forme de réalisation pré-
sente l'avantage de ne pas nécessiter de chauffer le bloc de maniè-
re excessive, ce qui aurait conduit à une dégradation du polymère
par suite d'oxydation, et surtout de ne~cl~ limiter le débit de fi-
lage, donc la productivité des installations.
Un tel exemple de réalisation est i].lustré par la figure
12, l'installation comportant dans ce cas :
- une extrudeuse monovis 51 alimentée en polymère au mo-
yen d'une trémie de chargement 52 et disposée sur une charpente 53,
- un canal de transfert 54, amenant le polymère fondu à
une pompe à engrenage 55 commandée par un moteur 56 à vitesse va-
riable,
- un bloc chauffant 57 conforme à l'invention,
- un bloc filière 58,
- un dispositif de refroidissement à air 59,
- des moyens d'appel 60, des fils extrudés 61, moyens com-
--10--
1~718~q
mandés par un moteur 62.
Selon ce mode de réalisation, il est possible d'utiliser
un bloc chauffant 57 tel que repxesenté dans les figures 13 et 14.
Ce bloc, contrairement au bloc similaire illustre par les figures
10 et 11 ne nécessite qu'un chauffage limité. ~n effet, co~ne dit
prec~demment, dans ce Ca5 le bloc n'assure plus que la réalisati~
du gradientde viscosité.
Le bloc chauffant 57 illustré par les figures 13 et 14,
etant d'une conception similaire a celui illustre par les figures
10 et 11 ne sera pas decrit en detail et les memes elements seront
désignes par les memes references que celles utilisées dans les
figures 10 et 11. La différence pxincipale entre cette conception
et celle illustrée par les figures 10 et ll)réside dans la plaque
de serrage 29 qui est chauffée au moyen de cartouches chauffantes
63 (par exemple,résistances électriques).
Par ailleurs, a~in d'améliorler l'efficacité du disposi- ~;
tif les dimensions des différentes parties du bloc, ainsi que la
nature des matériaux dans lesquels ce bloc est realisé, ont eté -~
modifiées. Le bloc illustre par les fi~ures 13 et 14 ales carac-
teristiques suivantas :
~ ~ piece 44 en duraluminium :
; . diam~tre exterieur : soixante dix sept (77) millimetres,
diametxe intérieur couronne supérieure : cinquante (50)
millimetres, ~ .
. diametre intérieur;couronne inferieure : quarante si~ ;
(46) millimetres,
. hauteur : cent vingt (120) millimetres,
- piece 45 en acier inoxydable :
. diametre exterieur : trente huit (38) millimetres, ~ -
. hauteur : cent huit (108) millimetres,
. diametre partie troncônique superieur 25 : trente deux ;~
(32) millimetres,
'
- ~11- .,
81
. diamètre partie tronconitlue inEérieure 25 : vingt (20
millimètres
. hauteur partie tronc~nique 25 : cinquante (50) milli-
mètres;
. diamètre partle inférieure tronc8nique 40: seize (16)
millimètres
- pièce 46 en acier doux :
. ~n orifice central conique 50 de diamètre supérieur
seize (16) millimè-tres et de diamètre inférieur douze
(12) millimètres,
. quarante deux (42) orifices ~9 de diamètre deux (2)
millimètres,
- pi~ce 29 en acier.
Il est 8vident que le débit dépend également du diamètre
du canal central à la sortie du bloc, Un technicien peut aisé-
~ ment déterminer par le calcul les dimensions et le profil des
; canaux en fonction des donnees rhéplogiques du matériel dont
dispose, et des résultats qu'il cherche à obtenir. ~;
Le dispositif de l'invention peut être utilisé comme
déjâ di-t~ avec tous les polymères syntheti~ues, thermoplasti-
ques, filables à l'état fondu. Il est néanmoins specialement
adapté au travail des polyolefines no~amment du polypropylène
isotactique.
Les fils extrudés à frisure potentielle et à filaments
continus ainsi réalisés peuvent ~tre utilisés tels que, ou
éventuellement après tordage~ entrelaçageg assemblage, tis-
sage, ~ricotage ou autres, ou même e~tre découpés sous forme ;~
de fibres discontinues, voire ~tre utilisés sous forme de
nappes ~technique dite "spunbonded"). Selons le cas, la
frisure peut être révélée par un simple étirage à froid oupar un é-tirage et un traitement thermique subséquents.
Comme déjà dit, un tel dispositif est facile et économique
à usiner et à exploiter. Il favorise par aille~rs l'ecoulement
-12-
l~q~
du polymere qui subit ainsi une pression homoyêne au centre, ce qui
supprime par consequent, les zones de stagnation et les inconvé-
}lients s'y rapportant. En outre, le débit de polymère traité,donc
la productivité des installations, n'est plus limité par la concep-
tion du bloc fondoir lui-même mais par les organes debiteurs.
Enfin, dans ce dispositif le gradient de viscosite est
nettement plus eleve entre le polymère traité au contact des parois
et celui qui passe au centre du canal, de sorte que les propriétés
te~tiles de frisure, d'élasticité, de gonflant, de voluminosité,de
résistance, sont amélioriees par rapport aux techniques decrites
dans le preambule. Par ailleurs, en jouant sur la forme des canaux
25-~0 et 48 on peut obtenir une gamme de frisures très variee.
Le rôle du bloc fondoir etant de créer le yradient de
viscosite, le débit du bloc fondoir est non plus limité par lui-
même comme dans les dispositifs décrits dans les brevets canadiens
sus-indiqués, mais est en revanche simplement fonction du debit de
:. ~
l'organe d'alimentation. Cette proprété permet d'utiliser avanta-
geusement le dispositif sur des installations courantes et existan-
tes sans autres modifications. Une telle installation ainsi équi-
pée est souple, facile a demarrer, à arrêter et a mettre en oeuvre.EXEMæLE 1 :
On utilise une installation conforme a la figure 1 et un
` bloc avec une vis poussoir de trente millimetres de diamètre, ayant
les caractelristiques suivantes :
- vitesse de la vis poussoir 1 de trente millimetres de
diametre : onze tours/minute, soit un debit de 0,5 kilogramme/heure
.~ , : .
environ,
- polymere charge dans la trémie 2 sous forme de granulés:
:; . . . . .
polypropylène isotactique vendu pax la Sociéte Normande des Matiè-
res Plastiques sous l'appellation PR~LENE GL 1840, ayant un grade ~-
mesure à 230C sous deux, seize kilogrammes de pression de cinq
virgule huit grar~es/dix minutes (5,8 g/10 mn),
-13-
,
~ bloc fondoi.r 23, conforme a la figure 3, en duralumi-
nium,
diamètre de base de la portion tronconique 25 : cinquan-
te deux millimètres (52 mm)
- hauteur de la portion troncônique 25 : vlngt trois mil-
limètres (23 mm)
- hauteur de la portion cylindrique 26 : cinquante cinq
. millimetres (55 rnm),
- diamètre de la portion cylindrique 26 : douze millimè-
tres, (12 mm),
- température du bloc 32 : 280C,
- - tamis 36 : horizontal,
- filière 37 : cent trous cylindriques de trente huit cen-
tièmes dQ millimetre de diametre (38~100 de mm),
- pression de l'air amené en 39 à température ambiante :
0,6 bar, ~-
- vitesse d'appel du faisceau 5 sous la filière 37 : soi-
xante dix mètres/minute` (70 m/mn),
- rapport d'étirage entre les trains ~ 9- et 10~ trois
:` 20 virgule cinq (3,5),
-température des rouleaux du train d'etirage : températu-
re arnbiante
- titre moyen du faisceau 5 avant etirage : mille cent -
soixante decitex (1160 dtex) (quatre cent quat~e vingt six grames/
, -.
heure - 486 g/h),
- vitesse de renvidage du fil 12 bobiné en 16 : deux ~;`
~:: cerlt quarant~ cin~ metre.s/minllte (245 m/mn),
. - titre moyen des filaments étirés du faisceau 12 : trois ~:
-~ virgule cinq decitex (3,5 dtex).
~près étirage, le fil obtenu est frise, volumineux, élas-
tique. Il présente les caractétistiques suivantes :
-resistance à la rupture : quatre grammes/decitex ~:
-14- -
' ,;
., . , , . , . : .
,
~7~8~ `
(~ g/dtex),
- allongement a la rup-ture : vingt trois pour cent (23%),
- fri~ure des filaments lndividuels : du type helicoida-
: le a pas lnverses S et Z le long des filaments avec pas de l'heli- :
ce faible en diamètre et en amplitude,
- coefficient de frisure : zero virgul~ quatre vingt w-
(0,81).
. Le coefficient de frisure est mesure de la manière suivan-
te. On place les echantillons après etiracJe dans une étuve ventilée
à 130C pendant une demi heure. On mesure ensuite le coefficient
de frisure CF à l'aide de la formule suivante :
: lcngueur du filament relaxé . ~ `
. CF=l- ~ :
. iongueur du filament allongé au maximum.
.: Plus le coefficient de frisure (CF) est voisin de un~plus ;
la frisure est intense.
: EXEMPLE 2 : s
En faisant travailler les dif:Eérents paramètres ci-dessus,
~; on a constate que : `:: :
.
- la frisure est d'autant plus elevee que le taux de pré-
orientation et le rappor~ d'étirage sont plus éleves, . :~
::- l'adjonction d'additif tel que du stearate de zinc n'ame- .-
~:liore pas de fa~on notable les proprietesd'ecoulement du polymère, ~ .
: - pour eviter ~m fluage irregulier des filaments, il est
`.: indispensable de reLroidir les filaments à la sortie de la filière, ; .~.
- et qu'une pression de l'air de refroidissement trop elevee donc un
refroidissement trop rapide provoque un fluage à l'interieur de la .
filierc.
EXEMPLE 3 ~
On repete l'exemple en utilisant cette fois un bloc fon-
. 30 doir 23 du type représenté à la figure 5 avec les caractéristiques
suivantes :
- diamètre d'entrée de la portion troncônique 25 : cin-
-15- ::
- . .
.: , , . , , .............. ., , ~ :'
.
;
` `.," l~ql8~7
quante deux millim~tres (52 mm),
- hauteur de 25 : vingt trois millimètres, (23 mm),
- diame-tre de base de la portion troncônique 40 raccordée
au sommet de 25 : trente millimètres (30 mm),
- hau eur de 40 : cinquante cinq millimè-tres (55 mm),
; diamètre à la base de la portion 40 : douze millimètres
` ( 12 mm).
; Les fils obtenus présentent des caractéristiques voisines
de celles des fils de l'exemple l.
13 EXEMPLE 4 : -
On répète l'exemple l en utilisant le meme bloc 23 qu'à
l'exemple 3 dans lequel~on a placé deux cloisons de zero virgule
cinq millimètre (0,5 mm) d'épaisseur, espacéeC de six millimètres `~
`~ en Inconel 600. `
.. . .
Les fils ainsi obtenus présentent une frisure améliorée
par rapport aux fils de l'exemple l.
EXEMPLE 5 :
, . . . .. . . .
. : .
On répète l'exemple 1 en inclinant cette fois le tamis
36 de trente degrés (30) d'angle comme montré ~ la figure 8.
On accentue ainsi le phenomène de frisure et son intensi~
te.
EXEMPLE 6 : `
On répète l'exemple l en remplaçant seulement la vis pous-
soir par une boudineuse SAMAFOR, ayant une vis de trente millimètres ~-
(30 mm) de diamètre et une longueur de cent quatorze centimètres.
(114 mm). Le polypropylène est amené fondu au bloc 23, la vitesse
de rotation de la vis de la boudineuse en 1 est reglee à seize
tours/minute (16 t:mn), ainsi, la production horaire est de deux (2) ~- ~, ! `
' '1`
,~ kilogrammes par heure.
Les autres conditions sont xeglées comme suit :
- température du corps d'entr~e : 200C, -
- température du corps de sortie : 230C,
-16-
* Marque appliquée à un matériel d'extrusion fabriqué en France
par la Socie~e S~M~'OR
.: ~ : : : :: .
, .: .
: - température des raccords 20 : 250C,
- temperature du bloc 23 selon figure 3 : 260C,
~ température du bloc 32 : 280C,
: - pression de l'air de refroidissement : un bar,
- vitesse d'appel du faisceau 5 sous la filière : cent
mètres/minute, (100 m/mn),
- titre moyen du faisceau non etire : trois mille six
cent trente d~citex (3630 dtex),
- production horaire : deux~virgule~deux cents kilogrammes/
: 10 mes/,heure (2,200 kg/h),
- taux d'etirage : quatre (4),
~- - vitesse de renvidage : quatre cent mètre/minute (400
m/mn),
- titre moyen des brins unitaires apres etirage : neuf de-
citex, (9dtex), ~;
; - caracteristiques des brins :
~ . resistance a la rupture : quatre grammes/ decitex, ~.
,
(4 g/dtex), . :
~ allongement a la rupture : trente cinq pour cent
~ 20 (35 %) `
.
;~. . coefficient de frisure CF; zero soixante douze pour
. cent (0,72 %).
~ :"~
EXE~LE 7 : ~::
On rep8te l'exemple 6,en utilisant un bloc 23 a canal cen-
tral et a canal annulaire, concentriques, tels que montres aux fi-
. gures 10 et 11 et ayant les caracteristiques suivantes : -
:;, , .
- piece 44 en duraluminium : diame-tre ex-tericur;soixante
dix sept millimetres (77 mm),
~ - diametre interieur couronne supérieure : cinquante milli~
.. ,. .. :
: 30 metres (50 mm), `
-. - diamètre interieur couronne inferieure : quarante six ~ ~.
~ millimètres (46 mm),
': '
-17-
:' ,
,: , : : . , , : - . . : : - -, ~,
- hauteur : cinquante huit millimetres (58 mm),
~ piece 45 en laiton :
. diametre extérieur : trente huit millimetres (38 mm),
. . hauteur : quarante huit millimètres (48 mm),
: . diamètre partie tronconique superieure 25 : trente
: deux millimètres (32 mm~,
. diamètre partie tronconique inférieure : vingt mil- :
limètres (20 mm),
. hauteur partie tronconique 25 : dix huit millimètres
.
(18 mm), ;`~
:~ - diametre partie inferieure tronconique 40 : seize mil- ~.
limetres (16 mm),
- pièce 46 en duraluminium :
. un ori.fice central conique 50 de diamètre quinze-
seize (15-16) millimètres,
. quarante deux orifices 49 de diamètre deux milli-
mètres (2 mm).
Conditions d'extrusion identiques a l'exemple 6, sauf :
- vitesse de tirage du faisceau 5 sous la filiere : cent
mètres/minute, (100 m/mn), -:
- titre moyen du fiasceau non etiré : trois milles;six ~
-~, . . .
~ cents decitex (3600 dtex), - :
,. . ~ ;:
~ production horaire : deux~virgulelcent soixante kilogram- ~ -
: . .
mes (2,160 kg), ~- :
:~ - taux d'etirage : quatre (4),
- vitesse de renvidage : quatre cent mètres/minute,(400
m/mn), .
. ... ~ ~,
- titre moyen des filaments après etirage et stabilisa- 6''
tion : neuf décitex (9 dtex),
30 - caracteristiques des brins :
:; . resistance à la rupture : trois)virgule,huit gram-
.. ~ -:
: mes/ decitex (3,8 g/dtex),
-18-
. :
817
. allongement à la rupture : trente cinq pour cent
(35 ~),
. coefficient de frisure : zero~soixante seize (0,76).
- EXEMPL~ 8 :
On repète l'exemple 6 en remplaçan-t le hloc 23 à canal :
unique 24 par un bloc foncloir cle mêmes côtes hors-tout en duralu-
minium egalement, mais perce de quatre vingt dix trous de quatre
(4~ millimètres de diamatre espaces environ de un millimètre (c'est-
: à-dire selon les enseignements du brevet canadien 884.9~2).
On note qu'il est très difficile cle produire Ull fil avec ::
ce type de bloc dans les conditions identiques à l'exemple 6. .
. - vitesse d'appel du faisceau sous la filiere : trente
: huit mètres/minute (38 m/mn), ;~
;; - titre clu faisceau non étiré : neuf mille neuf cent cin- ~.
quante decitex (9950 dtex), -
~ - production horaire : deux)virgule)deux cents kilogram- ;~
: mes (2,200 kg), : :
- taux d'etirage : quatre (4),
. - vitesse de renvidage : cent cinquante deux mètres/mi-
. 20 nute (152 m/mn),
: :.
;~ . - titre moyen des brins etires : vingt quatre decitex
(24 dtex),
- caracteristiques de ces brins : `
;; . résistance à la rupture : deux grammes/de~itex (2
. .
y/dtex), . ~.
. allongement à la rupture : cinquante pour cent(50%),
: . , .:
..
~ . fri.sure pratiquement inexistante,
5 ` . coef~icient cle frisure : zéro~virgule~zero sept pour
::
.~ cent (0,07 %)~
EXEMPLE 9
::,.
.: On repète l'exemple 6 en remplaçant le polypropylène par .
un polyethylene basse pression, vendu par la Societé NAPHTACHIMIE
.. ~
` ~ 1 9-
.', ,
` `: , , ` ~: : ` ,`: ,,,, ~ :
~7~81~
sous l'appellation NATENE G0550 dont le yrade mesur& a 190C est
de cinq~virgule~neuf grammes/dix minutes (5,9 g/lOmn) sous deux
virgule~seize kiloyrammes ( 2,16 kg) de pression.
Les temperatures sont reglees de la manière suivante :
- temperature du corps d'entrée : 160C,
: - température du corps de sortie : 180C,
- température du raccord 20 : 190C,
- température du bloc 23 : 190C,
temperature du bloc 32 : 220~C. ~ -
- vitesse d'appel du faisceau SOU5 la filière ; soixante
mètres/minute (60 m/mn),
` - taux d'étirage : trois~virgulelcinq (3,5), ~:
- vitesse de renvidage : deux cent dix mètres/minute (210
m/mn),
- titre moyen des brins etirés : dix sept décitex (17 dtex), ~;~
~ - caractéristiques des brins :
. ~ . résistance ~ la rup.ture : deux grammes/décitex (2
g/dtex), ~.-
. allongement à la rupture : trente huit pour cent ~
;: ;,~ .
(38 %),
:;:: : - .
: : . coefficient de frisure : zéroJvirgule~cinquante six .- :.
,:. .
(0,56 %) après exposition à 100C pendant trente mi-
`~ : nutes.
; . EXEMPLE 10 :
Sur l'installation illustrée par la figure 12 équipée d'un
bloc fondoir conforme aux figures 13 et 14, on traite 1e même poly- ~
mère qu'à l'E~e~ple lr ~ savoir.un polypropylène isotactique vendu ~ :
par le Société Mormande des Matieres Plastiques sous l'appellation
PRYLENE GL 1840.
Le polypropylène est amené fondu dans le bloc fondoir 23 ` ;~
conforme aux figures 13 et 14 par l'intermédiaire d'une extrudeuse
51 monovis, de trente (30) millimetres de diamètre, soixante (60)
`~
-20-
~7~8~
centimètres de lony~eur, de marque YVROUD, et d'une pompe doseuse
à engrenayes 55. La filière d'extrusion comporte quatre vingt quin-
ze (9S) trous de 0,6 millimètre de diametre.
Les conditions opératoires sont les suivantes :
- tempéra-ture du corps d'entrée : 185C,~
pour la hou-
température du corps de sortie : 190C~ ~ineuse Sl
- temperature du canal 54 : 230C,
- température dans la pompe doseuse 55 : 240C,
- temperature du bloc de filage 57 : 280C, -
- pression de l'air~ de refroïdissement : un (1) bar,
- vitesse d'appel du faisceau 61 sous la filière : deux
cent trente (230) matres/minute~
- taux d'étirage : trois~virgule~cinq (3,5),
Le fil obtenu présente une tres bonne frisure, très fine
- :
et très dense.
EXEMPLE 11 :
On répète l'E~emple 10 mais au lieu de polypropylène, on ~
i extrude du polyamide 6 sous forme de granulés. Les conditions de ;
;
filage sont bien entendu diffe~entes et, dans le cas present,la
20 temperature de filac3e au niveau du canal de transfert est de 260C
;~ et la temperature d'extrusion d'environ 250 à 300C,la vitesse d'ex-
trusion étant de cent quatre vingt dix (190)metres/minute.
Apres etirage à un taux de trois~virgule~cinq (3,5) on
obtient un fil frisé.
Les exemples ci-dessus illustrent parfaitement que les
enseignements du brevet canadien 884.962 ne sont pas compatibles en
combinaison avec la boudineuse car, d'une part, ils conduisant a
des difficultés d'extrusion et, d'autre part et surtout, ne donnent
pas cles fils qul frisent. ` ~
; 30 En revanche, le perfectionnement selon l'invention per- ~ -
::
met d'obtenir des fils de caractéristiques améliorees et ce dispo- ;
sitif est adaptable aux machines existantes.
:~
* voir page 22 -21-
: '
~ : : ' ~. ,
10~8~
Il est évident que l~invention n'est pas limitée auxexemples donnés ci-clessus et qu'el]c peut ég~lement être appliquée
à toutes les matières susceptibles d'e~tre extrudées par fusion,
telles que les polyamides, polyesters et autres polyoléfines.
Si, dans le cas présent, l'invention a été décrite en
ayant une viscosité plus importante du polym~re à,l'lntérieur qu'à
l'exterieur, ceci étant obtenu par le chauffage latéral du bloc,
il est évident que l'invention couvre également toutes les solutions
equivalentes permettant d'obtenir une viscosite différente entre
le centre et la périphérie du polymère.
Ainsi, on ne sort pas de l'invention si on refroidit 1'ex~
térieur du bloc de manière à avoir une viscosité plus importante à
l'exterieur qu'à l'intérieur du polymere.
De même, le dispositif selon l'invention doit être dispo-
sé en amont de la filiere. Dans le cas o~ le polymère est débité
~ par une pompe, il sera avantageusement dispose entre la pompe et -~
:. ' '.' :
la filiere, mais il peut être également disposé entre la pompe et
l'extrudeuse.
Par ailleurs, il est évident que ~'invention peut égale-
- 20 ment être appliquee aux installations permettant la polymerisation
~ . ~
et le filage en continu.
Complement d'information relativement aux
brevets references en pages 1, 2 et 21: ~;
-
` U.S.P. 3,663,675 du 16 mai 1972 - Asahi Kasei Kogyo Xabushiki
- Kaisha.
. .
U.S.P. 3,560,664 du 2 février I971 - National Plastic Products Co.
U.S.P. 3,651,193 du 21 mars 1971 - ICI
U.S.P. 3i577,498 du 4 mai 1971 - Toyo Boseki K.K.
;- srevet canadien 785,195 du 14 mai 1968 - Chencell
Brevet canadien 884,962 du 2 novembre 1971 - Chencell r~ ",, ,:
30 U.S.P. 3,078,509 du 26 fevrier 1963 - Canadian Celanese ;
,.~ ::,'
.- :
, .
~ -22- ~;
: . . . : , ~ .. . ... ..
