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La présente invention se rapporte à un nouveau mélange de fibres coupées et plus particulièrement à un fil de fibres naturelles et synthétiques plus solide et plus résistant à l'abrasion.
L'emploi de deux variétés de fibres coupées ou davantage pour former des mélanges, et les fils et les tissus qui en sont faits sont connus dans le métier. Ces mélanges sont fabriqués pour obtenir des tissus nouveaux et attrayants possédant de meilleures propriétés physiques et esthétiques. Avec l'apparition des matières synthétiques récentes, il avait semblé qu'on pourrait améliorer la solidité des fils de fibres naturelles connues et peu coûteuses par l'addition de petites quantités des matières nouvelles de haute ténacité. Par exemple, on s'atten- dait à ce que des fils de coton ayant une ténacité de 1-2 g/denier (gdp) puissent avantageusement être renforcés en y mélangeant des fibres de Nylon coupées (téna- cité 4-7 gdp).
En fait, cet avantage n'a pas pu être réalisé et on a effectué de nombreuses recherches pour en établir la cause. Le sujet est traité dans un article de A. Kemp et de J.D. Owen dans- Textile Institute Journal, Transaction, 46, 684-698 (1955). Cet article montre que des mélanges de coton et de Nylon sont moins solides que des fils de coton à 100% quand le Nylon entre pour moins d'en- viron 80% dans le mélange. On a établi que ce comportement était dû à une élastici- té beaucoup plus grande de la fibre de Nylon ; donc à de faibles charges, c'est le coton qui supporte les tensions.
En raison de son faible allongement à la rupture (environ 7%), le coton cassait avant que les filaments de Nylon aient pu supporter une part importante de la charge, spécialement dans le cas des composi- tions contenant peu de Nylono
Il est également admis dans le métier que le module de nombreuses fibres synthétiques peut être accru par une opération d'étirage à chaud. Ces opérations sont courantes dans la fabrication de fils destinés à servir de câbles pour pneus, par exemple. Toutefois, ces traitements ne conviennent pas pour améliorer des fibres coupées, du fait que l'amélioration n'est pas stable au vieil- lissement, quand les filaments peuvent librement se rétracter (c'est-à-dire quand ils ne sont pas envidés sur un enroulement rigide). Cette rétraction a pour consé- quence une perte de l'amélioration du module acquise par l'étirage à chaud.
De plus, ces traitements sont instables à l'ébullition, qui est un traitement courant des tissus textiles, de telle sorte que les tissus qui contiennent ces fibres souffrent d'un retrait excessif.
Le présente invention a pour but de procurer un fil de fibres cou- pées qui se compose d'un mélange de fibres naturelles et synthétiques, dont la fibre synthétique soit un polymère de condensation linéaire de haute ténacité ayant une capacité de charge égale ou supérieure à celle de la fibre naturelle à l'allongement à la rupture de cette dernière.
Les polymères de condensation linéaires synthétiques convenant dans la présente invention sont ceux auxquels on peut conférer une orientation élevée par une opération d'étirage et qui peuvent être ensuite cristallisés par un traitement thermique suffisamment poussé pour qu'ils conservent leur orientation.
Des polymères qui conviennent particulièrement bien sont les polyamides linéaires tels que le polyhexaméthylène adipamide (Nylon 66) et le polycaproamide (Nylon 6); des polyamides copolymères cristallisables conviennent également quand ils compren- nent 85% ou plus de Nylon 66 ou de Nylon 6.
Les fibres coupées de polymères synthétiques à haute capacité de charge peuvent être préparées aussi à partir de'filaments filés à partir'de po- lyesters de condensation linéaires. Parmi ceux-ci, les plus intéressants sont les polyesters du type téréphtalate et les polyesters qui comprennent au moins 85% de groupements de structure récurrents de formule
EMI1.1
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Les fibres courtes naturelles ou d'origine naturelle de module élevé qui conviennent particulièrement bien dans la présente invention sont des fibres à base de Cellulose,teflesque le coton,larayonne,viscose,laraycnne acétate et d'autres dérivés cellulosiques., De plus, des fibres de module moins élevé, telles que des fibres protéiques (par exemple la laine), et même certaines fibres synthétiques telles que les fibres de polyacrylonitrile,
peuvent être avantageusement mélangées aux polymères de condensation linéaires de haute ténacité mentionnés plus haut.
De même, on peut utiliser les mélanges des fibres polyamides et polyesters avec une quelconque des fibres naturelles ou un quelconque des mélanges des fibres naturel- les.
Les fibres de polymères de condensation synthétiques sont appropriées à la présente invention (a) en les étirant au rapport d'étirage maximum possible et (b) en les soumettant à un traitement thermique sous la tension d'étirage pendant ait moins 1 seconde à la température maximum possible. Par exemple, quand on traite des filaments de polyamides, l'exposition à la chaleur sous la tension d'étirage doit être d'environ 1000 à 6000 degrés-secondes, de préférence de 2000 à 5000 degrés-secondes. Cette température maximum est d'habitude de l'ordre ou dans le voisinage du point de dégradation du polymère.
Les filaments ainsi traités sont caractérisés tant par un degré élevé de cristallinité que par un degré élévé d'orientation cristalline. Ces caractéris- tiques les rendent stables au vieillissement à l'état détendu, de telle sorte que , leur capacité de charge est maintenue au moins jusqu'à l'incorporation de la fibre au tissu. Le filé résultant de ces filaments ne présente pas un retrait élevé et préjudiciable à l'ébullition. Par exemple, dans un mode préféré de réa- lisation de la présente invention, on obtient des fibres synthétiques pouvant être mélangées aux fibres de coton et qui ont une capacité de charge d'au moins 2,1 g par denier à un allongement de 7% (allongement à la rupture des middlings) et un retrait à l'ébullition qui ne dépasse pas environ 6% après 9 jours de vieil- lissement à l'état détendu.
Dans les dessins, Fig. 1 représente schématiquement une forme d'une machine d'étirage de câble convenant à la fabrication de la fibre à haute capacité de charge de la présente invention. Fig. 2 est un diagramme qui fait ressortir l'amélioration de la ténacité résultant de l'addition des fibres de Nylon coupées à haute capacité de charge de la présente invention à du coton peignéo Fig. 3 est un diagramme qui fait ressortir une relation semblable pour des mélanges de rayonne et de Nylon, et Fig. 4 représente de manière semblable la ténacité de mélanges de Nylon et de laine. Les courbes pour d'autres mélanges de fibres naturelles telles que la laine avec du Nylon et du téréphtalate de polyéthy- lène ont la même configuration générale.
Dans la mise en service de l'appareil représenté sur la Fig. 1, de multiples brins de filaments non étirés provenant d'un banc de filature, d'un râtelier ou d'un autre dispositif semblable, sont combinés en un câble de denier élevé (source d'alimentation non représentée) et pénètrent dans la machine d'éti- rage sous la fcome d'une bande de filaments en 1. La bande de filaments est pressée contre le premier d'une série de cylindres d'alimentation 3, 3, 3, au moyen du cylindre pinceur 2, qui empêche le glissement du câble. Les rouleaux d'alimentation 3 sont tous entraînés à une vitesse périphérique identique et constante et servent à débiter le câble aux doigts d'étirage 5.
Dans la zone d'étirage, le câble suit une trajectoire en zig-zag autour des trois doigts d'étirage fixes en acier inoxy- dable 5 et subit ainsi un effet de friction qui localise le point d'étirage.
La bande de filaments est conduite ensuite, en passant sur une plaque chauffée 6 (dispositif de chauffage non représenté) aux cylindres d'appel 7, 7, 7. Les cylin- dres d'appel, qui fonctionnent tous à la même vitesse, tournent à une vitesse périphérique supérieure à celle des cylindres d'alimentation 3, 3, 3, et le fil est donc étiré. La vitesse périphérique relative des deux jeux de cylindres détermine le rapport d'étirageo Le câble étiré quitte la machine en 8, d'ou il est conduit à un dispositif de crêpage, un dispositif de coupe à l'entreposage ou à un dispo-
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sitif d'enroulement de câble.
Il est à remarquer que la plaque chaude 6 est rela- tivement longue par exemple 9 pieds (2,74 m) et elle peut être avantageusement chauffée à l'électricité ou par de l'huile chaudede la vapeur d'eau sous haute pression, etc., suivant les procédés classiqueso Il est désirable que le câble qui traverse cette machine soit étalé en une large bande plate de filaments d'épaisseur uniforme, mais petite. Quand des apprêts pour fibres coupées sont ajoutés au câble avant l'étirage, cette addition se fait d'habitude avant que les filaments atteignent le cylindre pinceur 2.
L'appareil représenté sur la fig. 1 n'est qu'un exemple d'un mode approprié d'étirage des câbles ; d'autres agencements peuvent..offrir des avantages particuliers. Par exemple, il peut être désirable d'utiliser des cylindres d'ali- mentation ou d'appel qui travaillent à des vitesses périphériques différentes, réduisant ainsi le glissement au minimum. On peut utiliser un plus grand nombre ou un plus petit nombre de doigts d'étirage faits de divers matériaux connus ré- sistant à l'abrasiono
Le procédé de la présente invention sera décrit en se référant à des mélanges de coton et de Nylon, à cause de leur importance dans l'industrie.
L'application du procédé à d'autres mélanges de fibres sera étudiée plus tard.
L'allongement à la rupture des middlings est d'environ 7% et leur résistance à la rupture est d'environ 2,1 g par denier. A cet allongement, du Nylon provenant de polyhexaméthylène adipamide et traité de manière classique, a une capacité de charge d'environ 0,5 à 1,0 9/denier. Pour la facilité de la nomen- clature, on désigne, dans le présent mémoire, la capacité de charge d'un filament à un allongement donné par Tallong: par exemple, la capacité de charge (T ) de la fibre de Nylon de la présente invention doit être d'au moins 2,0 g denier a 7% d'allongement, ce qui correspon& à l'allongement à la rupture du coton, qui est d'environ 7% et dont la ténacité est d'environ 2 gdp.
EXEMPLE 1.-
On combine un fil de Nylon filé par des procédés classiques à partir de flocons de polyhexaméthylène adipamide en un faisceau d'environ 16.700 filaments pour former un câble de 63.000 deniers. Le câble (sans addition d'apprêts aqueux) est étiré dans une machine représentée schématiquement sur la Figo 1 La machine est équipée d'une plaque chaude d'une longueur de 9 pieds (2,74 m) et on fait varier le rapport d'étirage, la vitesse d'étirage et le temps de contact avec la plaque, ainsi que la température de la plaque. La bande de filaments est frei- née par un enroulement de 420 autour de trois doigts de friction qui précèdent la plaque chauffée. La température du fil pendant son passage sur la plaque chaude est déterminée par un thermocouple de contact.
Les valeurs moyennes sont reprises dans le tableau 1. L'ampleur du traitement thermique est calculée en multipliant la température moyenne du fil par le temps pendant lequel le fil reste à cette températureo Le résultat s'exprime donc en degrés-secondes.
Des échantillons de fils produits dans ces conditions sont vieillis pendant neuf jo@@@ à l'état relâché à 78 F (26 C) et dans une humidité relative de 72%, avant de déterminer leurs caractéristiques tension-allongemento Les con- ditions de préparation de chaque échantillon sont données dans le Tableau I ci- après.
TABLEAU I.
Conditions opératoires.
Traitement thermique..
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Echantillon <SEP> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> secondes <SEP> Température <SEP> Degrés-secondes.
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯ <SEP> C
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TABLEAU I.
Conditions opératoires.
EMI4.1
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Traitement <SEP> thermique,
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> Rapport <SEP> d'étirage <SEP> Secondes <SEP> Température <SEP> Degrés-secondes.,
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EMI4.2
¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯. r, 0 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 3,01 joz 5100
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<tb> F <SEP> 3,62 <SEP> 2,0 <SEP> 30 <SEP> 60
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EMI4.4
o o,15 180 27 H fi ,8 175 320
EMI4.5
<tb> I <SEP> " <SEP> 12 <SEP> 170 <SEP> 2000
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1 30 1$0 5400
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<tb> K <SEP> " <SEP> 45 <SEP> 170 <SEP> 7700
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1 Rapport d'étirage trop élevé pour être applicable; le fil se rompt. On n'obtient paq d'échantillon.
Les propriétés des échantillons obtenus dans les conditions indiquées dans le Tableau I sont reprises dans le tableau 2. Le T de chaque échantillon est déterminé d'après sa courbe tension-allongement à 1 aide d'un appareil classi- que Instrono Les valeurs sont calculées sur la base de 1 g/denier. Le retrait à l'ébullition est déterminé sur un écheveau du fil d'essai; on mesure la longueur de l'écheveau avant et après les 60 minutes du traitement d'ébullition et on calcule le pour-cent de variation (sur la base de la longueur avant ébulli- tion).
La biréfringence du fil, qui est déterminée par le procédé de Heyn, Textile Research Journal, 22, 513 (1952), constitue une mesure de l'orientation cristallineo La densité est mesurée en utilisant des tubes de gradients de den- sité suivant le procédé de Boyer, Spencer et Wiley, Journal Polymer Science, 1, 249, (1946). La densité est proportionnelle au degré de cristallinité de la fibre.
On sait évidemment que les filaments de Nylon comprennent des régions cristallines et des régions amorphes, La densité des régions amorphes est estimée à environ 1,069 et celle des régions cristallines à environ 1,220 par des procédés recourant à l'infra-rouge. Ce mode de détermination est décrit par Stareather & Monynihan dans Journal Polymer Science, 22, 363 (1956). Sur la base de ces données, il est possible de calculer une valeur qui est proportionnelle à la fraction du volume cristallin en se servant de la formule
EMI4.8
(densité moyenne du fil - densi té du fil amo he x 100 % (densité du fil cristallin à 10 = densité du fil amorphe à 100% qui donne un nombre proportionnel au pour-cent de cristallinité.
Un examen des données du Tableau 2 montre qu'on obtient des valeurs T acceptables quand on satisfait deux critères: (a) la densité est supérieure à environ 1,139 et (b) la biréfringence dépasse simultanément 0,0590. Ces deux paramètres caractérisent le polyamide de la présente invention et constituent un
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minimum pour un mélange acceptable de coton. Il est évident, bien entendu, que, à des rapports d'étirage plus élevés, des températures de chauffage plus élevées et des temps de contact plus longs, on obtient un fil mixte dont la valeur T7 et la ténacité sont plus élevées de façon correspondante.
TABLEAU 2.
Résultats des essais.
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Ténacité <SEP> T <SEP> Retrait
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<tb> Echantillon <SEP> Ténacité <SEP> T72 <SEP> Biréfringence <SEP> Densité <SEP> Retrait
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<tb> gdpl <SEP> 2
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<tb> A <SEP> 3,7 <SEP> 0,98 <SEP> 0,0521 <SEP> 1,136 <SEP> 9,1
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<tb> B <SEP> 3,6 <SEP> 1,04 <SEP> 0,0528 <SEP> 1,135 <SEP> 9,0
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<tb> C <SEP> 3,9 <SEP> 1,35 <SEP> 0,0527 <SEP> 1,136 <SEP> 8,5
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<tb> D <SEP> 4,0 <SEP> 1,45 <SEP> 0,0564 <SEP> 1,141 <SEP> 5,1
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<tb> E <SEP> 3,9 <SEP> 1,147 <SEP> 0,0567 <SEP> 1,142 <SEP> 5,6
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<tb> F <SEP> 5,0 <SEP> 1,44 <SEP> 0,0573 <SEP> 1,137 <SEP> 8,1
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<tb> G <SEP> 5,3 <SEP> 1,54 <SEP> 0,0583 <SEP> 1,138 <SEP> 8,2
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<tb>
<tb>
<tb> H <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> 1,
81 <SEP> 0,0584 <SEP> 1,138 <SEP> 7,0
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<tb> J <SEP> 5,5 <SEP> 2,11 <SEP> 0,0586 <SEP> 1,140 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP>
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<tb> K <SEP> 5,8 <SEP> 2,18 <SEP> 0,0589 <SEP> 1,141 <SEP> 4,6
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<tb> L <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 2,16 <SEP> 0,0602 <SEP> 1,143 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
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<tb> N <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> 1,72 <SEP> 0,0568 <SEP> 1,139 <SEP> 8,1
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<tb> P <SEP> 7,3 <SEP> 2,68.
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<tb> T <SEP> 7,3 <SEP> 2,68 <SEP> 0,0622 <SEP> 1,142 <SEP> 4,9
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<tb> U <SEP> 6,5 <SEP> 2, <SEP> 58 <SEP> 0,0606 <SEP> 1,141 <SEP> 6,0
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<tb> V <SEP> 6,5 <SEP> 2,61 <SEP> 0,0606 <SEP> 1,142 <SEP> 4,6
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<tb> W <SEP> 6,4 <SEP> 2,59 <SEP> 0,0694 <SEP> 1,142 <SEP> 4,9
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Ténacité après vieillissement à l'état relâché pendant 9 jours à 78 F (26 C) et à 72% d'humidité relative.
2Charge à 7% d'allongement, 9 jours de vieillissement à l'état relâchéo Retrait mesuré en faisant bouillir dans l'eau pendant 60 minutes un écheveau mesuré au préalableo
Les données des Tableaux 1 et 2 montrent qu'on obtient des résultats satisfaisants à des rapports d'étirage supérieurs à environ 4,0 avec des tempé- ratures de plaque élevées, un temps de chauffage d'au moins 1 seconde et une exposition du fil d'au moins 200 degrés-secondes. On obtient de meilleurs résul- tats, spécialement aux rapports d'étirage relativement peu élevés, quand l'exposition du fil est d'au moins 1000 degrés-secondes. On obtient habituelle- ment des valeurs T plus élevées et un retrait à l'ébullition moins grand avec une exposition plus considérable à la chaleur.
Il convient toutefois de remarquer qu'il faut éviter des rapports d'étirage qui provoquent des ruptures excessives et des températures de traitement qui entraînent l'altération de la couleur du fil. Pour un polyamide exempt d'anti- oxydant ajouté, une certaine altération de la couleur du fil, qui peut le rendre impropre à servir dans des tissus blancs, peut être constatée à des niveaux d'ex- position quelque peu supérieurs à environ 50000 degrés-secondes.
A la connaissance de la Demanderesse, des fibres de Nylon coupées à
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haute capacité de charge et possédant les propriétés physiques de la fibre de la présente invention n'ont pas été utilisées antérieurement. Certaines des conditions figurant dans le tableau 1, sont illustratives de celles utilisées dans le traitement courant des fils de Nylon. Par exemple, le procédé d'étirage clas- sique dans lequel le fil est étiré sur un doigt de friction,en substance comme décrit dans le brevet américain Babcock n 2.289.232, est illustré par les échantillons A, F et M pour des rapports d'étirage de 3,01 à 3,87. Le fil ne reçoit aucun apport de chaleur en dehors de la chaleur produite par le frottement sur les doigts d'étirage. Aucun de ces échantillons n'a un T7 supérieur à 2,0 gdp.
Un T d'au moins 2,1 et de préférence de 2,5 gdp est extrêmement désirable. l'échantillon M a la densité minimum de 1,139, mais il n'a pas la biréfringence minimum de 0,0590. 'Une orientation plus élevée (via un rapport d'étirage accru) ne peut être obtenue dans ces conditions d'essai comme le montre la condition d'essai 0, qui n'est pas réalisable à un rapport d'étirage de 4,07. Il convient également de remarquer que ces fils inacceptables se caractérisent en outre par un retrait à l'ébullition supérieur à environ 6,0%.
Les procédés d'étirage classiques dans lesquels le fil entre en contact avec un doigt ou une plaque chauffé au cours de l'opération d'étirage sont carac- térisés par les échantillons B, G, N et R. Aucun de ces échantillons (voir Tableau 2) n'a une valeur T acceptable, ni une biréfringence, ni une densité supérieures aux minima prescrits. La condition d'essai R montre qu'il est impossible d'étirer le fil à des rapports plus élevés (4,14) avec des temps de chauffage brefs, par- ce que le fil se rompt.
Il convient de remarquer que la fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention n'est pas simplement un produit de plus haute ténacité obtenu par un accroissement classique du rapport et/ou de la température d'étirageo Ce point est illustré par les échantillons M et N (Tableaux 1 et 2) qui ont une ténacité plus grande résultant d'un rapport d'étirage plus élevé que les échantilr lons I à L, mais des valeurs T7 inacceptables. Les échantillons I à L sont acceptables.
EXEMPLE II.- On reprend le procédé de l'exemple I avec des filaments filés à partir de Nylon 6 (polymère dérivé du caprolactame) à 3-4% de monomère, fini sous vide.
Le rapport d'étirage dans ce cas est de 4,00,et les filaments sont maintenus à une température de 165 C pendant 30 secondes sous la tension d'étirage. Le fil obtenu, après 9 jours de vieillissement à l'état détendu, a une ténacité de 6,3 gdp, un allongement à la rupture de 19,1% et un T de 2,3 gdpo L'échantillon du fil a une densité supérieure à 1,139, et une biréfringence supérieure à 0,0590.
La plus grande ténacité des fils obtenus à partir du Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention dans des mélanges avec du coton peigné, ressort de la fig. 2 par comparaison avec du Nylon coupé fabriqué de façon classiqueo Le diagramme montre qu'il faut ajouter 70% ou plus de Nylon coupé à des fils de coton peigné pour atteindre la ténacité du fil initial à 100% de coton. Par contre, le fil de Nylon-coton mixte de la présente invention donne des ténacités plus grandes mêmes quand les quantités de Nylon ajoutées sont petites.
Le Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention peut être également utilisé avec avantage pour former des mélanges avec des fils de rayonne coupés, comme le montre la Fig. 3. Dans ce cas, le paramètre critique est l'allongement à la rupture du fil de rayonne, qui est typiquement de 14% Le Nylon coupé doit donc avoir une valeur T élevée. Le Nylon coupé de la présente invention accuse une amélioration sensible sous ce rapport par comparaison avec du Nylon coupé classique; la courbe de la Fig. 3 montre que des additions initiales de Nylon classique, jusqu'à environ 50%, ont pour résultat une réduction de la ténacité et que la ténacité initiale de la rayonne n'est atteinte qu'en y
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ajoutant plus d'environ 65% de Nylon.
Par contre, le Nylon coupé de la présente invention accuse un accroissement de la ténacité sans les additions initialeso
Le Nylon à haute capacité de charge de la présente invention peut être également ajouté avec avantage à des fibres naturelles à 'bas module, telles que la laine, comme le montre la Fige 4. Pour des compositions équivalentes, les fibres coupées de la présente invention donnent un fil plus solide que lorsqu'on utilise pour le mélange avec la laine du Nylon coupé classique.
Une autre mesure de l'amélioration de la ténacité et de l'uniformité des fils obtenus à partir des fibres mixtes de la présente invention est donnée par l'essai de rupture sur écheveau (lea test), repris dans le tableau 3, pour des mélanges avec du coton, de la rayonne et de la laineo Les valeurs du lea test montrent une amélioration consistante de la résistance avec des additions croissan- tes des fibres coupées de la présente invention, par comparaison avec une réduction de la ténacité ou avec un degré moindre d'amélioration pour du Nylon coupé, prépar de façon classique.
TABLEAU 3.
Valeurs du lea test pour des filés de Nylon et d'autres fibres.
Nylon, longueur 1¸ pouce (38,1 mm) 3 den. filament.
EMI7.1
<tb>
Fibre <SEP> de <SEP> mélange <SEP> Coton <SEP> Rayonne <SEP> Laine
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> du <SEP> fil <SEP> 20/1 <SEP> 15/1 <SEP> 8/1
<tb>
<tb>
<tb> Type <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> coupé <SEP> T7 <SEP> C2 <SEP> T7 <SEP> C <SEP> T7 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test
<tb>
Nylon ajouté: 0% 2040 2040 1700 1700 1148 1148
20% 2150 1730 2200 1580 2240 1490
30% 2220 1610 2750 1540 2840 1830
100% 4300 3000
Nylon coupé à T7 élevé
Nylon coupé classique.
Outre l'amélioration de la ténacité des fils de coton faits de mélanges contenant la fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention, on constate une amélioration sensible de la résistance à l'abrasion, que montrent les données du Tableau 4. Du Nylon coupé à haute capacité de charge de 29 2 deniers par filament, de l¯ pouce (38,1 mm) est mélangé dans les quantités indiquées avec des middlings de 1 1/8 pouce (28,6 mm) et filé en un fil numéro coton 20/1 qui est ensuite tricoté en un tissu et 'soumis à un essai Stoll d abrasion à. plat, effectué suivant la norme AoSoT.M. D-1175-55T. Les tissus sont essayés 'après l'ébullition.
TABLEAU 4.
Effet du Nylon sur la résistance à l'abrasion.
EMI7.2
<tb>
Cycles <SEP> d'abrasion <SEP> à <SEP> plat <SEP> Stoll
<tb>
<tb>
<tb> Coton, <SEP> middlings <SEP> de <SEP> 1 <SEP> 1/8 <SEP> pouce <SEP> (28,6 <SEP> mm) <SEP> 425
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 15% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1025
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 30% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1433
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Addition <SEP> de <SEP> 50% <SEP> de <SEP> Nylon <SEP> à <SEP> valeur <SEP> T7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élevée <SEP> 1928
<tb>
x Exécuté en se conformant à la norme D-1175-55T de l'A.S.T.M.
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La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention a également une résistance remarquable au boulochage, soit en mélange avec une autre fibre coupée, soit sous la forme d'un tissu à 100% de Nylon. Le "boulochage" est un défaut qu'on constate souvent quand des tissus tissés à partir de fibres synthétiques de haute ténacité sont soumis à l'abrasion. Il se forme sur la surface des fibres des boulettes fibreuses, laides, appelées "bouloches".
Ce qu'on peut appeler un "procédé de traitement thermique et d'étirage", par lequel on prépare le Nylon coupé à haute capacité de charge de la présente invention doit être réglé de façon critique. Il est désirable d'étirer les fila- ments de Nylon en l'absence d'humidité ajoutée ; c'est-à-dire que si on ajoute des apprêts antistatiques au fil avant l'étirage, ils doivent être d'un type non aqueux ou, en variante, le câble doit être séché avant d'être soumis aux opérations d'étirage.
Si des apprêts aqueux sont nécessaires, il faut effectuer l'opération de chauffage de façon à assurer un temps et une capacité calorifique suffisants pour vaporiser l'eau en excès sur celle en équilibre avec le polymère à la tempéra- ture ordinaire, ainsi que les conditions nécessaires pour faire subir aux fila. ments le traitement thermique au niveau requis de degrés-secondes. Il est important d'éviter d'exposer des filaments traités à des conditions d'humidité (par exemple à de l'eau liquide, à la vapeur d'eau à des conditions d'humidité élevée ou des conditions d'humidité élevée et de température élevée) après le trai- tement thermique et d'étirage.
Il est évident, s'il faut appliquer au câble un apprêt antistatique ou un autre type d'apprêt pour fibres coupées avant le traitement thermique et l'étirage, que cet apprêt doit être stable aux températures de la plaque chaude que les filaments rencontreront.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, il faut utiliser le rapport d'étirage maximum possible à la seule condition d'éviter des ruptures excessives des fila- ments. Le câble peut être chauffé avantageusement au contact d'une plaque chaude, dont la forme n'est pas critique, aussi longtemps qu'il le faut pour obtenir un bon contact. On a établi que le fil atteint la température de la plaque en une 1 à 1 seconde; au cours du reste du temps de contact avec la plaque, on a cons- 2até que les filaments se trouvent pratiquement à la température de la plaqueo Une variante qui peut être parfois désirable consiste à utiliser de la chaleur rayonnante ou un four alimenté en air chaud.
Des combinaisons de ces procédés sont souvent intéressantes, parce que la plaque chaude chauffe le câble rapidement, tandis que le four assure un traitement thermique très uniforme et évite le frottement du fil et la formation de dépôts carbonisés d'apprêts de fil sur les surfaces de contact chauffées.
Le câble de Nylon 66 peut être chauffé à des températures de 140 à 225 C, et, de préférence, de 165 à 200 C. Le temps de séjour à cette température varie de 1 à 40 secondes, des temps plus courts exigeant des températures plus élevées, comme on l'a montré précédemment. On obtient des résultats très satisfaisants quand le fil est chauffé au contact de la plaque à 195 C, puis dans un four à 185 C pendant 20 secondes. Dans ces conditions, le fil est soumis à un traitement ther- mique de 3800 degrés-secondes, ce qui constitue une exposition extrêmement appro- priée; un rapport d'étirage de 3,7 peut être utilisé pour des filaments de 2,2 deniers.
A titre d'indication, on donne ci-après des rapports d'étirage convenant pour différents deniers des filaments :
EMI8.1
<tb> Denier <SEP> Etirage
<tb>
<tb> 1,2 <SEP> 3,2
<tb>
<tb> 2,2 <SEP> 3,7
<tb>
<tb> 4, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 5
<tb>
Les gammes du traitement thermique s'appliquent à une gamme étendue de deniers (par exemple de 1,2 à 15 deniers et plus par filament). Il peut s'avérer désirable d'élever les températures de traitement d'environ 5 C pour des filaments
<Desc/Clms Page number 9>
de 10 à 15 deniers, mais il ne faut pas modifier les temps de traitement.
De façon générale, l'exposition à la chaleur sous la tension d'étirage doit être d'environ 1000 à 6000 degrés-secondes et, de préférence, de 2000 à 5000 degrés-secondeso
Après le traitement thermique, il est désirable de laisser un peu refroidir les filaments avant de relâcher la tension d'étirage. De préférence, le câble sera refroidi à 90 C ou moins.
Après étirage, le Nylon destiné à servir de fibres coupées est d habi- tude crêpé dans un dispositif de crêpage (par exemple celui décrit dans le brevet américain Hitt n 2.311.174). On a constaté que ce traitement conduit à une certai- ne relaxation du fil, spécialement quand il est exécuté en présence d'humidité.
Cette relaxation a pour résultat une baisse significative de la valeur T7 et elle est par conséquent indésirableo Par exemple, le Nylon est traité facilement sans crêpage à un T de 2,5 gdp. Dans les mêmes conditions de traitement, mais suivi d'une opération de crêpage donnant un indice de crêpage de 10%, le T n'est que de 1,9 gdp; avec un crêpage plus poussé pour arriver à un indice de crêpage de 20,5% (normal pour le Nylon coupé classique de 3 deniers/filament), le T7 tombe à 1,57 gdp.
2 indice de crêpage est déterminé sur des filaments individuels (a) en rectifiant'une fibre pour en éliminer le crêpage sans l'allonger substantielle- ment, (b) en mesurant la longueur à l'état rectifié, (c) en laissant la fibre se rétracter librement et en mesurant de nouveau ; de crêpage est calculé comme suit : longueur (a) - longueur (c) X 100% = indice de crêpage longueur (a) Donc, pour obtenir les valeurs maxima de T , le crêpage mécanique doit être évité. On obtient des résultats plus satisfaisants en conduisant directement le câble à un dispositif de coupe approprié. Un dispositif de coupe approprié est décrit dans le brevet américain Hull n 2.694.447.
De préférence, on fait passer ensuite la fibre coupée dans une ouvreuse, par exemple l'ouvreuse Davis Furber pour fibres synthétiqueso Les fibres coupées ouvertes peuvent être ensuite mises en balle sous la pression habituelle et elles acquièrent de cette façon un crêpage suffisant pour pouvoir être mélangées de façon satisfaisante avec du coton ou traitées dans des installations classiques de filature de coton. La conservation maximum de la haute capacité de charge des fibres coupées de présente invention est atteinte si la fibre est coupée et mise en balle aussitôt que possible après l'opération d'étirage.
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention convient pour le mélangeage en amas, en rubans pour la préparation de filés synthétiques à 100%.
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention peut être préparée à partir de filaments de téréphtalate de polyéthylène. La préparation est illustrée par l'exemple suivant.
EXEMPLE III.-
On combine des filamants filés de téréphtalate de polyéthylène (vis- cosité relative 26,7) en un câble d'environ 50.000 deniers, de 120000 filaments, qui est étiré sur une machine agencée en substance comme le montre la Figo 1, avec l'exception qu'on supprime les doigts de friction et la plaque chaude. Au cours de-l'opération d'étirage, on pulvérise sur le câble de l'eau chauffée à 95 C. Après l'opération d'étirage dans la machine représentée sur la Figo 1, le câble passe dans un four de traitement thermique et de là dans un second jeu des cylindres d'étirage qui maintiennent le fil sous une tension appropriée.
En réglant la vitesse périphérique du deuxième jeu des cylindres d'étirage par rapport au pre- mier jeu, le câble peut être détendu, maintenu à une longueur constante ou étiré pendant son passage au four. Le câble traverse trois fois le four de 8 pieds (2,4 m) suivant une trajectoire en So Le câble est exposé pendant environ 20 secondes
<Desc/Clms Page number 10>
à de l'air en circulation à 190 C dans le, four. Le fil est allongé de 1% en passant dans le fouro Ce traitement suffit pour éliminer la majeure partie de l'eau ajoutée au cours de l'étirage, mais il est plus remarquable encore qu'il confère un degré élevé de cristallinité au fil.
En raison de la sensibilité beaucoup moins grande à l'eau des filaments de téréphtalate de polyéthylène (par comparaison avec le Nylon), il est inutile de maintenir le câble à l'état sec.
1 Après ce traitement, le câble est crêpé mécaniquement et coupé en sections de 1 pouce (38,1 mm). Les sections sont mélangées avec du coton d'Egypte; les propriétés des fibres et les valeurs des tests lea (échantillon A) sont indi- quées dans le Tableau 50 Le Tableau 5 reproduit également les résultats semblables obtenus pour des fibres coupées de téréphtalate de polyéthylène préparées clas- siquement (échantillon B); la préparation est semblable à celle de la fibre coupée à haute valeur T de la présente invention, sauf que le câble est traité thermi- quement dans le four chauffant tandis qu'il est libre de se détendre.
TABLEAU 5.
Propriétés physiques de mélanges de fils de Dacron 1 coton.
EMI10.1
<tb>
Echantillon <SEP> A <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dacron <SEP> à <SEP> haute <SEP> Coton <SEP> Dacron <SEP> classique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> valeur <SEP> T7 <SEP> d'Egypte
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ténacité <SEP> (gpd) <SEP> 5,3 <SEP> 3-4 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T7 <SEP> (gpd) <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 3-4 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Retrait <SEP> à <SEP> l'ébullition <SEP> % <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lea <SEP> test <SEP> mélange,
<SEP> 65/352
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13/1 <SEP> n <SEP> coton <SEP> 4930 <SEP> 38603 <SEP> 2940
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47/1 <SEP> n <SEP> coton <SEP> 3670 <SEP> 35003 <SEP> 2060
<tb>
Dacron est la marque de fabrique désignant la fibre polyester du Pont provenant du téréphtalate de polyéthylène 2Le mélange consiste en 65 parties de Dacron et en 35 parties de coton 3La valeur du lea test vaut pour des fils de coton à 100%.
Le Tableau 5 montre que les valeurs des lea tests pour un mélange de 65 parties de filaments de téréphtalate de polyéthylène et de 35 parties de filaments de coton indiquent une amélioration sensible de la ténacité quand on utilise la fibre de la présente invention.
EXEMPLE IV.- On étire comme dans l'exemple III des filaments de téréphtalate de polyéthylène; ils sont ensuite relâchés à 3¸% dans le four de traitement thermi- que à 13000, puis crêpés mécaniquement et coupés en brins. Ces filaments sont appelés échantillon Co Un deuxième lot de fibres coupées, appelé échantillon D, est préparé dans des conditions semblables, excepté que le câble est soumis à un étirage de 2% dans le four à 140 C, puis à un traitement thermique à l'état relâohé à 140 C. Les propriétés des filaments figurent dans le tableau VI.
TABLEAU 6.
EMI10.2
<tb>
Echantillon <SEP> C <SEP> D
<tb>
<tb> Ténacité, <SEP> gpd <SEP> 5,2 <SEP> 5,2
<tb>
<Desc/Clms Page number 11>
TABLEAU 60
EMI11.1
<tb> Allongement <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture, <SEP> % <SEP> 20 <SEP> 25
<tb>
<tb> T7, <SEP> gpd <SEP> 3,5 <SEP> 1,5
<tb>
Mélangé avec du coton dans les proportions pondérales de 65 parties pour 35 parties de coton, le filé provenant de l'échantillon D a une valeur de lea test inférieure de 15%, ce qui montre que c'est la valeur T qui détermine la ténacité du mélange, plutôt que la ténacité du téréphtalate de polyéthylène,
En reprenant les conditions de préparation de l'échantillon C, excepté que le four est maintenu à 220 C, on obtient des résultats semblables.
L'aptitude au travail est un peu meilleure à 220 C<, On peut obtenir des valeurs T maxima quand le fil de téréphtalate de polyéthylène est étiré d environ 1% dans le four par un réglage approprié de la vitesse du second jeu des cylindres d'appel. Cette amélioration se fait, dans une certaine mesure, aux dépens du taux tinctorial et cette façon d'agir n'est donc pas préférée pour des mélanges de fibres coupées qui doivent être teints ; pour ces mélanges, il est plus désirable d'assurer un relâchement denviron 4%, ce qui constitue un compromis satisfaisant.
EXEMPLE V.-
En répétant l'essai dans les conditions de l'échantillon A, mais en utilisant des filaments de téréphtalate de polyéthylène à haute affinité tinctoria- le, modifiés par des sulfonates, filaments dans lesquels 2 moles pour-cent d'un radical isophtalate sulfoné remplacent une quantité équivalente d'un radical téréphtalate, comme décrit dans la demande de brevet américain Griffing et Reming- ton n 622.811, le taux tinctorial est suffisamment élevé pour pouvoir utiliser des températures de four de l'ordre de 180 C associées àun traitement au four à une' relaxation nulle ; dans ces conditions, on obtient des valeurs T7 élevées en même temps qu'un taux tinctorial élevé.
Les exemples ci-dessus ont pour but d'illustrer la présente invention et il est clair qu'on peut apporter des modifications à la nature de la fibre coupée, au temps, à la température, à l'étirage etc., pour obtenir un fil fini ou un tissu ultime posaèdant les propriétés désirées. Il est également à remarquer que le remplacement du coton par de la laine, ou par d'autres fibres cellulosiques peut se faire quand les conditions le permettent.
On peut obtenir des résultats un peu moins intéressants avec des fi- laments de téréphtalate de polyéthylène quand l'étirage est effectué sans addition d'eau chaude en se servant de l'agencement de la Fig. 1 et qui s'est avéré utile pour les filaments de Nylon. En outre, on obtient des résultats satisfaisants par un étirage à sec suivi d'un traitement thermique au four à l'aide de vapeurs d'eau surchauffée ou d'air à 200 Co
La fibre coupée à haute capacité de charge de la présente invention peut contenir les habituels délustrants, modificateurs de teinture, agents antista- tiques, antioxygènes, stabilisateurs à la chaleur, etc.
Des apprêts appropriés pour fibres coupées peuvent être ajoutés avant, pendant ou après l'opération d'étirage et de traitement thermique, pour autant qu'on respecte les conditions de stabilité à la chaleur et, pour les polyamides, d'absence d'effets hygroscopi- ques tendant à porter la teneur en humidité de la fibre au-dessus de la valeur d' équilibre (par exemple, environ 4,1% dans une humidité relative de 76%, à 74 F soit 23 C).
La présente invention offre de nombreux avantages sur les procédés con- nus. Elle permet dutiliser des fibres naturelles relativement peu coûteuses ou celles dérivées de matières cellulosiques naturelles avec même de petites propor- tions de fibres synthétiques pour obtenir un fil qui peut être transformé en objets vestimentaires possédant une meilleure résistance à l'usure et à l'abrasion.
<Desc/Clms Page number 12>
Un autre avantage est que les objets vestimentaires fabriqués à partir de ces fibres mélangées, tels que des sweaters et des chaussettes possèdent de meilleures propriétés, telles qu'un boulochage et un allongement moins grands, un toucher plus doux, une meilleure conservation de la forme et un plus grand confort. Il est donc évident que les fibres décrites dans le présent mémoire constituent une améliora- tion économique importante par rapport aux fibres connues.
Bien que certains modes et détails d'exécution aient été décrits pour illustrer la présente invention, il est clair qu'on peut y apporter de nombreux changements et de nombreuses modifications sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Fil de fibres coupées composé d'un mélange de fibres d'un polymère naturel (ou d'origine naturelle) et de fibres d'un polymère synthétique, carac- térisé en ce que la fibre synthétique est une fibre d'un polymère de condensation linéaire de haute ténacité et ayant une capacité de charge égale ou supérieure à celle de la fibre naturelle à l'allongement à la rupture de la fibre naturelle.