Procédé de préparation d'un produit fibrillé en résine thermoplastique et produit en résultant
La présente invention est relative à un procédé de préparation d'un produit fibrillé, caractérisé en ce qu'on extrude un mélange d'une résine thermoplastique et d'un agent moussant puis on fibrille l'extrudat.
L'invention se rapporte également à un produit fibrillé obtenu selon ce procédé.
La fibrillation de matières polymères extrudées a récemment attiré l'attention dans l'industrie textile parce qu'en comparaison des polymères extrudés par des procédés à filières pour former un filé, un câblé, une fibranne et un monobrin, l'extrusion d'extrudats qui peuvent être ensuite soumis à des techniques de fibrillation, donne des vitesses de production plus élevées et un coût des installations plus faible. Des polyoléfines, et, en particulier, une résine de polypropylène, se sont révélées particulièrement satisfaisantes pour des techniques de fibrillation. La résine de propylène est usuellement transformée en une pellicule non orientée par un coulage du type à l'état fondu.
Ensuite, un procédé type comporte un tronçonnage en bandes étroites, une orientation uniaxiale dans une zone d'étirage à chaud et ainsi une cristallisation à une température de l'air de 170"C environ en utilisant des rapports de tension de 12 environ, une prise en masse à chaud et ensuite une mise en forme mécaniquement de produits fibrillés.
La violente manipulation physique à laquelle doivent être soumis les polymères orientés pour produire une fibrillation s'est révélée être une opération onéreuse et qui n'est pas entièrement satisfaisante. De même on voit facilement que la fibrillation provoquée par une manipulation mécanique dépend beaucoup du degré d'orientation du polymère, un tel procédé ne donnant ainsi pas satisfaction pour des matières polymères qui ne présentent pas un degré d'orientation élevé.
Le procédé selon l'invention pour la production d'un produit fibrillé est caractérisé en ce qu'on extrude un mélange d'une résine thermoplastique et d'un agent moussant puis on fibrille l'extrudat.
On peut extruder le produit d'extrusion (ou extrudat) directement dans un bain de refroidissement pour porter sa température en dessous du point de fusion ou de ramollissement puis le soumettre à un étirage pour orienter la matière polymère. De préférence, l'extrudat ainsi orienté est ensuite soumis à une action mécanique d'ampleur limitée pour améliorer la fibrillation. En variante, l'extrudat fondu peut être étiré par fusion à chaud ou aminci à des températures supérieures au point de fusion ou de ramollissement de la matière polymère; auquel cas, un traitement mécanique, bien que souhaitable parfois, n'est pas néces- saire pour produire des fibrilles.
On doit cependant noter que l'amincissement maximal se produit dans la phase fondue, tandis que l'amincissement le plus faible a lieu en aval mais à des températures qui sont encore supérieures au point de fusion. Ensuite un étirage du produit qui a été aminci à l'état fondu est préféré pour obtenir une résistance accrue par orientation de la matière polymère.
On peut également préférer relâcher à chaud le produit fibrillé produit par amincissement à l'état fondu pour obtenir un degré de frisure élevé du produit fibrillé.
Il peut également être préférable que la masse en fusion contienne en dehors d'un agent gonflant ou moussant, un colorant, c'est-à-dire qu'il est préférable que l'extrudat soit teint par incorporation d'une charge. Dans le cas où l'on envisage de réaliser un tissu approprié pour être teint en pièce, il est préférable que l'extrudat qui est par exemple un extrudat de polypropylène, contienne un constituant absorbant les colorants.
On connaît déjà divers agents moussants liquides ou solides gazeux propres à être utilisés dans les procédés de gonflement en mousse des résines polymères connus. L'eau s'est révélée être particulièrement bien appropriée dans ces procédés en raison de son faible prix, de l'absence de danger que présente sa manipulation et de l'absence de résidus indésirables dans les produits obtenus à partir de résines polymères gonflées à l'eau. Toutefois, étant donné qu'on est habituellement conduit à mélanger de l'eau à une résine polymère hydrophobe, il est généralement difficile d'obtenir un mélange satisfaisant de résine et d'agent gonflant et les problèmes de dosage et de mélange qui résultent de ces difficultés tendent à annuler les avantages qu'il y a à utiliser l'eau comme agent gonflant.
Suivant une forme d'exécution de l'invention, on emploie comme agent gonflant un composé chimique hydraté. Le composé est de préférence un composé inorganique qui libère au moins un peu d'eau de cristallisation à une température comprise dans la gamme définie par le point de fusion du polymère thermoplastique, comme limite inférieure, et la température d'extrusion employée pour la- mise en forme du polymère comme limite supérieure. La gamme de température adoptée pour la libération d'au moins un peu d'eau de cristallisation est comprise entre environ 1000 C et environ 300 C.
Les composés de cette catégorie qui se sont révélés être particulièrement bien appropriées pour les besoins de l'invention sont l'oxyde d'aluminium hydraté Al203, 3H2O, le borax Na2B407, 10lH2O, le carbonate de sodium et de potassium KNaCO3, 6H2O, le carbonate de sodium Na2CO3, H2O, l'hypophosphate de sodium acide Na2H2P2OG, 6H2O, le sulfate de sodium Na2SO4, 1OH2O, l'acétate de sodium NaC2H3O2, 3H2O, le phosphate de magnésium
Mg3(PO4)2, 8H2O, le sulfate de calcium (gypse) Ca
SO4,2H2O, le citrate de sodium 2Na3C6H5O, 11H2O, le sulfate de calcium (plâtre de Pans) CaSO4,1/2H2O, le pyrophosphate de potassium K4P2O, 3H2O,
l'hypophosphate de calcium Ca2P206,2H2O, l'oxalate de calcium Ca C2O4,H2O, le métaborate de calcium Ca (BO2)2, 2H2O, le tartrate de sodium et de potassium NaKC4H4OG,4H2O, le sulfate de zinc ZnSO4,7H2O, l'orthophosphate monocalcique CaHPO4, 2H2O. Parmi ces composés, les préférés sont A1203, 3H2O; Na B407, 10H2O: N5, H2O; Na2SO4, 10H2O;
CaSO4,2H2O; CaHPO4, 2H2O. L'agent gonflant le meilleur pour les besoins de la présente invention est l'oxyde d'aluminium hydraté.
L'agent gonflant hydraté est de préférence mélangé à la résine thermoplastique en des quantités comprises entre environ 0,10/o en poids et environ 2O0/o en poids et de préférence entre environ 1 io en poids et environ 50/o en poids.
Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, pour être efficace, l'agent gonflant constitué par le composé hydraté peut libérer seulement une partie de son eau d'hydratation. Le degré de libération de l'eau d'hydratation dépend naturellement des températures de traitement et des temps de séjour. Les équations suivantes pour l'oxyde d'aluminium hydraté, illustrent divers degrés de pertes d'eau.
EMI2.1
On peut ainsi voir que l'oxyde d'aluminium hydraté est un agent gonflant efficace à 2000 C ou 300 C; toutefois, la libération totale de l'eau d'hydratation exige également des températures de 3000 C.
L'expression objet gonflé à base de résines polymères est employée dans le présent mémoire pour désigner aussi bien les matières polymères à basse densité dans lesquelles la structure alvéolaire est conservée que des produits dans lesquels la structure alvéolaire est rompue ultérieurement comme c'est le cas pour les objets polymères fibrillés par gonflement en mousse.
D'autres agents moussants qui sont utilisés dans l'extrusion de la mousse sont connus. On peut utiliser des solides ou des liquides qui se vaporisent ou se décomposent en produits gazeux aux températures d'extrusion ainsi que des liquides volatils. Des solides qui sont appropriés au procédé de l'invention sont: le dinitrile azoisobutyrique, le diazoaminobenzène le 1,3 bis(p-xényl) triazine azodicarbonamide et d'autres composés azo similaires qui se décomposent à des températures inférieures à la température d'extrusion de la composition en formation. Des agents moussants solides utilisés habituellement produisant soit de l'azote soit du gaz carbonique comprennent le bicarbonate de sodium et l'acide oleique, le carbonate d'ammonium et des mélanges de carbonate d'ammonium et de nitrite de sodium.
Des liquides volatils qui conviennent comme agents moussants comprennent l'acétone, la méthyl éthyl cétone, l'acétate d'éthyle, le chlorure de méthyle, le chlorure d'éthyle, le chloroforme, le chlorure de méthylène, le bromure de méthylène et en général, des hydrocarbures volatils normalement liquides contenant du fluor. Des agents moussants qui sont les composés normalement gazeux tels que l'azote, le gaz carbonique, l'ammoniac, le méthane, l'éthane, le propane, l'éthylène, le propylène et les hydrocarbures halogénés gazeux conviennent également. Une classe d'agents moussants particulièrement préférée sont les composés hydrocarbonés fluorés ayant de 1 à 4 atomes de carbone qui, en plus de l'hydrogène et du fluor, peuvent également contenir du chlore et du brome.
Des exemples de tels agents moussants sont
le dichlorodifluorométhane,
le dichlorofluorométhane,
le chlorofluorométhane,
le difluorométhane,
le chloropentafluoroéthane,
le 1 ,2-dichlorotétrafluoroéthane,
le 1, 1-dichlorotétrafluoroéthane,
le 1 ,1,2-trichlorotrifluoroéthane,
le 1,1,
1-trichlorotrifluoroéthane,
le 2-chloro-l,l,l-tnfluoroéthane,
le 2-chloro-1,1,1,2-tétrafluoroéthane,
le 1-chloro-1,1,2,2-tétrafluoroéthane,
le 1,2-dichloro-1,1,2-tAfluoroéthane,
le 1 -chloro-1,1,2-trifluoroéthane,
le 1-chloro-1,1-difluoroéthane,
le perfluorocyclobutane,
le perfluoropropane,
le 1,1,1-trifluoropropane,
le 1-fluoropropane,
le 2-fluoropropane,
le 1,1,1,2,2-pentafluoropropane,
le 1,1,1,2,3-pentafluoropropane,
le 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane,
le 1,1 ,1-trifluoro-3-chloropropane,
le trifluorométhyléthylène,
le perfluoroproprène et
le perfluorocyclobutène.
La quantité d'agent moussant utilisé dépendra de la masse volumique de mousse désirée - une masse volumique plus faible exigeant une quantité d'agent moussant plus grand - de la nature de la résine thermoplastique en mousse et de l'agent moussant utilisé. En général la concentration de l'agent moussant représentera de 0,001 à 5 kg/mole/100 kg de résine thermoplastique.
Les fibres synthétiques sont habituellement produites sous la forme de filaments continus, qui après une orientation appropriée, donnent des fils à haute résistance mécanique. Toutefois ces filaments continus sont lisses, compacts et ont un aspect peu esthétique. Il en résulte qu'un grand pourcentage de fibres synthétiques sont découpées en fibrannes de faible longueur et transformées ensuite en fils par des techniques de filature. Le traitement par découpage en fibrannes augmente les possibilités de variations de l'aspect du fil et donne une meilleure uniformité de coloration.
Au contraire, les techniques de fibrillation dans lesquelles un polymère subit une orientation antérieurement à la fibrillation, se traduisent par la formation de fibrilles ayant des sections trapézoïdales. Ces fibrilles grossières, à section trapézoïdale sont certes satisfaisantes pour certaines applications finales comme par exemple la ficelle d'emballage, les fonds de tapis, les toiles à sacs ou, d'une façon générale les produits de remplacement du jute, du chanvre et du sisal, mais elles ne se prêtent pas aux utilisations textiles finales dans lesquelles l'esthétique constitue une considération primordiale.
Suivant une mode d'exécution de l'invention, on peut produire des fibrannes à peu près exemptes de sections trapézoïdales au moyen d'un procédé qui consiste (1) à produire un extrudat à partir d'un mélange comprenant un polymère fondu et un agent moussant qui est gazeux ou dégage un gaz à la température d'extrusion; (2) à étirer ou amincir l'extrudat à l'état fondu à des températures supérieures à la température de fusion de la matière polymère, ce qui détermine la fibrillation; (3) à découper le réseau fibreux continu en faisceaux de fibres d'environ 75 à 180 mm.
Le réseau fibreux est de préférence orienté par étirage à un coefficient pouvant atteindre jusqu'à environ 4, suivant l'axe continu du réseau pendant que le réseau fibreux est chaud. Suivant un mode de mise en oeuvre encore plus préféré, le réseau fibreux est étiré à raison de 1,5 à 3,5 fois sa longueur initiale pour obtenir la résistance mécanique maximale par orientation maximale des fibrilles transformées. Les faisceaux de fibres se séparent en fibrannes individuelles lorsqu'elles sont soumises à des opérations classiques de traitement des textiles tel que le cardage, le mélangeage, le sérancage, l'étirage, le passage à la machine Garnett, etc.
L'expression fibrannes à peu près exemptes de sections trapézoïdales désigne dans le présent mémoire des mélanges de fibrannes classiques, naturelles ou artificielles contenant au moins en partie des fibrannes fibrillées qui sont pratiquement exemptes de sections trapézoïdales.
Un perfectionnement récent apporté au domaine des revêtements de sols consiste en la réalisation de ce qu'on appelle les tapis intérieur-extérieur. Les tapis intérieur-extérieur sont des revêtements de sols qui ne subissent pas de pourriture, de moisissure, de tachage, d'allongement, de retrait, de pâlissement ni d'altération des couleurs sous des conditions atmosphériques sévères et qui, par conséquent, sont propres à être utilisés dans les applications extérieures. Les tapis de ce type doivent nécessairement être préparés à partir de matières qui ont les propriétés de résistance aux dégradations qui ont été mentionnées ci-dessus aussi bien dans le tissu de fond que dans le poil du tapis. Ceci exclut naturellement la présence de toutes les fibres naturelles ainsi que de certaines fibres synthétiques telles que, par exemple, la cellulose régénérée ou la kératine régénérée.
Plus particulièrement, les matières qui ont trouvé la plus large application dans la fabrication des tapis intérieur-extérieur, sont des matières telles que les polyoléfines, les polyamides, les fibres acryliques, etc. Le plus habituellement, le tissu de fond des tapis est préparé à partir d'un fil de polypropylène bien que le poil puisse être l'une quelconque de toute la gamme des matières qui présentent une résistance satisfaisante à la dégradation due aux intempéries.
Bien que les tapis intérieur-extérieur n'aient pas nécessairement à ressembler à l'herbe, on a constaté qu'un produit ayant l'aspect de l'herbe est très avantageux pour certaines applications telles que, par exemple les patios, les terrasses, les cabanons, les passages, les rebords de piscines, etc. En général, ces revêtements de sols qui ressemblent à l'herbe étaient antérieurement préparés à partir d'un poil en fil d'une nuance textile standard et de poil en fil ruban ou fil plat; le poil en fil plat étant surtout utilisé sous forme de fil plat en polyamide ou en copolymère de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène.
Les produits qui ont des poils en ces matières ont un aspect très proche de celui de l'herbe; toutefois il est évident que l'uniformité des épaisseurs des fils plats ou rubans ainsi que l'uniformité des épaisseurs des fibres se traduit par un produit final à poil qui est nettement différent d'un produit final qui aurait dans le poil un denier ou une épaisseur de fibres variable. Il est évident qu'un produit ayant dans le poil des épaisseurs variables ressemblerait davantage à l'herbe naturelle et se rapprocherait davantage des caractéristiques tactiles de l'herbe naturelle, dans laquelle les divers brins ont une variété d'épaisseur infinie.
En plus de la nécessité pour le poil de ressembler à l'herbe par ses dimensions physiques, il est également essentiel, lorsqu'on désire obtenir des caractéristiques semblables à l'herbe, que le produit ait une couleur qui soit ton sur ton et qui soit résistante aux conditions atmosphériques extérieures.
Un poil formé de brins polymères fibrillés obtenu selon l'invention est approprié pour être fixé à un tissu de fond résistant aux intempéries. Bien que le procédé préféré de fixation du poil soit le piquage des touffes, il va de soi que l'on peut également utiliser l'une quelconque des techniques de tissage du poil communément employées dans l'industrie des tapis.
On peut diviser les fonds de tapis en fonds primaires et fonds secondaires. Le fond primaire est le support ou la face inférieure du tapis, qui fixe les fils de poil en position et constitue une base solide. Le fond secondaire est utilisé dans la préparation des tapis à touffes piquées et il est fixé au fond primaire, qui porte le poil afin de donner au tapis plus de résistance mécanique et plus de stabilité dimensionnelle, c'est-àdire pour lui donner l'aptitude à résister à l'allongement et au retrait.
Les fonds primaires et les fonds secondaires des tapis sont habituellement préparés à partir de matières tissées en canevas grossier, à plat, et à base de jute et de sisal. Toutefois, les tissus de ce type, lorsqu'ils sont employés comme fonds primaires ne donnent pas satisfaction en raison de leur épaisseur, qui réduit la longueur de fil visible dans le poil, de leur poids élevé et, dans une certaine mesure, de leur absence de stabilité dimensionnelle. Le plus grave défaut des fonds primaires de tapis en jute et en sisal réside peut être dans leur manque d'uniformité d'épaisseur et de densité.
Cette caractéristique est due en partie aux interstices réels existant entre les divers fils et en partie aux grandes variations dans le fil lui-même. Il en résulte que, dans les opérations de piquage des touffes, les aiguilles de piquage employées pour piquer les touffes de fils à travers le fond du tapis risquent soient de ne rencontrer aucune résistance, en raison des larges vides, soit, à l'extrême opposée, de rencontrer une résistance maximale due à la nécessité de pénétrer dans des fils épais ou doubles. Dans d'autres cas encore, les aiguilles de piquage repoussent de côté les fils du fond en pénétrant sur une distance trop faible ou même nulle dans le fil de fond. Le résultat est que les rangées de points de fils de poils sont souvent sinueuses le long d'un même fil longitudinal du fond, ce qui provoque la formation de vides et/ou d'amas entre les rangées de points adjacentes.
Ce phénomène, qui est connu sous le nom de déviation des aiguilles se traduit par une déformation du dessin et d'autre part par le fait que le poil laisse voir le fond entre les rangées irrégulières, c'est-à-dire que les fils de poils ont un mauvais pouvoir couvrant.
En dehors de ces difficultés mécaniques, qui sont inhérentes aux fonds primaires à base de jute et de sisal, les matières mentionnées plus haut ont également certains défauts de dégradation. Ces déficiences chimiques se manifestent par une forte absorption d'humidité et par l'inaptitude des matières citées ci-dessus à résister aux intempéries. Plus récemment, on a réalisé des tapis capables d'être employés aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur et qui ont eu un grand succès.
t'une des conditions préalables pour l'utilisation à l'extérieur est naturellement que le tapis, c'est-à-dire le poil de face du tapis et le fond, aussi bien primaire que secondaire, soient non absorbants, qu'ils soient insensibles aux moisissures, qu'ils ne présentent pas d'odeur de pourriture sèche et qu'il soit capable de résister aux intempéries sans s'allonger ni se rétrécir.
Bien que l'on dispose déjà de fonds de tapis présentant une résistance satisfaisante aux intempéries, ces fonds de tapis qui sont habituellement à base de rubans ou fils plats thermoplastiques présentent encore un défaut en ce qui concerne le piquage des touffes, notamment la déviation des aiguilles, ainsi qu'une stabilité dimensionnelle insuffisante.
On peut obtenir un produit propre à être utilisé comme fond pour tapis en réalisant un tissu à base de fil fibrillé obtenu selon l'invention par tissage ou tricotage de tels fils. Lorsque le fil employé est un fil de polypropylène, le tissu est de préférence stabilisé par la chaleur et, si la destination du tissu est un fond primaire pour tapis, le tissu est également soumis à une opération de calandrage.
Les produits fibrillés préparés par la technique d'amincissement à l'état fondu à chaud contiennent des fibrilles individuelles dont les sections sont irrégulières en forme et dimension. Il convient également de remarquer que, dans la même fibrille on peut observer plusieurs sections géométriquement différentes. De préférence le produit fibrillé employé dans la préparation du tapis intérieur-extérieur et du fond de tapis tissé, est un produit fibrillé qui est extrudé sous la forme d'une feuille ou d'une pellicule et qui est ensuite travaillé par des agitations mécaniques appropriées, notamment par des jets de fluide, qui peuvent être des jets d'air, de façon à produire une fibrillation gonflante et permanente. La filière à pellicule a de préférence une hauteur d'ouverture de 0,13 à 1,5 mm.
Lorsqu'on extrude du polypropylène, il est préférable que la filière ait une hauteur d'ouverture comprise entre 0,5 et 1 mm. Le fil fibrillé préparé de cette façon peut être incorporé dans un tapis par piquage de touffes dans un fond au moyen de l'une quelconque des techniques bien connues de piquage des touffes aux moyens d'aiguilles. Toutefois, il est préférable que le poil soit un poil coupé, de façon à pouvoir obtenir un produit final présentant des hauteurs de poil variables, qui sont naturellement plus proches de l'aspect de l'herbe.
Il est également préférable que le fond employé dans la préparation du tapis intérieur-extérieur soit un fond résistant aux conditions atmosphériques et, plus particulièrement, qu'il soit un fond en matière plastique synthétique, tissée ou non tissée, dans lequel la matière plastique synthétique est choisie dans le groupe constitué par le polyéthylène, le polypropylène, le nylon et les polyesters, ce fond étant de préférence un polypropylène de même formule que le polypropylène utilisé pour la préparation des fils fibrillés utilisés dans le poil.
L'invention est décrite ci-après en regard du dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 est un schéma qui illustre le processus d'amincissement à l'état fondu à chaud;
la fig. 2 est un schéma qui illustre le processus de refroidissement et d'orientation;
la fig. 3 est une microphotographie d'une section droite de l'extrudat en mousse produit par le processus illustré à la fig. 1 avant l'amincissement;
la fig. 4 est une vue microphotographique en plan de l'extrudat produit par le processus illustré à la fig. i, soumis à une première opération d'amincissement en phase fondue;
la fiv. 5 est une microphotographie du produit entièrement aminci produit suivant le processus illustré àlafig. 1;
la fig. 6 est une microphotographie du produit fini produit suivant le processus illustré à la fig. 1;
;
la fig. 7 est une microphotographie d'une section droite du produit illustré à la fig. 6;
la fig. S est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement rapide et à un renvidage rapide;
la fig. 9 est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement rapide et à un renvidage moyen;
la fig. 10 est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement rapide et à renvidage lent;
la fig. 1 1 est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement lent et à un renvidage rapide;
;
la fig. 12 est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement lent et à renvidage moyen; et
la fig. 13 est une microphotographie d'un extrudat produit suivant le processus illustré à la fig. 1 soumis à un refroidissement lent et une vitesse de renvidage lente;
la fig. 14 est un schéma illustrant le procédé suivant l'invention.
En se reportant à la fig. 1, un mélange fondu de polymère et d'agent moussant contenu dans une extrudeuse 1 traverse une filière 2 de manière à former un extrudat 3 de manière satisfaisante.
On maintient le gradient de température de l'extrudat dans une gamme de température satisfaisante qui est initialement supérieure au point de fusion et de ramollissement du constituant polymère composant l'extrudat 3 au moyen d'un organe en forme de fourche 4. Celui-ci soumet l'extrudat 3 à un courant de gaz ou de liquide et, de préférence, d'air maintenu dans la gamme de température désirée, c'est-à-dire que le courant d'air peut etre un courant d'air de chauffage ou de refroidissement. L'amincissement de l'extrudat fondu à chaud et la fibrillation qui en résulte ont lieu immédiatement après qu'il quitte la filière 2. Il va de soi qu'après l'amincissement à l'état fondu, on produit un produit final fibrillé d'une manière satisfaisante.
Néanmoins, on préfère parfois faire subir au produit fibrillé un traitement mécanique supplémentaire et on peut lui faire traverser une zone de fausse torsion telle qu'une brochette 5. Après le traitement mécanique le produit est de préférence orienté pour obtenir une résistance supplémentaire par passage dans un cadre d'étirage 6, qui comprend deux paires de rouleaux tendeurs 8 et un sabot chauffé 7 disposé entre eux. Le produit fibrillé et orienté peut être renvidé sur un dispositif de renvidage 9 convenable.
En variante, on peut extruder le mélange fondu de polymère et d'agent moussant comme représenté à la fig. 2, la matière polymère traversant une extrudeuse 21 et une filière 22 dans une chambre de refroidissement 23 qui contient un fluide de refroidissement convenable. On utilise un rouleau d'immersion 24 pour maintenir l'extrudat 25 sous la surface du liquide de refroidissement. L'extrudat 25 qui a été refroidi à peu près en dessous du point de transition à l'état vitreux du polymère est ensuite passé sur des roues d'étirage 26,27 pour étirer et ainsi orienter l'extrudat 25 par tout moyen classique connu. L'extrudat 25 orienté et en même temps fibrillé est ensuite passé dans un élément de traitement mécanique 28 pour améliorer la fibrillation qui peut être par exemple une broche de fausse torsion, une lame de couteau ou une série de guides qui définit un trajet sinueux de l'extrudat.
A sa sortie de l'élément de traitement mécanique 28, l'extrudat 25 est sous forme complètement fibrillé et peut être renvidé sur un rouleau 29.
Sur la fig. 14, on voit qu'un mélange fondu composé du polymère et d'un agent moussant, et contenu dans une extrudeuse 31 passe dans une filière 32 pour former un extrudat 33. La température de l'extrudat 33 est maintenue à un niveau satisfaisant qui est supérieur à la température de fusion ou de ramollissement du polymère entrant dans la composition de l'extrudat 33, au moyen d'un élément en forme de fourche 34.
Celui-ci soumet l'extrudat 33 à l'action d'un courant de gaz ou de liquide, de préférence d'air, maintenu dans la gamme de température désirée; c'est-à-dire que le courant d'air peut être un courant d'air de chauffage ou de refroidissement. L'amincissement de l'extrudat 33 qui est sous la forme d'une masse en fusion chaude, et la fibrillation qui en résulte, ont lieu immédiatement après que l'extrudat quitte la filière 32. Après l'amincissement à l'état fondu, on obtient un produit fibrillé satisfaisant. L'extrudat fibrillé passe ensuite sur un rouleau lubrificateur 35 puis entre deux rouleaux de pression 36 entraînés. Entre le premier jeu de rouleaux de pression 36 et une deuxième paire de rouleaux de pression 37, l'extrudat est chauffé par un appareil 38 de chauffage par rayonnement.
Le deuxième jeu de rouleaux de pression 37, qui est entraîné à une vitesse supérieure à celle du premier jeu de rouleaux 36, sert à étirer l'extrudat à une longueur égale à trois ou quatre fois sa longueur initiale. L'extrudat fibrillé étiré passe ensuite au-dessus d'une caisse chauffante 39, puis il est introduit dans un appareil de frisage 40 à caisse de bourrage. Cet extrudat fibrillé, étiré et frisé passe ensuite dans un appareil 41 de découpage en fibranne et le produit final, constitué par un faisceau de fibres, est ensuite recueilli dans un tambour 42.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
Exemple 1
Des pastilles de polymère de polypropylène (fournis par Hercules Company sous la marque déposée Profax ) de viscosité inhérente 1,7 dans la décaline à 1350 C sont mélangées à sec avec 10/o d'agent moussant: azodicarbonamide. On effectue le mélange dans un godet pendant 15 minutes. On charge ensuite le polymère mélangé dans une extrudeuse ayant une seule vis à pas uniforme, cannelée, chromée, l'ex- trudeuse comportant une filière du type à bande horizontale ayant une fente de 25,40 X 0,5 mm environ. La filière est munie d'un dispositif de chauffage électrique à bande de 500 Watts. Le polymère est extrudé à une vitesse de 2,5 g par minute.
La feuille extrudée est maintenue à des températures supérieures au point de fusion au moyen d'une fourche de refroidissement, la fourche ayant des conduits disposés de chaque côté de la pellicule extrudée. Les conduits sont percés d'orifices dans lesquels passent de l'air, ces orifices ayant un diamètre de 1 mm environ et étant espacés les uns des autres de 3,18 mm. Chaque conduit comporte deux rangées d'orifices décalées à 60 . La pellicule extrudée est passée sur un premier rouleau à une vitesse de 25 à 35 mètres par minute. A ce point, on obtient un produit fibrillé qui est à peu près non étiré et non orienté.
On évalue les propriétés de résistance à la traction d'une portion de ce produit. Les résultats obtenus sont rapportés au tableau ci-dessous. On relâche à chaud, à 120-130"C, une certaine quantité de la matière fibrillée non étirée et non orientée; on a rapporté les propriétés de résistance à la traction de cette matière au tableau ci-dessous. Une quantité supplémentaire de la matière de polypropylène fibrillée non étirée et non orientée est soumise à une opération d'étirage, qui est effectuée par passage sur un sabot chauffé à 1300 C puis en renvidant le fil sur un rouleau ayant une vitesse de renvidage de 50 à 70 mètres par minute ce qui produit un rapport d'étirage
vitesse du second rouleau
de 2,5.
vitesse du premier rouleau
Les propriétés de résistance à la traction du fil ainsi produit sont données au Tableau 3 ci-dessous.
Une portion du produit extrudé et étiré est soumis à une torsion de 5 tours par 2,54 cm et est soumis à une seconde opération d'étirage, d'effectuée par passage sur un sabot qui est maintenu à une température de 140 à 1500 C environ, par exemple 1450 C puis va sur un rouleau d'étirage à une vitesse de 20 m par minute, ce qui donne un rapport d'étirage
vitesse du second rouleau = 1,5 à2
vitesse du premier rouleau par exemple de 1,7. Les propriétés de résistance à la traction du fil ainsi produit sont données au tableau 4 dessous.
Tableau 1
Propriétés de résistance à la traction de fil
de polypropylène fibrillé
Zéro t.p.i. * 5 t.p.i.
Denier 723 713
Elongation, o/o 27 270
Ténacité, g/d 0,7 1,1
Module, g/d 14 4
* essai à nombre de torsions par 2,54 cm (t.p.i.)
Tableau 2
Propriétés de résistance à la traction de fil
de polypropylène fibrillé, auto-frisé
(relâché à chaud à 12fil1300)
Zéro t.p.i. * S t.p.i.
Denier 770 760
Elongation, O/o 19 106
Ténacité, g/d 0,2 0,4
Module, g/d 3,1 2,5
Elongationdefrisure, /o** 15 11
* torsions par 2,54 cm
** longueur de fibre frisée sur longueur de fibre non
frisée X 100.
Tableau 3
Propriétés de résistance à la traction de fil
de polypropylène fibrillé
(b) extrudé, étiré
Zéro t.p.i. * 5 t.p.i. *
Denier 360 360
Elongation, O/o 17 38
Ténacité, g/d 2,5 3,4
Module, g/d 33 23
* torsions par 2,5 cm
Tableau 4
Propriétés de résistance à la traction de fil
de polypropylène fibrillé
(c) Extrudé- étiré- tordu
(5 torsions par 2,5 cm) réétiré
Denier 240
Elongation, O/o 26
Ténacité, g/d 4,8
Module, g/d 54
Exemple 2
On mélange du polypropylène Profax (Hercules
Company) ayant une viscosité inhérente égale à 1,7 à un agent moussant: 10/o d'azodicarbonamide. On place ensuite le mélange dans une extrudeuse de la National
Rubber Machinery en utilisant une vis de 30,5 cm de long et de 2,54 cm de diamètre.
L'extrudeuse comporte une filière pour extrusion verticale, la filière ayant une ouverture circulaire de 1,43 cm de long et de 0,32 cm de diamètre. La température de la zone arrière ou zone 2 est également maintenue à 210 C, tandis que la tete de filière est maintenue à 2400 C. Le produit fondu chaud est extrudé dans un bain d'eau de refroidissement, la tête de filière étant disposée à 25,4cm audessus de la surface de l'eau. L'extrudat est refroidi par contact avec l'eau à une température inférieure au point de fusion du polypropylène et est ensuite passé sous une barrette de renvoi disposée sous la surface de l'eau de manière à diminuer les vides d'air de l'extrudat.
On retire ensuite l'extrudat du bain d'eau de refroidissement et on le passe sur une série de roues d'étirage à une vitesse de renvidage de 200 m par minute, ce qui oriente le polypropylène.. La matière orientée passe ensuite sur une série de guides qui sont disposés de manière à obliger i'extrudat à suivre un trajet sinueux, et ainsi à provoquer la fibrillation. Le produit fibrillé est ensuite renvidé sur un rouleau de renvidage approprié.
Exemple 3
On mélange du CelconM-25 (résine polyacétal fourni par Celanese Corporation) à 0,70/o d'agent moussant: 0,70/'0 d'azodicarbonamide. On place ensuite la matière mélangée dans une extrudeuse National
Rubber Machiner, celle-ci étant munie d'une vis de 25,4 cm de long et de 2,54 cm de diamètre. La partie arrière ou zone 1 de l'extrudeuse est maintenue à 2000 C comme l'est sa partie frontale ou zone 2. La tête de filière est maintenue à 2000 C et le produit fondu chaud est extrudé verticalement dans une filière à ouverture circulaire, cette ouverture ayant 1,43 cm de long et 0,32cm de diamètre.
L'extrudat de polyacétal est refroidi par passage sous un rouleau d'immersion disposé sous la surface du bain de refroidissement aqueux puis retiré du bain et passé sur plusieurs roues d'étirage à une vitesse de 200 mètres par minute environ. La matière est ainsi étirée et orientée puis on lui fait suivre un trajet sinueux sur plusieurs guides à bords aigus pour obtenir la fibrillation et on renvide le produit fibrillé sur un dispositif de renvidage approprié.
On détermine le denier, l'élongation et la ténacité du produit qui sont à peu près les suivants:
Propriétés de résistance à la traction de fil multibrin fibrillé et en mousse de polyacétal
Denier Elongation o/o Ténacité g/d
203 21 3,5
257 24 3,4
Exemple 4
On mélange une poudre de polypropylène fournie par la Société Hercules Company sous la marque déposée Profax 6501 (viscosité intrinsèque 2,8) avec 50/0 en poids d'oxyde d'aluminium hydraté A120S, 3H2O. On extrude ce mélange au moyen d'une extrudeuse du type à vis.
On utilise comme orifice une filière de 32 mu de largeur et de 0,5mm de hauteur d'ouverture maintenu à 2700 C, et le débit est réglé à 450 g/h. Une couronne d'air circulaire refroidit l'extrudat qui est tiré de la filière à une vitesse de 26,4 m/mn et subit en même temps une fibrillation.
L'extrudat est ensuite étiré au coefficient d'étirage de 2,3 à la température de 1200 C, dans un étireur à tube courbe. La matière étirée traverse ensuite un jet d'air qui lui donne l'apprence d'un fil filé. On constate que la matière étirée a une plus grande ténacité que lorsque le polymère est traité par des agents gonflants bien connus tels que l'azo bisformamide, la benzène sulfonylhydrazide et la p-toluènesulfonylsemicarbazide. La propriété la plus surprenante de cette matière réside dans sa résistance à l'abrasion qui est au moins deux fois plus forte que celle qu'on obtient avec d'autres agents gonflants bien connus, les données étant rassemblées au Tableau I suivant.
Tableau I
Résistance
à l'abrasion Ténacité
Agent gonflant (cycles) g/d
Oxyde d'aluminium
(hydraté) 12 300 1,6
Azobisformamide 6000 1,35
Tableau I (suite)
Résistance
à l'abrasion Ténacité
Agent gonflant (cycles) g/d
Benzène
sulfonylhydrazide 60 0,4
p-toluènesulfonyl
semicarbazide 40 0,7
Lorsqu'on met en oeuvre le processus de l'Exemple 1, en utilisant de l'eau comme agent gonflant dans une charge, et A12O33H2O dans une deuxième charge, les résultats des essais physiques sur les fils fibrillés résultants sont tels qu'indiqué au
Tableau II ci-dessous.
Tableau II
Oxyde
d'aluminium
Eau 207/155
Ténacité, g/d 1,5-2,35 1,5-2,4
Elongation, O/o 16-13 6-22
Résistance à
l'abrasion (cycle) 2 400 12 300
Fibrillation grossière très fine
Les propriétés indiquées dans les Tableaux sont celles des matières étirées.
Exemple 5
On mélange une résine polyacétal vendue par Celanese Corporation sous la marque de CelconM-25 , avec 30/o en poids de tétraborate de sodium Na2B4O7, lOHSO. On introduit ensuite cette matière mélangée dans une extrudeuse de la marque National Rubber Macllinery, qui est équipée d'une vis de 304 mu de longueur et 25 mm de diamètre. La partie arrière de l'extrudeuse est maintenue à 210"C tandis que la tête de filière est maintenue à une température de 240 C.
La masse en fusion chaude est extrudée dans un bain d'eau de refroidissement, la tête de filière étant disposée à 250 mm au-dessus de la surface de l'eau.
L'extrudat, en entrant en contact avec l'eau est refroidi à une température inférieure à la température de fusion de la résine polyacétal et il passe ensuite sous une barrette de renvoi disposée au-dessous de la surface de l'eau. L'extrudat est ensuite extrait du bain de refroidissement et passe sur une série de roues d'étirage à une vitesse de renvidage de 200 m/mn, ce qui oriente le polyacétal. La matière orientée passe ensuite sur une série de guides qui sont disposés de façon à obliger l'extrudat à suivre un trajet sinueux et provoquer ainsi la fibrillation. Le produit final constitué par un fil fibrillé se révèle avoir une résistance renforcée à l'abrasion et posséder la section trapézoïdale qui est caractéristique des polymères qui ont subi une orientation avant la fibrillation.
Bien que la nature du produit final obtenu en employant des composés chimiques hydratés comme agents gonflants, soit naturellement variable, tous les produits sont caractérisés par leur uniformité, soit dans l'espacement des pores, dans le cas où l'on prépare un produit à basse densité, soit dans les dimensions de fibrilles, dans le cas où l'on prépare un produit fibrillé. Lorsque le composé chimique hydraté employé est un composé métallique, on constate que la présence de résidus métalliques dans les produits finis détermine une plus forte résistance à l'abrasion, une plus grande résistance à la flamme, de meilleures qualités antistatiques et de meilleures propriétés de résistance à la traction. L'amélioration de la résistance à la flamme est particulièrement prononcée lorsqu'on utilise le borax comme agent gonflant.
On voit aussi très nettement que la présence d'un résidu métallique se traduit par un accroissement important du poids du produit polymère final, cet accroissement de poids étant naturellement une caractéristique avantageuse pour un grand nombre d'applications finales des produits textiles.
Lorsque le produit fini est un produit fibrillé du type dans lequel la fibrillation est effectuée à des températures supérieures à la température de fusion des matières polymères, comme indiqué à l'Exemple 4, le produit se révèle avoir des caractéristiques uniques. On ne connaît pas exactement la raison de la production de fibrilles dans la résine thermoplastique, amincie à l'état fondu à chaud, fibrillée à des températures supérieures à la température de fusion. Toutefois on sait que les mélanges gonflants ont, immédiatement après l'extrusion, une structure définie. Dans le cas idéal, de bulles de même dimension, on obtient un tassement serré en dodécaédres, pentagonaux.
Lorsque les bulles sont tassées dans cette disposition, l'intersection de trois bulles forme trois angles de 1200 C. Dans le procédé selon l'invention, lorsque l'amincissement se fait à l'état fondu, la structure cellulaire n'est jamais en équilibre; la dimension et la forme des alvéoles sont affectées par des forces de cisaillement et des gradients de pression et de vitesse. Dans les stades initiaux de l'extrusion, la mousse de polymère est refoulée à force sous une pression croissante dans une filière à pellicule convergente. Sous l'effet de la compression, les alvéoles se rétrécissent en emmagasinant ainsi une partie de l'énergie développée par l'extrudeuse. A la sortie de la filière, la pression qui s'exerce sur la mousse diminue et une partie de l'énergie emmagasinée est libérée sous la forme d'une dilatation des alvéoles.
Pendant cette dilatation, les alvéoles prennent une forme elliptique orientée suivant l'axe du flux de la pellicule polymère. Lorsque la masse fondue quitte la filière, le rétrécissement du polymère qui est dû au refroidissement et à la tension de l'étirage détermine la fibrillation et assure un nouvel amincissement. La géométrie des diverses fibrilles individuelles de produits fibrillés obtenus par gonflement en mousse et amincis à l'état fondu et par fibrillation à des températures supérieures à la température de fusion du polymère, est nouvelle en ce que pratiquement toutes les particules possèdent plusieurs sections géométriquement différentes dans la même fibrille; bien que les sections soient décrites ici comme de forme irrégulière, il convient de remarquer l'absence presque complète de surfaces plates ou planes.
Cette caractéristique rend la section du produit fibrillé obtenu par amincissement à l'état fondu à chaud nettement différente de celles des produits qui sont fibrillés par alimentation d'une matière polymère et travail mécanique ultérieur de cette matière orientée pour produire la fibrillation.
Lorsque le produit final est un produit fibrillé dans lequel l'extrudat est refroidi à une température inférieure à la température de fusion de l'extrudat, orienté puis fibrillé, les fibrilles individuelles se sont révélées avoir des sections trapézoïdales. Le produit à section trapézoïdale est naturellement nettement différent du produit décrit précédemment, dans lequel les fbirilles ont des sections qui sont presque totalement dépourvues de surfaces plates ou planes.
Exemple 6
On mélange une poudre de polypropylène vendue par Hercules Company sous la maque Profax 6501 , d'un indice de fusion de 2, avec 1 /o en poids de Kempore (agent gonflant fabriqué par National Polychemicals). On extrude ce mélange au moyen d'une extrudeuse à matières plastiques ayant un rapport longueur/ diamètre de 20:1. On utilise une filière à pellicule à fente plate de 152 mu de largeur, et d'une hauteur d'ouverture de 0,5 mm. On maintient la température de la filière à 2500 C et le débit de l'extrudeuse est ajusté à 2250 g/h. On utilise un dispositif de refroidit sement à l'air du type à fourche qui consomme 56 litres d'air par minute et par centimètre de filière. Le produit qui émerge de la filière est une feuille plane, bien fibrillée, ayant l'aspect d'un filet.
Cette feuille est évacuée de la filière par traction à la vitesse de 30m/mn. Cette feuille est ensuite mise sous la forme d'une mèche ou d'un faisceau de fibrilles et elle est étirée avec un coefficient multiplicatif de 3 à travers un appareil d'étirage à tube courbe, chauffé à 125 C.
La mèche étirée passe ensuite dans un four à 1400 C et, dans le même traitement en continu, on la fait passer dans un appareil de frisage à boîte de bourrage où elle reçoit un frisage en dents de scie à raison de deux ondulations par centimètre et elle est ensuite découpée en fibrannes de 127 mu de longueur. Cette fibre discontinue est ensuite traitée trois fois dans une machine Garnett puis filée au moyen de métiers à filer la laine pour être transformée en fil. Le fil à deux brins produit à partir des fils uniques décrits précédemment est utilisé pour le piquage de touffes pour former un tapis à poil bouclé et un tapis à poil coupé ayant respectivement un poids de poil de 545 et 860 g/m2. Le tapis obtenu présente une main nouvelle et un aspect agréable.
Après 40 000 pas de circulation sur le sol, les tapis ci-dessus ne présentaient aucune usure visible, aucun hérissement, ni boulochage et conservaient un excellent aspect. Les ténacités des mèches mesurées à différent rapport d'étirage étaient comme suit:
Ténacité Allongement
Rapport de la mèche de la mèche
d'étirage g/d (O/o)
2X 1 12
2,5 X 1,2 14
3 X 1,5 17
3,5 X 1,8 21
Ténacité Allongement
Rapport de la mèche de la mèche
d'étirage g/d (O/o)
4 X 2,2 25
4,5 x 1,9 20
Exemple 7
On répète le mode opératoire de l'Exemple 6, à l'exception du fait que le polymère employé est le Celcon N-25 (résine polyacétal vendue par Celanese
Corporation). On mélange cette résine avec 9,70/o d'un agent gonflant constitué par de l'azo-dicarbonamide.
Cette matière mélangée est ensuite versée dans une extrudeuse National Rubber Machinery, l'extrudeuse étant équipée d'une vis de 305 mm de longueur et de 25 mm de diamètre. La partie ou zone arrière 1 de l'extrudeuse est maintenue à 2000 C et la masse en fusion chaude est extrudée à un débit d'environ 2700 g;h. La feuille extrudée est ensuite tendue à l'état fondu à chaud pour produire la fibrillation puis assemblée en faisceau puis en une mèche, et étirée à un coefficient multiplicatif de 2,5 par passage dans un appareil d'étirage à tube courbe chauffé à 1250 C. La mèche étirée est ensuite frisée par un dispositif de frisage à engrenages et elle est découpée en fibrannes de 152 mm de longueur. La fibranne une fois filée et transformée en un fil, se révèle avoir une main et un aspect agréales.
Le fil fibrillé préparé suivant les Exemples 1 et 2 peut être ensuite incorporé dans des tissus tissés comprenant des fils uniquement faits de polypropylène ou de mélanges de fils de polypropylène et de fils d'autres matières telles que, par exemple, le jute, le papier, le coton, la rayonne et diverses autres matières polymères synthétiques. Pour mieux faire comprendre le mode opératoire employé pour incorporer les fils fibrillés dans des produits tissés appropriés pour être utilisés comme fond de tapis, on en donnera ci-dessous des exemples.
Bien que le tissu de fils fibrillés obtenus suivant l'invention ne soit pas limité à une texture particulièrement donnée, tricotée ou tissée, le tissu est de préférence préparé à partir de fils ayant un denier compris entre environ 800 et environ 2400. Si l'on emploie un fil de propylène et si le tissu est destiné à être utilisé dans des tapis, il est préférable d'employer une opération de fixage à la chaleur qui est préférée pour le fil de propylène mousse fibrillé, va de 125 à 1500 C, pendant une période comprise entre environ 15 secondes et 90 secondes.
Lorsque le tissu de fil mousse fibrillé est destiné à être utilisé comme fond primaire pour un tapis, il est préférable que le tissu soit soumis à une opération de calandrage à des pressions comprises entre environ 54 et environ 90 kg/cm linéaire à la température d'environ 1250 C à 1500 C. L'opération de calandrage réduit l'épaisseur du tissu et le rend propre à être utilisé comme fond primaire, application dans laquelle il est souhaitable de réduire au minimum la quantité de il de poil qui est bloqué dans le fond.
Lorsque le tissu de fil fibrillé par gonflement en mousse est destiné à être employé comme fond secondaire on peut se dispenser de l'opération de calandrage; toutefois, il est essentiel que le tissu ait une texture ayant une porosité suffisante pour permettre la vulcanisation d'un revêtement de latex.
Exemple 8
On part d'un fil de propylène mousse fibrillé, d'un denier de 1200, préparé comme décrit à l'Exemple 1 et ce fil employé comme fil de chaîne reçoit une torsion en Sà raison de 20 tours par mètre. Le fil de polypropylène fibrillé par gonflement en mousse employé dans le fil de chaîne et le fil de trame est ensuite tissé en un tissu ayant une texture de 5,5 x 3,95 (fils par cm) sur le métier.
Le tissu ainsi obtenu peut être utilisé comme suit:
Il est soumis à une opération de fixage par la chaleur à environ 1430 C pendant une période d'environ 1 mm.
Le tissu fixé par la chaleur est ensuite calandré à une pression de 90 kg/cm linéaire à une température d'environ 1380 C. Le tissu a une texture finale de 5,8 x 4,35. Ce tissu se révèle présenter une résistance à la traction, une rigidité et une porosité satisfaisantes. Si l'on compare le fond de tapis en polypropylène à un témoin correspondant en jute, on constate que le fond de ce tapis en polypropylène produit une déviation ed l'aiguille inférieure de 500/0 à celle du témoin en jute.
Exemple 9
On prépare un fil de polypropylène fibrillé par gonflement en mousse d'un denier de 1200 comme décrit à l'Exemple 2 et le fil, qui est employé comme fil de chaîne, reçoit une torsion en Z à 20 tours par mètre. Le fil de polypropylène employé aussi bien en chaine qu'en trame est ensuite tissé en un tissu présentant une construction de 5,5 x 5,15 sur la machine.
Le tissu ainsi obtenu peut être utilisé comme suit:
Il est soumis à une opération de fixage par la chaleur à des températures de 1500 C pendant une période d'environ 1 mn. Le tissu fixé par la chaleur est ensuite calandré à une pression de 108 kg par cm linéaire à une température d'environ 1380 C. Le tissu résultant se révèle avoir une résistance à la traction manuelle satisfaisante, une porosité et une rigidité satisfaisantes et présenter une déviation des aiguilles réduite de 5O0/o par rapport au témoin de jute correspondant.
Le fil fibrillé préparé suivant les Exemples 1 et 2, peut être ensuite piqué en touffes dans des fonds classiques tels que, par exemple des fonds en jute ou, de préférence, piqué en touffe dans un fond synthétique tel que, par exemple un fond de polypropylène. Bien que le tissu à touffes piquées ne soit pas limité à une texture particulière, il est préférable que les fils de poil aient un denier d'environ 800 à environ 4000 et de préférence environ 1200. Pour mieux faire comprendre le mode opératoire employé pour le piquage des touffes de fils fibrillés dans les divers fonds, on en donnera les exemples suivants.
Exemple 10
On a préparé par tissage toile un fond de tapis entièrement en polypropylène, en partant d'un fil de polypropylène d'un denier de 1200 ayant une torsion en S de 20 tours par mètre en chaîne et une torsion nelle en trame et d'un titre de 5,5 X 3,95. Ce fond a été ensuite fixé à la chaleur puis calandré. Le fil préparé suivant le mode opératoire indiqué à l'Exemple 1 de façon à présenter un denier de 1200, est tordu en Z à raison de 40 tours par mètre. Ce fil est ensuite doublé d'un deuxième brin composé par un fil d'un denier de 1200 et tordu en Z à 40 tours par mètre de façon à produire un fil de deux brins, d'un denier de 2400 ayant une torsion en Z de 20 tours par mètre dans chaque brin.
Le fil à deux brins est ensuite transformé en touffes piquées dans le fond au moyen d'une machine à piquer les touffes de poil coupé connue aux Etats-Unis d'Amérique sous la désignation de Cobble , jauge 5/32. Le tapis résultant à un compte de pas de 8, mesuré suivant les méthodes standard
ASTM de mesure des revêtements de sol à poil. (Voir norme ASTM D-418-42 page 559 des normes ASTM sur les matières textiles, publiées en Octobre 1954 par l'American Society for Testing Materials, Philadelphie
Pennsylvanie). La longueur du poil était de 13 mm. Le tapis peut ensuite recevoir un revêtement de latex sur le fond de façon à fixer le poil piqué en touffes.
Après avoir soumis un tel tapis à un essai d'usure de 20 000 pas, on a constaté que les fils de poil présentaient une excellente résistance à l'abrasion et à la compression et une excellente capacité de conservation de leur aspect.
Exemple il
On a préparé un fond de tapis en polypropylène par tissage toile à partir d'un fil de polypropylène fibrillé, d'un denier de 1800 en chaise aussi bien qu'en trame, le tissu de fond du tapis ayant un titre de 3,95 x 3,95. Le tissu, qui a un poids de 172 g/m2, a ensuite été fixé par la chaleur et calandré. On traite un fil de polypropylène fibrillé par gonflement en mousse, préparé suivant l'Exemple 2, de façon à donner un fil à deux brins d'un denier de 1200. Le fil, qui avait une torsion en Z de 40 tours par mètre est ensuite transformé en touffes piquées dans le fond au moyen d'une machine à piquer les touffes de poil coupé du type à
Cobble jauge 5/32 précité, de façon à donner un compte de pas de 7.
Les mesures sont effectuées suivant les méthodes standard ASTM des mesures des revêtements de sol à poil et, plus particulièrement conformément à la norme ASTM D-418-42. La hauteur du poil mesurée est de 13 mm. Le fond peut recevoir ensuite un revêtement de latex pour fixer le poil piqué en touffes. Un tel tapis, soumis à une épreuve d'usure de 20 000 pas, se révèle présenter une résistance à l'abrasion et à la compression satisfaisante et également une capacité satisfaisante de conservation de l'aspect.
Le procédé de l'invention est utilisable avec toutes les résines thermoplastiques qu'on peut fabriquer par extrusion à l'état fondu. Parmi les résines convenables on citera un ou plusieurs polymères et/ou copolymères de matières telles que du polyéthylène, du polypropylène, du polybutène, du polyméthyl-3-butène, du polystyrène, des polyamides tels que de l'adipamide de polyhexaméthylène et du polycarbolactame; des résines acryliques telles que du polyméthacrylate de méthyle et du méthycrylate de méthyle, des polyéthers tels que du polyxyméthylène, des polymères halogénés tels que du chlorure de polyvinyle, du chlorure de polyvinylidène, du tétrafluoroéthylène, de l'hexafluoropropylène, des polyuréthanes, des acétates, propionates, butyrates de cellulose etc., des résines de polycarbonate et des résines de polyacétal.
Des résines qui se sont révélées particulièrement appropriées à être utilisées sont le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène, et le polymetllyl-3-butène et le poly-3-méthyl-pentène-1.
Le procédé de l'invention est utilisable avec toutes les résines thermoplastiques qu'on peut fabriquer par extrusion à l'état fondu. Parmi les résines convenables on citera un ou plusieurs polymères et/ou copolymères de matières telles que du polyéthylène, du polypropylène, du polybutène, du polyméthyl-3-butène, du polystyrène, des polyamides tels que de l'adipamide de poly hexaméthylène et du polycaprolactame; des résines acryliques telles que du polyméthacrylate de méthyle et du méthacrylate de méthyle, des polyéthers tels que du polyoxyméthylène, des polymères halogénés tels que du chlorure de polyvinyle, du chlorure de polyvinylidène, du tétrafluoroéthylène, de l'hexafluoropropylène, des polyuréthanes, des acétates, propionates, butyrates de cellulose etc., des résines de polycarbonate et des résines de polyacétal.
Des résines qui se sont révélées particulièrement appropriées à être utilisées sont le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène et le poiyméthyl-3 -butène et le poly-3 -méthyl-pentène- 1.
Quand l'extrudat fondu chaud est extrudé dans un milieu de refroidissement pour abaisser la température du polymère en dessous du point de fusion ou de ramollissement et quand l'extrudat est orienté ensuite, il est préférable que la matière polymère utilisée soit une matière polymère qui présente un degré d'orientation élevé. Des polymères présentant un degré d'orientation élevé sont les polyamides, les polyesters et les polyoléfines. Les polymères polyoléfiniques comprennent le polypropylène, le polyéthylène, le polyméthyl-3-butène et leurs copolymères.
L'expression orientation telle qu'utilisée ici peut être définie en termes de biréfringence et de diffraction aux rayons X. L'indice de biréfringence est calculé par la formule suivante:
r
indice de biréfringence = ntt = n11- n,
d dans laquelle d est le diamètre d'un extrudat unique, n11 est l'indice de réfraction suivant une direction parallèle à l'axe de l'extrudat, n1 est l'indice de réfraction suivant une direction verticale par rapport à l'axe de l'extrudat et r est la valeur du retard telle que mesurée par un microscope polarisant avec un compensateur Berek.
Quand le diamètre de l'extrudat est difficile à mesurer, ou n'est pas uniforme, on peut obtenir l'indice de biréfringence en mesurant l'indice de réfraction suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de l'extrudat et suivant une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'extrudat, pendant que celui-ci est immergé dans un fluide.
Quand on doit produire des produits fibrillés à partir de polypropylène, on a trouvé qu/on obtenait und fibrillation satisfaisante par amincissement à l'état fondu à chaud en utilisant du polypropylène ayant au moment de la fibrillation une biréfringence inférieure à 0,020 environ et de préférence allant de 0 à 0,015.
Quand cependant on prépare un produit fibrillé à partir d'un polypropylène mousse qui a été extrudé directement dans un bain de refroidissement et par là refroidi à une température inférieure au point de fusion ou de ramollissement et ensuite orienté, la biréfringence doit être au moment de la fibrillation supérieure à 0,020 et de préférence comprise entre 0,023 et 0,0035.
Le degré d'orientation nécessaire des matières polymères autres que le polypropylène est représenté le mieux en terme de diffraction des rayons X et plus particulièrement en terme d'angle d'orientation. L'angle d'orientation est un paramètre qui représente l'aligne- ment des axes moléculaires de la matière formant l'ex- trudat par rapport à l'axe longitudinal de ce dernier. On mesure les angles d'orientation suivant la technique de H. O. Ingersol, Journal of Applied Physics, 17, 924 (1946) sur l'instrument décrit par J. E. Owens et
W. O. Statton, Acta Crystallographic, 10, 560 (1957).
En général, quand on obtient des produits fibrillés par amincissement à l'état fondu à chaud, la matière polymère peut présenter un angle d'orientation allant jusqu'à 180 . Quand cependant on prépare un produit fibrillé par extrusion directe dans un bain de refroidissement et donc par refroidissement à une température inférieure au point de fusion ou de ramollissement, la matière polymère doit présenter un angle d'orientation aigu et de préférence un angle non supérieur à 55" et mieux non supérieur à 20
La fig. 3 montre la section de la mousse solide avant l'amincissement. Comme la photographie représente le polymère solide, la répartition des cellules de mousse peut avoir changé pendant la solidification.
La fig. 4 représente une section de l'extrudat initial montrant la transition de la mousse solide en filament.
Les cellules représentées sur la microphotographie sont des ellipsoïdes dont la dimension et le degré d'amincissement s'accroissent dans la direction de renvidage.
Une section de la pellicule déjà étirée et refroidie et représentée à la fig. 5. Les séparations de polymère décrites comme des cellules ellipsoïdales à la fig. 4 deviennent des lignes frontières parallèles allongées divisant la pellicule en sections filamentaires. La section de cette portion consiste en grandes masses de polymères séparées par une pellicule relativement longue et mince.
La pellicule fibrillée, telle qu'obtenue au renvidage est représentée à la fig. 6. Les sections correspondantes à la fig. 7 ont des formes et des dimensions irrégulières; plusieurs vides par section droite proviennent toujours du procédé de moussage initial. Il faut noter qu'à peu près toutes les fibrilles auront chacune plusieurs sections de géométrie différente.
La géométrie du produit fibrillé produit par amincissement à l'état fondu à chaud est déterminée dans une mesure appréciable par le réglage de la température de l'extrudat et par le rapport d'étirage ou la vitesse de renvidage. Les fig. 8 à 13 illustrent la manière dont les conditions de traitement influent sur la géométrie du produit fibrillé. La résine thermoplastique utilisée pour produire les produits représentés aux fig. 8 à 13 est du polypropylène ( Profax 6823 vendu par Hercules Company) contenant 10/o en poids d'agent moussant: azodicarbonamide. La filière utilisée est une filière rectangulaire de 0,05 mm X 152 mm.
Les variables du traitement pour chacune des fig. 8 à 13 sont indiquées au tableau 5 suivant:
Tableau V
EMI11.1
<tb> <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> refroidissement
<tb> <SEP> lente <SEP> rapide
<tb> <SEP> D <SEP> F
<tb> <SEP> refroidissement <SEP> 0,18 <SEP> m3/h <SEP> refroidissement <SEP> 0,6 <SEP> m3/h
<tb> <SEP> renvidage <SEP> 2,5 <SEP> m/mn <SEP> renvidage <SEP> 2,5 <SEP> m/mn
<tb> <SEP> lent <SEP> 1 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m
<tb> <SEP> épaisseur <SEP> 0,177 <SEP> mm <SEP> épaisseur <SEP> 0,127 <SEP> à <SEP> 0,177 <SEP> mm
<tb> bO
<tb> (d
<tb> <SEP> refroidissement <SEP> 0,18 <SEP> m3/h <SEP> refroidissement <SEP> 0,6 <SEP> m3/h
<tb> renvidage <SEP> 5,0 <SEP> m/mn <SEP> renvidage <SEP> 5,0 <SEP> m/mn
<tb> <SEP> moyen <SEP> 2 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m
<tb> <SEP> épaisseur
<SEP> 0,177 <SEP> mm <SEP> épaisseur <SEP> 0,127 <SEP> à <SEP> 0,177 <SEP> mm
<tb> 8
<tb> <SEP> refroidissement <SEP> 0,18 <SEP> ma/h <SEP> refroidissement <SEP> 0,6 <SEP> m3/h
<tb> <SEP> renvidage <SEP> 10 <SEP> m/mn <SEP> renvidage <SEP> 10 <SEP> m/mn
<tb> <SEP> rapide <SEP> 3 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g/m
<tb> <SEP> épaisseur <SEP> 0,076 <SEP> à <SEP> 0,177 <SEP> mm <SEP> épaisseur <SEP> 0,076 <SEP> à <SEP> 0,102 <SEP> mm
<tb>
Au tableau 5, le refroidissement est donné en m3 d'air par heure, la vitesse de renvidage en mètre par minute, q est la vitesse d'extrusion en g/mn et l'épaisseur est donnée en mm.
Comme on l'a indiqué plus haut, la fig. 8 représente un produit fibrillé produit avec un refroidissement élevé et une vitesse de renvidage élevée; la fig. 9 représente un produit fibrillé produit avec un refroidissement élevé et une vitesse de renvidage moyenne; la fig. 10 représente un produit fibrillé produit avec un refroidissement élevé et une vitesse de renvidage faible; la fig. 11 représente un produit fibrillé produit avec un refroidissement faible et une vitesse de renvidage élevée; la fig. 12 représente un produit fibrillé produit avec un refroidissement faible et une vitesse de renvidage faible.
Comme on peut le voir sur les microphotographies des fig. 8 à 13, les vides des produits fibrillés sont plus marqués à une vitesse de renvidage faible. Quand on utilise des vitesses de refroidissement faibles, on peut noter qu'il se produit une structure du produit fibrillé plus ouverte avec beaucoup plus d'irrégularités. Les irrégularités sont des parties non amincies et donc non fibrillées du polymère. Il va de soi qu'il est souhaitable de diminuer le plus possible la présence d'irrégularités.
On préfère donc utiliser des vitesses de refroidissement élevées lors de l'amincissement à l'état fondu à chaud.
Comme le rapport d'étirage ou la vitesse de renvidage du produit fibrillé aminci à l'état fondu à chaud détermine le denier des fibrilles, il n'y a pas de vitesse de renvidage préférée. Quand on produit par exemple un extrudat de polypropylène, des vitesses de renvidage de 10 à 80 m par minute sont satisfaisantes. Quand on prépare par exemple un extrudat de polystyrène, la vitesse de renvidage doit être comprise entre 10 et 150 m par minute.
Le produit fibrillé par tension à l'état fondu à chaud sous sa forme large ou pelliculaire, c'est-à-dire avant sa transformation en fil, se révèle être nettement différent de produits fibrillés produit en refroidissant au-dessous du point de fusion ou de ramollisement puis en effet tuant une orientation avant la fibrillation. Le produit tendu à l'état fondu à chaud se révèle avoir une structure présentant des vides. lorsqu'il se trouve dans une position relâchée monoplanaire; tandis qu'un produit qui a subi une orientation avant la fibrillation perdra sa structure comportant des vides quand il sera relâché dans une position monopolaire.
REVENDICATION I
Procédé de production d'un produit fibrillé, caractérisé en ce qu'on extrude un mélange d'une résine thermoplastique et d'un agent moussant puis on fibrille l'extrudat.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on soumet le produit fibrillé obtenu à une fibrillation additionnelle par un traitement mécanique.
2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'après l'extrusion et avant la fibrillation, on soumet l'extrudat à l'action d'un bain de refroidissement qui refroidit l'extrudat à une température inférieure au point de fusion ou de ramollissement de la résine thermoplastique.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'après l'extrusion, on maintient l'extrudat à une température près du point de fusion ou de ramoillissement de la résine thermoplastique jusqu'à ce que la fibrillation soit terminée.
4. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est le polypropylène.
5. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on employe comme agent moussant un composé hydraté et on provoque la décomposition thermique du composé hydraté, pour libérer au moins une partie de l'eau d'hydratation et faire mousser la résine thermoplastique.
6. Procédé selon la sous-revendication 5, caractérisé en ce que le composé hydraté est un composé inorganique qui libère au moins une partie de l'eau de cristallisation à une température entre le point de fusion du polymère thermoplastique et la température d'extrusion du polymère.
7. Procédé selon la sous-revendication 5, caractérisé en ce que le composé hydraté est le Al2OS.3H2O, le Na2B4O7.10H2O, le NCO2.H2O, le Na2SO4.10H2O, le CaSO4.2H2O ou le CaHP4.2H2O.
8. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le produit obtenu est coupé en brins.
REVENDICATION II
Produit fibrillé obtenu par le procédé selon la
Process for preparing a thermoplastic resin fibrillated product and resulting product
The present invention relates to a process for preparing a fibrillated product, characterized in that a mixture of a thermoplastic resin and a foaming agent is extruded and then the extrudate is fibrillated.
The invention also relates to a fibrillated product obtained according to this process.
Fibrillation of extruded polymeric materials has recently gained attention in the textile industry because, compared to polymers extruded by die processes to form yarn, cord, strand and single strand, extrusion extrudates which can then be subjected to fibrillation techniques, results in higher production speeds and lower plant costs. Polyolefins, and in particular polypropylene resin, have been found to be particularly satisfactory for fibrillation techniques. The propylene resin is usually formed into an unoriented film by melt-type casting.
Then, a typical process involves cutting into narrow strips, uniaxial orientation in a hot-drawn zone and thus crystallization at an air temperature of about 170 "C using tension ratios of about 12, a. hot setting and then mechanical shaping of fibrillated products.
The violent physical manipulation to which oriented polymers must be subjected to produce fibrillation has been found to be an expensive operation and not entirely satisfactory. Likewise, it is readily seen that the fibrillation caused by mechanical manipulation is very dependent on the degree of orientation of the polymer, such a process thus not being satisfactory for polymeric materials which do not exhibit a high degree of orientation.
The process according to the invention for the production of a fibrillated product is characterized in that a mixture of a thermoplastic resin and a foaming agent is extruded and the extrudate is then fibrillated.
The extrusion product (or extrudate) can be extruded directly into a cooling bath to bring its temperature below the melting or softening point and then subjected to stretching to orient the polymeric material. Preferably, the extrudate thus oriented is then subjected to a mechanical action of limited magnitude to improve fibrillation. Alternatively, the molten extrudate can be hot melt stretched or thinned at temperatures above the melting or softening point of the polymeric material; in which case mechanical processing, although sometimes desirable, is not necessary to produce fibrils.
It should be noted, however, that the maximum thinning occurs in the molten phase, while the least thinning takes place downstream but at temperatures which are still above the melting point. Then stretching of the product which has been melt thinned is preferred to achieve increased strength by orientation of the polymeric material.
It may also be preferred to hot release the fibrillated product produced by melt thinning to achieve a high degree of crimp of the fibrillated product.
It may also be preferable that the melt contains besides a blowing or foaming agent, a colorant, i.e. it is preferable that the extrudate is dyed by incorporation of a filler. In the case where it is envisioned to make a fabric suitable for garment dyeing, it is preferable that the extrudate which is for example a polypropylene extrudate contains a dye absorbent component.
Various liquid or gaseous solid foaming agents are already known which are suitable for use in the foaming processes for known polymer resins. Water has proved to be particularly well suited in these processes because of its low cost, the absence of danger in handling and the absence of undesirable residues in the products obtained from polymer resins swollen with water. the water. However, since it is customary to mix water with a hydrophobic polymeric resin, it is generally difficult to obtain a satisfactory mixture of resin and blowing agent and the dosing and mixing problems which result from these difficulties tend to nullify the advantages of using water as a blowing agent.
According to one embodiment of the invention, a hydrated chemical compound is employed as the swelling agent. The compound is preferably an inorganic compound which releases at least some water of crystallization at a temperature within the range defined by the melting point of the thermoplastic polymer, as a lower limit, and the extrusion temperature employed for the- shaping of the polymer as an upper limit. The temperature range adopted for the release of at least a little water of crystallization is between about 1000 C and about 300 C.
The compounds of this category which have proved to be particularly well suited for the purposes of the invention are hydrated aluminum oxide Al203, 3H2O, borax Na2B407, 10lH2O, sodium and potassium carbonate KNaCO3, 6H2O, sodium carbonate Na2CO3, H2O, sodium acid hypophosphate Na2H2P2OG, 6H2O, sodium sulfate Na2SO4, 1OH2O, sodium acetate NaC2H3O2, 3H2O, magnesium phosphate
Mg3 (PO4) 2,8H2O, calcium sulfate (gypsum) Ca
SO4,2H2O, sodium citrate 2Na3C6H5O, 11H2O, calcium sulfate (plaster of Pans) CaSO4,1 / 2H2O, potassium pyrophosphate K4P2O, 3H2O,
calcium hypophosphate Ca2P206,2H2O, calcium oxalate Ca C2O4, H2O, calcium metaborate Ca (BO2) 2, 2H2O, sodium and potassium tartrate NaKC4H4OG, 4H2O, zinc sulfate ZnSO4,7H2O, monocalcium orthophosphate CaHPO4, 2H2O. Among these compounds, the preferred ones are A1203, 3H2O; Na B407, 10H2O: N5, H2O; Na2SO4, 10H2O;
CaSO4.2H2O; CaHPO4, 2H2O. The best blowing agent for the purposes of the present invention is hydrated aluminum oxide.
The hydrated blowing agent is preferably mixed with the thermoplastic resin in amounts of from about 0.10% by weight to about 20% by weight and preferably between about 10% by weight and about 50% by weight.
As indicated above, to be effective, the swelling agent constituted by the hydrated compound can release only part of its water of hydration. The degree of release of the water of hydration naturally depends on the treatment temperatures and the residence times. The following equations for hydrated aluminum oxide illustrate varying degrees of water loss.
EMI2.1
It can thus be seen that hydrated aluminum oxide is an effective blowing agent at 2000 C or 300 C; however, the complete release of the water of hydration also requires temperatures of 3000 C.
The expression swollen object based on polymeric resins is used herein to denote both low density polymeric materials in which the honeycomb structure is retained as well as products in which the honeycomb structure is subsequently disrupted as is the case. for polymeric objects fibrillated by foam swelling.
Other foaming agents which are used in the extrusion of foam are known. Solids or liquids which vaporize or decompose to gaseous products at extrusion temperatures as well as volatile liquids can be used. Solids which are suitable for the process of the invention are: azoisobutyric dinitrile, diazoaminobenzene, 1,3 bis (p-xenyl) triazine azodicarbonamide and other similar azo compounds which decompose at temperatures below the temperature of extrusion of the forming composition. Commonly used solid foaming agents producing either nitrogen or carbon dioxide include sodium bicarbonate and oleic acid, ammonium carbonate, and mixtures of ammonium carbonate and sodium nitrite.
Volatile liquids which are suitable as foaming agents include acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl chloride, ethyl chloride, chloroform, methylene chloride, methylene bromide and al. Generally, volatile, normally liquid hydrocarbons containing fluorine. Foaming agents which are normally gaseous compounds such as nitrogen, carbon dioxide, ammonia, methane, ethane, propane, ethylene, propylene and gaseous halogenated hydrocarbons are also suitable. A particularly preferred class of foaming agents are fluorinated hydrocarbon compounds having 1 to 4 carbon atoms which, in addition to hydrogen and fluorine, may also contain chlorine and bromine.
Examples of such foaming agents are
dichlorodifluoromethane,
dichlorofluoromethane,
chlorofluoromethane,
difluoromethane,
chloropentafluoroethane,
1,2-dichlorotetrafluoroethane,
1, 1-dichlorotetrafluoroethane,
1,2-trichlorotrifluoroethane,
1.1,
1-trichlorotrifluoroethane,
2-chloro-l, l, l-tnfluoroethane,
2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane,
1-chloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane,
1,2-dichloro-1,1,2-tAfluoroethane,
1 -chloro-1,1,2-trifluoroethane,
1-chloro-1,1-difluoroethane,
perfluorocyclobutane,
perfluoropropane,
1,1,1-trifluoropropane,
1-fluoropropane,
2-fluoropropane,
1,1,1,2,2-pentafluoropropane,
1,1,1,2,3-pentafluoropropane,
1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane,
1,1,1-trifluoro-3-chloropropane,
trifluoromethylethylene,
perfluoroproprene and
perfluorocyclobutene.
The amount of foaming agent used will depend on the desired foam density - a lower density requiring more foaming agent - the nature of the thermoplastic foam resin and the foaming agent used. In general, the concentration of the foaming agent will be 0.001 to 5 kg / mole / 100 kg of thermoplastic resin.
Synthetic fibers are usually produced in the form of continuous filaments, which after proper orientation give high strength yarns. However, these continuous filaments are smooth, compact and have an unattractive appearance. As a result, a large percentage of synthetic fibers are cut into short staple lengths and then transformed into yarns by spinning techniques. The treatment by cutting into fibranes increases the possibilities of variations in the appearance of the yarn and gives better uniformity of coloring.
In contrast, fibrillation techniques in which a polymer undergoes orientation prior to fibrillation, result in the formation of fibrils having trapezoidal sections. These coarse fibrils, with a trapezoidal section are certainly satisfactory for certain end applications such as, for example, wrapping twine, carpet backings, sackcloth or, in general, substitutes for jute, hemp and cotton. sisal, but they do not lend themselves to end textile end uses where aesthetics are a primary consideration.
According to one embodiment of the invention, fibranes substantially free from trapezoidal sections can be produced by means of a process which comprises (1) producing an extrudate from a mixture comprising a molten polymer and a polymer. foaming agent which is gaseous or evolves gas at extrusion temperature; (2) stretching or thinning the melt extrudate at temperatures above the melting point of the polymeric material, which determines fibrillation; (3) cutting the continuous fiber network into fiber bundles of about 75 to 180 mm.
The fibrous network is preferably oriented by stretching at a coefficient of up to about 4, along the continuous axis of the network while the fibrous network is hot. According to an even more preferred embodiment, the fibrous network is stretched at a rate of 1.5 to 3.5 times its initial length in order to obtain the maximum mechanical strength by maximum orientation of the transformed fibrils. The fiber bundles separate into individual fibranes when subjected to conventional textile processing operations such as carding, blending, serancing, stretching, going through the Garnett machine, etc.
The expression substantially free of trapezoidal cross-sectional fibranes herein refers to mixtures of conventional, natural or artificial fibranes containing at least in part fibrillated fibranes which are substantially free of trapezoidal sections.
A recent improvement in the field of floor coverings consists in the production of what are called interior-exterior carpets. Indoor-outdoor rugs are floor coverings that are not subject to rotting, mildew, staining, elongation, shrinkage, fading or color fading under severe weather conditions and therefore are suitable for use in exterior applications. Carpets of this type must necessarily be prepared from materials which have the degradation resistance properties which have been mentioned above both in the background fabric and in the pile of the carpet. This naturally excludes the presence of all natural fibers as well as of certain synthetic fibers such as, for example, regenerated cellulose or regenerated keratin.
More particularly, the materials which have found the widest application in the manufacture of indoor-outdoor carpets are such materials as polyolefins, polyamides, acrylic fibers, etc. Most usually, the backing fabric of carpets is made from polypropylene yarn although the pile can be any of a variety of materials which exhibit satisfactory resistance to weathering degradation.
Although indoor-outdoor rugs do not necessarily have to look like grass, it has been found that a grass-like product is very beneficial for certain applications such as, for example, patios, decks. , sheds, passageways, pool edges, etc. In general, these grass-like floor coverings were previously prepared from a standard textile shade yarn pile and ribbon or flat yarn pile; the pile in flat yarn being mainly used in the form of flat yarn made of polyamide or of a copolymer of vinyl chloride and of vinylidene chloride.
Products which have bristles made of these materials have an appearance very similar to that of grass; however it is evident that the uniformity of the thicknesses of the flat yarns or ribbons as well as the uniformity of the thicknesses of the fibers results in a final pile product which is distinctly different from a final product which would have in the pile a denier or a pile. variable fiber thickness. Obviously, a product having varying thicknesses in the pile would look more like natural grass and come closer to the tactile characteristics of natural grass, in which the various strands have an infinite variety of thickness.
In addition to the need for the coat to resemble grass in its physical dimensions, it is also essential, when it is desired to achieve grass-like characteristics, that the product has a color which is tone-on-tone and which is resistant to external atmospheric conditions.
A pile formed from fibrillated polymer strands obtained according to the invention is suitable for being attached to a weather-resistant base fabric. Although the preferred method of securing the pile is stitching the tufts, it goes without saying that any of the pile weaving techniques commonly employed in the carpet industry can also be used.
You can divide the carpet bottoms into primary and secondary backgrounds. The primary bottom is the backing or underside of the carpet, which fixes the pile yarns in position and forms a solid base. The secondary backing is used in the preparation of stitch-tuft rugs and it is attached to the primary backing, which carries the pile in order to give the rug more mechanical strength and dimensional stability, i.e. to give it the ability to resist elongation and shrinkage.
The primary and secondary backings of carpets are usually prepared from coarse, flat woven canvas materials made from jute and sisal. However, fabrics of this type, when used as primary backgrounds, are unsatisfactory because of their thickness, which reduces the length of yarn visible in the pile, their heavy weight and, to a certain extent, their thickness. lack of dimensional stability. Perhaps the most serious flaw in primary jute and sisal carpet backings is their lack of uniformity of thickness and density.
This characteristic is due in part to the actual interstices existing between the various yarns and in part to the large variations in the yarn itself. As a result, in tuft stitching operations, the stitching needles used to stitch the tufts of threads through the bottom of the carpet may either encounter no resistance, due to the large voids, or, in the extreme. opposite, to meet maximum resistance due to the need to penetrate thick or double wires. In still other cases, the stitching needles push the bottom threads aside by penetrating too little or even no distance into the ground thread. The result is that the rows of pile thread stitches are often sinuous along the same longitudinal thread of the bottom, which causes the formation of voids and / or clusters between the adjacent rows of stitches.
This phenomenon, which is known under the name of needle deviation, results in a deformation of the design and on the other hand in the fact that the pile lets see the background between the irregular rows, that is to say that the threads hairs have poor covering power.
Apart from these mechanical difficulties, which are inherent in primary bases based on jute and sisal, the materials mentioned above also have certain degradation defects. These chemical deficiencies are manifested by a strong absorption of humidity and by the inability of the materials mentioned above to withstand the elements. More recently, carpets have been produced which are capable of being used both outdoors and indoors and which have had great success.
one of the prerequisites for outdoor use is naturally that the carpet, that is to say the front pile of the carpet and the bottom, both primary and secondary, are non-absorbent, that they are resistant to mold, do not exhibit a dry rot odor, and be able to withstand the elements without stretching or shrinking.
Although there are already carpet bases having satisfactory weather resistance, these carpet bases which are usually based on thermoplastic ribbons or flat yarns still have a defect with regard to the stitching of the tufts, in particular the deflection of the tufts. needles, as well as insufficient dimensional stability.
A product suitable for use as a carpet base can be obtained by producing a fabric based on fibrillated yarn obtained according to the invention by weaving or knitting such yarns. When the yarn employed is a polypropylene yarn, the fabric is preferably heat stabilized and, if the destination of the fabric is a primary carpet backing, the fabric is also subjected to a calendering operation.
The fibrillated products prepared by the hot melt thinning technique contain individual fibrils whose sections are irregular in shape and size. It should also be noted that in the same fibril one can observe several geometrically different sections. Preferably the fibrillated product employed in the preparation of the interior-exterior carpet and the woven carpet backing is a fibrillated product which is extruded in the form of a sheet or film and which is then worked by suitable mechanical agitation. , in particular by fluid jets, which may be air jets, so as to produce swelling and permanent fibrillation. The film die preferably has an opening height of 0.13 to 1.5 mm.
When extruding polypropylene, it is preferable that the die has an opening height of between 0.5 and 1 mm. The fibrillated yarn prepared in this way can be incorporated into a carpet by stitching tufts in a background using any of the well known needle stitching techniques. However, it is preferable that the pile is a cut pile, so that a final product can be obtained with varying pile heights, which are naturally closer to the appearance of grass.
It is also preferable that the backing employed in the preparation of the interior-exterior carpet is a backing resistant to atmospheric conditions and, more particularly, that it is a backing of synthetic plastic material, woven or non-woven, in which the synthetic plastic material is chosen from the group consisting of polyethylene, polypropylene, nylon and polyesters, this base preferably being a polypropylene of the same formula as the polypropylene used for the preparation of the fibrillated threads used in the pile.
The invention is described below with reference to the accompanying drawing, in which:
Fig. 1 is a diagram which illustrates the hot melt thinning process;
fig. 2 is a diagram which illustrates the cooling and orientation process;
fig. 3 is a photomicrograph of a cross section of the foam extrudate produced by the process illustrated in FIG. 1 before slimming;
fig. 4 is a plan microphotographic view of the extrudate produced by the process illustrated in FIG. i, subjected to a first melt-phase thinning operation;
ivf. 5 is a photomicrograph of the fully thinned product produced by the process illustrated in Fig. 1;
fig. 6 is a photomicrograph of the finished product produced by the process illustrated in FIG. 1;
;
fig. 7 is a photomicrograph of a cross section of the product shown in FIG. 6;
fig. S is a photomicrograph of an extrudate produced by the process shown in fig. 1 subjected to rapid cooling and rapid rewinding;
fig. 9 is a photomicrograph of an extrudate produced by the process illustrated in FIG. 1 subjected to rapid cooling and medium winding;
fig. 10 is a photomicrograph of an extrudate produced by the process illustrated in FIG. 1 subjected to rapid cooling and slow rewinding;
fig. January 1 is a photomicrograph of an extrudate produced according to the process illustrated in FIG. 1 subjected to slow cooling and rapid rewinding;
;
fig. 12 is a photomicrograph of an extrudate produced by the process illustrated in FIG. 1 subjected to slow cooling and medium winding; and
fig. 13 is a photomicrograph of an extrudate produced by the process illustrated in FIG. 1 subjected to slow cooling and slow winding speed;
fig. 14 is a diagram illustrating the process according to the invention.
Referring to fig. 1, a molten mixture of polymer and foaming agent contained in an extruder 1 passes through a die 2 so as to form an extrudate 3 in a satisfactory manner.
The temperature gradient of the extrudate is maintained within a satisfactory temperature range which is initially higher than the melting and softening point of the polymer constituent of the extrudate 3 by means of a fork-shaped member 4. The latter subjects the extrudate 3 to a stream of gas or liquid and, preferably, air maintained in the desired temperature range, i.e. the air stream may be a stream of air of heating or cooling. The thinning of the hot melt extrudate and the resulting fibrillation take place immediately after it leaves die 2. It goes without saying that after melt thinning, a fibrillated end product is produced. in a satisfactory manner.
Nevertheless, it is sometimes preferred to subject the fibrillated product to an additional mechanical treatment and it can be made to pass through a false twist zone such as a skewer 5. After the mechanical treatment, the product is preferably oriented to obtain additional strength by passing through it. a stretching frame 6, which comprises two pairs of tension rollers 8 and a heated shoe 7 arranged between them. The fibrillated and oriented product can be returned to a suitable winding device 9.
Alternatively, the molten mixture of polymer and foaming agent can be extruded as shown in FIG. 2, the polymeric material passing through an extruder 21 and a die 22 into a cooling chamber 23 which contains a suitable cooling fluid. A dip roll 24 is used to keep the extrudate 25 below the surface of the coolant. The extrudate 25 which has been cooled to approximately below the glass transition point of the polymer is then passed over draw wheels 26,27 to stretch and thereby orient the extrudate 25 by any known conventional means. . The oriented and at the same time fibrillated extrudate 25 is then passed through a mechanical processing element 28 to improve fibrillation which may be for example a false twist pin, a knife blade or a series of guides which define a meandering path of the extrudate.
On leaving the mechanical processing element 28, the extrudate 25 is in a completely fibrillated form and can be wound up on a roll 29.
In fig. 14, it is seen that a molten mixture composed of the polymer and a foaming agent, and contained in an extruder 31, passes through a die 32 to form an extrudate 33. The temperature of the extrudate 33 is maintained at a satisfactory level which is greater than the melting or softening temperature of the polymer entering into the composition of the extrudate 33, by means of a fork-shaped element 34.
The latter subjects the extrudate 33 to the action of a stream of gas or liquid, preferably air, maintained in the desired temperature range; that is, the air stream can be a heating or cooling air stream. The thinning of the extrudate 33 which is in the form of a hot melt, and the resulting fibrillation, takes place immediately after the extrudate leaves the die 32. After the melt thinning , a satisfactory fibrillated product is obtained. The fibrillated extrudate then passes over a lubricating roller 35 and then between two driven pressure rollers 36. Between the first set of pressure rollers 36 and a second pair of pressure rollers 37, the extrudate is heated by a radiant heater 38.
The second set of pressure rollers 37, which is driven at a higher speed than the first set of rollers 36, serves to stretch the extrudate to a length equal to three or four times its original length. The stretched fibrillated extrudate then passes over a heating box 39, then it is introduced into a crimping apparatus 40 with a stuffing box. This fibrillated, stretched and crimped extrudate then passes through a fibranne cutting apparatus 41 and the final product, consisting of a bundle of fibers, is then collected in a drum 42.
The following examples illustrate the invention without however limiting it.
Example 1
Pellets of polypropylene polymer (supplied by Hercules Company under the registered trademark Profax) of inherent viscosity 1.7 in decalin at 1350 C are dry mixed with 10% of foaming agent: azodicarbonamide. Mixing is carried out in a cup for 15 minutes. The mixed polymer is then loaded into an extruder having a single, uniform pitch, grooved, chrome-plated screw, the extruder having a horizontal band type die having a slot of about 25.40 X 0.5 mm. The die is fitted with a 500 Watt electric band heater. The polymer is extruded at a rate of 2.5 g per minute.
The extruded sheet is maintained at temperatures above the melting point by means of a cooling fork, the fork having ducts disposed on either side of the extruded film. The conduits are pierced with orifices through which air passes, these orifices having a diameter of approximately 1 mm and being spaced from each other by 3.18 mm. Each duct has two rows of orifices offset at 60. The extruded film is passed over a first roll at a speed of 25 to 35 meters per minute. At this point, a fibrillated product is obtained which is substantially unstretched and unoriented.
The tensile strength properties of a portion of this product are evaluated. The results obtained are reported in the table below. An amount of the unstretched and unoriented fibrillated material was hot released at 120-130 ° C, and the tensile strength properties of this material were reported in the table below. An additional amount of the material of unstretched and unoriented fibrillated polypropylene is subjected to a drawing operation, which is carried out by passing over a shoe heated to 1300 C and then winding the yarn on a roll having a winding speed of 50 to 70 meters per minute this which produces a draw ratio
second roller speed
of 2.5.
first roll speed
The tensile strength properties of the yarn thus produced are given in Table 3 below.
A portion of the extruded and stretched product is subjected to a twist of 5 turns per 2.54 cm and is subjected to a second stretching operation, carried out by passing over a shoe which is maintained at a temperature of 140 to 1500 C approx, for example 1450 C then goes on a stretching roller at a speed of 20 m per minute, which gives a stretch ratio
second roller speed = 1.5 to 2
speed of the first roller, for example 1.7. The tensile strength properties of the yarn thus produced are given in Table 4 below.
Table 1
Wire tensile strength properties
of fibrillated polypropylene
Zero t.p.i. * 5 t.p.i.
Denarius 723 713
Elongation, o / o 27 270
Tenacity, g / d 0.7 1.1
Module, l / d 14 4
* test at number of twists per 2.54 cm (t.p.i.)
Table 2
Wire tensile strength properties
of fibrillated polypropylene, self-crimping
(hot released at 12fil1300)
Zero t.p.i. * S t.p.i.
Denarius 770 760
Elongation, O / o 19 106
Tenacity, g / d 0.2 0.4
Modulus, g / d 3.1 2.5
Crimp elongation, / o ** 15 11
* twists by 2.54 cm
** length of crimped fiber over length of non-fiber
curly X 100.
Table 3
Wire tensile strength properties
of fibrillated polypropylene
(b) extruded, stretched
Zero t.p.i. * 5 t.p.i. *
Denier 360 360
Elongation, O / o 17 38
Tenacity, g / d 2.5 3.4
Module, l / d 33 23
* twists by 2.5 cm
Table 4
Wire tensile strength properties
of fibrillated polypropylene
(c) Extruded-stretched-twisted
(5 twists per 2.5 cm) re-stretched
Denier 240
Elongation, O / o 26
Tenacity, g / d 4.8
Module, l / d 54
Example 2
Polypropylene Profax (Hercules
Company) having an inherent viscosity equal to 1.7 to a foaming agent: 10% azodicarbonamide. The mixture is then placed in a National extruder.
Rubber Machinery using a 12 '' long, 1 '' diameter screw.
The extruder has a die for vertical extrusion, the die having a circular opening 1.43 cm long and 0.32 cm in diameter. The temperature of the rear zone or zone 2 is also maintained at 210 C, while the die head is maintained at 2400 C. The hot molten product is extruded into a cooling water bath, the die head being disposed at 25.4cm above the water surface. The extrudate is cooled by contact with water to a temperature below the melting point of polypropylene and is then passed under a deflection bar disposed below the surface of the water so as to decrease the air voids of the extrudate.
The extrudate is then removed from the cooling water bath and passed over a series of drawing wheels at a winding speed of 200 m per minute, which orients the polypropylene. The oriented material then passes over a series of guides which are arranged so as to cause the extrudate to follow a meandering path, and thus to cause fibrillation. The fibrillated product is then returned to a suitable winding roll.
Example 3
CelconM-25 (polyacetal resin supplied by Celanese Corporation) is mixed with 0.70% foaming agent: 0.70% azodicarbonamide. The mixed material is then placed in a National extruder
Rubber Machiner, this one being equipped with a screw 25.4 cm long and 2.54 cm in diameter. The rear part or zone 1 of the extruder is maintained at 2000 C as is its front part or zone 2. The die head is maintained at 2000 C and the hot molten product is extruded vertically in a circular opening die, this opening being 1.43 cm long and 0.32 cm in diameter.
The polyacetal extrudate is cooled by passing it under an immersion roller placed under the surface of the aqueous cooling bath, then withdrawn from the bath and passed over several drawing wheels at a speed of about 200 meters per minute. The material is thus stretched and oriented, then it is made to follow a sinuous path over several guides with sharp edges to obtain fibrillation and the fibrillated product is returned to a suitable winding device.
The denier, elongation and tenacity of the product are determined which are approximately as follows:
Tensile Strength Properties of Fibrillated Stranded Yarn and Polyacetal Foam
Denier Elongation o / o Tenacity l / d
203 21 3.5
257 24 3.4
Example 4
A polypropylene powder supplied by the Hercules Company under the registered trademark Profax 6501 (intrinsic viscosity 2.8) is mixed with 50% by weight of hydrated aluminum oxide A120S, 3H2O. This mixture is extruded using a screw type extruder.
As the orifice, a die 32 μm in width and 0.5 mm in opening height is used, maintained at 2700 ° C., and the flow rate is set at 450 g / h. A circular ring of air cools the extrudate which is drawn from the die at a speed of 26.4 m / min and at the same time undergoes fibrillation.
The extrudate is then drawn at a stretch coefficient of 2.3 at a temperature of 1200 ° C., in a curved tube stretcher. The stretched material then passes through a jet of air which gives it the appearance of a spun thread. The stretched material is found to have greater toughness than when the polymer is treated with well known swelling agents such as azo bisformamide, benzenesulfonyl hydrazide and p-toluenesulfonylsemicarbazide. The most surprising property of this material is its abrasion resistance which is at least twice as high as that obtained with other well known blowing agents, the data being collated in Table I below.
Table I
Resistance
abrasion Toughness
Bulking agent (cycles) g / d
Aluminum oxide
(hydrated) 12,300 1.6
Azobisformamide 6000 1.35
Table I (continued)
Resistance
abrasion Toughness
Bulking agent (cycles) g / d
Benzene
sulfonylhydrazide 60 0.4
p-toluenesulfonyl
semicarbazide 40 0.7
When carrying out the process of Example 1, using water as the blowing agent in one charge, and A12O33H2O in a second charge, the results of the physical tests on the resulting fibrillated yarns are as shown in
Table II below.
Table II
Oxide
aluminum
Water 207/155
Tenacity, g / d 1.5-2.35 1.5-2.4
Elongation, O / o 16-13 6-22
Resistance to
abrasion (cycle) 2 400 12 300
Very fine coarse fibrillation
The properties shown in the Tables are those of the stretched materials.
Example 5
A polyacetal resin sold by Celanese Corporation under the trademark CelconM-25 is mixed with 30% by weight of sodium tetraborate Na2B4O7, 10HSO. This mixed material is then introduced into an extruder of the National Rubber Macllinery brand, which is equipped with a screw 304 μm in length and 25 mm in diameter. The rear portion of the extruder is maintained at 210 "C while the die head is maintained at a temperature of 240 C.
The hot melt is extruded into a cooling water bath, the die head being disposed 250 mm above the surface of the water.
The extrudate, on coming into contact with the water, is cooled to a temperature below the melting point of the polyacetal resin and it then passes under a deflection bar arranged below the surface of the water. The extrudate is then extracted from the cooling bath and passed over a series of drawing wheels at a winding speed of 200 m / min, which orients the polyacetal. The oriented material then passes over a series of guides which are arranged to cause the extrudate to follow a meandering path and thereby cause fibrillation. The final product consisting of a fibrillated yarn is found to have enhanced abrasion resistance and to possess the trapezoidal section which is characteristic of polymers which have undergone orientation before fibrillation.
Although the nature of the final product obtained by employing hydrated chemical compounds as blowing agents is naturally variable, all products are characterized by their uniformity, or in the spacing of the pores, in the case of preparing a product at low density, or in the dimensions of fibrils, in the case where a fibrillated product is prepared. When the hydrated chemical compound employed is a metallic compound, it is found that the presence of metallic residues in the finished products determines a higher abrasion resistance, greater flame resistance, better antistatic qualities and better cooling properties. tensile strength. The improvement in flame resistance is particularly pronounced when borax is used as the blowing agent.
It can also be seen very clearly that the presence of a metallic residue results in a significant increase in the weight of the final polymer product, this increase in weight naturally being an advantageous characteristic for a large number of end applications of textile products.
When the finished product is a fibrillated product of the type in which the fibrillation is carried out at temperatures above the melting point of the polymeric materials, as shown in Example 4, the product is found to have unique characteristics. The exact reason for the production of fibrils in the thermoplastic resin, hot melt thinned, fibrillated at temperatures above the melting point is not known. However, it is known that swelling mixtures have, immediately after extrusion, a defined structure. In the ideal case, with bubbles of the same size, we obtain a tight packing in dodecahedra, pentagonal.
When the bubbles are packed in this arrangement, the intersection of three bubbles forms three angles of 1200 C. In the method according to the invention, when the thinning takes place in the molten state, the cell structure is never in danger. balanced; the size and shape of the cells are affected by shear forces and pressure and velocity gradients. In the initial stages of extrusion, the polymer foam is force-forced under increasing pressure into a converging film die. Under the effect of compression, the alveoli shrink, thus storing part of the energy developed by the extruder. At the exit of the die, the pressure exerted on the foam decreases and part of the stored energy is released in the form of an expansion of the cells.
During this expansion, the alveoli take on an elliptical shape oriented along the axis of the flow of the polymer film. As the melt leaves the die, the shrinkage of the polymer which is due to cooling and stretching tension determines fibrillation and ensures further thinning. The geometry of the various individual fibrils of fibrillated products obtained by foaming and melt-thinning and fibrillation at temperatures above the polymer melt temperature is novel in that virtually all of the particles have several geometrically different sections. in the same fibril; although the sections are described here as irregular in shape, it should be noted the almost complete absence of flat or planar surfaces.
This characteristic makes the cross section of the fibrillated product obtained by hot melt thinning distinctly different from that of products which are fibrillated by feeding a polymeric material and subsequent mechanical working of this oriented material to produce fibrillation.
When the final product is a fibrillated product in which the extrudate is cooled to a temperature below the melt temperature of the extrudate, oriented and then fibrillated, the individual fibrils have been found to have trapezoidal sections. The trapezoidal section product is naturally distinctly different from the product described above, in which the fbirilles have sections which are almost completely devoid of flat or planar surfaces.
Example 6
A polypropylene powder sold by Hercules Company under the trade name Profax 6501, with a melt index of 2, is mixed with 1% by weight of Kempore (a blowing agent manufactured by National Polychemicals). This mixture is extruded by means of a plastic extruder having a length / diameter ratio of 20: 1. A flat slit film die 152 µm wide, and an opening height of 0.5 mm was used. The temperature of the die is maintained at 2500 ° C. and the flow rate of the extruder is adjusted to 2250 g / h. A fork-type air-cooling device is used which consumes 56 liters of air per minute per centimeter of die. The product which emerges from the die is a flat sheet, well fibrillated, having the appearance of a net.
This sheet is removed from the die by traction at a speed of 30 m / min. This sheet is then formed into a wick or bundle of fibrils and is stretched with a multiplication coefficient of 3 through a curved tube stretching apparatus, heated to 125 C.
The stretched bit is then passed through an oven at 1400 C and, in the same continuous treatment, is passed through a stuffing box crimping machine where it receives a sawtooth crimp at the rate of two corrugations per centimeter and it is then cut into fibrannes 127 mu in length. This staple fiber is then processed three times in a Garnett machine and then spun using wool spinners to be transformed into yarn. The two-ply yarn produced from the single yarns described above is used for the stitching of tufts to form a loop pile carpet and a cut pile carpet having a pile weight of 545 and 860 g / m2, respectively. The resulting carpet has a new hand and a pleasant appearance.
After 40,000 footsteps on the ground, the above carpets showed no visible wear, bristling, or pilling and maintained an excellent appearance. The tenacities of the strands measured at different draw ratios were as follows:
Tenacity Elongation
Ratio of wick to wick
stretching g / d (O / o)
2X 1 12
2.5 X 1.2 14
3 X 1.5 17
3.5 X 1.8 21
Tenacity Elongation
Ratio of wick to wick
stretching g / d (O / o)
4 X 2.2 25
4.5 x 1.9 20
Example 7
The procedure of Example 6 is repeated, except that the polymer employed is Celcon N-25 (polyacetal resin sold by Celanese
Corporation). This resin is mixed with 9.70% of a swelling agent consisting of azo-dicarbonamide.
This mixed material is then poured into a National Rubber Machinery extruder, the extruder being fitted with a screw 305mm in length and 25mm in diameter. The rear part or zone 1 of the extruder is maintained at 2000 C and the hot melt is extruded at a rate of about 2700 g; h. The extruded sheet is then stretched in a hot molten state to produce fibrillation and then assembled into a bundle and then into a wick, and stretched at a multiplicative coefficient of 2.5 per pass through a curved tube drawing apparatus heated to 1250 C. The stretched lock is then crimped by a gear crimping device and cut into strands 152 mm in length. The fibranne once spun and transformed into a thread, turns out to have a pleasant hand and appearance.
The fibrillated yarn prepared according to Examples 1 and 2 can then be incorporated into woven fabrics comprising yarns made solely of polypropylene or of mixtures of polypropylene yarns and yarns of other materials such as, for example, jute, paper. , cotton, rayon and various other synthetic polymeric materials. In order to better understand the procedure employed to incorporate the fibrillated yarns into woven products suitable for use as a carpet backing, examples thereof will be given below.
Although the fabric of fibrillated yarns obtained according to the invention is not limited to a particularly given texture, knitted or woven, the fabric is preferably prepared from yarns having a denier of between about 800 and about 2400. If the a propylene yarn is used and if the fabric is to be used in carpets, it is preferable to employ a heat setting operation which is preferred for the fibrillated foamed propylene yarn, ranges from 125 to 1500 C, for a period of between about 15 seconds and 90 seconds.
When the fibrillated foam yarn fabric is to be used as a primary backing for a carpet, it is preferable that the fabric is subjected to a calendering operation at pressures between about 54 and about 90 kg / linear cm at the temperature of 'about 1250 C to 1500 C. The calendering operation reduces the thickness of the fabric and makes it suitable for use as a primer, an application in which it is desirable to minimize the amount of pile that is trapped in the fabric. the bottom.
When the foamed swelling fibrillated yarn fabric is intended to be used as a secondary background, the calendering operation can be dispensed with; however, it is essential that the fabric have a texture having sufficient porosity to allow vulcanization of a latex coating.
Example 8
We start with a fibrillated propylene foam yarn, with a denier of 1200, prepared as described in Example 1 and this yarn used as warp yarn receives a twist in S at a rate of 20 turns per meter. The foam swelling fibrillated polypropylene yarn employed in the warp yarn and weft yarn is then woven into a fabric having a texture of 5.5 x 3.95 (yarns per cm) on the loom.
The fabric thus obtained can be used as follows:
It is subjected to a heat fixing operation at about 1430 C for a period of about 1 mm.
The heat set fabric is then calendered at a pressure of 90 kg / linear cm at a temperature of about 1380 ° C. The fabric has a final texture of 5.8 x 4.35. This fabric is found to have satisfactory tensile strength, rigidity and porosity. If we compare the polypropylene carpet bottom to a corresponding jute control, we see that the bottom of this polypropylene carpet produces a lower needle deflection of 500/0 than that of the jute control.
Example 9
A 1200 denier foam blown fibrillated polypropylene yarn was prepared as described in Example 2 and the yarn, which was used as the warp yarn, received a Z-twist at 20 turns per meter. The polypropylene yarn used in both warp and weft is then woven into a fabric having a 5.5 x 5.15 construction on the machine.
The fabric thus obtained can be used as follows:
It is subjected to a heat fixing operation at temperatures of 1500 ° C. for a period of about 1 min. The heat-set fabric is then calendered at a pressure of 108 kg per linear cm at a temperature of about 1380 C. The resulting fabric is found to have satisfactory manual tensile strength, satisfactory porosity and rigidity, and to exhibit needle deviation reduced by 5O0 / o compared to the corresponding jute indicator.
The fibrillated yarn prepared according to Examples 1 and 2 can then be stitched in tufts in conventional grounds such as, for example jute grounds or, preferably, stitched in tuft in a synthetic ground such as, for example, a bottom of polypropylene. Although the stitch tuft fabric is not limited to a particular texture, it is preferable that the pile yarns have a denier of from about 800 to about 4000 and preferably about 1200. To better understand the procedure employed for the stitching. stitching tufts of fibrillated threads in the various backgrounds, the following examples will be given.
Example 10
A fully polypropylene carpet backing was prepared by plain weaving, starting with a 1200 denier polypropylene yarn having an S-twist of 20 turns per meter in warp and a weft twist and a weft twist. titer of 5.5 X 3.95. This base was then heat-set and then calendered. The yarn prepared according to the procedure indicated in Example 1 so as to have a denier of 1200, is twisted in Z at a rate of 40 turns per meter. This yarn is then doubled with a second strand composed of a 1200 denier yarn and twisted in Z at 40 turns per meter so as to produce a two-strand, 2400 denier yarn with a Z twist. 20 turns per meter in each strand.
The two-ply yarn is then formed into tufts stitched in the bottom by means of a cut pile tuft stitching machine known in the United States of America as Cobble, 5/32 gauge. The resulting mat has a step count of 8, measured using standard methods
ASTM Pile Floor Coverings Measurement. (See ASTM D-418-42 page 559 of the ASTM Textile Standards, published October 1954 by the American Society for Testing Materials, Philadelphia
Pennsylvania). The pile length was 13mm. The carpet can then receive a latex coating on the bottom so as to fix the stitched pile in tufts.
After subjecting such a carpet to a wear test of 20,000 pitches, it was found that the pile yarns exhibited excellent abrasion and compression resistance and excellent appearance retention capacity.
Example he
A polypropylene carpet backing was prepared by plain weaving from a fibrillated polypropylene yarn, 1800 denier in chair as well as weft, the backing fabric having a denier of 3.95 x 3.95. The fabric, which weighs 172 g / m2, was then heat set and calendered. A foam-blown fibrillated polypropylene yarn, prepared according to Example 2, was treated to give a 1200 denier two-ply yarn. The yarn, which had a Z twist of 40 turns per meter was then processed into tufts stitched in the background by means of a cut pile tufts machine of the type with
Cobble gauge 5/32 above, so as to give a step count of 7.
The measurements are carried out according to the standard ASTM methods for measuring pile floor coverings and, more particularly, in accordance with the ASTM D-418-42 standard. The height of the pile measured is 13 mm. The bottom can then receive a latex coating to fix the stitched pile in tufts. Such a carpet, subjected to a wear test of 20,000 paces, is found to exhibit satisfactory abrasion and compressive resistance and also satisfactory ability to retain appearance.
The process of the invention can be used with all thermoplastic resins which can be produced by melt extrusion. Among the suitable resins one or more polymers and / or copolymers of materials such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polymethyl-3-butene, polystyrene, polyamides such as polyhexamethylene adipamide and polycarbolactam will be mentioned. ; acrylic resins such as polymethyl methacrylate and methyl methycrylate, polyethers such as polyxymethylene, halogenated polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, polyurethanes, acetates , cellulose propionates, butyrates etc., polycarbonate resins and polyacetal resins.
Resins which have been found particularly suitable for use are polyethylene, polypropylene, polystyrene, and polymetllyl-3-butene and poly-3-methyl-pentene-1.
The process of the invention can be used with all thermoplastic resins which can be produced by melt extrusion. Among the suitable resins will be mentioned one or more polymers and / or copolymers of materials such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polymethyl-3-butene, polystyrene, polyamides such as polyhexamethylene adipamide and polycaprolactam; acrylic resins such as polymethyl methacrylate and methyl methacrylate, polyethers such as polyoxymethylene, halogenated polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, polyurethanes, acetates , cellulose propionates, butyrates etc., polycarbonate resins and polyacetal resins.
Resins which have been found to be particularly suitable for use are polyethylene, polypropylene, polystyrene and 3-poly-methyl-butene and 3-poly-methyl-pentene-1.
When the hot molten extrudate is extruded into a cooling medium to lower the temperature of the polymer below the melting or softening point and when the extrudate is then oriented, it is preferable that the polymeric material used is a polymeric material which exhibits a high degree of orientation. Polymers exhibiting a high degree of orientation are polyamides, polyesters and polyolefins. Polyolefin polymers include polypropylene, polyethylene, polymethyl-3-butene, and their copolymers.
The term orientation as used herein can be defined in terms of birefringence and x-ray diffraction. The birefringence index is calculated by the following formula:
r
birefringence index = ntt = n11- n,
d where d is the diameter of a single extrudate, n11 is the index of refraction in a direction parallel to the axis of the extrudate, n1 is the index of refraction in a direction vertical to the axis of the extrudate and r is the value of the delay as measured by a polarizing microscope with a Berek compensator.
When the diameter of the extrudate is difficult to measure, or is not uniform, the birefringence index can be obtained by measuring the refractive index in a direction parallel to the longitudinal axis of the extrudate and along a direction perpendicular to the longitudinal axis of the extrudate, while the latter is immersed in a fluid.
When fibrillated products are to be produced from polypropylene, it has been found that satisfactory fibrillation is obtained by hot melt thinning using polypropylene having at the time of fibrillation a birefringence of less than about 0.020 and preferably. ranging from 0 to 0.015.
When, however, a fibrillated product is prepared from a foamed polypropylene which has been extruded directly into a cooling bath and thereby cooled to a temperature below the melting or softening point and then oriented, the birefringence should be at the time of fibrillation greater than 0.020 and preferably between 0.023 and 0.0035.
The degree of orientation required of polymeric materials other than polypropylene is best represented in terms of X-ray diffraction and more particularly in terms of orientation angle. The orientation angle is a parameter which represents the alignment of the molecular axes of the material forming the extrudate with respect to the longitudinal axis of the latter. Orientation angles are measured according to the technique of H. O. Ingersol, Journal of Applied Physics, 17, 924 (1946) on the instrument described by J. E. Owens et al.
W. O. Statton, Acta Crystallographic, 10, 560 (1957).
In general, when hot melt thinning fibrillated products are obtained, the polymeric material can exhibit an orientation angle of up to 180. When, however, a fibrillated product is prepared by direct extrusion into a cooling bath and thus by cooling to a temperature below the melting or softening point, the polymeric material should exhibit an acute angle of orientation and preferably an angle of no greater than 55 "and better not more than 20
Fig. 3 shows the section of the solid foam before thinning. As the photograph shows the solid polymer, the distribution of the foam cells may have changed during solidification.
Fig. 4 is a section of the initial extrudate showing the transition from solid foam to filament.
The cells shown in the photomicrograph are ellipsoids whose size and degree of thinning increase in the direction of winding.
A section of the film already stretched and cooled and shown in fig. 5. The polymer separations depicted as ellipsoidal cells in FIG. 4 become elongated parallel border lines dividing the skin into filamentary sections. The section of this portion consists of large masses of polymers separated by a relatively long and thin film.
The fibrillated film, as obtained on winding up, is shown in FIG. 6. The corresponding sections in fig. 7 have irregular shapes and dimensions; several voids per cross section always come from the initial foaming process. It should be noted that nearly all of the fibrils will each have several sections of different geometry.
The geometry of the fibrillated product produced by hot melt thinning is determined to an appreciable extent by the control of the temperature of the extrudate and by the draw ratio or the winding speed. Figs. 8 to 13 illustrate how the processing conditions affect the geometry of the fibrillated product. The thermoplastic resin used to produce the products shown in fig. 8 to 13 is polypropylene (Profax 6823 sold by Hercules Company) containing 10% by weight of foaming agent: azodicarbonamide. The die used is a rectangular die of 0.05 mm X 152 mm.
The treatment variables for each of fig. 8 to 13 are shown in Table 5 below:
Table V
EMI11.1
<tb> <SEP> Cooling <SEP> speed <SEP>
<tb> <SEP> slow <SEP> fast
<tb> <SEP> D <SEP> F
<tb> <SEP> cooling <SEP> 0.18 <SEP> m3 / h <SEP> cooling <SEP> 0.6 <SEP> m3 / h
<tb> <SEP> winding <SEP> 2.5 <SEP> m / mn <SEP> winding <SEP> 2.5 <SEP> m / mn
<tb> <SEP> slow <SEP> 1 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m
<tb> <SEP> thickness <SEP> 0.177 <SEP> mm <SEP> thickness <SEP> 0.127 <SEP> to <SEP> 0.177 <SEP> mm
<tb> bO
<tb> (d
<tb> <SEP> cooling <SEP> 0.18 <SEP> m3 / h <SEP> cooling <SEP> 0.6 <SEP> m3 / h
<tb> winding <SEP> 5.0 <SEP> m / mn <SEP> winding <SEP> 5.0 <SEP> m / mn
<tb> <SEP> average <SEP> 2 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m
<tb> <SEP> thickness
<SEP> 0.177 <SEP> mm <SEP> thickness <SEP> 0.127 <SEP> to <SEP> 0.177 <SEP> mm
<tb> 8
<tb> <SEP> cooling <SEP> 0.18 <SEP> ma / h <SEP> cooling <SEP> 0.6 <SEP> m3 / h
<tb> <SEP> winding <SEP> 10 <SEP> m / mn <SEP> winding <SEP> 10 <SEP> m / mn
<tb> <SEP> fast <SEP> 3 <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m <SEP> Q <SEP> 7,776 <SEP> g / m
<tb> <SEP> thickness <SEP> 0.076 <SEP> to <SEP> 0.177 <SEP> mm <SEP> thickness <SEP> 0.076 <SEP> to <SEP> 0.102 <SEP> mm
<tb>
In Table 5, the cooling is given in m³ of air per hour, the winding speed in meters per minute, q is the extrusion speed in g / min and the thickness is given in mm.
As indicated above, FIG. 8 shows a fibrillated product produced with high cooling and high winding speed; fig. 9 shows a fibrillated product produced with high cooling and medium winding speed; fig. 10 shows a fibrillated product produced with high cooling and low winding speed; fig. 11 shows a fibrillated product produced with low cooling and high winding speed; fig. 12 shows a fibrillated product produced with low cooling and low winding speed.
As can be seen from the photomicrographs of Figs. 8 to 13, the voids of the fibrillated products are more marked at a low winding speed. When using low cooling rates, it can be seen that a more open fibrillated product structure occurs with much more irregularities. The irregularities are non-thinned and therefore non-fibrillated parts of the polymer. It goes without saying that it is desirable to reduce the presence of irregularities as much as possible.
It is therefore preferred to use high cooling rates during hot melt thinning.
Since the draw ratio or the winding speed of the hot melt thinned fibrillated product determines the denier of the fibrils, there is no preferred winding speed. When producing, for example, a polypropylene extrudate, winding speeds of 10 to 80 m per minute are satisfactory. When preparing, for example, a polystyrene extrudate, the winding speed should be between 10 and 150 m per minute.
The hot melt tension fibrillated product in its broad or skin form, i.e. prior to its transformation into yarn, is found to be markedly different from fibrillated products produced by cooling below the melting point. or softening then in effect killing orientation before fibrillation. The hot melt stretched product was found to have a structure with voids. when in a relaxed monoplanar position; whereas a product which has undergone orientation prior to fibrillation will lose its void structure when released into a monopolar position.
CLAIM I
Process for the production of a fibrillated product, characterized in that a mixture of a thermoplastic resin and a foaming agent is extruded and the extrudate is then fibrillated.
SUB-CLAIMS
1. Method according to claim I, characterized in that the fibrillated product obtained is subjected to additional fibrillation by mechanical treatment.
2. Method according to claim I, characterized in that after extrusion and before fibrillation, the extrudate is subjected to the action of a cooling bath which cools the extrudate to a temperature below the melting point. or softening the thermoplastic resin.
3. Method according to claim I, characterized in that after extrusion, the extrudate is maintained at a temperature close to the melting point or softening point of the thermoplastic resin until the fibrillation is terminated.
4. Method according to claim I, characterized in that the thermoplastic resin is polypropylene.
5. Method according to claim I, characterized in that a hydrated compound is used as a foaming agent and the thermal decomposition of the hydrated compound is caused, to release at least part of the water of hydration and to foam the thermoplastic resin. .
6. Method according to sub-claim 5, characterized in that the hydrated compound is an inorganic compound which releases at least part of the water of crystallization at a temperature between the melting point of the thermoplastic polymer and the extrusion temperature. polymer.
7. Method according to sub-claim 5, characterized in that the hydrated compound is Al2OS.3H2O, Na2B4O7.10H2O, NCO2.H2O, Na2SO4.10H2O, CaSO4.2H2O or CaHP4.2H2O.
8. Method according to claim I, characterized in that the product obtained is cut into strands.
CLAIM II
Fibrillated product obtained by the process according to