EP0027777A1 - Process and device for the simultaneous production of a plurality of filaments by electrostatic means, and application of the process to produce non-woven products or coverings - Google Patents

Process and device for the simultaneous production of a plurality of filaments by electrostatic means, and application of the process to produce non-woven products or coverings Download PDF

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EP0027777A1
EP0027777A1 EP80810306A EP80810306A EP0027777A1 EP 0027777 A1 EP0027777 A1 EP 0027777A1 EP 80810306 A EP80810306 A EP 80810306A EP 80810306 A EP80810306 A EP 80810306A EP 0027777 A1 EP0027777 A1 EP 0027777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filaments
inclined surface
lower edge
plate
electrostatic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP80810306A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Yves Trouilhet
Peter Moosmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Battelle Memorial Institute Inc
Original Assignee
Battelle Memorial Institute Inc
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0061Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H13/00Other non-woven fabrics

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and a device for simultaneously manufacturing a plurality of filaments electrostatically, as well as products which can be obtained using such a method.
  • thermoplastic materials capable of being ground in the pulverulent state the most suitable means for forming a regular layer of molten thermoplastic material on the filiform electrode consisting in fact coating this electrode with powdered material and then melting this powdered material, so that this choice remains relatively limited (all the materials cannot in fact be ground to the powder state).
  • the object of the present invention is precisely to at least partially remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a particularly simple method making it possible to simultaneously produce a large number of fibers or filaments, this production being able, moreover, to be carried out from materials having very diverse initial forms.
  • the present invention finally relates to the various products which can be obtained using such a method and / or device.
  • one of the essential characteristics of the process and / or device described above resides in the continuous formation on at least one inclined surface of a layer of a normally dielectric material maintained, at least in the lower part of this inclined surface, in a sufficiently fluid state to be able to flow continuously by gravity to the lower edge of this inclined surface, the simultaneous formation of a plurality of filaments then being obtained by electrostatic drawing. tick of at least the portion of this fluid layer arriving continuously on this lower edge.
  • the realization of such a continuous flow of the spinnable material 'along a inclined surface has the major advantage of allowing a continuous flow of material at the lower edge of the inclined surface, and consequently the constant renewal of this material at this lower edge, as it is removed to give rise to the formation of filaments.
  • the constant renewal of material in the electrostatic drawing zone (moreover assured, as can be seen, in a particularly simple manner) can in particular be used to ensure the formation of filaments of indefinite length.
  • the normally dielectric materials capable of being thus spun by the process according to the invention can be of very diverse nature, the essential thing being that they can be temporarily maintained in a sufficiently fluid state to allow their continuous flow in the form of a regular layer along an inclined surface, at the same time as their electrostatic drawing in the form of filaments (any dielectric material can indeed be electrostatically spun only if its viscosity can be lowered enough to allow the electrostatic forces of the '' prevail over the reaction forces developed by viscosity), while nevertheless being capable of relatively rapid solidification after cessation of their maintenance in this fluid state (in order to allow the filaments obtained present, when arriving on their receiving surface, a degree solidification sufficiently pronounced not to be forced to automatically give back t instead of a continuous fluid layer).
  • thermoplastic or hot-melt materials namely materials capable of being brought into a sufficiently fluid state by heating, and of then be re-solidified sufficiently quickly (all the more quickly since it is a question of filaments of relatively small section) by simple cooling (in principle natural cooling, nevertheless capable of being reinforced by any suitable means, such as for example circulation of gas against the current of the direction of progression of the filaments).
  • thermoplastic materials should here be understood in a much broader sense than that normally used in the field of plastics
  • spinning plastics such as polypropylene, polyethylene, etc ..., inorganic materials such as glasses, etc ... or other very diverse materials such as coal or petroleum pitch, chocolate, etc.
  • the layer intended to be formed continuously on the inclined surface according to the invention by means of such thermoplastic or hot-melt materials can advantageously be maintained in a sufficiently fluid state (to allow its continuous flow along this inclined surface) by adequate heating of this inclined surface, such heating of this inclined surface may, in a particularly advantageous manner, be achieved by the Joule effect, while providing for using r an inclined surface made of an electrically conductive material (such an electrically conductive material should however be chosen so as to have a sufficiently high resistivity to allow good energy dissipation, as well as a sufficiently strong oxidation resistance to prevent any risk of oxidation during its heating, so that it may advantageously consist of one of the types of materials normally used as a resistive heating element in electric heaters).
  • thermoplastic or hot-melt material on the inclined surface can, for its part, be carried out in very different ways (which will be described later), the thermoplastic or hot-melt material being able in particular to be poured onto the inclined surface under a still solid form (and brought into a sufficiently fluid state only after contacting the inclined surface) or on the contrary in an already fluid form or even completely melted. It can therefore be seen that the above-described formation process of the continuous flow of material along the inclined surface allows the use of thermoplastic or hot-melt materials likely to be presented in the most diverse initial forms such as powder, granules, flakes, mass pays, melt, etc ...
  • This continuous flow of spinnable material along the inclined surface will moreover preferably be adjusted so as to give a flow of material at the lower edge of this inclined surface which is regular over the entire extent of the lower edge as well as constant over time, so as to allow the formation of regular filaments with constant characteristics and reproducible over time (the diameter of the filaments obtained depends in particular directly on this flow of material at the lower edge of the inclined surface).
  • This adjustment of the material flow rate can be carried out in various ways, which will be explained later.
  • This first electrode provided with a relatively sharp edge can, in a particularly advantageous manner, be precisely constituted by the lower edge of the inclined surface supporting the fluid layer of spinnable material, in the case where this inclined surface is made of an electrically conductive material (this lower edge then having to be shaped according to a profile which is sufficiently "sharp" to give rise to the required field concentration).
  • This first electrode provided with a relatively sharp edge can nevertheless, in certain application cases, be constituted by an annex electrode entirely distinct from this lower edge (the inclined surface then being able in particular in such a case to be made of a material not electrically driver).
  • the filaments thus obtained by electrostatic drawing can be collected directly on the counter-electrode placed at a distance from the field concentrating electrode, or alternatively on any other suitable receiving surface interposed in front of this counter-electrode (for example receiving surface constituted by tissue , paper, or other suitable material).
  • the filaments thus obtained by electrostatic drawing can also (taking into account the ability of the method according to the invention to be able to produce filaments of indefinite length) be advantageously subjected to a drawing operation before reaching their receiving surface, this drawing operation which can be carried out by all the appropriate cores (such as for example drawing trains arranged on the path of the filaments upstream of their receiving surface).
  • the filaments thus collected on an entire suitable receiving surface can then be the subject of very diverse applications such as production of non-woven products, formation of a continuous coating on an appropriate surface by subsequent melting of the filaments thus collected on this surface, etc.
  • the inclined surface intended to allow a continuous supply of a spinnable material into the electrostatic drawing zone can finally take very diverse forms, depending on the type of applications envisaged.
  • This inclined surface can thus take the form of a flat plate (inclined with respect to the vertical) of relatively large longitudinal extension, in the case where it is desired, for example, to collect the filaments on flat receiving surfaces (the counter-electrode can then in this case advantageously be constituted by a flat conductive plate of longitudinal extension substantially equivalent to that of the drawing zone, arranged horizontally below and at a distance from the rectilinear lower edge of this flat inclined plate).
  • This inclined surface can also take the form of a frustoconical surface, in the case where it is desired for example to collect the filaments on tubular receiving surfaces (the counter-electrode can then in this case advantageously be constituted by a conductive plate annular disposed concentrically to the axis of revolution of the frustoconical inclined surface, at height and at a distance from the circular lower edge of the latter.
  • the method and / or device according to the invention is not, of course, in any way limited to the use of a single inclined surface (although mention has hitherto been made of a single surface in the description), and on the contrary, it is quite possible to envisage the simultaneous use, in the same apparatus, of a plurality of inclined surfaces arranged one next to the other, so as to allow the simultaneous production of several pluralities of filaments.
  • Such production can in particular be taken advantage of so as to allow the production of non-woven multilayer products of relatively large overall thickness (receiving surface then passing successively vertically below each of the inclined surfaces), the mn-woven products thus made which can also be optionally composite (by providing a supply of different materials on the different inclined surfaces).
  • the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can take an electrically conductive flat plate 1 of rectangular shape, the longitudinal extension of which is relatively high compared to its transverse extension (for example longitudinal extension of about 100 cm for a transverse extension of approximately 2cm).
  • This flat conductive plate 1 is mounted by its respective ends to la and lb on two inclined insulating arms 3a and 3b (themselves connected to a frame 4), so as to be held in an inclined position relative to the vertical in its transverse direction (inclination of the plate 1 chosen of the order of 45 °) while extending substantially horizontally in its longitudinal direction.
  • the conductive plate 1 is also my tee on the respective inclined arms 3a and 3b so that it can be put under mechanical tension in its longitudinal direction.
  • one of the ends 1a of this plate 1 is held in a fixed position on the corresponding inclined arm 3a (for example by means of screws), while its other end 1b is connected to the other inclined arm. 3b by means of threaded rods sliding freely through this arm 3b, so as to allow the mechanical tensioning of the plate 1 by compression, by means of nuts 7, of springs 6 threaded on the free end of the rods 5 projecting from the rear face of the inclined arm 3b.
  • this inclined plate 1 is also curved backwards, so as to delimit a straight lower edge 2 having a rounded profile with a relatively small radius of curvature (for example radius of curvature of the order of 0, 4mm, the thickness of the plate 1 being also of the order of 0.3mm).
  • Plumb with the front face of this inclined plate 1 is also arranged an electrically conductive flat counter plate 8 of rectangular shape, whose longitudinal extension is equivalent to that of plate 1, and whose lower end is also advantageously bent backwards (namely towards its face opposite to that facing the plate 1) so as to delimit a straight lower edge 9 with a rounded profile.
  • This conductive counter plate 8 is mounted by its respective ends 8a and 8b on two vertical insulating arms 10a and 10b (themselves connected to a frame 11), so as to be held in its transverse direction in a substantially vertical position, while extending by its lower rectilinear edge 9 above the substantially central part of the front face of the plate 1.
  • the mounting of this counterplate 8 on its respective vertical arms 10a and 10b is also carried out so analogous to the mounting of the plate 1 on its respective inclined arms 3a and 3b, so as also to allow the mechanical tensioning of this counterplate 8.
  • the inclined plate 1 and the vertical plywood 8 are thus arranged one with respect to the other in such a way that the vertical plywood 8 delimits in cooperation with the par upper tie the one of the plate 1 a longitudinal space 12 in the form of a V, the lower rectilinear edge 9 of the counter plate 8 delimiting, moreover, with the corresponding portion of the plate 1 a longitudinal opening 13 of constant width (under which s 'extend the lower part Id of the plate 1 provided with its lower rectilinear edge 2).
  • the width of this longitudinal opening 13 is moreover capable of being adjusted by vertical movement of the chassis 11, using appropriate means not shown in the drawing (vertical movement shown diagrammatically in the drawing by the arrow F).
  • a hopper 15 made of an electrically insulating material, fixed to the respective arms 3a and 3b of the chassis 4 by means of lugs fastening 16.
  • This hopper 15, which is intended to be filled with a thermoplastic material in the solid state capable of being in any suitable initial form, is arranged above the longitudinal space 12 so that its longitudinal walls just come flush with the respective upper edges of the plates 1 and 8 (fig.
  • thermoplastic material delivered by this hopper 15 in order to allow the thermoplastic material delivered by this hopper 15 to come freely to contact the walls opposite the respective plates 1 and 8 (this hopper 15 being furthermore designed so that its end walls, on the other hand, extend to the bottom of the V-shaped space 12, in order to prevent the material 12 from being able to escape laterally).
  • the electrically conductive plates 1 and 8 are also intended to be traversed by a longitudinal electric current in order to allow their heating by Joule effect, so as to cause a sufficient softening of the thermoplastic material thus brought into contact with them (the constituent electrically conductive material of these plates 1 and 8 must then be chosen so as to be sufficiently resistive to allow good dissipation of energy, as well as sufficiently resistant to oxidation to prevent any corrosion during its heating).
  • the respective ends 1b and 8b of these plates are intended to be connected to one of the poles of a source of ten alternative Zion S (of the order of 10V), the other pole of which is connected to ground, the other ends 1a and 8a of these plates also being also connected to ground.
  • HV source of the order of 20 to 40 kv
  • This metal plate 18 thus capable of being brought to a continuous high voltage is intended to allow the establishment in cooperation with the lower rectilinear edge 2 of the plate 1 connected to ground (apart from the low alternating voltage established in the direction longitudinal of the plate 1), of an intense electrostatic field coming to be concentrated on this lower edge 2 (this lower edge 2 thus playing the role of a field concentrating electrode in the device thus described, and the metal plate 18 that of 'a counter electrode).
  • a flexible receiving surface 19 capable of being drawn continuously from a supply roller 20 to be rewound continuously on a storage roller 21, by means of a motor drive 22 mounted on the roller shaft 21.
  • the opening 13 is then restored to the desired width for the rest of the process, thus giving rise to the formation of a regular molten layer 25 flowing continuously by gravity along the lower part ld of the plate 1, according to a perfectly constant flow over time.
  • the perfectly constant nature of this flow is explained by the fact that it only depends on the height of the molten bath 24, which is precisely fixed by the free height of the heated plates 1 and 8 above the opening. 13, as well as the width of the opening 13, which is also precisely fixed by the rigorous arrangement of the plates 1 and 8 relative to each other (any risk of deviation in the width of this opening 13, likely to occur due to the heating of the plates 1 and 8, being precisely suppressed by the mechanical tensioning of these plates 1 and 8).
  • the filaments 26 thus propelled towards the counter-electrode 18 are then collected on the flexible receiving surface 19, the distance between this receiving surface 19 and the field concentrating electrode 2 being moreover chosen large enough for the filaments 26 to arrive on this receiving surface with a degree of solidification sufficient to allow them to keep their filament shape.
  • the filaments 26 thus obtained are moreover capable of being drawn according to indefinite lengths, taking into account the constant renewal of the portion of material 25 fed continuously on the field concentrating electrode 2.
  • the rigorously exact explanation of such a charging mechanism is however absolutely not essential for a good understanding of the process according to the invention, the teaching given elsewhere as to this process appear indeed amply sufficient to allow its reproduction by those skilled in the art, even without precise knowledge of this charging mechanism.
  • the device shown in fig.l and 2 could thus, by way of example, be used to ensure the formation of polypropylene filaments of indefinite length.
  • the parties polypropylene cules introduced in the solid state into the hopper 15 were heated using the plates 1 and 8 to a temperature of about 250 ° C, so as to give rise (the length of the opening 13 being fixed at approximately 1 mm, and the height of the molten bath 24 at approximately 10 mm) to the production of a continuous flow 25 along the lower part of the inclined plate 1 which has a viscosity of the order of 100 Newtons x sec / m 2 , as well as a mass flow rate of the order of 5 mg / sec per unit length (meter) of the inclined plate 1.
  • Fig.3 illustrates a variant of the form of execution of Figs. 1 and 2, which differs essentially from the latter (the identical elements remaining assigned the same reference signs of the drawing) by the fact that the lower part ld of the inclined plate 1 is here curved towards the rear face of the upper part lc of this plate 1, instead of extending in the extension of this upper part (as before), in order to allow the production of a regular layer 25 which flows continuously under this lower part ld, instead of flowing over this lower part as before (the flow 25 remaining here nevertheless pressed against the lower part ld thanks to the surface tension).
  • This variant has the advantage of allowing the entire extent of the flow 25 to be located opposite the counter-electrode 18, instead of the only lower portion of this flow as previously, which ensures better electric charge of the material to be electrostatically drawn (the electrostatic field being located effect here applied to the entire extent of the flow 25, instead of being applied to the sole lower portion of this flow as previously).
  • Fig.4 illustrates a second embodiment of the device according to the invention, which differs from the first embodiment of Fig.l and 2 essentially by the means used to form the continuous flow of thermoplastic material 25 on the inclined plate 1.
  • the means making it possible to produce a reservoir of molten material above the inclined plate 1 namely, use of a hopper 15 in combination with a vertical counterplate 8
  • a simple hopper 31 disposed directly above the upper part of the inclined plate 1.
  • This hopper 31 is responsible for discharging, via an adjustable valve 32, particles of thermoplastic material in the solid state directly on the upper part of the plate 1.
  • this plate 1 by Joule effect then has the effect of causing the adhesion of the solid particles arriving in contact, these particles adhering to the plate 1 then gradually softening under the effect of the heating of this plate to give rise to the formation of a regular layer quickly brought into a sufficiently fluid state to cause its continuous flow u 25 along the plate 1.
  • the flow rate of this continuous flow 25 can for its part be adjusted to the desired value by appropriate actuation of the control valve 32.
  • the continuous flow 25 thus produced can then be electrostatically drawn in the form of filaments 26, as it arrives at the electrode 2, in the manner already described above.
  • Fig.5 illustrates a first variant of the embodiment shown in Fig.4 (identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing), which differs essentially from the latter by the complementary use of a wire additional electrically conductive 41 extending below the lower edge of the inclined plate 1.
  • This wire 41 is also connected to ground so that it serves as a field concentrator electrode in place of the lower edge 2 (the 3rd field lines coming to concentrate on this wire 41 instead of concentrating on the lower edge as before ).
  • the electrostatic field no longer acting at the lower edge 2, the layer 25 maintained in continuous flow along the inclined plate 1 by the heating of this plate then simply spills onto the wire 41 also heated by Joule effect , so that the filaments 26 are now drawn continuously from this thread 41.
  • thermoplastic material has the major advantage of allowing the thermoplastic material to be heated in two successive stages of unequal duration, namely a first stage of relatively long duration at the inclined plate 1, during which the material is heated to a sufficient temperature. weak to avoid its degradation (but nevertheless sufficient to allow its flow along this plate), and a second short-term step at the level of the wire 41, during which the material is rapidly heated to a temperature sufficient to allow it to be drawn electrostatic (temperature allowing its viscosity to be lowered to a sufficiently low value for the electrostatic forces to prevail over the viscosity forces).
  • Fig.6 illustrates a second variant of the embodiment shown in Fig.4. (the identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing), according to which the filaments are drawn from a material in solution instead of a thermoplastic or hot-melt material as previously.
  • the hopper 31 is replaced by a tube 51 provided with a longitudinal slot 52, placed directly above the upper part of the inclined plate 1.
  • This tube 51 which is connected by means of an adjustment valve 53 to a reservoir 54 filled with material in solution, is responsible for pouring onto the inclined plate 1 a film of solution 25 continuously flowing by gravity along this plate 1 (the flow of this continuous flow 25 being moreover capable of being adjusted by means of the valve 53).
  • the field concentration necessary to ensure the electrostatic pulling of the filaments can then in this case be advantageously ensured by an annex electrode in the form of a blade 55 connected to ground, arranged so that its sharp edge 55a points towards the portion of solution 25 arriving at the lower edge 2 of the plate 1.
  • the receiving surface 19 is also, as a complementary variant, made of an electrically conductive material (for example a metallic mesh), so that one can then consider purely and simply suppressing the counter-electrode 18, and connecting the high voltage source HT directly to this conductive surface 19, by means of a sliding contact 56.
  • an electrically conductive material for example a metallic mesh
  • Fig.7 illustrates a third embodiment of the device according to the invention, intended to allow the drawing of filaments from a circular drawing area, in order to obtain that these filaments can be collected on a receiving surface tubular.
  • This embodiment comprises an inclined electrically conductive surface 61 of frustoconical shape, provided with a circular lower edge 62.
  • This frustoconical surface 61 is electrically interrupted in the circumferential direction by an insulating strip 63 extending along a of its generators, so as to allow it to heat up by the Joule effect by means of an alternating current source S suitably connected by its two poles to this surface 61 (ie on either side of the insulating strip 63, one poles of this source S being also grounded).
  • a hopper 64 responsible for discharging a pulverulent thermoplastic material on the upper part of the external face of this frustoconical surface 61.
  • the heating by Joule effect of this surface 61 then gives rise to the formation of a regular layer 65 continuously flowing over the entire periphery of the truncated surface 61, until it reaches the circular lower edge 62 of this surface 61.
  • Con centrally at the surface 61, and at the edge 62, is also arranged an annular counter-electrode 68, connected to one of the poles of a high voltage direct current source HV whose other pole is connected to ground .
  • the portion of material 65 arriving continuously on the circular lower edge 62 is thus subjected to an intense electrostatic field sufficiently concentrated on this portion to allow the electrostatic drawing of the latter in the form of filaments 26, which are then likely to be collected on a tubular receiving surface 69 in axial movement in front of the counter-electrode 68.
  • Fig.8 illustrates a fourth embodiment of the device according to the invention, which differs from the first embodiment of Fig.l and 2 essentially in that it comprises a plurality of rectilinear stretching zones arranged one beside the other instead of having only one as in this first embodiment (the identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing).
  • This embodiment thus comprises a plurality of inclined plates 1 extending one beside the other on the same horizontal level, with each of which there is associated a counter plate 8 as described previously in FIGS. 1 and 2.
  • the different longitudinal spaces 12 in shape (the V delimited between these pluralities of plates 1 and 8 are capable of being supplied with thermoplastic material in the pulverulent state by a single hopper 75, the heating by Joule effect of these pluralities of plate 1 and 8 then giving rise to the formation of continuous flows 25 progressing along the lower part of each of the plates 1 until reaching their straight edges 2.
  • the different pluralities of filaments 26 drawn electrostatically from each of these edges rectilinear 2 (by means of a single counter-electrode 18 extending below the different concentrating electrodes 2) can then be collected successively on a recessed surface single appropriate eptrice 19 parading in front of the counter electrode 18, in order to allow for example the production of non-woven multilayer products of relatively high overall thickness.
  • the non-woven products thus obtained are moreover capable of being composite, while planning to carry out contributions of different materials on the different inclined plates 1 (then providing for example to use a compartmentalized hopper 75, as sketched in dotted lines in the drawing, so as to allow the filling of the different compartments with different materials).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

The device comprises an inclined conducting plate (1) defining, in cooperation with a vertical conducting plate (8) arranged plumb with the central portion of the plate (1), a V-shaped longitudinal space (12) comprising at the lower part thereof a longitudinal opening (13). A hopper (15) arranged plumb with the plates (1 and 8) supplies the space (12) with thermoplastic material, which material is maintained at a molten state at the plates (1 and 8) by heating these plates by Joule effect. The molten bath thus provided in the space (12) gives rise to the formation of an even molten layer (25) flowing continuously by gravity along the lower portion (1b) of the plate (1). The flowing portion (25) arriving at the level of the lower edge (2) of the plate (1) is then subjected to a strong electrostatic field sufficiently concentrated on that lower edge (field provided by application, on a counter electrode 18 located at a distance from the edge 2, of D.C. high voltage by means of an HT source, the edge 2 being earthed) to drive the electrostatic drawing of that portion in the form of filaments (26). Application particularly to the production of non woven product.

Description

Domaine techniqueTechnical area

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour fabriquer simultanément une pluralité de filaments par voie électrostatique, ainsi que des produits susceptibles d'être obtenus à l'aide d'un tel procédé.The subject of the present invention is a method and a device for simultaneously manufacturing a plurality of filaments electrostatically, as well as products which can be obtained using such a method.

Technique antérieurePrior art

La formation de fibres ou filaments par tirage électrostatique est une technique développée depuis longtemps. Les différentes méthodes proposées jusqu'à présent pour une telle formation de fibres ou filaments ne sont cependant pas sans présenter un certain nombre d'inconvénients.The formation of fibers or filaments by electrostatic pulling has been a technique developed for a long time. The various methods proposed so far for such a formation of fibers or filaments are however not without presenting a certain number of drawbacks.

Il a déjà été ainsi proposé, à titre d'exemple, de former des fibres par tirage électrostatique à partir d'une substance thermoplastique fondue disposée à la surface d'un substrat filiforme servant d'électrode débitrice (comme décrit dans le brevet anglais 1.484.584). L'avantage majeur de ce procédé réside dans son aptitude à pouvoir former simultanément un grand nombre de fibres, de sorte qu'il se prête particulièrement bien à la fabrication de produits non tissés. Un tel procédé présente cependant le grand inconvénient de ne donner lieu qu'à des fibres de longueur limitée, du fait de la masse finie de matière thermoplastique fondue dépo- sable sur l'électrode filiforme (la matière thermoplastique résiduelle restant sur l'électrode en fin de tirage devant par ailleurs être éliminée de cette électrode par brûlage, avant de pouvoir procéder à un nouvel apport de matière, ce qui constitue un inconvénient supplémentaire pour le procédé). Le choix des matières filables selon ce procédé est en outre réduit à celles des matières thermoplastiques capables d'être broyées à l'état pulvérulent (le moyen le plus approprié pour former une oouche régulière de matière thermoplastique fondue sur l'électrode filiforme consistant en effet à revêtir cette électrode de matière en poudre et à faire ensuite fondre cette matière en poudre), de sorte que ce choix reste relativement limité (toutes les matières ne pouvant en effet être broyées à l'état de poudre).It has thus already been proposed, by way of example, to form fibers by electrostatic pulling from a molten thermoplastic substance disposed on the surface of a filiform substrate serving as a supply electrode (as described in English patent 1,484 .584). The major advantage of this process lies in its ability to be able to form a large number of fibers simultaneously, so that it is particularly suitable for the manufacture of nonwoven products. However, such a method has the great disadvantage of only giving rise to fibers of limited length, due to the finite mass of molten thermoplastic material deposited on the filiform electrode (the residual thermoplastic material remaining on the electrode in end of draw must also be eliminated from this electrode by burning, before being able to pro yield to a new supply of material, which constitutes an additional disadvantage for the process). The choice of materials which can be spun according to this process is also reduced to those of thermoplastic materials capable of being ground in the pulverulent state (the most suitable means for forming a regular layer of molten thermoplastic material on the filiform electrode consisting in fact coating this electrode with powdered material and then melting this powdered material), so that this choice remains relatively limited (all the materials cannot in fact be ground to the powder state).

Il a déjà été également proposé de former des fibres ou filaments par tirage électrostatique à partir de solutions pulvérisées dans le champ électrostatique (ccmne décrit par exemple dans le brevet US 1.975.5o4). Un tel procédé nécessitant généralement l'utilisation de buses pour procéder à la pulvérisation de la solution, il s'ensuit que la production simultanée d'une pluralité de fibres ou filaments requiert l'utilisation d'un nombre équivalent de buses, ce qui n'est pas sans entraîner une complication certaine de l'appareillage dans le cas où l'on désire produire simultanément un grand nombre de filaments. Un tel procédé est par ailleurs strictement limité au tirage électrostatique de substances solubles.It has also already been proposed to form fibers or filaments by electrostatic drawing from solutions sprayed in the electrostatic field (ccmne described for example in US Patent 1,975,5o4). As such a process generally requires the use of nozzles to spray the solution, it follows that the simultaneous production of a plurality of fibers or filaments requires the use of an equivalent number of nozzles, which doesn 'is not without causing a certain complication of the apparatus in the case where it is desired to simultaneously produce a large number of filaments. Such a process is moreover strictly limited to the electrostatic drawing of soluble substances.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

La présente invention a précisément pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients sus-mentionnés, en propasant un procédé particulièrement simple permettant de produire simultanément un grand nombre de fibres ou filaments, cette production pouvant par ailleurs être opérée à partir de matériaux se présentant sous des formes initiales très diverses.The object of the present invention is precisely to at least partially remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a particularly simple method making it possible to simultaneously produce a large number of fibers or filaments, this production being able, moreover, to be carried out from materials having very diverse initial forms.

A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer simultanément une pluralité de filaments par voie électrostatique, caractérisé par le fait qu'il consiste à :

  • - former en continu sur au moins une surface inclinée une couche d'un matériau normalement diélectrique maintenue, au moins dans la partie inférieure de cette surface inclinée, dans un état suffisamment fluide pour pouvoir s'écouler en continu par gravité jusqu'au bord inférieur de cette surface inclinée, ledit matériau étant par ailleurs capable de solidification relativement rapide après cessation dudit maintien à l'état fluide et,
  • - soumettre au moins la portion de ladite couche fluide arrivant sur ledit bord inférieur à l'action d'un champ électrostatique intense suffisamment concentré au voisinage de cette portion de couche fluide pour entraîner le tirage, à partir de cette portion de couche fluide de groupes de molécules progressant alors le long des lignes de forces électrostatiques en donnant lieu à la formation de filaments, lesquels se solidifient ensuite progressivement en s'éloignant dudit bord inférieur de ladite surface inclinée.
To this end, the subject of the present invention is a method for simultaneously manufacturing a plurality of filaments by electrostatic means, characterized in that it consists in:
  • - Continuously forming on at least one inclined surface a layer of a normally dielectric material maintained, at least in the lower part of this inclined surface, in a state sufficiently fluid to be able to flow continuously by gravity to the lower edge of this inclined surface, said material being also capable of relatively rapid solidification after cessation of said maintenance in the fluid state and,
  • subjecting at least the portion of said fluid layer arriving on said lower edge to the action of an intense electrostatic field sufficiently concentrated in the vicinity of this portion of fluid layer to cause the drawing, from this portion of fluid layer of groups molecules then progressing along the lines of electrostatic forces giving rise to the formation of filaments, which then solidify progressively away from said lower edge of said inclined surface.

La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, caractérisé par le fait qu'il comprend :

  • - au moins une surface inclinée,
  • - des moyens pour former en continu sur ladite surface inclinée une couche dudit matériau normalement diélectrique, et pour maintenir cette couche, au moins dans la partie inférieure de cette surface inclinée, dans un état suffisamment fluide pour permettre son écoulement continu par gravité jusqu'au bord inférieur de ladite surface inclinée, et,
  • - des moyens pour 'x'umettre au moins la portion de cette couche fluide arrivant sur ledit bord inférieur à l'action d'un champ électrostatique intense suffisamment concentré sur cette portion de couche fluide pour entraîner son tirage sous la forme de filaments.
The present invention also relates to a device for the implementation of such a method, characterized in that it comprises:
  • - at least one inclined surface,
  • - Means for continuously forming on said inclined surface a layer of said normally dielectric material, and for maintaining this layer, at least in the lower part of this inclined surface, in a sufficiently fluid state to allow its continuous flow by gravity until lower edge of said inclined surface, and,
  • - Means for 'x' umitting at least the portion of this fluid layer arriving on said lower edge to the action of an intense electrostatic field sufficiently concentrated on this portion of fluid layer to cause its drawing in the form of filaments.

La présente invention a enfin pour objet les différents produits susceptibles d'être obtenus à l'aide d'un tel procédé et/ ou dispositif.The present invention finally relates to the various products which can be obtained using such a method and / or device.

On voit ainsi que l'une des caractéristiques essentielles du procédé et/ou dispositif sus-décrits réside dans la formation en continu sur au moins une surface inclinée d'une couche d'un matériau normalement diélectrique maintenue, au moins dans la partie inférieure de cette surface inclinée, dans un état suffisamment fluide pour pouvoir s'écouler en continu par gravité jusqu'au bord inférieur de cette surface inclinée, la formation simultanée d'une pluralité de filaments étant alors obtenue par tirage électrostatique d'au moins la portion de cette couche fluide arrivant en continue sur ce bord inférieur. La réalisation d'un tel écoulement continu de matériau filable le 'long d'une surface inclinée présente l'avantage majeur de permettre un apport continu de matériau au niveau du bord inférieur de cette surface inclinée, et par conséquent le renouvellement constant de ce matériau au niveau de ce bord inférieur, au fur et à mesure qu'il se trouve prélevé pour donner lieu à la formation de filaments. Le renouvellement constant de matériau dans la zone de tirage électrostatique (assuré au demeurant, ainsi qu'on peut le constater, de manière particulièrement simple) peut notamment être mis à profit pour assurer la formation de filaments de longueur indéfinie.It can thus be seen that one of the essential characteristics of the process and / or device described above resides in the continuous formation on at least one inclined surface of a layer of a normally dielectric material maintained, at least in the lower part of this inclined surface, in a sufficiently fluid state to be able to flow continuously by gravity to the lower edge of this inclined surface, the simultaneous formation of a plurality of filaments then being obtained by electrostatic drawing. tick of at least the portion of this fluid layer arriving continuously on this lower edge. The realization of such a continuous flow of the spinnable material 'along a inclined surface has the major advantage of allowing a continuous flow of material at the lower edge of the inclined surface, and consequently the constant renewal of this material at this lower edge, as it is removed to give rise to the formation of filaments. The constant renewal of material in the electrostatic drawing zone (moreover assured, as can be seen, in a particularly simple manner) can in particular be used to ensure the formation of filaments of indefinite length.

Les matériaux normalement diélectriques susceptibles d'être ainsi filés par le procédé selon l'invention peuvent être de nature très diverse, l'essentiel étant qu'ils puissent être temporairement maintenus dans un état suffisamment fluide pour permettre leur écoulement continu sous la forme d'une couche régulière le long d'une surface inclinée, en même temps que leur tirage électrostatique sous la forme de filaments (un matériau diélectrique quelconque ne pouvant en effet être filé électrostatiquement que si sa viscosité peut être abaissée suffisamment pour permettre aux forces électrostatiques de l'emporter sur les forces de réaction développées par la viscosité), tout en étant néanmoins capables de solidification relativement rapide après cessation de leur maintien dans cet état fluide (afin de permettre que les filaments obtenus présentent, en arrivant sur leur surface réceptrice, un degré de solidification suffisamment prononcé pour ne pas être contraints de redonner automatiquement lieu à une oouche fluide continue).
Comme matériaux susceptibles de répondre aux exigences susmentionnées, ont peut ainsi notamment envisager, de manière particulièrement avantageuse, d'utiliser des matériaux thermoplastiques,ou thermofusibles, à savoir des matériaux capables d'être amenés dans un état suffisamment fluide par chauffage, et d'être ensuite resso- lidifiés suffisamment rapidement (d'autant plus rapidement qu'il s'agit alors de filaments de relativement faible section) par simple refroidissement (en principe refroidissement naturel, néanmoins susceptible d'être renforcé par tout moyen approprié, tel que par exemple circulation de gaz à contre- courant du sens de progression des filaments). Canne matériaux thermoplastiques ou thermofusibles possibles (l'expression "matériaux thermoplastiques" devant ici être entendue dans un sens beaucoup plus large que celui normalement utilisé dans le domaine des matiéres plastiques), on pourra ainsi envisager de filer des matières plastiques telles que le polypropylène, le polyethylène, etc..., des matières inorganiques telles que des verres, etc... ou encore d'autres matériaux très divers tels que du brai de houille ou de pétrole, du chocolat, etc... La couche destinée à être formée en continu sur la surface inclinée selon l'invention au moyen de tels matériaux thermoplastiques, ou thermofusibles pourra avantageusement être maintenue dans un état suffisamment fluide (pour permettre son écoulement continu le long de cette surface inclinée) par chauffage adéquat de cette surface inclinée, un tel chauffage de cette surface inclinée pourra, de manière particulièrement avantageuse, être réalisé par effet Joule, en prévoyant alors d'utiliser une surface inclinée faite en un matériau électriquement conducteur (un tel matériau électriquement conducteur devra toutefois être choisi de façon à présenter une résistivité suffisamment élevée pour permettre une bonne dissipation d'énergie, ainsi qu'une résistance à l'oxydation suffisamment forte pour prévenir tout risque d'oxydation lors de son chauffage, de sorte qu'il pourra être avantageusement constitué par l'un des types de matériaux normalement utilisés comme élément de chauffage résistif dans les appareils de chauffage électrique). La formation proprement dite de la couche de matériau thermoplastique ou thermofusible sur la surface inclinée pourra, quant à elle, être réalisée de manières fort diverses (qui seront décrites ultérieurement), le matériau thermoplastique ou thermofusible pouvant notamment être déversé sur la surface inclinée sous une forme encore solide (et amené dans un état suffisamment fluide seulement après avoir contacté la surface inclinée) ou au contraire sous une forme déjà fluide ou voire même complètement fondue. On voit donc que le processus de formation sus-décrit de l'écoulement continu de matériau le long de la surface inclinée autorise l'utilisation de matériaux thermoplastiques ou thermofusibles susceptibles de se présenter sous les formes initiales les plus diverses telles que poudre, granules, paillettes, masse paeuse, masse fondue, etc...
The normally dielectric materials capable of being thus spun by the process according to the invention can be of very diverse nature, the essential thing being that they can be temporarily maintained in a sufficiently fluid state to allow their continuous flow in the form of a regular layer along an inclined surface, at the same time as their electrostatic drawing in the form of filaments (any dielectric material can indeed be electrostatically spun only if its viscosity can be lowered enough to allow the electrostatic forces of the '' prevail over the reaction forces developed by viscosity), while nevertheless being capable of relatively rapid solidification after cessation of their maintenance in this fluid state (in order to allow the filaments obtained present, when arriving on their receiving surface, a degree solidification sufficiently pronounced not to be forced to automatically give back t instead of a continuous fluid layer).
As materials capable of meeting the abovementioned requirements, we may thus in particular consider, in a particularly advantageous manner, the use of thermoplastic or hot-melt materials, namely materials capable of being brought into a sufficiently fluid state by heating, and of then be re-solidified sufficiently quickly (all the more quickly since it is a question of filaments of relatively small section) by simple cooling (in principle natural cooling, nevertheless capable of being reinforced by any suitable means, such as for example circulation of gas against the current of the direction of progression of the filaments). Rod thermoplastic or hot-melt materials possible (the expression "thermoplastic materials" should here be understood in a much broader sense than that normally used in the field of plastics), it will thus be possible to envisage spinning plastics such as polypropylene, polyethylene, etc ..., inorganic materials such as glasses, etc ... or other very diverse materials such as coal or petroleum pitch, chocolate, etc. The layer intended to be formed continuously on the inclined surface according to the invention by means of such thermoplastic or hot-melt materials can advantageously be maintained in a sufficiently fluid state (to allow its continuous flow along this inclined surface) by adequate heating of this inclined surface, such heating of this inclined surface may, in a particularly advantageous manner, be achieved by the Joule effect, while providing for using r an inclined surface made of an electrically conductive material (such an electrically conductive material should however be chosen so as to have a sufficiently high resistivity to allow good energy dissipation, as well as a sufficiently strong oxidation resistance to prevent any risk of oxidation during its heating, so that it may advantageously consist of one of the types of materials normally used as a resistive heating element in electric heaters). The actual formation of the layer of thermoplastic or hot-melt material on the inclined surface can, for its part, be carried out in very different ways (which will be described later), the thermoplastic or hot-melt material being able in particular to be poured onto the inclined surface under a still solid form (and brought into a sufficiently fluid state only after contacting the inclined surface) or on the contrary in an already fluid form or even completely melted. It can therefore be seen that the above-described formation process of the continuous flow of material along the inclined surface allows the use of thermoplastic or hot-melt materials likely to be presented in the most diverse initial forms such as powder, granules, flakes, mass pays, melt, etc ...

Carme autres matériaux susceptibles d'être filés par le procédé selon l'invention, on peut également envisager d'utiliser des matériaux maintenus temporairement en solution dans des solvants facilement évaporables, ces matériaux sous forme de solutions étant alors déversés directement sur la surface inclinée de façon à former une pellicule de liquide s'écoulant en continu par gravité jusqu'au bord inférieur de cette surface inclinée, les filaments tirés électrostatiquement à partir de ce bord se solidifiant alors progressivement sous l'effet de l'évaporation du solvant (en principe évaporation naturelle, néanmoins susceptible d'être renforcée par tout moyen approprié).Like other materials capable of being spun by the process according to the invention, it is also possible to envisage using materials temporarily maintained in solution in easily evaporable solvents, these materials in the form of solutions then being poured directly onto the inclined surface of so as to form a film of liquid flowing continuously by gravity to the lower edge of this inclined surface, the filaments drawn electrostatically from this edge then gradually solidify under the effect of the evaporation of the solvent (in principle natural evaporation, nevertheless capable of being reinforced by any appropriate means).

La formation sus-décrite d'un écoulement de matériau filable le long de la surface inclinée sera avantageusement mise en oeuvre de façon à procurer un débit de matériau au niveau du bord inférieur de cette surface inclinée qui soit adapté au taux de production des filaments (un débit trop élevé risquant en effet de don- ner lieu à la formation d'un film ou voile au lieu des filaments désirés, et un débit trop faible risquant inversement de donner lieu à la simple formation de gouttelettes). Cet écoulement continu de matériau filable le long de la surface inclinée sera par ailleurs de manière préférentielle, réglé de façon à donner un débit de matériau au niveau du bord inférieur de cette surface inclinée qui soit régulier sur toute l'étendue du bord inférieur ainsi que constant dans le temps, de façon à permettre la formation de filaments réguliers aux caractéristiques constantes et reproductibles dans le temps (le diamètre des filaments obtenus dépendant notanment directement de ce débit de matériau au niveau du bord inférieur de la surface inclinée). Ce réglage du débit de matériau pourra être effectué de manières diverses, qui seront explicitées ultérieurement.The above-described formation of a flow of spinnable material along the inclined surface will advantageously be implemented so as to provide a flow of material at the lower edge of this inclined surface which is adapted to the production rate of the filaments ( too high flow rate that could indeed of on- ner in the formation of a film or web instead wish filaments, and a low output inversely risk of giving rise to the simple formation of droplets). This continuous flow of spinnable material along the inclined surface will moreover preferably be adjusted so as to give a flow of material at the lower edge of this inclined surface which is regular over the entire extent of the lower edge as well as constant over time, so as to allow the formation of regular filaments with constant characteristics and reproducible over time (the diameter of the filaments obtained depends in particular directly on this flow of material at the lower edge of the inclined surface). This adjustment of the material flow rate can be carried out in various ways, which will be explained later.

L'établissement d'un champ électrostatique intense, suffisamment concentré au voisinage de la portion de matériau fluide arrivant sur le bord inférieur de la surface inclinée pour permettre le tirage électrostatique de cette portion sous la forme de filaments, peut être quant à lui mis en oeuvre, de manière bien connue grâce à l'utilisation de deux électrodes appropriées reliées à l'une et l'autre bornes d'une source haute tension continue adéquate, à savoir, une première électrode pourvue d'une arête relativement vive s'étendant à proximité immédiate de la portion de matériau à tirer électrostatiquement, et une seconde électrode (ou contre-électrode) de relativement grande extension s'étendant en regard et à distance de cette première électrode. Cette première électrode pourvue d'une arête relativement vive peut, de manière particulièrement avantageuse, être précisément constituée par le bord inférieur de la surface inclinée supportant la couche fluide de matériau filable, dans le cas où cette surface inclinée est faite en un matériau électriquement conducteur ( ce bord inférieur devant alors être conformé selon un profil suffisamment "vif" pour donner lieu à la concentration de champ requise). Cette première électrode pourvue d'une arête relativement vive peut néanmoins, dans certains cas d'application, être constituée par une électrode annexe entièrement distincte de ce bord inférieur (la surface inclinée pouvant alors notamment dans un tel cas être faite en un matériau non électriquement conducteur).The establishment of an intense electrostatic field, sufficiently concentrated in the vicinity of the portion of fluid material arriving on the lower edge of the inclined surface to allow the electrostatic drawing of this portion in the form of filaments, can in turn be used, in a well known manner through the use of two suitable electrodes connected to one and the other terminals of an adequate direct high voltage source, namely, a first electrode provided a relatively sharp edge extending in the immediate vicinity of the portion of material to be electrostatically drawn, and a second electrode (or counter-electrode) of relatively large extension extending opposite and at a distance from this first electrode. This first electrode provided with a relatively sharp edge can, in a particularly advantageous manner, be precisely constituted by the lower edge of the inclined surface supporting the fluid layer of spinnable material, in the case where this inclined surface is made of an electrically conductive material (this lower edge then having to be shaped according to a profile which is sufficiently "sharp" to give rise to the required field concentration). This first electrode provided with a relatively sharp edge can nevertheless, in certain application cases, be constituted by an annex electrode entirely distinct from this lower edge (the inclined surface then being able in particular in such a case to be made of a material not electrically driver).

Les filaments ainsi obtenus par tirage électrostatique peuvent être recueillis directement sur la oontre-électrode disposée à distance de l'électrode concentratrice de champ, ou alternativement sur toute autre surface réceptrice appropriée interposée devant cette contre-électrode (par exemple surface réceptrice constituée par du tissu, du papier, ou tout autre matériau approprié). Les filaments ainsi obtenus par tirage électrostatique peuvent en outre (compte tenu de l'aptitude du procédé selon l'invention à pouvoir produire des filaments de longueur indéfinie) être avantageusement soumis à une opération d'étirage avant d'atteindre leur surface réceptrice, cette opération d'étirage pouvant être réalisée par tous les noyons appropriés (tel que par exemple trains d'étirage disposés sur le trajet des filaments en amont de leur surface réceptrice).
Les filaments ainsi recueillis sur toute une surface réceptrice appropriée peuvent alors faire l'objet d'applications très diverses telles que production de produits non-tissés, formation d'un revêtement continu sur une surface appropriée par fusion subséquente des filaments ainsi recueillis sur cette surface, ect...
The filaments thus obtained by electrostatic drawing can be collected directly on the counter-electrode placed at a distance from the field concentrating electrode, or alternatively on any other suitable receiving surface interposed in front of this counter-electrode (for example receiving surface constituted by tissue , paper, or other suitable material). The filaments thus obtained by electrostatic drawing can also (taking into account the ability of the method according to the invention to be able to produce filaments of indefinite length) be advantageously subjected to a drawing operation before reaching their receiving surface, this drawing operation which can be carried out by all the appropriate cores (such as for example drawing trains arranged on the path of the filaments upstream of their receiving surface).
The filaments thus collected on an entire suitable receiving surface can then be the subject of very diverse applications such as production of non-woven products, formation of a continuous coating on an appropriate surface by subsequent melting of the filaments thus collected on this surface, etc.

Dans le procédé et/ou dispositif selon l'invention, la surface inclinée destinée à permettre un apport continu d'un matériau filable dans la zone de tirage électrostatique peut enfin revêtir des formes très diverses, selon le type d'applications envisagées. Cette surface inclinée peut ainsi revêtir la forme d'une plaque plane (inclinée par rapport à la verticale) de relativement grande extension longitudinale, dans le cas ou l'on désire par exemple recueillir les filaments sur des surfaces réceptrices planes (la contre-électrode pouvant alors dans un tel cas être avantageusement constituée par une plaque conductrice plane d'extension longitudinale sensiblement équivalente à celle de la zone de tirage, disposée horizontalement en dessous et à distance du bord inférieur rectiligne de cette plaque inclinée plane). Cette surface inclinée peut également revêtir la forme d'une surface tronconique, dans le cas ou l'on désire par exemple recueillir les filaments sur des surfaces réceptrices tubulaires (la contre-électrode pouvant alors dans un tel cas être avantageusement constituée par une plaque conductrice annulaire disposée concentriquement à l'axe de révolution de la surface inclinée tronconique, à hauteur et à distance du bord inférieur circulaire de jette dernière.In the method and / or device according to the invention, the inclined surface intended to allow a continuous supply of a spinnable material into the electrostatic drawing zone can finally take very diverse forms, depending on the type of applications envisaged. This inclined surface can thus take the form of a flat plate (inclined with respect to the vertical) of relatively large longitudinal extension, in the case where it is desired, for example, to collect the filaments on flat receiving surfaces (the counter-electrode can then in this case advantageously be constituted by a flat conductive plate of longitudinal extension substantially equivalent to that of the drawing zone, arranged horizontally below and at a distance from the rectilinear lower edge of this flat inclined plate). This inclined surface can also take the form of a frustoconical surface, in the case where it is desired for example to collect the filaments on tubular receiving surfaces (the counter-electrode can then in this case advantageously be constituted by a conductive plate annular disposed concentrically to the axis of revolution of the frustoconical inclined surface, at height and at a distance from the circular lower edge of the latter.

Le procédé et/ou dispositif selon l'invention n'est enfin, bien entendu, aucunement limité à l'utilisation d'une surface inclinée unique (bien qu'il ait été fait mention jusqu'à présent d'une seule surface dans la description), et il est au contraire tout à fait possible d'envisager l'utilisation simultanée, dans un même appareillage, d'une pluralité de surfaces inclinées disposées les unes à côté des autres, de façon à permettre la production simultanée de plusieurs pluralités de filaments. Une telle production peut notamment être mise à profit de façon à permettre la réalisation de produits non-tissés multicouches d'épaisseur globale relativement importante (surface réceptrice défilant alors successivement à l'aplomb de chacune des surfaces inclinées), les produits mn-tissés ainsi réalisés pouvant par ailleurs être éventuellement composites (en prévoyant alors un apport de matériaux différents sur les différentes surfaces inclinées).Finally, the method and / or device according to the invention is not, of course, in any way limited to the use of a single inclined surface (although mention has hitherto been made of a single surface in the description), and on the contrary, it is quite possible to envisage the simultaneous use, in the same apparatus, of a plurality of inclined surfaces arranged one next to the other, so as to allow the simultaneous production of several pluralities of filaments. Such production can in particular be taken advantage of so as to allow the production of non-woven multilayer products of relatively large overall thickness (receiving surface then passing successively vertically below each of the inclined surfaces), the mn-woven products thus made which can also be optionally composite (by providing a supply of different materials on the different inclined surfaces).

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution ainsi que des variantes de dispositifs pour la mise en œuvre du procédé selon la présente invention.

  • La fig.l est une vue en perspective schématique, illustrant une première forme d'exécution.
  • La fig.2 est une vue en coupe longitudinale partielle aggran- die, selon l'axe II - II de la fig.l, illustrant un détail de cette première forme d'exécution.
  • La fig.3 est une vue en coupe longitudinale, illustrant une variante de cette première forme d'exécution.
  • La fig.4 est une vue en coupe longitudinale analogue à celle de la fig.3, illustrant une deuxième forme d'exécution.
  • La fig.5 est une vue en coupe longitudinale analogue à celle de la fig.3 illustrant une première variante de cette deuxième forme d'exécution .
  • La fig.6 est une vue en coupe longitudinale analogue à celle de la fig.3, illustrant une seconde variante de cette deuxième forme d'exécution.
  • La fig.7 est une vue en coupe axiale, illustrant une troisié- me forme d'exécution.
  • La fig.8 est une vue en coupe longitudinale, illustrant une quatrième forme d'exécution.
The attached drawing illustrates, schematically and by way of example, several embodiments as well as variant devices for implementing the method according to the present invention.
  • Fig.l is a schematic perspective view, illustrating a first embodiment.
  • Fig.2 is an enlarged partial longitudinal sectional view, along the axis II - II of Fig.l, illustrating a detail of this first embodiment.
  • Fig.3 is a longitudinal sectional view, illustrating a variant of this first embodiment.
  • Fig.4 is a longitudinal sectional view similar to that of Fig.3, illustrating a second embodiment.
  • Fig.5 is a longitudinal sectional view similar to that of Fig.3 illustrating a first variant of this second embodiment.
  • Fig.6 is a longitudinal sectional view similar to that of Fig.3, illustrating a second variant of this second embodiment.
  • Fig.7 is an axial sectional view, illustrating a third embodiment.
  • Fig.8 is a longitudinal sectional view, illustrating a fourth embodiment.

Meilleures manières de réaliser l'inventionBest Ways to Carry Out the Invention

La première forme d'exécution représentée aux fig.l et 2 can- prend une plaque plane électriquement conductrice 1 de forme rectangulaire, dont l'extension longitudinale est relativement élevée par rapport à son extension transversale (par exemple extension longitudinale d'environ 100cm pour une extension transversale d'environ 2cm). Cette plaque conductrice plane 1 est montée par ses extrémités respectives à la et lb sur deux bras isolants inclinés 3a et 3b (eux-mêmes reliés à un châssis 4), de façon à se trouver maintenue en position inclinée par rapport à la verticale dans son sens transversal (inclinaison de la plaque 1 choisie de l'ordre de 45°) tout en s'étendant sensiblement horizontalement dans son sens longitudinal. La plaque conductrice 1 est par ailleurs montée sur les bras inclinés respectifs 3a et 3b de façon à pouvoir être mise sous tension mécanique dans son sens longitudinal. A cet effet, l'une des extrémités la de cette plaque 1 se trouve maintenue en position fixe sur le bras incliné correspondant 3a (par exemple au moyen de vis), cependant que son autre extrémité lb se trouve raccordée à l'autre bras incliné 3b par l'intermédiaire de tiges filetées coulissant librement au travers de ce bras 3b, de façon à permettre la mise en tension mécanique de la plaque 1 par compression, au moyen d'écrous 7, de ressorts 6 enfilés sur l'extrémité libre des tiges 5 faisant saillie de la face arrière du bras incliné 3b. L'extrémité inférieure de cette plaque inclinée 1 est par ailleurs recourbée vers l'arrière, de façon à délimiter un bord inférieur rectiligne 2 présentant un profil arrondi de relativement faible rayon de courbure (par exemple rayon de courbure de l'ordre de 0,4mm, l'épaisseur de la plaque 1 étant par ailleurs de l'ordre de 0,3mm).The first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can take an electrically conductive flat plate 1 of rectangular shape, the longitudinal extension of which is relatively high compared to its transverse extension (for example longitudinal extension of about 100 cm for a transverse extension of approximately 2cm). This flat conductive plate 1 is mounted by its respective ends to la and lb on two inclined insulating arms 3a and 3b (themselves connected to a frame 4), so as to be held in an inclined position relative to the vertical in its transverse direction (inclination of the plate 1 chosen of the order of 45 °) while extending substantially horizontally in its longitudinal direction. The conductive plate 1 is also my tee on the respective inclined arms 3a and 3b so that it can be put under mechanical tension in its longitudinal direction. To this end, one of the ends 1a of this plate 1 is held in a fixed position on the corresponding inclined arm 3a (for example by means of screws), while its other end 1b is connected to the other inclined arm. 3b by means of threaded rods sliding freely through this arm 3b, so as to allow the mechanical tensioning of the plate 1 by compression, by means of nuts 7, of springs 6 threaded on the free end of the rods 5 projecting from the rear face of the inclined arm 3b. The lower end of this inclined plate 1 is also curved backwards, so as to delimit a straight lower edge 2 having a rounded profile with a relatively small radius of curvature (for example radius of curvature of the order of 0, 4mm, the thickness of the plate 1 being also of the order of 0.3mm).

A l'aplomb de la face avant de cette plaque inclinée 1 se trouve par ailleurs disposée une contre-plaque plane électriquement conductrice 8 de forme rectangulaire, dont l'extension longitudinale est équivalente à celle de la plaque 1, et dont l'extrémité inférieure est également avantageusement recourbée vers l'arrière (à savoir vers sa face opposée à celle en regard de la plaque 1) de façon à délimiter un bord inférieur rectiligne 9 au profil arrondi. Cette contre-plaque conductrice 8 est montée par ses extrémités respectives 8a et 8b sur deux bras isolants verticaux 10a et 10b (eux-mêmes reliés à un châssis 11), de façon à se trouver maintenue dans son sens transversal dans une position sensiblement verticale, tout en s'étendant par son bord rectiligne inférieur 9 au-dessus de la partie sensiblement centrale de la face avant de la plaque 1. Le montage de cette contre-plaque 8 sur ses bras verticaux respectifs 10a et 10b est par ailleurs réalisé de façon analogue au montage de la plaque 1 sur ses bras inclinés respectifs 3a et 3b, de façon à également permettre la mise en tension mécanique de cette contre-plaque 8.Plumb with the front face of this inclined plate 1 is also arranged an electrically conductive flat counter plate 8 of rectangular shape, whose longitudinal extension is equivalent to that of plate 1, and whose lower end is also advantageously bent backwards (namely towards its face opposite to that facing the plate 1) so as to delimit a straight lower edge 9 with a rounded profile. This conductive counter plate 8 is mounted by its respective ends 8a and 8b on two vertical insulating arms 10a and 10b (themselves connected to a frame 11), so as to be held in its transverse direction in a substantially vertical position, while extending by its lower rectilinear edge 9 above the substantially central part of the front face of the plate 1. The mounting of this counterplate 8 on its respective vertical arms 10a and 10b is also carried out so analogous to the mounting of the plate 1 on its respective inclined arms 3a and 3b, so as also to allow the mechanical tensioning of this counterplate 8.

La plaque inclinée 1 et la contre-plaqué verticale 8 se trouvent ainsi agencées l'une par rapport à l'autre de façon telle que la contre-plaque verticale 8 délimite en coopération avec la partie supérieure le de la plaque 1 un espace longitudinal 12 en forme de V, le bord rectiligne inférieur 9 de la contre-plaque 8 délimitant par ailleurs avec la portion correspondante de la plaque 1 une ouverture longitudinale 13 de largeur constante (sous laquelle vient s'étendre la partie inférieure Id de la plaque 1 munie de son bord rectiligne inférieur 2). La largeur de cette ouverture longitudinale 13 est au demeurant susceptible d'être réglée par déplacement vertical du châssis 11, à l'aide de moyens appropriés non représentés au ôessin (déplacement vertical schématisé au dessin par la flèche F).The inclined plate 1 and the vertical plywood 8 are thus arranged one with respect to the other in such a way that the vertical plywood 8 delimits in cooperation with the par upper tie the one of the plate 1 a longitudinal space 12 in the form of a V, the lower rectilinear edge 9 of the counter plate 8 delimiting, moreover, with the corresponding portion of the plate 1 a longitudinal opening 13 of constant width (under which s 'extend the lower part Id of the plate 1 provided with its lower rectilinear edge 2). The width of this longitudinal opening 13 is moreover capable of being adjusted by vertical movement of the chassis 11, using appropriate means not shown in the drawing (vertical movement shown diagrammatically in the drawing by the arrow F).

Au-dessus de l'espace longitudinale 12 en forme de V ainsi délimité par les plaques 1 et 8 se trouve disposée une trémie 15 faite en un matériau électriquement isolant, fixée aux bras respectifs 3a et 3b du châssis 4 par l'intermédiaire de pattes de fixation 16. Cette trémie 15, qui est destinée à être remplie par un matériau thermoplastique à l'état solide susceptible de se présenter sous toute forme initiale appropriée, est agencée au-dessus de l'espace longitudinal 12 de façon que ses parois longitudinales viennent juste affleurer les bords supérieurs respectifs des pla7 ques 1 et 8 (fig.2), en vue de permettre que le matériau thermoplastique délivré par cette trémie 15 puisse venir contacter librement les parois en regard des plaques respectives 1 et 8 (cette trémie 15 étant par ailleurs conçue de façon que ses parois d'extrémités s'étendent par contre jusqu'au fond de l'espace 12 en forme de V, en vue d'empêcher que le matériau 12 ne puisse s'échapper latéralement).Above the V-shaped longitudinal space 12 thus delimited by the plates 1 and 8 is disposed a hopper 15 made of an electrically insulating material, fixed to the respective arms 3a and 3b of the chassis 4 by means of lugs fastening 16. This hopper 15, which is intended to be filled with a thermoplastic material in the solid state capable of being in any suitable initial form, is arranged above the longitudinal space 12 so that its longitudinal walls just come flush with the respective upper edges of the plates 1 and 8 (fig. 2), in order to allow the thermoplastic material delivered by this hopper 15 to come freely to contact the walls opposite the respective plates 1 and 8 (this hopper 15 being furthermore designed so that its end walls, on the other hand, extend to the bottom of the V-shaped space 12, in order to prevent the material 12 from being able to escape laterally).

Les plaques électriquement conductrices 1 et 8 sont en outre destinées à être parcourues par un courant électrique longitudinal en vue de permettre leur échauffement par effet Joule, de façon à provoquer un ramolissement suffisant du matériau thermoplastique ainsi amené à leur contact (le matériau électriquement conducteur constitutif de ces plaques 1 et 8 devant être alors choisi de façon à être suffisamment résistif pour permettre une bonne dissipation d'énergie, ainsi que suffisamment résistant à l'oxydation pour empêcher toute corrosion lors de son échauffement). A cet effet, les extrémités respectives lb et 8b de ces plaques sont destinées à être reliées à l'un des pôles d'une source de tension alternative S (de l'ordre de 10V) dont l'autre pôle est relié à la masse, les autres extrémités la et 8a de ces plaques étant par ailleurs également reliées à la masse.The electrically conductive plates 1 and 8 are also intended to be traversed by a longitudinal electric current in order to allow their heating by Joule effect, so as to cause a sufficient softening of the thermoplastic material thus brought into contact with them (the constituent electrically conductive material of these plates 1 and 8 must then be chosen so as to be sufficiently resistive to allow good dissipation of energy, as well as sufficiently resistant to oxidation to prevent any corrosion during its heating). For this purpose, the respective ends 1b and 8b of these plates are intended to be connected to one of the poles of a source of ten alternative Zion S (of the order of 10V), the other pole of which is connected to ground, the other ends 1a and 8a of these plates also being also connected to ground.

Au-dessous et à distance du bord rectiligne inférieur 2 de la plaque conductrice 1 se trouve enfin disposée une plaque métallique horizontale 18 d'extension longitudinale sensiblement identique à celle de la trémie 15, destinée à être reliée à l'un des (pôles positif ou négatif) d'une source haute tension continue HT (de l'ordre de 20 à 40 kv) dont l'autre pôle est relié à la masse.Below and at a distance from the lower rectilinear edge 2 of the conductive plate 1 is finally disposed a horizontal metal plate 18 of longitudinal extension substantially identical to that of the hopper 15, intended to be connected to one of the (positive poles or negative) from a high voltage direct current HV source (of the order of 20 to 40 kv), the other pole of which is connected to ground.

Cette plaque métallique 18 ainsi susceptible d'être portée à une haute tension continue est destinée à permettre l'établissement en coopération avec le bord rectiligne inférieur 2 de la plaque 1 reliée à la masse (abstraction faite de la faible tension alternative établie dans le sens longitudinal de la plaque 1), d'un champ électrostatique intense venant se concentrer sur ce bord inférieur 2 (ce bord inférieur 2 jouant donc le rôle d'une électrode concentratrice de champ dans le dispositif ainsi décrit, et la plaque métallique 18 celui d'une oontre-électrode). Devant la contre-électrode 18 se trouve enfin interposée une surface réceptrice souple 19, susceptible d'être tirée en continu depuis un rouleau d'alimentation 20 pour être réenroulée en continu sur un rouleau de stockage 21, au moyen d'un moteur d'entrainement 22 monté sur l'arbre du rouleau 21 .This metal plate 18 thus capable of being brought to a continuous high voltage is intended to allow the establishment in cooperation with the lower rectilinear edge 2 of the plate 1 connected to ground (apart from the low alternating voltage established in the direction longitudinal of the plate 1), of an intense electrostatic field coming to be concentrated on this lower edge 2 (this lower edge 2 thus playing the role of a field concentrating electrode in the device thus described, and the metal plate 18 that of 'a counter electrode). In front of the counter-electrode 18 is finally interposed a flexible receiving surface 19, capable of being drawn continuously from a supply roller 20 to be rewound continuously on a storage roller 21, by means of a motor drive 22 mounted on the roller shaft 21.

Le fonctionnement de l'appareil sus-décrit est alors le suivant :

  • La trémie 15 étant remplie de matériau thermoplastique 23 à l'état solide (l'ouverture 13 délimitée entre les plaques 1 et 8 étant au besoin fermée par abaissement de la plaque 8 en vue d'empêcher le passage de particules solides 23, au cas où ces dernières auraient une taille inférieure à la largeur de l'ouverture 13 désirée pour la suite du processus), la source de tension alternative S est alors branchée sur les plaques respectives 1 et 8 comme indiqué précédemment, de façon à permettre leur échauffement par effet Joule. Cet échauffement par effet Joule a alors pour effet d'entraîner la fusion des portions de matériau thermoplastique se trouvant au contact des plaques 1 et 8, puis de proche en proche, la fusion des portions de matériau thermoplastique plus éloignées de ces plaques, donnant ainsi rapidement lieu à la formation d'un bain fondu 24 occupant tout l'espace 12 délimité entre les plaques 1 et 8.
The operation of the above-described device is then as follows:
  • The hopper 15 being filled with thermoplastic material 23 in the solid state (the opening 13 delimited between the plates 1 and 8 being closed if necessary by lowering the plate 8 in order to prevent the passage of solid particles 23, in the case where the latter would have a size less than the width of the opening 13 desired for the rest of the process), the alternating voltage source S is then connected to the respective plates 1 and 8 as indicated above, so as to allow them to heat up by Joule effect. This heating by Joule effect then has the effect of causing the melting of the portions of thermoplastic material being in contact with the plates 1 and 8, then from close nearby, the melting of the portions of thermoplastic material more distant from these plates, thus quickly giving rise to the formation of a molten bath 24 occupying all the space 12 delimited between the plates 1 and 8.

L'ouverture 13 est alors rétablie à la largeur désirée pour la suite du processus, donnant ainsi lieu à la formation d'une couche fondue régulière 25 s'écoulant en continu par gravité le long de la partie inférieure ld de la plaque 1, selon un débit parfaitement constant dans le temps. Le caractère parfaitement constant de ce débit s'explique par le fait qu'il dépend uniquement de la hauteur du bain fondu 24, laquelle se trouve fixée de manière précise par la hauteur libre des plaques chauffées 1 et 8 au-dessus de l'ouverture 13, ainsi que de la largeur de l'ouverture 13, laquelle se trouve également fixée de manière précise par l'agencement rigoureux des plaques 1 et 8 l'une par rapport à l'autre (tout risque d'écart dans la largeur de cette ouverture 13, susceptible de survenir en raison de l'échauffement des plaques 1 et 8, étant précisément supprimé par la mise en tension mécanique de ces plaques 1 et 8).The opening 13 is then restored to the desired width for the rest of the process, thus giving rise to the formation of a regular molten layer 25 flowing continuously by gravity along the lower part ld of the plate 1, according to a perfectly constant flow over time. The perfectly constant nature of this flow is explained by the fact that it only depends on the height of the molten bath 24, which is precisely fixed by the free height of the heated plates 1 and 8 above the opening. 13, as well as the width of the opening 13, which is also precisely fixed by the rigorous arrangement of the plates 1 and 8 relative to each other (any risk of deviation in the width of this opening 13, likely to occur due to the heating of the plates 1 and 8, being precisely suppressed by the mechanical tensioning of these plates 1 and 8).

L'écoulement continu 25 ayant progressé par gravité jusqu'au bord inférieur 2 de la plaque 1, la source haute tension continue HT est â_ors branchée sur la contre-électrode 18 comme indiqué précédemment, de manière à assurer l'établissement d'un champ électrostatique intense dont les lignes de forces électrostatiques viennent se concentrer suffisamment sur le bord inférieur 2 pour entraîner le tirage électrostatique, à partir de la portion d'écoulement 25 arrivant sur ce bord inférieur 2, de groupes de molécules progressant ensuite le long des lignes de forces sous la forme de filaments 26 propulsés en direction de la contre-électrode 18 (ces filaments 26 encore fluide à proximité de'la zone de tirage électrostatique se solidifiant par ailleurs progressivement en s'éloignant de cette zone de tirage). Les filaments 26 ainsi propulsés en direction de la contre-électrode 18 sont alors recueillis sur la surface réceptrice souple 19, la distance entre cette surface réceptrice 19 et l'électrode concentratrice de champ 2 étant par ailleurs choisie suffisamment grande pour que les filaments 26 arrivent sur cette surface réceptrice avec un degré de solidification suffisant pour leur permettre de garder leur forme de filaments. Les filaments 26 ainsi obtenus sont par ailleurs susceptibles d'être tirés selon des longueurs indéfinies, compte tenu du renouvellement constant de la portion de matériau 25 amenée en continu sur l'électrode concentratrice de champ 2.The continuous flow 25 having progressed by gravity to the lower edge 2 of the plate 1, the continuous high voltage source HT is then connected to the counter-electrode 18 as indicated above, so as to ensure the establishment of a field intense electrostatic, the lines of electrostatic forces of which concentrate sufficiently on the lower edge 2 to cause the electrostatic pulling, from the flow portion 25 arriving on this lower edge 2, of groups of molecules then progressing along the lines of forces in the form of filaments 26 propelled in the direction of the counter-electrode 18 (these filaments 26 still fluid near the electrostatic pulling zone solidifying progressively further away from this pulling zone). The filaments 26 thus propelled towards the counter-electrode 18 are then collected on the flexible receiving surface 19, the distance between this receiving surface 19 and the field concentrating electrode 2 being moreover chosen large enough for the filaments 26 to arrive on this receiving surface with a degree of solidification sufficient to allow them to keep their filament shape. The filaments 26 thus obtained are moreover capable of being drawn according to indefinite lengths, taking into account the constant renewal of the portion of material 25 fed continuously on the field concentrating electrode 2.

Le tirage électrostatique sus-décrit n'est bien entendu rendu possible que par le fait que le matériau à filer se trouve indubitablement chargé électrostatiquement en arrivant au niveau de l'électrode 2 (un champ électrostatique appliqué sur une particule non électriquement chargée restant en effet bien évidemment sans action sur cette particule). Il est néanmoins difficile de donner une explication scientifique rigoureusement exacte du mécanisme par lequel ce matériau thermoplastique se trouve effectivement chargé à son arrivée sur l'électrode 2. On peut toujours tenter d'expliquer un tel mécanisme de charge par le fait que la concentration de champ au niveau de l'électrode 2 doit vraisemblablement s'avérer suffisante pour ioniser l'atmosphère ambiante régnant autour de cette électrode, de sorte que cette atmosphère ionisée peut alors à son tour charger la portion d'écoulement 25 arrivant au niveau de l'électrode 2 (effet "corona"). Un tel nécanisme de charge imputable à l'effet "corona" pourrait éventuellement se trouver renforcé par un autre récanisme de charge, imputable quant à lui à un certain déplacement de charges à l'intérieur du matériau thermoplastique fondu arrivant au niveau de l'électrode (déplacement de charges rendu possible par le fait que certains matériaux thermoplastiques sont susceptibles, alors qu'ils sont normalement diélectriques à l'état solide, de présenter des propriétés seyi=conductrices à l'état fondu). L'explication rigoureusement exacte d'un tel mécanisme de charge n'est toutefois absolument pas essentielle pour la bonne compréhension du procédé selon l'invention, l'enseignement donné par ailleurs quant à ce procédé paraissant en effet amplement suffisant pour permettre sa reproduction par l'homme de l'art, même sans connaissance précise sur ce mécanisme de charge.The electrostatic drawdown described above is of course made possible only by the fact that the material to be spun is undoubtedly electrostatically charged when arriving at the electrode 2 (an electrostatic field applied to a non-electrically charged particle remaining in effect obviously without action on this particle). It is nevertheless difficult to give a rigorously exact scientific explanation of the mechanism by which this thermoplastic material is effectively charged upon its arrival on the electrode 2. One can always try to explain such a charging mechanism by the fact that the concentration of field at the level of the electrode 2 must probably prove to be sufficient to ionize the ambient atmosphere prevailing around this electrode, so that this ionized atmosphere can then in turn charge the flow portion 25 arriving at the level of the electrode 2 ("corona" effect). Such a charging mechanism attributable to the "corona" effect could possibly be reinforced by another charge recanism, attributable to a certain displacement of charges inside the molten thermoplastic material arriving at the electrode. (displacement of charges made possible by the fact that certain thermoplastic materials are capable, while they are normally dielectric in the solid state, of exhibiting seyi = conductive properties in the molten state). The rigorously exact explanation of such a charging mechanism is however absolutely not essential for a good understanding of the process according to the invention, the teaching given elsewhere as to this process appear indeed amply sufficient to allow its reproduction by those skilled in the art, even without precise knowledge of this charging mechanism.

Le dispositif représenté aux fig.l et 2 a pu ainsi, à titre d'exemple, être mis à profit pour assurer la formation de filaments de polypropylène de longueur indéfinie. Pour ce faire, les particules de polypropylène introduites à l'état solide dans la trémie 15 ont été chauffées à l'aide des plaques 1 et 8 jusqu'à une température d'environ 250°C, de façon à donner lieu (la longueur de l'ouverture 13 étant fixée à environ lmm, et la hauteur du bain fondu 24 à environ 10mm) à la réalisation d'un écoulement continu 25 le long de la partie inférieure de la plaque inclinée 1 qui présente une viscosité de l'ordre de 100 Newtons x sec/m2, ainsi qu'un débit massique de l'ordre de 5mg/sec par unité de longueur (mètre) de la plaque inclinée 1. L'application sur la contre-électrode 18 (disposée à environ 10cm au-dessous de l'électrode concentratrice 2) d'une haute tension continue de l'ordre de 20 KV permet alors d'obtenir la production de filaments de polypropylène de longueur indéfinie, présentant une forme cylindrique relativement régulière (notamment sans aucune présence de gouttes) d'environ 5 microns de diamètre.The device shown in fig.l and 2 could thus, by way of example, be used to ensure the formation of polypropylene filaments of indefinite length. To do this, the parties polypropylene cules introduced in the solid state into the hopper 15 were heated using the plates 1 and 8 to a temperature of about 250 ° C, so as to give rise (the length of the opening 13 being fixed at approximately 1 mm, and the height of the molten bath 24 at approximately 10 mm) to the production of a continuous flow 25 along the lower part of the inclined plate 1 which has a viscosity of the order of 100 Newtons x sec / m 2 , as well as a mass flow rate of the order of 5 mg / sec per unit length (meter) of the inclined plate 1. The application to the counter-electrode 18 (disposed about 10 cm below the concentrator electrode 2) with a high continuous voltage of the order of 20 KV then makes it possible to obtain the production of polypropylene filaments of indefinite length, having a relatively regular cylindrical shape (in particular without any presence of drops) of approximately 5 microns in diameter.

Dans l'exemple sus-décrit, on peut par ailleurs choisir de former des filaments "multi-branches" au lieu de former des mono- filaments comme précédemment, en prévoyant alors d'appliquer sur la contre-électrode 18 une haute tension continue qui soit supérieure à 40 KV.In the example described above, it is also possible to choose to form “multi-branch” filaments instead of forming monofilaments as previously, while then providing to apply to the counter-electrode 18 a high continuous voltage which is greater than 40 KV.

La fig.3 illustre une variante de la forme d'éxécution des fig.l et 2, qui diffère essentiellement de cette dernière (les éléments identiques restant affectés des mêmes signes de référence du dessin) par le fait que la partie inférieure ld de la plaque inclinée 1 est ici recourbée vers la face arrière de la partie supérieure lc de cette plaque 1, au lieu de s'étendre dans le prolongement de cette partie supérieure le comme précédemment), dans le but de permettre la réalisation d'une couche régulière 25 qui s'écoule en continu sous cette partie inférieure ld, au lieu de s'écouler sur cette partie inférieure comme précédemment (l'écoulement 25 restant ici néanmoins plaqué contre la partie inférieure ld grâce à la tension superficielle). Cette variante présente l'avantage de permettra que toute l'étendue de l'écoulement 25 soit située en regard de la contre-électrode 18, au lieu de la seule portion inférieure de cet écoulement comme précédemment, ce qui permet d'assurer une meilleure charge électrique du matériau à tirer électrostatiquement (le champ électrostatique se trouvant en effet ici appliqué sur toute l'étendue de l'écoulement 25, au lieu d'être appliqué sur la seule portion inférieure de cet écoulement comme précédemment).Fig.3 illustrates a variant of the form of execution of Figs. 1 and 2, which differs essentially from the latter (the identical elements remaining assigned the same reference signs of the drawing) by the fact that the lower part ld of the inclined plate 1 is here curved towards the rear face of the upper part lc of this plate 1, instead of extending in the extension of this upper part (as before), in order to allow the production of a regular layer 25 which flows continuously under this lower part ld, instead of flowing over this lower part as before (the flow 25 remaining here nevertheless pressed against the lower part ld thanks to the surface tension). This variant has the advantage of allowing the entire extent of the flow 25 to be located opposite the counter-electrode 18, instead of the only lower portion of this flow as previously, which ensures better electric charge of the material to be electrostatically drawn (the electrostatic field being located effect here applied to the entire extent of the flow 25, instead of being applied to the sole lower portion of this flow as previously).

La fig.4 illustre une seconde forme d'exécution du dispositif selon l'invention, qui diffère de la première forme d'exécution des fig.l et 2 essentiellement par les moyens mis en OEuvre pour former l'écoulement continu de matériau thermoplastique 25 sur la plaque inclinée 1. (Les éléments de cette seconde forme d'exécution identiques à ceux de la première exécution restant affectés des mêmes signes de référence au dessin). Dans cette seconde forme d'exécution représentée à la fig.4, les moyens permettant de réaliser un réservoir de matériau fondu au-dessus de la plaque inclinée 1 (à savoir, utilisation d'une trémie 15 en combinaison avec une contre-plaque verticale 8) sont ici tout simplement supprimas, et remplacés par une simple trémie 31 disposée à l'aplomb de la partie supérieure de la plaque inclinée 1. Cette trémie 31 est chargée de déverser, par l'intermédiaire d'une vanne réglable 32, des particules de matériau thermoplastique à l'état solide directement sur la partie supérieure de la plaque 1. L'échauffement de cette plaque 1 par effet Joule a alors pour effet de provoquer l'adhérence des particules solides arrivant à son contact, ces particules adhérant sur la plaque 1 se ramollissant ensuite progressivement sous l'effet de l'échauffement de cette plaque pour donner lieu à la formation d'une couche régulière rapidement amenée dans un état suffisamment fluide pour entraîner son écoulement continu 25 le long de la plaque 1. Le débit de cet écoulement continu 25 peut quant à lui être réglé à la valeur désirée par actionnement approprié de la vanne de réglage 32. L'écoulement continu 25 ainsi réalisé peut ensuite être tiré électrostatiquement sous forme de filaments 26, au fur et à mesure qu'il arrive au niveau de l'électrode 2, de la manière déjà décrite précédemment.Fig.4 illustrates a second embodiment of the device according to the invention, which differs from the first embodiment of Fig.l and 2 essentially by the means used to form the continuous flow of thermoplastic material 25 on the inclined plate 1. (The elements of this second embodiment identical to those of the first embodiment remaining assigned the same signs of reference to the drawing). In this second embodiment represented in FIG. 4, the means making it possible to produce a reservoir of molten material above the inclined plate 1 (namely, use of a hopper 15 in combination with a vertical counterplate 8) are here simply deleted, and replaced by a simple hopper 31 disposed directly above the upper part of the inclined plate 1. This hopper 31 is responsible for discharging, via an adjustable valve 32, particles of thermoplastic material in the solid state directly on the upper part of the plate 1. The heating of this plate 1 by Joule effect then has the effect of causing the adhesion of the solid particles arriving in contact, these particles adhering to the plate 1 then gradually softening under the effect of the heating of this plate to give rise to the formation of a regular layer quickly brought into a sufficiently fluid state to cause its continuous flow u 25 along the plate 1. The flow rate of this continuous flow 25 can for its part be adjusted to the desired value by appropriate actuation of the control valve 32. The continuous flow 25 thus produced can then be electrostatically drawn in the form of filaments 26, as it arrives at the electrode 2, in the manner already described above.

La fig.5 illustre une première variante de la forme d'exécution représentée à la fig.4 (les éléments identiques restant affectés des mêmes signes de référence au dessin), qui diffère essentiellement de cette dernière par l'utilisation complémentaire d'un fil additionnel électriquement conducteur 41 s'étendant au-dessous du bord inférieur de la plaque inclinée 1. Ce fil 41 est également relié à la masse de sorte qu'il sert d'électrode concentratrice de champ en lieu et place du bord inférieur 2 (les lignes 3e champ venant en effet se concentrer sur ce fil 41 au lieu de se concentrer sur le bord inférieur comme précédemment). Le champ électrostatique n'agissant plus au niveau du bord inférieur 2, la couche 25 maintenue en écoulement continu le long de la plaque inclinée 1 par l'échauffement de cette plaque vient alors tout simplement se déverser sur le fil 41 également échauffé par effet Joule, de sorte que les filaments 26 se trouvent maintenant tirés en continu à partir de ce fil 41.Fig.5 illustrates a first variant of the embodiment shown in Fig.4 (identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing), which differs essentially from the latter by the complementary use of a wire additional electrically conductive 41 extending below the lower edge of the inclined plate 1. This wire 41 is also connected to ground so that it serves as a field concentrator electrode in place of the lower edge 2 (the 3rd field lines coming to concentrate on this wire 41 instead of concentrating on the lower edge as before ). The electrostatic field no longer acting at the lower edge 2, the layer 25 maintained in continuous flow along the inclined plate 1 by the heating of this plate then simply spills onto the wire 41 also heated by Joule effect , so that the filaments 26 are now drawn continuously from this thread 41.

Cette variante présente l'avantage majeur de permettre que le matériau thermoplastique soit échauffé en deux étapes successives de durées inégales, à savoir une première étape de relativement longue durée au niveau de la plaque inclinée 1, durant laquelle le matériau est échauffé à une température sufisamment faible pour éviter sa dégradation (mais néanmoins suffisante pour permettre son écoulement le long de cette plaque), et une seconde étape de courte durée au niveau du fil 41, durant laquelle le matériau est rapidement échauffé jusqu'à une température suffisante pour permettre son tirage électrostatique (température permettant d'abaisser sa viscosité à une valeur suffisamment basse pour que les forces électrostatiques l'emportent sur les forces de viscosité).This variant has the major advantage of allowing the thermoplastic material to be heated in two successive stages of unequal duration, namely a first stage of relatively long duration at the inclined plate 1, during which the material is heated to a sufficient temperature. weak to avoid its degradation (but nevertheless sufficient to allow its flow along this plate), and a second short-term step at the level of the wire 41, during which the material is rapidly heated to a temperature sufficient to allow it to be drawn electrostatic (temperature allowing its viscosity to be lowered to a sufficiently low value for the electrostatic forces to prevail over the viscosity forces).

La fig.6 illustre une seconde variante de la forme d'exécution représentée à la fig.4. (les éléments identiques restant affectés des mêmes signes de référence au dessin), selon laquelle les filaments sont tirés à partir d'un matériau en solution au lieu d'un matériau thermoplastique ou thermofusible comme précédemment. Dans cette seconde variante, la trémie 31 est remplacée par un tube 51 pourvu d'une fente longitudinale 52, disposé à l'aplomb de la partie supérieure de la plaque inclinée 1. Ce tube 51, qui se trouve raccordé par l'intermédiaire d'une vanne de réglage 53 à un réservoir 54 rempli de matériau en solution, est chargé de déverser sur la plaque inclinée 1 une pellicule de solution 25 s'écoulant en continu par gravité le long de cette plaque 1 (le débit de cet écoulement continu 25 étant par ailleurs susceptible d'être réglé au moyen de la vanne 53). La plaque 1 n'ayant dans cette variante pas besoin d'être échauffée par effet Joule en vue d'assurer l'écoulement continu du matériau à filer, cette dernière peut alors très bien être faite en un matériau diélectrique au lieu d'un matériau conducteur comme précédemment. La concentration de champ nécessaire pour assurer le tirage électrostatique des filaments peut alors dans un tel cas être avantageusement assurée par une électrode annexe en forme de lame 55 reliée à la masse, disposée de façon que son arête vive 55a pointe en direction de la portion de solution 25 arrivant au niveau du bord inférieur 2 de la plaque 1. Dans le dispositif de cette fig.6, la surface réceptrice 19 est en outre, à titre de variante complémentaire, constituée en un matériau électriquement conducteur (par exemple treillis nétallique), de sorte qu'on peut alors envisager de supprimer purement et simplement la contre-électrode 18, et de relier la source haute tension HT directement à cette surface conductrice 19, par l'intermédiaire d'un contact glissant 56.Fig.6 illustrates a second variant of the embodiment shown in Fig.4. (the identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing), according to which the filaments are drawn from a material in solution instead of a thermoplastic or hot-melt material as previously. In this second variant, the hopper 31 is replaced by a tube 51 provided with a longitudinal slot 52, placed directly above the upper part of the inclined plate 1. This tube 51, which is connected by means of an adjustment valve 53 to a reservoir 54 filled with material in solution, is responsible for pouring onto the inclined plate 1 a film of solution 25 continuously flowing by gravity along this plate 1 (the flow of this continuous flow 25 being moreover capable of being adjusted by means of the valve 53). Plate 1 having in this va laughing no need to be heated by Joule effect in order to ensure the continuous flow of the material to be spun, the latter can then very well be made of a dielectric material instead of a conductive material as before. The field concentration necessary to ensure the electrostatic pulling of the filaments can then in this case be advantageously ensured by an annex electrode in the form of a blade 55 connected to ground, arranged so that its sharp edge 55a points towards the portion of solution 25 arriving at the lower edge 2 of the plate 1. In the device of this FIG. 6, the receiving surface 19 is also, as a complementary variant, made of an electrically conductive material (for example a metallic mesh), so that one can then consider purely and simply suppressing the counter-electrode 18, and connecting the high voltage source HT directly to this conductive surface 19, by means of a sliding contact 56.

La fig.7 illustre une troisième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, destinée à permettre le tirage de filaments à partir d'une zone de tirage circulaire, en vue d'obtenir que ces filaments puissent être recueillis sur une surface réceptrice tubulaire. Cette forme d'exécution comprend une surface inclinée électriquement conductrice 61 de forme tronconique, pourvue d'un bord inférieur circulaire 62. Cette surface tronconique 61 se trouve électriquement interrompue dans le sens circonférentiel par une bande isolante 63 s'étendant le long d'une de ses génératrices, de manière à permettre son échauffement par effet Joule au moyen d'une source de courant alternative S convenablement reliée par ses deux pôles à cette surface 61 (c.a.d de part et d'autre de la bande isolante 63, l'un des pôles de cette source S étant par ailleurs mis à la masse). A l'aplomb du sommet de la surface tronconique 61 se trouve par ailleurs disposée une trémie 64, chargée de déverser un matériau thermoplastique pulvérulent sur la partie supérieure de la face externe de cette surface tronconique 61. L'échauffement par effet Joule de cette surface 61 donne alors lieu à la formation d'une couche régulière 65 s'éooulant en continu sur tout le pourtour de la surface tronoonique 61, jusqu'à venir atteindre le bord inférieur circulaire 62 de cette surface 61. Concentriquement à la surface 61, et à hauteur du bord 62, se trouve par ailleurs disposée une contre-électrode annulaire 68, reliée à l'un des pôles d'une source haute tension continue HT dont l'autre pôle est relié à la masse. La portion de matériau 65 arrivant en continu sur le bord inférieur circulaire 62 se trouve ainsi soumis à un champ électrostatique intense suffisamment concentré sur cette portion pour permettre le tirage électrostatique de cette dernière sous la forme de filaments 26, lesquels sont alors susceptibles d'être recueillis sur une surface réceptrice tubulaire 69 en défilement axial devant la contre-électrode 68.Fig.7 illustrates a third embodiment of the device according to the invention, intended to allow the drawing of filaments from a circular drawing area, in order to obtain that these filaments can be collected on a receiving surface tubular. This embodiment comprises an inclined electrically conductive surface 61 of frustoconical shape, provided with a circular lower edge 62. This frustoconical surface 61 is electrically interrupted in the circumferential direction by an insulating strip 63 extending along a of its generators, so as to allow it to heat up by the Joule effect by means of an alternating current source S suitably connected by its two poles to this surface 61 (ie on either side of the insulating strip 63, one poles of this source S being also grounded). In line with the top of the frustoconical surface 61 is also arranged a hopper 64, responsible for discharging a pulverulent thermoplastic material on the upper part of the external face of this frustoconical surface 61. The heating by Joule effect of this surface 61 then gives rise to the formation of a regular layer 65 continuously flowing over the entire periphery of the truncated surface 61, until it reaches the circular lower edge 62 of this surface 61. Con centrally at the surface 61, and at the edge 62, is also arranged an annular counter-electrode 68, connected to one of the poles of a high voltage direct current source HV whose other pole is connected to ground . The portion of material 65 arriving continuously on the circular lower edge 62 is thus subjected to an intense electrostatic field sufficiently concentrated on this portion to allow the electrostatic drawing of the latter in the form of filaments 26, which are then likely to be collected on a tubular receiving surface 69 in axial movement in front of the counter-electrode 68.

La fig.8 illustre une quatrième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, qui diffère de la première forme d'exécution des fig.l et 2 essentiellement par le fait qu'elle comporte une pluralité de zones d'étirage rectilignes disposées les unes à côté des autres au lieu d'en comporter une seule comme dans cette première forme d'exécution (les éléments identiques restant affectés des mêmes signes de référence au dessin). Cette forme d'exécution comprend ainsi une pluralité de plaques inclinées 1 s'étendant les unes à côté des autres sur un même niveau horizontal, à chacune desquelles se trouve associée une contre-plaque 8 comme décrit précédemment aux fig.l et 2. Les différents espaces longitudinaux 12 en forme (le V délimités entre ces pluralités de plaques 1 et 8 sont susceptibles d'être alimentés en matériau thermoplastique à l'état pulvérulent par une trémie unique 75, l'échauffement par effet Joule de ces pluralités de plaque 1 et 8 donnant alors lieu à la formation d'écoulements continus 25 progressant le long de la partie inférieure de chacune des plaques 1 jusqu'à venir atteindre leurs bords rectilignes 2. Les différentes pluralités de filaments 26 tirées électrostatiquement à partir de chacun de ces bords rectilignes 2 (au moyen d'une contre-électrode unique 18 s'étendant au-dessous des différentes électrodes ooncen- tratrices 2) peuvent alors être recueillis successivement sur une surface réceptrice appropriée unique 19 défilant devant la contre--électrode 18, en vue de permettre par exemple la réalisation de produits non-tissés multicouches d'épaisseur globale relativement élevée. Les produits non-tissés ainsi obtenus sont par ailleurs susceptibles d'être composites, en prévoyant alors de réaliser des apports de matériaux différents sur les différentes plaques inclinées 1 (en prévoyant alors par exemple d'utiliser une trémie 75 compartimentée, comme esquissé en pointillés au dessin, de façon à permettre le remplissage des différents compartiments au moyen de matériaux différents).Fig.8 illustrates a fourth embodiment of the device according to the invention, which differs from the first embodiment of Fig.l and 2 essentially in that it comprises a plurality of rectilinear stretching zones arranged one beside the other instead of having only one as in this first embodiment (the identical elements remaining assigned the same signs of reference to the drawing). This embodiment thus comprises a plurality of inclined plates 1 extending one beside the other on the same horizontal level, with each of which there is associated a counter plate 8 as described previously in FIGS. 1 and 2. The different longitudinal spaces 12 in shape (the V delimited between these pluralities of plates 1 and 8 are capable of being supplied with thermoplastic material in the pulverulent state by a single hopper 75, the heating by Joule effect of these pluralities of plate 1 and 8 then giving rise to the formation of continuous flows 25 progressing along the lower part of each of the plates 1 until reaching their straight edges 2. The different pluralities of filaments 26 drawn electrostatically from each of these edges rectilinear 2 (by means of a single counter-electrode 18 extending below the different concentrating electrodes 2) can then be collected successively on a recessed surface single appropriate eptrice 19 parading in front of the counter electrode 18, in order to allow for example the production of non-woven multilayer products of relatively high overall thickness. The non-woven products thus obtained are moreover capable of being composite, while planning to carry out contributions of different materials on the different inclined plates 1 (then providing for example to use a compartmentalized hopper 75, as sketched in dotted lines in the drawing, so as to allow the filling of the different compartments with different materials).

Claims (4)

1. Procédé pour fabriquer simultanément une pluralité de filaments par voie électrostatique, caractérisé par le fait qu'il consiste à : - former en continu sur au moins une surface inclinée une rou- che d'un matériau normalement diélectrique maintenue, au moins dans la partie inférieure de cette surface inclinée, dans un état suffisamment fluide pour pouvoir s'écouler en continu par gravité jusqu'au bord inférieur de cette surface inclinée, ledit matériau étant par ailleurs capable de solidification relativement rapide après cessation dudit maintien à l'état fluide, et, - soumettre au moins la portion de ladite couche fluide arrivant sur ledit bord inférieur à l'action d'un champ électrostatique intense suffisamment concentré au voisinage de cette portion de couche fluide pour entrainer le tirage, à partir de cette portion de couche fluide, de groupes de molécules progressant alors le long des lignes de forces électrostatiques en donnant lieu à la formation des filaments, lesquels se solidifient ensuite progressivement en s'éloignant dudit bord inférieur de ladite surface inclinée. 1. Method for simultaneously manufacturing a plurality of filaments by electrostatic means, characterized in that it consists in: - continuously forming on at least one inclined surface a roll of a normally dielectric material maintained, at least in the lower part of this inclined surface, in a sufficiently fluid state to be able to flow continuously by gravity to lower edge of this inclined surface, said material being moreover capable of relatively rapid solidification after cessation of said maintenance in the fluid state, and, subjecting at least the portion of said fluid layer arriving on said lower edge to the action of an intense electrostatic field sufficiently concentrated in the vicinity of this portion of fluid layer to cause the drawing, from this portion of fluid layer, of groups of molecules then progressing along the lines of electrostatic forces giving rise to the formation of filaments, which then solidify progressively away from said lower edge of said inclined surface. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend : - au moins une surface inclinée - des moyens pour former en continu sur ladite surface inclinée une couche dudit matériau normalement diélectrique, et pour maintenir cette couche, au moins dans la partie inférieure de cette surface inclinée, dans un état suffisamment fluide pour permettre son écoulement continu par gravité jusqu'au bord inférieur de ladite surface inclinée, et, - des moyens pour soumettre au moins la portion de cette couche fluide arrivant sur ledit bord inférieur à l'action d'un champ électrostatique intense suffisamment concentré sur cette portion de couche fluide pour entrainer son tirage sous la forme de filaments. 2. Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises: - at least one inclined surface - Means for continuously forming on said inclined surface a layer of said normally dielectric material, and for maintaining this layer, at least in the lower part of this inclined surface, in a sufficiently fluid state to allow its continuous flow by gravity until lower edge of said inclined surface, and, - Means for subjecting at least the portion of this fluid layer arriving on said lower edge to the action of an intense electrostatic field sufficiently concentrated on this portion of fluid layer to cause its draft in the form of filaments. 3. Application du procédé selon la revendication 1 pour la production de produits non-tissés.3. Application of the method according to claim 1 for the production of non-woven products. 4. Application du procédé selon la revendication 1 pour la production de revêtements continus sur un substrat approprié.4. Application of the method according to claim 1 for the production of continuous coatings on a suitable substrate.
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