EP0124454B1 - Procédé pour améliorer la régularité de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques - Google Patents

Procédé pour améliorer la régularité de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques Download PDF

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EP0124454B1
EP0124454B1 EP19840420072 EP84420072A EP0124454B1 EP 0124454 B1 EP0124454 B1 EP 0124454B1 EP 19840420072 EP19840420072 EP 19840420072 EP 84420072 A EP84420072 A EP 84420072A EP 0124454 B1 EP0124454 B1 EP 0124454B1
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EP
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stress
speed
filaments
thermoplastic polymers
stretching
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EP19840420072
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Gérard Perez
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Rhone Poulenc Fibres SA
Original Assignee
Rhone Poulenc Fibres SA
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Publication date
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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D01D5/16—Stretch-spinning methods using rollers, or like mechanical devices, e.g. snubbing pins

Definitions

  • the present invention relates to a process for improving the regularity of structure and the properties of filaments, threads, fibers, based on thermoplastic polymers, more particularly polyesters and polyamides.
  • the present invention applies to processes for spinning in the molten state and continuous drawing, that is to say to known methods for obtaining wires oriented directly on a spool, possibly at high speed, methods according to which the filaments are first entrained by a take-up roller or delivery rollers before being stretched and then rewound, directly or possibly after another treatment.
  • Slight variations in the properties of the threads can have various and unexpected causes such as uncontrolled and accidental changes in the extrusion temperature, the flow rate of the die, the diameter of the orifices (which can be modified by agglomerated polymer) , the blowing speed, the speed of the filaments (sliding of the wires on the rollers), the viscosity, etc.
  • French application FR-A-2 311 868 envisages controlling the spinning speed of yarns with a polyamide base, for example by means of a roller driven by a substantially constant torque in order to obtain in particular better uniformity of the titer.
  • British patent GB-A-988 994 provides for controlling the speed of the drawing roller to a continuous measurement of the modulus of the filaments.
  • Russian patent SU-A-914662 proposes to measure the tension force of the threads, in particular at the winding level by measuring the "specific linear electrical resistance" of the threads, then the tension force is kept within certain limits by a regulator.
  • thermoplastic polymers obtained by melt spinning and continuous drawing by measurement and regulation in a known manner at a constant level of the drawing stress of the filaments between the take-up roller and the drawing roller, the speed of the drawing roller being kept constant.
  • drawing roller and drawing roller is also meant according to the present application a set of drawing rollers and a set of drawing rollers.
  • the stress upstream of the last stretching roller is measured and regulated at a constant level.
  • the continuous spinning-drawing process is a process in which the filaments are driven by a take-up roller rotating at a speed V 1 before passing onto another roller driven at a constant speed V 2 : according to the invention, from that a modification of the stress is detected, which can come from one or more parameters mentioned above, it is possible, for example, to adapt the speed of the take-up roller so that the stress returns to a predetermined level and constant.
  • the drawing itself can be carried out cold or hot, at a controlled temperature according to known methods (heating rollers, ovens, etc.), in one or more stages.
  • Such a method makes it possible to regulate the structure of the filaments as well as all the properties linked to the state of orientation of the fibers, in particular the birefringence, the modulus at the origin, and the secant modules, and allows, inter alia, '' obtain a very regular dye affinity.
  • thermoplastic polymers which are structured as a function of the stretching stress.
  • polyesters such as polyethylene terephthalate optionally connected with a small percentage of a tri- or tetrafunctional agent ((such as trimethylolpropane, pentaerythrol, trimellic acid, trimesic, pryomellic, etc.).
  • a tri- or tetrafunctional agent such as trimethylolpropane, pentaerythrol, trimellic acid, trimesic, pryomellic, etc.
  • copolyesters comprising at least 80% of polyethylene terephthalate ethylene glycol units, and 20% of other units obtained by replacing the ethylene glycol with another diol (butane diol, hexane diol, etc.) or the starting terephthalic acid with another diacid such as isophthalic acid, hexahydroterephthalic, bibenzoic, etc.
  • polyamides such as polyhexamethylene adipamide and copolyamides comprising at least 85% of hexamethylene adipamide units and up to 15% of other units, obtained by replacing, for example, the starting adipic acid with another. diacid such as terephthalic acid, sebacic acid, and / or by replacing the two monomers with caprolactam.
  • polyamides such as polycaprolactam, and other polymers such as polypropylene.
  • this process makes it possible to limit the transitional period linked to accidental variations in the characteristics of the polymer.
  • the intrinsic viscosity of the polyester is evaluated by calculation from the measurement of the specific viscosity on a solution at 1% by weight by volume in orthochlorophenot at 25 ° C. and a value of 0.25 for the HUGGINS constant.
  • the specific viscosity is measured using a viscometer of the "Ostwald" type.
  • the toughness, elongation and secant modulus measurements at 5% elongation are carried out using a device known commercially under the brand INSTRON 1122 according to standard NF G 07 003.
  • a polyethylene terephthalate matified with 0.5% by weight of titanium oxide of intrinsic viscosity 0.68 is prepared.
  • the polymer is melted in a extruder and brought to the die at a temperature of 293 ° C. then spun through a die maintained at 285 ° C., comprising 30 orifices with a flow rate of 110 g / min.
  • the filaments are cooled transversely by an air blower, are sized and then are driven by a system of take-up rollers, rotating at a peripheral speed of 5,130 m / min, and the temperature of which is 120 ° C.
  • the wires then pass over a system of stretching rollers heated to 130 ° C on which they are driven at a speed of 6470 m / min before being wound up on a reel, under a winding tension force of 15 cN to produce a 170 dtex wire.
  • the stress value is 10.2 cN / tex ⁇ 0.3 cN / tex and the drawing rate that the wires undergo is 1.261 X.
  • the intrinsic viscosity of the polymer drops to a value of 0.64.
  • the stress measurement device immediately indicates a rise in the stress level to 11.4 cN / tex and an automatic system connected to the take-up rollers makes it possible to increase their speed to a value of 5,340 m / min.
  • the standard deviation of the value of the secant modulus at 5% elongation is 18 cN / tex.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé pour améliorer la regularité de structure et les propriétés des filaments, fils, fibres, à base de polymères thermoplastiques, plus particulièrement de polyesters et de polyamides.
  • La présente invention s'applique aux procédés de filage à l'état fondu et étirage en continu, c'est-à-dire aux procédés connus pour l'obtention de fils orientés directement sur une bobine, éventuellement à grande vitesse, procédés selon lesquels les filaments sont d'abord entraînés par un rouleau d'appel ou des rouleaux délivreurs avant d'être étirés et ensuite renvidés, directement ou éventuellement après un autre traitement.
  • Pour tous les procédés de filage et étirage en continu connus jusque là on observe sur les filaments obtenus, lors d'une production industrielle, de petites variations au niveau des proprietes, qui ont une incidence sur les articles textiles terminés. Par exemple, une variation de module sur un même fil peut conduire sur des fils de chaîne à des variations d'affinité tinctoriale nettement visibles sur le tissu.
  • Les variations légères des propriétés des fils peuvent avoir des causes diverses et inattendues telles que des modifications incontrôlées et accidentelles au niveau de la température d'extrusion, du débit de la filière, du diamètre des orifices (qui peut être modifié par du polymère aggloméré), de la vitesse de soufflerie, de la vitesse d'appel des filaments (glissement des fils sur les rouleaux), de la viscosité, etc..
  • Pour contrôler la vitesse ou la force de tension des fils à différents stades, certaines solutions ont déjà été proposées. La demande française FR-A-2 311 868 envisage de contrôler la vitesse de filage de fils àbase de polyamide, par exemple au moyen d'un rouleau entraîné par un couple sensiblement constant pour obtenir en particulier une meilleure uniformité du titre.
  • Le brevet britannique GB-A-988 994 prévoit d'asservir la vitesse du rouleau d'étirage à une mesure en continu du module des filaments.
  • Le brevet russe SU-A-914662 propose de mesurer la force de tension des fils, en particulier au niveau du renvidage par la mesure de la "résistance électrique linéaire spécifique" des fils, puis la force de tension est maintenue dans certaines limites par un régulateur.
  • Il a maintenant été trouvé qu'il était possible d'améliorer la régularité de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques obtenus par filage à l'état fondu et étirage en continu par la mesure et la régulation de manière connue à un niveau constant de la contrainte d'étirage des filaments entre le rouleau d'appel et le rouleau d'étirage, la vitesse du rouleau d'étirage étant maintenue constante.
  • On appelle contrainte d'étirage, le rapport de la force de tension par le titre au moment de la mesure.
  • En pratique, selon la présente demande, il suffit de mesurer la contrainte d'étirage du fil entre le rouleau d'appel et le rouleau d'étirage au moyen d'un appareil tel que décrit dans la demande française n° 82/16074 en date du 22.09.1982 (FR-A-25 33 314) et de la réguler à un niveau constant par tout moyen automatique approprié au procédé précis utilisé, quelle que soit la vitesse de fflage ou d'étirage.
  • Par rouleau d'appel et rouleau d'étirage, on entend aussi selon la présente demande un ensemble de rouleaux d'appel et un ensemble de rouleaux d'étirage.
  • Dans le cas d'un étirage en continu en plusieurs stades on mesure et on régule à un niveau constant la contrainte en amont du dernier rouleau d'étirage dont la vitesse est maintenue constante.
  • Le procédé de filage-étirage en continu est un procédé dans lequel les filaments sont entraînés par un rouleau d'appel tournant à une vitesse V1 avant de passer sur un autre rouleau entraîné à une vitesse V2 constante: selon l'invention, dès qu'une modification de la contrainte est détectée, pouvant provenir d'un ou plusieurs paramètres cités ci-dessus, on peut, par exemple, adapter la vitesse du rouleau d'appel de manière à ce que la contrainte revienne à un niveau prédéterminé et constant.
  • Dans ce cas, il se produit une variation du taux d'étirage, sans variation du titre des filaments après le rouleau d'étirage tournant à la vitesse V2, les propriétés des filaments restant rigoureusement constantes.
  • On peut, bien entendu, utiliser d'autres moyens pour faire varier la contrainte: modifier la hauteur du point de convergence des filaments sous la filière, interposer un élément de friction modifiant la préorientation du fil avant la zone d'étirage, etc..
  • Toutefois, le débit de polymère extrudé doit être maintenu constant, afin d'obtenir des fils de titre régulier.
  • Il est surprenant que la régulation de la contrainte d'étirage soit efficace pour un étirage effectué aussi bien à froid qu'à chaud et qu'il suffise pour obtenir une régularité de la structure des filaments, de s'assurer de la régularité de la contrainte d'étirage, indépendamment des irrégularités de structure du fil avant l'opération d'étirage.
  • L'étirage lui-même peut être effectué à froid ou à chaud, à température régulée suivant les procédés connus (rouleaux chauffants, fours, etc..), en un ou plusieurs stades.
  • Un tel procédé permet de réguler la structure des filaments ainsi que toutes les propriétés liées à l'état d'orientation des fibres, en particulier la biréfringence, le module à l'origine, et les modules sécants, et permet, entre autres, d'obtenir une affinité tinctoriale très régulière.
  • De cette manière, il est possible d'obtenir une production plus régulière, adaptée à toutes les variations possibles provenant des conditions de filage ou du polymère.
  • De plus, il peut être avantageux également de réguler la force de tension au renvidage selon des procédés connus.
  • Un tel procédé s'applique à tous les polymères thermoplastiques qui se structurent en fonction de la contrainte d'étirage.
  • C'est le cas des polyesters tels que le polytéréphtalate d'éthylène glycol éventuellement branché avec un faible pourcentage d'un agent tri- ou tétrafonctionnel, (tels que le triméthylolpropane, pentaérythrol, l'acide trimellique, trimésique, pryomellique, etc..) et les copolyesters comportant au moins 80 % d'unités polytéréphthalate d'éthylène glycol, et 20 % d'autres unités obtenues en remplaçant l'éthylène glycol par un autre diol (butane diol, hexane diol, etc..) ou l'acide téréphthalique de départ par un autre diacide tel que l'acide isophtalique, hexahydrotéréphthalique, bibenzoique, etc..
  • C'est aussi le cas des polyamides tels que le polyhexaméthylène adipamide et les copolyamides comportant au moins 85 % d'unités hexaméthylène adipamide et jusqu'à 15 % d'autres unités, obtenus en remplaçant par exemplel'acide adipique de départ par un autre diacide tel que l'acide téréphthalique, sébacique, et/ou en remplaçant les deux monomères par du caprolactame.
  • D'autres types de polyamides peuvent être utilisés, tels que le polycaprolactame, et d'autres polymères tels que le polypropylène.
  • L'amélioration de structure et de propriétés des fils ainsi obtenus permet de réaliser une production très régulière au cours du temps et présente un intérêt économique important.
  • Par exemple, ce procédé permet de limiter la période transitoire liée à des variations accidentelles des caractéristiques du polymère.
  • Dans les exemples qui suivent la viscosité intrinsèque du polyester est évaluée par calcul à partir de la mesure de la viscosité spécifique sur une solution à 1 % en poids par volume dans l'orthochlorophénot à 25°C et une valeur de 0,25 pour la constante de HUGGINS. La viscosité spécifique est mesurée au moyen d'un viscosimètre du type "Ostwald".
  • Les mesures de ténacité, allongement et module sécant à 5 % d'allongement sont effectuées au moyen d'un appareil connu dans le commerce sous la marque INSTRON 1122 selon la norme NF G 07 003.
    • Exemple
  • On prépare un polytéréphthalate d'éthylène matifié avec 0,5 % en poids d'oxyde de titane de viscosité intrinsèque 0,68. Le polymère est fondu dans une boudineuse et amené à la filière à une température de 293° C puis filé à travers une filière maintenue à 285° C, comportant 30 orifices avec un débit de 110 g/min.
  • Les filaments sont refroidis transversalement par une soufflerie d'air, sont ensimés puis sont entraînés par un système de rouleaux d'appel, tournant à une vitesse périphérique de 5 130 m/min, et dont la température est de 120°C. Les fils passent ensuite sur un système de rouleaux étireurs chauffés à 130°C sur lesquels ils sont entraînés à une vitesse de 6470 m/min avant d'être renvidés sur une bobine, sous une force de tension de bobinage de 15 cN pour produire un fil de 170 dtex.
  • Immédiatement après le duo d'appel, on mesure la contrainte du fil sans contact au moyen de l'appareil décrit dans la demande française 82/16074 déposée le 22.09.1982 (FR-A-25 33 314).
  • La valeur de la contrainte est de 10,2 cN/tex ± 0,3 cN/tex et le taux d'étirage que les fils subissent est de 1,261 X.
  • Au cours du procédé de filage, on provoque une chute de la viscosité intrinsèque du polymère jusqu'à une valeur de 0,64.
  • L'appareil de mesure de contrainte indique aussitôt une élévation du niveau de la contrainte à 11,4 cN/tex et un système automatique relié aux rouleaux d'appel permet d'augmenter la vitesse de ceux-ci à une valeur de 5 340 m/min.
  • La vitesse des rouleaux d'étirage étant inchangée, le taux d'étirage passe à 1,211 X et la contrainte revient au niveau initial de 10,2 cN/tex.
  • Les filaments obtenus possèdent, avant et après la variation de la viscosité, les caractéristiques suivantes:
    • Allongement %: 20
    • Ténacité cN/tex: 32
    • Module sécant à 5 % d'allongement: 350 cN/tex
    • Ecart-type du module sécant à 5 % d'allongement: 7 cN/tex
    • (mesuré sur 10 bobines différentes, avec 20 mesures sur bobine).
  • Sans régulation de la contrainte d'étirage, l'écart-type de la valeur du module sécant à 5 % d'allongement est de 18 cN/tex.

Claims (4)

1/ - Procédé pour améliorer la régularite de structure de filaments à base de polymères thermoplastiques, obtenus par filage à l'état fondu, et étirage en continu entre un rouleau d'appel et un rouleau d'étirage, caractérisé par le fait que l'on mesure la contrainte d'étirage (représentée par le rapport de la force de tension par le titre du brin du moment de la mesure) et qu'on la requle, de manière connue, à un niveau constant, la vitesse du rouleau d'étirage étant maintenue constante.
2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étirage est effectué à froid ou à chaud.
3/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étirage est effectué en plusieurs stades et la contrainte régulée entre l'avant dernier et le dernier rouleau d'étirage, dont la vitesse est maintenue constante.
4/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fils sont à base de polyesters ou polyamides.
EP19840420072 1983-04-29 1984-04-18 Procédé pour améliorer la régularité de structure des filaments à base de polymères thermoplastiques Expired EP0124454B1 (fr)

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FR2545107A1 (fr) 1984-11-02
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