EP0848767A1 - Cellulose fibres with improved elongation at break, and methods for producing same - Google Patents

Cellulose fibres with improved elongation at break, and methods for producing same

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EP0848767A1
EP0848767A1 EP96927680A EP96927680A EP0848767A1 EP 0848767 A1 EP0848767 A1 EP 0848767A1 EP 96927680 A EP96927680 A EP 96927680A EP 96927680 A EP96927680 A EP 96927680A EP 0848767 A1 EP0848767 A1 EP 0848767A1
Authority
EP
European Patent Office
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fiber
cellulose
fibers
formate
tex
Prior art date
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Application number
EP96927680A
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German (de)
French (fr)
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EP0848767B1 (en
Inventor
Jean-Paul Meraldi
Jean-Claude Aubry
Vlastimil Cizek
Jo[L Ribiere
André Schneider
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Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Michelin Recherche et Technique SA France
Original Assignee
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Michelin Recherche et Technique SA France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Michelin Recherche et Technique SA Switzerland, Michelin Recherche et Technique SA France filed Critical Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Publication of EP0848767A1 publication Critical patent/EP0848767A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0848767B1 publication Critical patent/EP0848767B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D01F2/24Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from cellulose derivatives
    • D01F2/28Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from cellulose derivatives from organic cellulose esters or ethers, e.g. cellulose acetate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/2913Rod, strand, filament or fiber
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    • Y10T428/2913Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2964Artificial fiber or filament
    • Y10T428/2965Cellulosic

Definitions

  • the invention relates to fibers of cellulose derivatives and fibers of cellulose regenerated from these derivatives.
  • cellulose derivatives is understood here to mean the compounds formed, as a result of chemical reactions, by substitution of the hydroxyl groups of the cellulose, these derivatives also being called substitution derivatives.
  • regenerated cellulose means a cellulose obtained by a regeneration treatment carried out on a cellulose derivative.
  • the invention relates more particularly to fibers of cellulose formate and to fibers of cellulose regenerated from this formate. as well as the processes for obtaining such fibers.
  • Fibers of cellulose formate and fibers of cellulose regenerated from this formate have in particular been described in international patent application WO 85/05115 (PCT / CH85 / 00065), filed by the applicant, or in equivalent patents EP -B-179 822 and US-A-4 839 113.
  • These documents describe the obtaining of spinning solutions based on cellulose formate, by reaction of the cellulose with formic acid and phosphoric acid. These solutions are optically anisotropic. that is, they have a liquid crystal state.
  • These documents also describe the cellulose formate fibers obtained by spinning these solutions, according to the so-called "dry-jet-wet spinning" technique, as well as the cellulose fibers obtained after a regeneration treatment of these formate fibers.
  • the cellulose fibers of the application WO 85/05115 are characterized by a much more ordered structure, due to the liquid-crystal nature of the spinning solutions from which they come. They thus have very high mechanical properties in extension, in particular very high values of toughness and modulus, but, on the other hand, are characterized by rather low elongation at break values, these values being on average between 3 % and 4%. and not exceeding 4.5%.
  • the primary object of the invention is to provide fibers in cellulose formate as well as regenerated cellulose fibers which, compared to the fibers of application WO 85/05115, have a significantly improved elongation at break, as well as properties high energy at break.
  • the second object of the invention is to obtain the above improvements without reducing the tenacity of the fibers, which is a major advantage of the invention.
  • Another object of the invention is to obtain regenerated cellulose fibers from cellulose formate, the fatigue resistance of which, in particular in tires, is significantly improved compared to that of regenerated cellulose fibers on demand.
  • WO 85/05115 cited above.
  • Ds being the degree of substitution of the cellulose in formate groups (in%)
  • Te being its tenacity in cN / tex
  • Mi being its initial modulus in cN / tex
  • Ar being its elongation at break in%
  • Er being its energy at break in J / g.
  • the cellulose fiber of the invention regenerated from cellulose formate, is characterized by the following relationships:
  • Dg being the degree of substitution of the cellulose for formate groups (in%)
  • T E being its toughness in cN / tex
  • M I being its initial modulus in cN / tex
  • a R being its elongation at break in%.
  • E R being its energy at break in J / g.
  • the cellulose formate fiber and the regenerated cellulose fiber above are both obtained by novel and specific methods which constitute other objects of the invention.
  • the spinning process of the invention for obtaining the cellulose formate fiber of the invention, consisting in spinning a solution of cellulose formate in a solvent based on phosphoric acid, according to the so-called “dry” spinning method -jet-wet spinning ", is characterized in that the coagulation step of the fiber and the neutral washing step of the coagulated fiber are both carried out in acetone.
  • the regeneration process of the invention for obtaining the regenerated cellulose fiber of the invention, consisting in passing a cellulose formate fiber through a regenerating medium, washing it and then drying it, is characterized in that the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution (NaOH) whose sodium hydroxide concentration, denoted Cs, is greater than 16% (% by weight).
  • NaOH aqueous sodium hydroxide solution
  • the invention further relates to the following products:
  • the reinforcement assemblies each comprising at least one fiber according to the invention, for example cables, plies, fibers
  • reinforcement assemblies which can be for example hybrid, that is to say composite, comprising elements of different natures, possibly not in accordance with the invention
  • the articles reinforced with at least one fiber and / or an assembly in accordance with the invention are for example articles made of rubber or plastics, for example plies, belts, pipes, tire casings, in particular tire carcass reinforcements.
  • the degree of polymerization is noted DP.
  • the DP of the cellulose is measured in a known manner, this cellulose being in the form of a powder, or previously transformed into a powder.
  • the inherent viscosity (IV) of the cellulose in solution is first determined, according to Swiss standard SNV 195 598 of 1970, but at different concentrations which vary between 0.5 and 0.05 g / dl.
  • the inherent viscosity is defined by the equation:
  • the intrinsic viscosity [ ⁇ ] is then determined by extrapolation at zero concentration of the inherent viscosity IV.
  • the weight average molecular mass M w is given by the Mark-Houwink relation:
  • the solution is first coagulated with water in a dispersing device. After filtration and washing with acetone, a powder is obtained which is then dried in a vacuum oven at 40 ° C for at least 30 minutes. After isolating the formate, the cellulose is regenerated by treating this formate at reflux with normal sodium hydroxide. The cellulose obtained is washed with water, dried and the DP is measured as described above.
  • the degree of substitution of cellulose for cellulose formate is also called the degree of formylation.
  • the degree of substitution determined by the method described here gives the percentage of alcohol functions of the cellulose which are esterified, that is to say transformed into formate groups. This means that a degree of substitution of 100% is obtained if the three alcohol functions of the cellulose unit are all esterified. or that a degree of substitution of 30%, for example, is obtained if 0.9 out of three alcohol functions, on average, is esterified.
  • the degree of substitution is measured differently depending on whether one characterizes cellulose formate (formate in solution, or fibers in formate) or cellulose fibers regenerated from cellulose formate.
  • this formate is first isolated from the solution as indicated previously in paragraph I-1. If it is measured on formate fibers, these fibers are first cut into pieces 2 to 3 cm long.
  • cellulose formate thus prepared is weighed with precision and placed in an Erlenmeyer flask. 40 ml of water and 2 ml of normal sodium hydroxide (1 N NaOH) are added. The mixture is heated at 90 ° C. at reflux for 15 minutes under nitrogen. The cellulose is thus regenerated by retransforming the formate groups into hydroxyl groups. After cooling, the excess soda is titrated back with a solution of decinormal hydrochloric acid (0.1 N HCl), and the degree of substitution is thus deduced therefrom.
  • decinormal hydrochloric acid 0.1 N HCl
  • the degree of substitution is noted Ds when it is measured on cellulose formate fibers.
  • D S degree of substitution
  • optical isotropy or anisotropy of the solutions is determined by placing a drop of solution to be studied between crossed linear polarizers and analyzers with an optical polarization microscope, and then observing this solution at rest, i.e. by the absence of dynamic stress, at room temperature.
  • an optically anisotropic solution is a solution which depolarizes light, that is to say which exhibits, thus placed between crossed linear polarizer and analyzer, a transmission of light (colored texture).
  • An optically isotropic solution is a solution which, under the same observation conditions, does not have the above depolarization property, the field of the microscope remaining black.
  • fibers is meant here multifilament fibers (also called “spun”), constituted in a known manner of a large number of elementary filaments of small diameter (small titer). All the mechanical properties below are measured on fibers which have been subjected to prior conditioning.
  • Pre-conditioning means storing the fibers for at least 24 hours, before measurement, in a standard atmosphere according to European standard DIN EN 20139 (temperature of 20 ⁇ 2 ° C; hygrometry of 65 ⁇ 2%).
  • the fiber titer is determined on at least three samples, each corresponding to a length of 50 m, by weighing this length of fiber. The title is given in tex (weight in grams of 1000 m of fiber).
  • the mechanical properties of the fibers are measured in known manner using a tensile machine
  • the fibers after having received a slight preliminary protective twist (helix angle of approximately 6 °), undergo a traction over an initial length of 400 mm at a speed of 200 mm / min (or at a speed of 50 mm / min only when their elongation at break does not exceed 5%). All the results given are an average of 10 measurements.
  • the toughness (breaking force divided by the title) and the initial modulus are indicated in cN / tex (centinewton per tex - reminder: 1 cN / tex equal to approximately 0.11 g / den (gram per denier)).
  • the initial modulus is defined as the slope of the linear part of the Force-Elongation curve, which occurs just after the standard pretension of 0.5 cN / tex.
  • the elongation at break is indicated as a percentage.
  • the energy at break is given in J / g (joule per gram), that is to say per unit mass of fiber.
  • Cellulose formate solutions are made by mixing cellulose, formic acid, and phosphoric acid (or an acid-based liquid
  • the cellulose can be in different forms, in particular in the form of a powder, prepared for example by spraying a plate of raw cellulose.
  • its initial water content is less than 10% by weight, and its DP between 500 and 1000.
  • Formic acid is esterification acid, phosphoric acid (or liquid based on phosphoric acid) being the solvent for cellulose formate, called “solvent” or “spinning solvent” in the description below. -after.
  • solvent or solvent for cellulose formate
  • phosphoric used is orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), but one can use other phosphoric acids, or a mixture of phosphoric acids.
  • the phosphoric acid can, depending on the case, be used solid, in the liquid state, or dissolved in formic acid.
  • the water content of these two acids is less than 5% by weight; they can be used alone or optionally contain, in small proportions, other organic and / or mineral acids, such as acetic acid, sulfuric acid or hydrochloric acid for example.
  • the cellulose concentration of the solution can vary to a large extent; concentrations C of between 10% and 30% (% by weight of cellulose - calculated on the basis of non-esterified cellulose - on the total weight of the solution) are for example possible, these concentrations being in particular a function of the degree of polymerization cellulose.
  • phosphoric can also be adjusted within a wide range.
  • cellulose formate When making cellulose formate, the use of formic acid and phosphoric acid makes it possible to obtain both a high degree of substitution for cellulose formate, generally greater than 20%, without excessive reduction the initial degree of polymerization of the cellulose, as well as a homogeneous distribution of these formate groups, both in the amorphous zones and in the crystalline zones of the cellulose formate.
  • the appropriate kneading means for obtaining a solution are known to those skilled in the art: they must be capable of kneading, kneading correctly, preferably at an adjustable speed, the cellulose and the acids until obtaining of the solution.
  • solution is meant here, in a known manner, a homogeneous liquid composition in which no solid particle is visible to the naked eye.
  • the mixing can be carried out for example in a mixer comprising Z-shaped arms, or in a continuous screw mixer.
  • These kneading means are preferably equipped with a vacuum evacuation device and a heating and cooling device making it possible to adjust the temperature of the mixer and its contents, in order to accelerate, for example, the dissolution operations. , or to control the temperature of the solution being formed.
  • Cellulose powder (the humidity of which is in equilibrium with the ambient humidity of the air) is introduced into a double-jacket mixer, comprising Z-shaped arms and an extrusion screw.
  • a mixture of orthophosphoric acid (99% crystalline) and formic acid is then added, containing for example three quarters of orthophosphoric acid per quarter of formic acid (parts by weight).
  • the whole is mixed for a period of approximately 1 to 2 hours for example, the temperature of the mixture being maintained between 10 and 20 ° C., until a solution is obtained.
  • the spinning solutions thus obtained are ready to spin, they can be transferred directly, for example by means of an extrusion screw placed at the outlet of the mixer, to a spinning machine to be spun there, without further processing. prior to usual operations such as degassing or filtration steps for example.
  • the spinning solutions used for implementing the invention are optically anisotropic solutions.
  • these spinning solutions have at least one of the following characteristics:
  • the concentration of phosphoric acid is between 50% and 75% (% by weight); the degree of substitution of the cellulose for formate groups in the solution is between 25% and 50%, more preferably between 30% and
  • the degree of polymerization of the cellulose, in solution is between 350 and 600;
  • the spinning solutions are spun according to the so-called “dry-jet-wet-spinning” technique: this technique uses a non-coagulating fluid layer, generally air, placed at the outlet of the die, between the die and the means of coagulation.
  • a non-coagulating fluid layer generally air
  • the spinning solution is transferred to the spinning block where it feeds a spinning pump. From this spinning pump, the solution is extruded through at least one die, preceded by a filter. It is during the journey to the die that the solution is gradually brought to the desired spinning temperature, generally between 35 ° C and 90 ° C, depending on the nature of the solutions, preferably between 40 ° C and 70 ° C.
  • the term "spinning temperature” therefore means the temperature of the spinning solution at the time of its extrusion through the die.
  • Each die can include a variable number of extrusion capillaries, this number being able to vary for example from 50 to 1000.
  • the capillaries are generally of cylindrical shape, their diameter being able to vary for example from 50 to 80 ⁇ m
  • a liquid extnidate which consists of a variable number of elementary liquid veins.
  • Each elementary liquid vein is stretched (see below spinning drawing factor) in a non-coagulating fluid layer, before entering the coagulation zone.
  • This non-coagulating fluid layer is generally a layer of gas, preferably air, the thickness of which can vary from a few mm to several tens of mm (millimeters), for example from 5 mm to 100 mm, depending on the conditions. specific spinning; in known manner, the thickness of the non-coagulating layer is understood to mean the distance separating the underside of the die, arranged horizontally, and the entry to the coagulation zone (surface of the coagulating liquid).
  • the temperature of the coagulating medium, noted Tc is not a critical parameter for the implementation of the invention.
  • Tc temperature of the coagulating medium
  • Tc a negative temperature
  • the temperature Tc will be chosen the lower the lower the concentration C of the spinning solution.
  • the level of spinning solvent in the coagulating medium is preferably stabilized at a level of less than 15%, even more preferably less than 10% (% by weight of coagulating medium).
  • the coagulation means to be used are known devices, composed for example of baths, pipes and / or cabins, containing the coagulating medium and in which the fiber circulates during formation. It is preferable to use a coagulation bath placed under the die, at the outlet of the non-coagulating layer. This bath is generally extended at its base by a vertical cylindrical tube, called “spinning tube", through which the coagulated fiber passes and the coagulating medium circulates.
  • the depth of the coagulating medium in the coagulation bath measured from the entry of the bath to the entry of the spinning tube, can vary from a few millimeters to a few centimeters for example, depending on the particular conditions of implementation of
  • the coagulation bath can be extended if necessary by additional coagulation devices, for example by other baths or cabins, placed at the outlet of the spinning tube, for example after a horizontal deflection point.
  • the method of the invention is implemented so that at least one of the following characteristics is verified: a) the rate of residual solvent in the fiber, at the outlet of the coagulation means (denoted Rs) , is less than 100% by weight of dry formate fiber; b) the stress of tension undergone by the fiber, at the exit of the means of
  • ⁇ c coagulation
  • the fiber is left in contact with the coagulating medium until a significant portion of spinning solvent is extracted from the fiber.
  • an effort is made to maintain the tensions undergone by the fiber at a moderate level: to control this, these tensions will be measured immediately at the output of the coagulation means, using tensiometers appropriate.
  • the invention will preferably be implemented so that the following two relationships are verified:
  • the procedure is for example as follows: fiber is taken at the outlet of the coagulation means, with its coagulating medium; then it is wiped on the surface with absorbent paper, without pressure, so as to eliminate most of the coagulating medium (acetone) which is contained in the surface layer surrounding the fiber, and which itself contains a certain fraction of solvent of spinning (phosphoric acid or liquid based on phosphoric acid) already extracted from the fiber; the fiber is then washed completely with water, in a laboratory device, so as to completely extract the phosphoric acid which it contains, then this phosphoric acid is titrated in return with sodium hydroxide; for more precision, the measurement is repeated 5 times and the average is calculated.
  • the fiber is taken up on a device
  • the speed of the spun product, on this drive device is called “spinning speed” (or also calling or driving speed): it is the speed of travel of the fiber through the spinning installation. , once the fiber is formed.
  • the ratio between the spinning speed and the speed of extrusion of the solution through the die defines what is known, in known manner, the drawing stretch factor (abbreviated as FEF), which is for example between 2 and 10.
  • neutral washing is meant any washing operation making it possible to extract all or almost all of the spinning solvent from the fiber.
  • water is indeed the "natural" swelling medium of the fibers of cellulose or of cellulose derivatives (see for example example US-A-4,501,886), and therefore the medium likely to offer, a priori, the best washing efficiency.
  • the patents or patent applications EP-B-220642, US-A-4,926,920, WO 94/17136 like the aforementioned application WO 85/05115 (page 72, examples II-1 and following) , describe the use of water, at the outlet of the coagulation means, for washing fibers of cellulose formate.
  • acetone used as a washing medium despite a washing power which is, in known manner, significantly lower than that of water, leads to fibers which have a once completed (ie washed until neutral, then dried), very markedly improved properties, as regards firstly their elongation at break, when they are compared to the fibers described in application WO 85/05115.
  • the step of coagulating the fiber and the step of neutral washing of the coagulated fiber must both be carried out in acetone.
  • the temperature of the washing acetone is not a critical parameter of the process. It goes without saying, however, that excessively low temperatures are avoided so as to favor the washing kinetics.
  • the temperature of the washing acetone denoted T1
  • T1 will be chosen positive (by this is meant a temperature equal to or greater than 0 ° C), and even more preferably greater than + 10 ° C.
  • washing means can be used, consisting for example of baths containing washing acetone and in which the fiber to be washed flows.
  • the washing times in acetone can vary, typically, from a few seconds to a few tens of seconds, depending on the particular conditions of implementation of the invention.
  • both the washing medium and the coagulating medium may contain constituents other than acetone, without the spirit of the invention being modified, provided that these other constituents are present only in minor proportion. ; the total proportion of these other constituents will preferably be less than 15%, more preferably less than 10% (% by total weight of coagulating medium or of washing medium). More particularly, if water is present in the coagulation or washing acetone, its content will preferably be less than 5%.
  • the cellulose formate fiber is dried by any suitable means, in order to remove the washing acetone.
  • the level of acetone at the outlet of the drying means is adjusted to a rate of less than 1% by weight of dry fiber.
  • the drying operation one can operate for example by continuously scrolling the fiber on heating rollers, or use, as a main or
  • a drying temperature at least equal to 60 ° C is used, more preferably between 60 ° C and 90 ° C.
  • the method of the invention can be implemented in a very wide range of spinning speeds, which can vary from several tens to several hundred meters per minute, for example to 400 m / min or 500 m / min, or even more .
  • the spinning speed is at least equal to 100 m / min, more preferably at least equal to 200 m / min.
  • the washing step will preferably be carried out so as to that the level of residual spinning solvent in the finished fiber, ie washed and dried, does not exceed 0.1% to 0.2% by weight, relative to the weight of dry fiber.
  • the cellulose formate fiber thus spun can also be sent directly to the regeneration means, online and continuously, in order to prepare a regenerated cellulose fiber.
  • a process for regenerating a fiber into a cellulose derivative consists in treating this fiber in a regenerating medium so as to eliminate almost all of the substituent groups (so-called saponification treatment), in washing the fiber thus regenerated, then to dry it, these three operations being in principle carried out continuously on the same treatment line called "regeneration line".
  • the regenerating medium usually used is an aqueous solution of soda (sodium hydroxide NaOH) weakly concentrated, containing only a few% soda (% by weight), for example from 1 to 3% (see for example PCT / AU91 / 00151).
  • soda sodium hydroxide NaOH
  • the Applicant has found that the filaments of the cellulose formate fibers (whether or not they conform to the invention) undergo partial, superficial dissolution, as soon as that the sodium hydroxide concentration reached and exceeded approximately 6% by weight, the regenerating medium then becoming a true solvent for cellulose formate.
  • Such dissolution, even partial, is completely detrimental to the mechanical properties of the fiber: presence of bonded filaments, drop in resistance of the attacked filaments, difficulties in washing the fiber, etc.
  • the process of the invention for obtaining a regenerated cellulose fiber according to the invention, by regeneration of a cellulose formate fiber, is characterized in that the regenerating medium is an aqueous solution of highly concentrated sodium hydroxide, the concentration of soda, noted Cs, is greater than 16% (% by weight).
  • a concentration Cs greater than 18% is used, and even more preferably, a concentration of between 22% and 40%; it has in fact been found that such concentration ranges were, as a general rule, more particularly beneficial to the elongation at break of the regenerated fiber, the optimal concentration range being between 22% and 30%.
  • the regeneration process of the invention it is preferably started from a cellulose formate fiber according to the invention, having in particular an elongation at break Ar greater than 6%.
  • the regeneration line consists concretely, and conventionally, of regeneration means, followed by washing means, themselves followed by drying means. All these devices are not critical for the implementation of the invention, and those skilled in the art will be able to define them without difficulty.
  • the regeneration and washing means may consist in particular of baths, pipes, tanks, cabins, in which the regenerating medium or the washing medium circulate. It is possible, for example, to use cabins each equipped with two motorized cylinders around which the fiber to be treated is wound, this fiber then being showered with the liquid medium used (regenerating or washing).
  • the residence times in the regeneration means will of course have to be adjusted so as to regenerate the formate fibers substantially, and thus to verify the following relationship on the final regenerated fiber:
  • the washing medium is preferably water. Indeed, after the operation of
  • the cellulose fiber can be washed with its natural swelling medium, that is to say with water, the latter having the best washing efficiency.
  • Water is used at room temperature, or at a higher temperature, if necessary, to increase the washing kinetics.
  • a neutralizing agent for the soda not consumed for example formic acid.
  • the drying means may consist, for example, of ventilated heating tunnels through which the washed fiber circulates, or alternatively in heating cylinders on which the fiber is wound.
  • the drying temperature is not critical, and can vary over a wide range, in particular from 80 ° C. to 240 ° C. or more, depending on the particular conditions of implementation of the invention, in particular according to the speeds. of passage on the regeneration line. Preferably a temperature not exceeding 200 ° C is used.
  • the fiber is taken from a take-up reel, and its residual moisture level is checked.
  • the drying conditions temperature and duration
  • the residual humidity level is between 10% and 15%, even more preferably of the order of 12% to 13% by weight of dry fiber.
  • the washing and drying times required vary from a few seconds to a few tens of seconds, depending on the means employed and the particular conditions for carrying out the invention.
  • the tension stresses at the input of the regeneration means, washing means and drying means will preferably be chosen lower. at 10 cN / tex. and even more preferably less than 5 cN / tex.
  • the regeneration speed (denoted Vr), that is to say the speed of passage of the fiber through the regeneration line, can vary from several tens to several hundred meters per minute, for example up to 400 or 500 m / min or more; advantageously, this speed Vr is at least equal to 100 m / min, more preferably at least equal to 200 m / min.
  • the regeneration method of the invention is preferably implemented in line and continuously with the spinning method of the invention, in such a way that the entire production chain, from the extrusion of the solution through the until the regenerated fiber is dried, or uninterrupted.
  • the tests described below can be either tests in accordance with the invention, or tests not in accordance with the invention.
  • a total of 14 spinning tests of cellulose formate fibers are carried out, according to the spinning process of the invention, and in particular conforming to the
  • the coagulation step and the neutral washing step of the coagulated fiber are both carried out in acetone.
  • Table 1 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
  • Test No . test number (referenced from A-1 to A-14);
  • N number of filaments of the fiber
  • Vf spinning speed (in m / min);
  • Tc temperature of the coagulating medium (in ° C);
  • ⁇ c tension stress undergone by the fiber at the exit of the coagulation means (in cN / tex);
  • Te fiber tenacity (in cN / tex);
  • Mi initial fiber modulus (in cN / tex);
  • Ds degree of substitution of cellulose for formate groups. in fiber (in%);
  • these solutions contain (% by weight) from 16 to 22% of cellulose, from 60 to 65% of phosphoric acid, and from 18 to 19% of formic acid (total), the weight ratio (formic acid / phosphoric acid ) initial being approximately 0.30;
  • the degree of substitution of the cellulose in the solutions is between 40 and 45% for the solutions containing 16% by weight of cellulose, between 30 and 40% for the other more concentrated solutions;
  • the channels include 500 or 1000 capillaries of cylindrical shape, with a diameter of 50 or 65 ⁇ m;
  • the spinning temperatures are between 40 and 50 ° C;
  • the FEF values are between 2 and 6 (between 2 and 4 for tests A-1, A-5 to A-9, A-14; between 4 and 6 for other tests);
  • the non-coagulating fluid layer consists of an air layer (thickness varying from 10 to 40 mm depending on the tests);
  • the level of phosphoric acid in the coagulating medium is stabilized at a level of less than 10% (% by weight of coagulating medium);
  • the temperature of the washing acetone (Tl) is always positive, between 15 and 20 ° C;
  • the drying of the fiber is carried out at 70 ° C, by passage over heating cylinders, with in addition a blowing of nitrogen heated to 80 ° C; the acetone level at the outlet of the drying means is less than 0.5% (% by weight of dry fiber);
  • the residual phosphoric acid level is less than 0.1% (% by weight of dry fiber).
  • the DP of the cellulose, in the solution is between 400 and 450, which shows in particular a low depolymerization after dissolution.
  • the values of Ds are between 25 and 50%. It can be seen that in these examples, they are all between 30 and 45%: in practice, they are identical to the values of degrees of substitution measured on the spinning solutions.
  • the neutral washing step of the coagulated fiber is carried out with water (as in the request WO 85/05115 cited above), and not with acetone.
  • This washing water is industrial water, at a temperature close to 15 ° C.
  • the fibers contain 250 to 1000 filaments.
  • Table 2 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
  • the abbreviations and the units used in this table 2 are the same as for the previous table 1.
  • these fibers of table 2 can have quite interesting characteristics of tenacity and initial modulus; in particular, after a conventional regeneration step according to the prior art (weakly concentrated aqueous NaOH solution), they can be transformed into regenerated fibers having very high toughness (110 to 120 cN / tex, or even more) combined with very high initial modulus values (3000 to 3500 cN / tex, or even more).
  • a total of 23 regeneration tests of cellulose formate fibers are carried out, in accordance with the regeneration process of the invention, according to the indications provided in paragraph II-3 above.
  • the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution, the Cs concentration of which is in all cases greater than 16%.
  • Table 3 gives both specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
  • Test No . test number (referenced from C-1 to C-23);
  • N number of filaments of the regenerated fiber
  • Cs concentration of sodium hydroxide in the regenerating medium (% by weight);
  • Vr regeneration speed (in m / min);
  • T I title of the fiber (in tex);
  • T E tenacity of the fiber (in cN / tex);
  • a R elongation at break of the fiber (in%)
  • the starting cellulose formate fibers a sample of which (a few hundred meters) was systematically taken at the outlet of the spinning means, to check their mechanical properties, all conform to the invention; in particular, they all have a
  • the regenerating medium used is at room temperature (about 20 ° C);
  • the regeneration, washing, and drying means consist of cabins equipped with motorized cylinders on which the fiber to be treated is wound;
  • the regeneration speed Vr indicated in table 3 (from 55 to 200 m / min) is therefore equal to the spinning speed Vf;
  • the drying of the washed fiber is carried out on heating cylinders, at different temperatures varying from 80 ° C to 240 ° C, according to the specific scheme below: from 80 ° C to 120 ° C for tests C-2, C-3, C-5, C-10, C-17; at 240 ° C for test C-11; from 160 ° C to 190 ° C for the other tests;
  • the residence times in the regeneration means are of the order of
  • the fibers At the outlet of the drying means, the fibers have a residual moisture content of the order of 12% to 13% (% by weight of dry fiber).
  • their elongation at break A R is greater than 7% (examples C-4 to C-11, C-13 to C-16, C-19 and C-20), even more preferably greater than 8% (example C-4).
  • the filamentary title (title of the fiber T I divided by the number N of filaments) is equal to approximately 1.8 dtex (decitex) (most common filamentary title for cellulosic fibers)
  • the latter can vary to a large extent, for example from 1.4 dtex to 4.0 dtex, or even more, by adjusting the spinning conditions in known manner.
  • the regenerated fibers of tests Cl 9 and C-20 have, respectively, a
  • a total of 9 regeneration tests of cellulose formate fibers (referenced from D-1 to D-9) are carried out, according to a regeneration process not in accordance with the invention.
  • the regeneration conditions are the same as those used for the fibers in accordance with the invention of table 3 above, with one exception: the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution whose Cs soda concentration is at most equal to 16% .
  • Table 4 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
  • the abbreviations and the units used in this table 4 are the same as for the previous table 3.
  • each filament is constituted at least in part by layers nested one inside the other surrounding the axis of the filament; it is further noted that in each layer, in general, the optical direction and the direction of crystallization vary quasi-periodically along the axis of the filament.
  • Such a structure or morphology is commonly described in the literature under the name of "band structure”.
  • the regenerated cellulose fibers of the invention have many other advantages when compared with the fibers described in the aforementioned basic application WO 85/05115 on the one hand, with conventional fibers of the type radiates on the other hand.
  • the fibers of the invention Compared with the fibers described in basic application WO 85/05115, the fibers of the invention notably have a very significantly improved fatigue resistance, both in laboratory test and in pneumatic rolling.
  • the fatigue resistance can be analyzed by subjecting assemblies of these fibers to various known laboratory tests, in particular to the fatigue test known under the name of "Disc Fatigue Test"(see for example US 2,595,069, standard ASTM D885-591 revised 67T).
  • This test which is well known to those skilled in the art (see for example US 4,902,774), essentially consists in incorporating plied fibers of the fibers to be tested, previously glued, in rubber blocks, then, after baking, to tire the gum test tubes. thus formed in compression, between two rotating discs, a very large number of cycles (for example between 100,000 and 1,000,000 cycles). After fatigue, the plies are extracted from the test pieces and their residual breaking strength is compared to the breaking strength of control plies extracted from non-tired test pieces.
  • the fibers of the invention compared to the fibers of basic application WO 85/05115, systematically show clearly improved endurance on the "Disc Fatigue Test".
  • fibers according to the invention having a preferred elongation at break greater than 7%, as well as fibers according to application WO 85/05115, all having an elongation at break less than 5%, have been assembled to form plied (type "A” and "B", respectively) having the same formula 180x2 (tex) 420/420 (t / m).
  • each ply consists of two yarns (multifilament fibers), each having a count of 180 tex before twisting, which are first twisted individually at 420 rpm in one direction during a first step, then twisted the two together at 420 rpm in the opposite direction during a second step.
  • the helix angle is approximately 27 ° and the coefficient of torsion (or torsional factor) K is approximately 215, with:
  • twists of type "A” (according to the invention) and of type “B” (according to WO 85/051 15) were subjected to the "Disc Fatigue Test" above (6 hours at 2700 cycles / min, with a maximum compression rate of the test piece of approximately 16% in each cycle); the following force-breaking lapses were recorded on the extracted twists (data in relative values, with a base 100 for the maximum lapsing recorded on a type “B” plied):
  • the fatigue resistance of the regenerated fibers of the invention is therefore significantly improved - by a factor of two to three on average - compared to the regenerated fibers of the initial application WO 85/05115.
  • the capacity of technical fibers to reinforce tires can be analyzed, in a known manner, by reinforcing a rubber sheet with plies of the fibers to be tested, previously glued, by incorporating the fabric thus formed in a tire structure, for example in a carcass ply reinforcement, then subjecting the tire thus reinforced to a rolling test.
  • Such rolling tests are widely known to those skilled in the art, they can for example be implemented on automatic machines making it possible to vary a large number of parameters (pressure, load, temperature, etc.) during rolling. .
  • the plies are extracted from the tire tested, and their residual breaking strength is compared to that of control plies extracted from control tires which have not been rolled.
  • the fibers of the invention when used to reinforce a radial tire carcass, show an endurance which is significantly improved compared to the fibers according to WO 85/05115.
  • the fibers according to the prior art did not resist (rupture of the plies of type "B" above), due to particularly severe driving conditions, the fibers of the invention
  • the regenerated fibers of the invention have other quite advantageous characteristics compared to conventional rayon fibers.
  • the resistance to humidity of cellulosic fibers can be analyzed using various known tests, a simple test consisting for example of completely soaking the fibers in a water bath, for a determined time, then measuring the strength- rupture of the fibers in the wet state, by pulling them immediately out of the water bath after having simply drained them.
  • the breaking strength in the wet state for the fibers of the invention, represents 80 to 90%, depending on the case, of the nominal breaking strength (ie in the dry state, measured as indicated in paragraph I-4.).
  • the nominal breaking strength ie in the dry state, measured as indicated in paragraph I-4.
  • rayon fibers it only represents around 60% of the nominal breaking strength.
  • the fibers of the invention are therefore much less sensitive to moisture than conventional rayon fibers, they have better dimensional stability in a humid environment.
  • the fibers of the invention can be assembled, as described
  • the fibers of the invention in the twisted state , have a toughness which is even greater than the tenacity of untwisted rayon fibers.
  • the tenacities of the plies according to the invention are generally much greater than the tenacities on plies which can be obtained from fibers of the rayon type whose tenacity hardly exceeds, so known, 45-50 cN / tex before twisting. They can therefore be used in a smaller quantity in articles usually reinforced with conventional rayon fibers.
  • the fibers of the invention the primary characteristic of which is a
  • the improvement brought by the invention does not consist in a simple displacement towards another optimum of a given combination [tenacity-elongation at break], with an energy at break remaining substantially the same (total surface under the curve of traction Force - Elongation remaining substantially constant); it consists in fact of a very appreciable improvement in any combination [toughness-elongation at break], making it possible to "extend" the force-elongation curves obtained for the fibers of the initial application WO 85/05115, and thus obtaining a very markedly improved energy at break (increased surface area under the Force-Elongation curve).
  • cellulose formate used in this document covers cases where the hydroxyl groups of the cellulose are substituted by groups other than the formate groups, in addition to the latter, for example ester groups, in particular acetate groups, the degree of substitution of cellulose with these other groups being preferably less than 10%.
  • the additional constituents may for example be plasticizers, sizes, dyes, polymers other than cellulose which may possibly be esterified during the production of the solution. It can also be various additives making it possible, for example, to improve the spinability of spinning solutions, the use properties of the fibers obtained, the adhesiveness of these fibers to a gum matrix.
  • the invention also covers the cases where a die is made up of one or more non-cylindrical capillaries, of various shapes, for example of a single capillary in the form of a slit, the term "fiber" used in the description and the claims before then be understood in a more general sense, which may include in particular the case of a cellulose formate film or of a regenerated cellulose film.

Abstract

Fiber made of cellulose formate and fiber made of cellulose regenerated from cellulose formate. These fibers exhibit high tenacity and modulus properties, combined with improved values of elongation at break and of energy at break. Their elongation at break, in particular, is greater than 6%.Methods for producing these fibers. The fiber made of cellulose formate is obtained by spinning a liquid crystal solution of cellulose formate according to the so-called dry-jet-wet spinning method, the coagulation stage and the neutral washing stage which follow both being carried out in acetone. The fiber made of cellulose formate in a highly concentrated aqueous sodium hydroxide solution. The spinning and regeneration methods can be employed in line and continuously.Reinforcing assemblies based on such fibers. Articles reinforced by such fibers or assemblies, these reinforced articles being in particular tires.

Description

FIBRES CELLULOSIQUES A ALLONGEMENT RUPTURE AMELIORE  CELLULOSIC FIBERS WITH IMPROVED RUPTURE ELONGATION
ET PROCEDES POUR LES OBTENIR.  AND METHODS FOR OBTAINING THEM.
L'invention concerne les fibres en dérivés cellulosiques et les fibres en cellulose régénérée à partir de ces dérivés. The invention relates to fibers of cellulose derivatives and fibers of cellulose regenerated from these derivatives.
De manière connue, on entend ici par "dérivés cellulosiques" les composés formés, à la suite de réactions chimiques, par substitution des groupes hydroxyle de la cellulose, ces dérivés étant aussi appelés dérivés de substitution. On entend par "cellulose régénérée" une cellulose obtenue par un traitement de régénération réalisé sur un dérivé cellulosique. In known manner, the term “cellulose derivatives” is understood here to mean the compounds formed, as a result of chemical reactions, by substitution of the hydroxyl groups of the cellulose, these derivatives also being called substitution derivatives. The term "regenerated cellulose" means a cellulose obtained by a regeneration treatment carried out on a cellulose derivative.
L'invention concerne plus particulièrement les fibres en formiate de cellulose et les fibres en cellulose régénérée à partir de ce formiate. ainsi que les procédés d'obtention de telles fibres. The invention relates more particularly to fibers of cellulose formate and to fibers of cellulose regenerated from this formate. as well as the processes for obtaining such fibers.
Des fibres en formiate de cellulose et des fibres en cellulose régénérée à partir de ce formiate ont notamment été décrites dans la demande de brevet internationale WO 85/05115 (PCT/CH85/00065), déposée par la demanderesse, ou dans les brevets équivalents EP-B-179 822 et US-A-4 839 113. Ces documents décrivent l'obtention de solutions de filage à base de formiate de cellulose, par réaction de la cellulose avec de l'acide formique et de l'acide phosphorique. Ces solutions sont optiquement anisotropes. c'est-à-dire qu'elles présentent un état de cristal-liquide. Ces documents décrivent également les fibres de formiate de cellulose obtenues par filage de ces solutions, selon la technique dite de "dry-jet-wet spinning", ainsi que les fibres de cellulose obtenues après un traitement de régénération de ces fibres de formiate. Fibers of cellulose formate and fibers of cellulose regenerated from this formate have in particular been described in international patent application WO 85/05115 (PCT / CH85 / 00065), filed by the applicant, or in equivalent patents EP -B-179 822 and US-A-4 839 113. These documents describe the obtaining of spinning solutions based on cellulose formate, by reaction of the cellulose with formic acid and phosphoric acid. These solutions are optically anisotropic. that is, they have a liquid crystal state. These documents also describe the cellulose formate fibers obtained by spinning these solutions, according to the so-called "dry-jet-wet spinning" technique, as well as the cellulose fibers obtained after a regeneration treatment of these formate fibers.
Comparées à des fibres cellulosiques classiques telles que les fibres rayonne ou viscose, ou à d'autres fibres classiques non cellulosiques telles que les fibres de nylon ou de polyester par exemple, toutes filées à partir de liquides optiquement isotropes, les fibres de cellulose de la demande WO 85/05115 se caractérisent par une structure beaucoup plus ordonnée, en raison du caractère cristal-liquide des solutions de filage dont elles sont issues. Elles présentent ainsi de très hautes propriétés mécaniques en extension, en particulier des valeurs très élevées de ténacité et de module, mais, en contrepartie, se caractérisent par des valeurs d'allongement à la rupture plutôt faibles, ces valeurs étant comprises en moyenne entre 3 % et 4 %. et ne dépassant pas 4,5 %. Compared to conventional cellulosic fibers such as rayon or viscose fibers, or to other conventional non-cellulosic fibers such as nylon or polyester fibers for example, all spun from optically isotropic liquids, the cellulose fibers of the application WO 85/05115 are characterized by a much more ordered structure, due to the liquid-crystal nature of the spinning solutions from which they come. They thus have very high mechanical properties in extension, in particular very high values of toughness and modulus, but, on the other hand, are characterized by rather low elongation at break values, these values being on average between 3 % and 4%. and not exceeding 4.5%.
Cependant, des valeurs d'allongement à la rupture supérieures peuvent être However, higher elongation at break values may be
souhaitables lorsqu'on utilise de telles fibres dans certaines applications techniques, notamment comme éléments de renforcement d'une enveloppe de pneumatique, en particulier d'une armature de carcasse de pneumatique. Le but premier de l'invention est de proposer des fibres en formiate de cellulose ainsi que des fibres en cellulose régénérée qui, par rapport aux fibres de la demande WO 85/05115, présentent un allongement à la rupture notablement amélioré, ainsi que des propriétés élevées d'énergie à la rupture. desirable when such fibers are used in certain technical applications, in particular as reinforcing elements for a tire casing, in particular for a tire carcass reinforcement. The primary object of the invention is to provide fibers in cellulose formate as well as regenerated cellulose fibers which, compared to the fibers of application WO 85/05115, have a significantly improved elongation at break, as well as properties high energy at break.
Le but second de l'invention est d'obtenir les améliorations ci-dessus sans diminuer la ténacité des fibres, ce qui est un avantage majeur de l'invention. The second object of the invention is to obtain the above improvements without reducing the tenacity of the fibers, which is a major advantage of the invention.
Un autre but de l'invention est l'obtention de fibres en cellulose régénérée, à partir du formiate de cellulose, dont la résistance à la fatigue, notamment en pneumatique, est sensiblement améliorée par rapport à celle des fibres en cellulose régénérée de la demande WO 85/05115 précitée. Another object of the invention is to obtain regenerated cellulose fibers from cellulose formate, the fatigue resistance of which, in particular in tires, is significantly improved compared to that of regenerated cellulose fibers on demand. WO 85/05115 cited above.
La fibre en formiate de cellulose de l'invention est caractérisée par les relations suivantes : The cellulose formate fiber of the invention is characterized by the following relationships:
- Ds≥ 2 ; - Ds≥ 2;
- Te > 45 ;  - Te> 45;
- Mi > 800 ;  - Mi> 800;
- Ar > 6 ;  - Ar> 6;
- Er > 13,5 ,  - Er> 13.5,
Ds étant le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate (en %), Te étant sa ténacité en cN/tex, Mi étant son module initial en cN/tex, Ar étant son allongement à la rupture en %, Er étant son énergie à la rupture en J/g. Ds being the degree of substitution of the cellulose in formate groups (in%), Te being its tenacity in cN / tex, Mi being its initial modulus in cN / tex, Ar being its elongation at break in%, Er being its energy at break in J / g.
La fibre en cellulose de l'invention, régénérée à partir du formiate de cellulose, est caractérisée par les relations suivantes: The cellulose fiber of the invention, regenerated from cellulose formate, is characterized by the following relationships:
- 0 < Ds < 2 ; - 0 <D s <2;
- TE > 60 ; - T E >60;
- MI > 1000 ; - M I >1000;
- AR > 6 ; - A R >6;
- ER > 17,5 , - E R > 17.5,
Dg étant le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate (en %), TE étant sa ténacité en cN/tex, MI étant son module initial en cN/tex, AR étant son allongement à la rupture en %. ER étant son énergie à la rupture en J/g. Dg being the degree of substitution of the cellulose for formate groups (in%), T E being its toughness in cN / tex, M I being its initial modulus in cN / tex, A R being its elongation at break in%. E R being its energy at break in J / g.
La fibre en formiate de cellulose et la fibre en cellulose régénérée ci-dessus sont obtenues toutes deux grâce à des procédés nouveaux et spécifiques qui constituent d'autres objets de l'invention. The cellulose formate fiber and the regenerated cellulose fiber above are both obtained by novel and specific methods which constitute other objects of the invention.
Le procédé de filage de l'invention, pour obtenir la fibre en formiate de cellulose de l'invention, consistant à filer une solution de formiate de cellulose dans un solvant à base d'acide phosphorique, selon la méthode de filage dite de "dry-jet-wet spinning", est caractérisé en ce que l'étape de coagulation de la fibre et l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée sont toutes deux réalisées dans de l'acétone. The spinning process of the invention, for obtaining the cellulose formate fiber of the invention, consisting in spinning a solution of cellulose formate in a solvent based on phosphoric acid, according to the so-called "dry" spinning method -jet-wet spinning ", is characterized in that the coagulation step of the fiber and the neutral washing step of the coagulated fiber are both carried out in acetone.
Le procédé de régénération de l'invention, pour obtenir la fibre en cellulose régénérée de l'invention, consistant à faire passer une fibre en formiate de cellulose dans un milieu régénérant, à la laver, puis à la sécher, est caractérisé en ce que le milieu régénérant est une solution aqueuse de soude (NaOH) dont la concentration en soude, notée Cs, est supérieure à 16 % (% en poids). The regeneration process of the invention, for obtaining the regenerated cellulose fiber of the invention, consisting in passing a cellulose formate fiber through a regenerating medium, washing it and then drying it, is characterized in that the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution (NaOH) whose sodium hydroxide concentration, denoted Cs, is greater than 16% (% by weight).
L'invention concerne en outre les produits suivants: The invention further relates to the following products:
- les assemblages de renforcement comportant chacun au moins une fibre conforme à l'invention, par exemple des câbles, des retors, des fibres - the reinforcement assemblies each comprising at least one fiber according to the invention, for example cables, plies, fibers
multifilamentaires tordues sur elles-mêmes, de tels assemblages de renforcement pouvant être par exemple hybrides, c'est-à-dire composites, comportant des éléments de natures différentes, éventuellement non conformes à l'invention ;  multifilamentary twisted on themselves, such reinforcement assemblies which can be for example hybrid, that is to say composite, comprising elements of different natures, possibly not in accordance with the invention;
- les articles renforcés par au moins une fibre et/ou un assemblage conformes à l'invention, ces articles étant par exemple des articles en caoutchouc ou en matières plastiques, par exemple des nappes, des courroies, des tuyaux, des enveloppes de pneumatiques, en particulier des armatures de carcasse de pneumatique. the articles reinforced with at least one fiber and / or an assembly in accordance with the invention, these articles being for example articles made of rubber or plastics, for example plies, belts, pipes, tire casings, in particular tire carcass reinforcements.
L'invention sera aisément comprise à l'aide de la description et des exemples non limitatifs qui suivent. The invention will be easily understood with the aid of the description and nonlimiting examples which follow.
I. MESURES ET TESTS UTILISES I. MEASUREMENTS AND TESTS USED
I-1. Degré de polymérisation I-1. Degree of polymerization
Le degré de polymérisation est noté DP. On mesure le DP de la cellulose de manière connue, cette cellulose étant sous forme de poudre, ou transformée préalablement en poudre. The degree of polymerization is noted DP. The DP of the cellulose is measured in a known manner, this cellulose being in the form of a powder, or previously transformed into a powder.
On détermine tout d'abord la viscosité inhérente (IV) de la cellulose en solution, selon la norme suisse SNV 195 598 de 1970, mais à différentes concentrations qui varient entre 0,5 et 0,05 g/dl. La viscosité inhérente est définie par l'équation: The inherent viscosity (IV) of the cellulose in solution is first determined, according to Swiss standard SNV 195 598 of 1970, but at different concentrations which vary between 0.5 and 0.05 g / dl. The inherent viscosity is defined by the equation:
IV = (1/Ce) × Ln (t1/t0) dans laquelle Ce représente la concentration en cellulose sèche, t1 représente la durée d'écoulement de la solution diluée de polymère, t0 représente la durée d'écoulement du solvant pur. dans un viscosimètre de type Ubbelhode, et Ln représente le logarithme népérien. Les mesures sont réalisées à 20°C. IV = (1 / C e ) × Ln (t 1 / t 0 ) in which C e represents the concentration of dry cellulose, t 1 represents the duration of flow of the dilute polymer solution, t 0 represents the duration of flow of pure solvent. in an Ubbelhode viscometer, and Ln represents the natural logarithm. The measurements are carried out at 20 ° C.
La viscosité intrinsèque [ η ] est ensuite déterminée par extrapolation à concentration nulle de la viscosité inhérente IV. The intrinsic viscosity [η] is then determined by extrapolation at zero concentration of the inherent viscosity IV.
La masse moléculaire moyenne en poids Mw est donnée par la relation de Mark-Houwink : The weight average molecular mass M w is given by the Mark-Houwink relation:
[ η ] = K × Mw α où les constantes K et α sont respectivement : [η] = K × M w α where the constants K and α are respectively:
K = 5,31 × 10-4 ; α = 0,78. ces constantes correspondant au système de solvant utilisé pour la détermination de la viscosité inhérente. Ces valeurs sont données par L. K = 5.31 × 10 -4 ; α = 0.78. these constants corresponding to the solvent system used for determining the inherent viscosity. These values are given by L.
Valtasaari dans le document Tappi 48, 627 (1965). Valtasaari in document Tappi 48, 627 (1965).
Le DP est finalement calculé selon la formule: The DP is finally calculated according to the formula:
DP = (Mw)/162 , DP = (M w ) / 162,
162 étant la masse moléculaire du motif élémentaire de la cellulose. 162 being the molecular weight of the elementary motif of cellulose.
Lorsqu'il s'agit de déterminer le DP de la cellulose à partir de formiate de cellulose en solution, on doit isoler tout d'abord ce formiate, puis régénérer la cellulose. When determining the DP of cellulose from cellulose formate in solution, we must first isolate this formate, then regenerate the cellulose.
On procède alors comme suit: We then proceed as follows:
on coagule tout d'abord la solution avec de l'eau dans un appareil à disperser. Après filtration et lavage avec de l'acétone, on obtient une poudre qui est ensuite séchée dans une étuve sous vide à 40°C pendant au moins 30 minutes. Après avoir isolé le formiate, on régénère la cellulose en traitant ce formiate à reflux avec de la soude normale. On lave à l'eau la cellulose obtenue, on la sèche et on mesure le DP comme décrit précédemment. the solution is first coagulated with water in a dispersing device. After filtration and washing with acetone, a powder is obtained which is then dried in a vacuum oven at 40 ° C for at least 30 minutes. After isolating the formate, the cellulose is regenerated by treating this formate at reflux with normal sodium hydroxide. The cellulose obtained is washed with water, dried and the DP is measured as described above.
I-2. Degré de substitution I-2. Degree of substitution
Le degré de substitution de la cellulose en formiate de cellulose est encore appelé degré de formylation. The degree of substitution of cellulose for cellulose formate is also called the degree of formylation.
Le degré de substitution déterminé par la méthode décrite ici donne le pourcentage de fonctions alcool de la cellulose qui sont estérifiées, c'est-à-dire transformées en groupes formiate. Ceci signifie qu'un degré de substitution de 100 % est obtenu si les trois fonctions alcool du motif de cellulose sont toutes estérifiées. ou qu'un degré de substitution de 30 %, par exemple, est obtenu si 0,9 fonction alcool sur trois, en moyenne, est estérifiée. Le degré de substitution est mesuré différemment selon que l'on caractérise du formiate de cellulose (formiate en solution, ou fibres en formiate) ou des fibres en cellulose régénérée à partir du formiate de cellulose. The degree of substitution determined by the method described here gives the percentage of alcohol functions of the cellulose which are esterified, that is to say transformed into formate groups. This means that a degree of substitution of 100% is obtained if the three alcohol functions of the cellulose unit are all esterified. or that a degree of substitution of 30%, for example, is obtained if 0.9 out of three alcohol functions, on average, is esterified. The degree of substitution is measured differently depending on whether one characterizes cellulose formate (formate in solution, or fibers in formate) or cellulose fibers regenerated from cellulose formate.
I-2.1. Degré de substitution sur le formiate de cellulose: I-2.1. Degree of substitution on cellulose formate:
Si le degré de substitution est mesuré sur du formiate de cellulose en solution, ce formiate est tout d'abord isolé de la solution comme indiqué précédemment au paragraphe I-1. S'il est mesuré sur des fibres en formiate, on coupe préalablement ces fibres en morceaux de 2 à 3 cm de long. If the degree of substitution is measured on cellulose formate in solution, this formate is first isolated from the solution as indicated previously in paragraph I-1. If it is measured on formate fibers, these fibers are first cut into pieces 2 to 3 cm long.
On pèse avec précision 200 mg de formiate de cellulose ainsi préparé et on les introduit dans un Erlenmeyer. On ajoute 40 ml d'eau et 2 ml de soude normale (NaOH 1 N). On chauffe à 90°C à reflux pendant 15 minutes sous azote. On régénère ainsi la cellulose en retransformant les groupes formiate en groupes hydroxyle. Après refroidissement, la soude en excès est titrée en retour avec une solution d'acide chlorhydrique décinormale (HCl 0,1 N), et on en déduit ainsi le degré de substitution. 200 mg of cellulose formate thus prepared is weighed with precision and placed in an Erlenmeyer flask. 40 ml of water and 2 ml of normal sodium hydroxide (1 N NaOH) are added. The mixture is heated at 90 ° C. at reflux for 15 minutes under nitrogen. The cellulose is thus regenerated by retransforming the formate groups into hydroxyl groups. After cooling, the excess soda is titrated back with a solution of decinormal hydrochloric acid (0.1 N HCl), and the degree of substitution is thus deduced therefrom.
Dans la présente description, le degré de substitution est noté Ds lorsqu'il est mesuré sur des fibres en formiate de cellulose. In the present description, the degree of substitution is noted Ds when it is measured on cellulose formate fibers.
I-2.2. Degré de substitution sur les fibres en cellulose régénérée: I-2.2. Degree of substitution on regenerated cellulose fibers:
Environ 400 mg de fibre sont coupés en morceaux de 2 à 3 cm de long, puis pesés avec précision et introduits dans un Erlenmeyer de 100 ml contenant 50 ml d'eau. On ajoute 1 ml de soude normale (NaOH 1N). L'ensemble est mélangé à température ambiante, pendant 15 minutes. On régénère ainsi complètement la cellulose en transformant en groupes hydroxyle les derniers groupes formiate qui avaient résisté à la régénération conduite, après leur filage, directement sur des fibres continues. La soude en excès est titrée avec une solution d'acide About 400 mg of fiber are cut into pieces 2 to 3 cm long, then weighed with precision and introduced into a 100 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of water. 1 ml of normal sodium hydroxide (1N NaOH) is added. The whole is mixed at room temperature for 15 minutes. The cellulose is thus completely regenerated by transforming the last formate groups which had resisted the regeneration conducted, after spinning, directly into continuous fibers into hydroxyl groups. The excess soda is titrated with an acid solution
chlorhydrique décinormale (HCl 0, 1 N), et on en déduit ainsi le degré de substitution.  hydrochloric decinormal (HCl 0, 1 N), and we thus deduce the degree of substitution.
Dans la présente description, le degré de substitution est noté DS lorsqu'il est mesuré sur des fibres en cellulose régénérée. In the present description, the degree of substitution is noted D S when it is measured on regenerated cellulose fibers.
I-3. Propriétés optiques des solutions I-3. Optical properties of solutions
L'isotropie ou l'anisotropie optique des solutions est déterminée en plaçant une goutte de solution à étudier entre polariseur et analyseur linéaires croisés d'un microscope optique de polarisation, puis en observant cette solution au repos, c'est-à-dire en l'absence de contrainte dynamique, à la température ambiante. De manière connue, une solution optiquement anisotrope est une solution qui dépolarise la lumière, c'est-à-dire qui présente, ainsi placée entre polariseur et analyseur linéaires croisés, une transmission de la lumière (texture colorée). Une solution optiquement isotrope est une solution qui, dans les mêmes conditions d'observation, ne présente pas la propriété de dépolarisation ci-dessus, le champ du microscope restant noir. The optical isotropy or anisotropy of the solutions is determined by placing a drop of solution to be studied between crossed linear polarizers and analyzers with an optical polarization microscope, and then observing this solution at rest, i.e. by the absence of dynamic stress, at room temperature. In known manner, an optically anisotropic solution is a solution which depolarizes light, that is to say which exhibits, thus placed between crossed linear polarizer and analyzer, a transmission of light (colored texture). An optically isotropic solution is a solution which, under the same observation conditions, does not have the above depolarization property, the field of the microscope remaining black.
I-4. Propriétés mécaniques des fibres I-4. Mechanical properties of fibers
Par "fibres", on entend ici des fibres multifilamentaires (encore appelées "filés"), constituées de manière connue d'un grand nombre de filaments élémentaires de faible diamètre (faible titre). Toutes les propriétés mécaniques ci-après sont mesurées sur des fibres ayant été soumises à un conditionnement préalable. Par "conditionnement préalable", on entend le stockage des fibres pendant au moins 24 heures, avant mesure, dans une atmosphère standard selon la norme européenne DIN EN 20139 (température de 20 ± 2°C ; hygrométrie de 65 ± 2 %). By "fibers" is meant here multifilament fibers (also called "spun"), constituted in a known manner of a large number of elementary filaments of small diameter (small titer). All the mechanical properties below are measured on fibers which have been subjected to prior conditioning. "Pre-conditioning" means storing the fibers for at least 24 hours, before measurement, in a standard atmosphere according to European standard DIN EN 20139 (temperature of 20 ± 2 ° C; hygrometry of 65 ± 2%).
Pour des fibres cellulosiques, un tel conditionnement préalable permet de manière connue de stabiliser leur taux d'humidité (teneur résiduelle en eau) à un niveau d'équilibre naturel inférieur à 15 % en poids de fibre sèche (11 à 12 % environ, en moyenne). For cellulosic fibers, such prior conditioning makes it possible, in a known manner, to stabilize their moisture content (residual water content) at a natural equilibrium level of less than 15% by weight of dry fiber (approximately 11 to 12%, in average).
Le titre des fibres est déterminé sur au moins trois échantillons, chacun correspondant à une longueur de 50 m, par pesée de cette longueur de fibre. Le titre est donné en tex (poids en grammes de 1000 m de fibre). The fiber titer is determined on at least three samples, each corresponding to a length of 50 m, by weighing this length of fiber. The title is given in tex (weight in grams of 1000 m of fiber).
Les propriétés mécaniques des fibres (ténacité, module initial, allongement et énergie à la rupture) sont mesurées de manière connue à l'aide d'une machine de traction The mechanical properties of the fibers (toughness, initial modulus, elongation and energy at break) are measured in known manner using a tensile machine
ZWICK GmbH & Co (Allemagne) de type 1435 ou de type 1445. Les fibres, après avoir reçu une faible torsion de protection préalable (angle d'hélice de 6° environ), subissent une traction sur une longueur initiale de 400 mm à une vitesse de 200 mm/min (ou à une vitesse de 50 mm/min seulement lorsque leur allongement à la rupture ne dépasse pas 5 %). Tous les résultats donnés sont une moyenne de 10 mesures. ZWICK GmbH & Co (Germany) type 1435 or type 1445. The fibers, after having received a slight preliminary protective twist (helix angle of approximately 6 °), undergo a traction over an initial length of 400 mm at a speed of 200 mm / min (or at a speed of 50 mm / min only when their elongation at break does not exceed 5%). All the results given are an average of 10 measurements.
La ténacité (force-rupture divisée par le titre) et le module initial sont indiqués en cN/tex (centinewton par tex - rappel: 1 cN/tex égal à environ 0, 11 g/den (gramme par denier)). Le module initial est défini comme la pente de la partie linéaire de la courbe Force- Allongement, qui intervient juste après la prétension standard de 0,5 cN/tex. L'allongement à la rupture est indiqué en pourcentage. L'énergie à la rupture est donnée en J/g (joule par gramme), c'est-à-dire par unité de masse de fibre. II. CONDITIONS DE REALISATION DE L'INVENTION The toughness (breaking force divided by the title) and the initial modulus are indicated in cN / tex (centinewton per tex - reminder: 1 cN / tex equal to approximately 0.11 g / den (gram per denier)). The initial modulus is defined as the slope of the linear part of the Force-Elongation curve, which occurs just after the standard pretension of 0.5 cN / tex. The elongation at break is indicated as a percentage. The energy at break is given in J / g (joule per gram), that is to say per unit mass of fiber. II. CONDITIONS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
On décrit tout d'abord la réalisation des solutions de filage, puis le filage de ces solutions pour l'obtention de fibres en formiate de cellulose. Dans un troisième paragraphe est exposée l'étape de régénération des fibres en formiate de cellulose, pour l'obtention des fibres en cellulose régénérée. We first describe the production of spinning solutions, then the spinning of these solutions to obtain cellulose formate fibers. In a third paragraph, the step of regenerating the cellulose formate fibers is explained, to obtain the fibers of regenerated cellulose.
II- 1. Réalisation des solutions de filage II- 1. Realization of spinning solutions
Les solutions de formiate de cellulose sont réalisées en mélangeant de la cellulose, de l'acide formique, et de l'acide phosphorique (ou un liquide à base d'acide Cellulose formate solutions are made by mixing cellulose, formic acid, and phosphoric acid (or an acid-based liquid
phosphorique), comme indiqué par exemple dans la demande WO 85/05115 précitée. phosphoric), as indicated for example in the aforementioned application WO 85/05115.
La cellulose peut se présenter sous différentes formes, notamment sous forme d'une poudre, préparée par exemple par pulvérisation d'une plaque de cellulose brute. De préférence, sa teneur initiale en eau est inférieure à 10 % en poids, et son DP compris entre 500 et 1000. The cellulose can be in different forms, in particular in the form of a powder, prepared for example by spraying a plate of raw cellulose. Preferably, its initial water content is less than 10% by weight, and its DP between 500 and 1000.
L'acide formique est l'acide d'estérification, l'acide phosphorique (ou le liquide à base d'acide phosphorique) étant le solvant du formiate de cellulose, appelé "solvant" ou encore "solvant de filage" dans la description ci-après. En général, l'acide Formic acid is esterification acid, phosphoric acid (or liquid based on phosphoric acid) being the solvent for cellulose formate, called "solvent" or "spinning solvent" in the description below. -after. In general, acid
phosphorique utilisé est de l'acide orthophosphorique (H3PO4), mais on peut utiliser d'autres acides phosphoriques, ou un mélange d'acides phosphoriques. L'acide phosphorique peut, selon les cas, être utilisé solide, à l'état liquide, ou bien dissous dans l'acide formique. phosphoric used is orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), but one can use other phosphoric acids, or a mixture of phosphoric acids. The phosphoric acid can, depending on the case, be used solid, in the liquid state, or dissolved in formic acid.
De préférence la teneur en eau de ces deux acides est inférieure à 5 % en poids ; ils peuvent être utilisés seuls ou éventuellement contenir, en faibles proportions, d'autres acides organiques et/ou minéraux, tels que l'acide acétique, l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique par exemple. Preferably the water content of these two acids is less than 5% by weight; they can be used alone or optionally contain, in small proportions, other organic and / or mineral acids, such as acetic acid, sulfuric acid or hydrochloric acid for example.
Conformément à la description faite dans la demande WO 85/05115 précitée, la concentration en cellulose de la solution, notée "C" ci-après, peut varier dans une large mesure ; des concentrations C comprises entre 10 % et 30 % (% en poids de cellulose -calculé sur la base d'une cellulose non estérifiée - sur le poids total de la solution) sont par exemple possibles, ces concentrations étant notamment fonction du degré de polymérisation de la cellulose. Le rapport pondéral (acide formique/acide In accordance with the description made in the aforementioned application WO 85/05115, the cellulose concentration of the solution, denoted "C" below, can vary to a large extent; concentrations C of between 10% and 30% (% by weight of cellulose - calculated on the basis of non-esterified cellulose - on the total weight of the solution) are for example possible, these concentrations being in particular a function of the degree of polymerization cellulose. The weight ratio (formic acid / acid
phosphorique) peut être également ajusté dans une large plage. phosphoric) can also be adjusted within a wide range.
Lors de la réalisation du formiate de cellulose, l'utilisation de l'acide formique et de l'acide phosphorique permet d'obtenir à la fois un degré de substitution élevé en formiate de cellulose, en général supérieur à 20 %, sans diminution excessive du degré de polymérisation initial de la cellulose, ainsi qu'une répartition homogène de ces groupes formiate, à la fois dans les zones amorphes et dans les zones cristallines du formiate de cellulose. Les moyens de malaxage appropriés pour l'obtention d'une solution sont connus de l'homme du métier: ils doivent être aptes à pétrir, malaxer correctement, de préférence à une vitesse réglable, la cellulose et les acides jusqu'à l'obtention de la solution. Par "solution", on entend ici, de manière connue, une composition liquide homogène dans laquelle aucune particule solide n'est visible à l'oeil nu. Le malaxage peut être conduit par exemple dans un mélangeur comportant des bras en Z, ou dans un mélangeur à vis en continu. Ces moyens de malaxage sont de préférence équipés d'un dispositif d'évacuation sous vide et d'un dispositif de chauffage et de refroidissement permettant d'ajuster la température du mélangeur et de son contenu, afin d'accélérer par exemple les opérations de dissolution, ou de contrôler la température de la solution en cours de formation. When making cellulose formate, the use of formic acid and phosphoric acid makes it possible to obtain both a high degree of substitution for cellulose formate, generally greater than 20%, without excessive reduction the initial degree of polymerization of the cellulose, as well as a homogeneous distribution of these formate groups, both in the amorphous zones and in the crystalline zones of the cellulose formate. The appropriate kneading means for obtaining a solution are known to those skilled in the art: they must be capable of kneading, kneading correctly, preferably at an adjustable speed, the cellulose and the acids until obtaining of the solution. By "solution" is meant here, in a known manner, a homogeneous liquid composition in which no solid particle is visible to the naked eye. The mixing can be carried out for example in a mixer comprising Z-shaped arms, or in a continuous screw mixer. These kneading means are preferably equipped with a vacuum evacuation device and a heating and cooling device making it possible to adjust the temperature of the mixer and its contents, in order to accelerate, for example, the dissolution operations. , or to control the temperature of the solution being formed.
A titre d'exemple, on peut utiliser le mode opératoire suivant: By way of example, the following procedure can be used:
On introduit dans un malaxeur à double enveloppe, comportant des bras en Z et une vis d'extrusion, de la poudre de cellulose (dont l'humidité est en équilibre avec l'humidité ambiante de l'air). On ajoute ensuite un mélange d'acide orthophosphorique (cristallin à 99 %) et d'acide formique, contenant par exemple trois quarts d'acide orthophosphorique pour un quart d'acide formique (parties en poids). Le tout est mélangé pendant une période d'environ 1 à 2 heures par exemple, la température du mélange étant maintenue entre 10 et 20°C, jusqu'à l'obtention d'une solution. Cellulose powder (the humidity of which is in equilibrium with the ambient humidity of the air) is introduced into a double-jacket mixer, comprising Z-shaped arms and an extrusion screw. A mixture of orthophosphoric acid (99% crystalline) and formic acid is then added, containing for example three quarters of orthophosphoric acid per quarter of formic acid (parts by weight). The whole is mixed for a period of approximately 1 to 2 hours for example, the temperature of the mixture being maintained between 10 and 20 ° C., until a solution is obtained.
Les solutions de filage ainsi obtenues sont prêtes à filer, elles peuvent être transférées directement, par exemple par l'intermédiaire d'une vis d'extrusion placée à la sortie du mélangeur, vers une machine de filage pour y être filées, sans autre transformation préalable que des opérations habituelles telles que des étapes de dégazage ou de filtration par exemple. The spinning solutions thus obtained are ready to spin, they can be transferred directly, for example by means of an extrusion screw placed at the outlet of the mixer, to a spinning machine to be spun there, without further processing. prior to usual operations such as degassing or filtration steps for example.
Les solutions de filage utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention sont des solutions optiquement anisotropes. De préférence, ces solutions de filage présentent au moins une des caractéristiques suivantes: The spinning solutions used for implementing the invention are optically anisotropic solutions. Preferably, these spinning solutions have at least one of the following characteristics:
- leur concentration en cellulose est comprise entre 15 % et 25 % (% en poids), calculée sur la base d'une cellulose non estérifiée ; - Their cellulose concentration is between 15% and 25% (% by weight), calculated on the basis of a non-esterified cellulose;
- leur concentration en acide formique total (c'est-à-dire la part d'acide formique consommée pour l'estérification plus la part d'acide formique libre restant dans la solution finale) est comprise entre 10 % et 25 % (% en poids) ; - their concentration of total formic acid (i.e. the part of formic acid consumed for esterification plus the part of free formic acid remaining in the final solution) is between 10% and 25% (% in weight) ;
- leur concentration en acide phosphorique (ou en liquide à base d'acide phosphorique) est comprise entre 50 % et 75 % (% en poids) ; - le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate, dans la solution, est compris entre 25 % et 50 %, de manière plus préférentielle compris entre 30 % et- their concentration of phosphoric acid (or liquid based on phosphoric acid) is between 50% and 75% (% by weight); the degree of substitution of the cellulose for formate groups in the solution is between 25% and 50%, more preferably between 30% and
45 % ; 45%;
- le degré de polymérisation de la cellulose, en solution, est compris entre 350 et 600 ; - The degree of polymerization of the cellulose, in solution, is between 350 and 600;
- elles contiennent moins de 10 % d'eau (% en poids). II-2. Filage des solutions - they contain less than 10% water (% by weight). II-2. Spinning solutions
Les solutions de filage sont filées selon la technique dite de "dry-jet-wet-spinning": cette technique utilise une couche fluide non coagulante, en général de l'air, placée en sortie de filière, entre la filière et les moyens de coagulation. The spinning solutions are spun according to the so-called "dry-jet-wet-spinning" technique: this technique uses a non-coagulating fluid layer, generally air, placed at the outlet of the die, between the die and the means of coagulation.
En sortie des moyens de malaxage et de dissolution, la solution de filage est transférée vers le bloc de filage où elle alimente une pompe de filature. A partir de cette pompe de filature, on extrude la solution à travers au moins une filière, précédée d'un filtre. C'est au cours du cheminement jusqu'à la filière que la solution est progressivement amenée à la température de filage désirée, comprise généralement entre 35°C et 90°C, selon la nature des solutions, de préférence entre 40°C et 70°C. On entend donc par "température de filage", la température de la solution de filage au moment de son extrusion à travers la filière. At the outlet of the mixing and dissolving means, the spinning solution is transferred to the spinning block where it feeds a spinning pump. From this spinning pump, the solution is extruded through at least one die, preceded by a filter. It is during the journey to the die that the solution is gradually brought to the desired spinning temperature, generally between 35 ° C and 90 ° C, depending on the nature of the solutions, preferably between 40 ° C and 70 ° C. The term "spinning temperature" therefore means the temperature of the spinning solution at the time of its extrusion through the die.
Chaque filière peut comporter un nombre variable de capillaires d'extrusion, ce nombre pouvant varier par exemple de 50 à 1000. Les capillaires sont généralement de forme cylindrique, leur diamètre pouvant varier par exemple de 50 à 80 μm Each die can include a variable number of extrusion capillaries, this number being able to vary for example from 50 to 1000. The capillaries are generally of cylindrical shape, their diameter being able to vary for example from 50 to 80 μm
(micromètres). (micrometers).
En sortie de filière, on obtient donc un extnidat liquide constitué d'un nombre variable de veines liquides élémentaires. Chaque veine liquide élémentaire est étirée (voir ci-après facteur d'étirage au filage) dans une couche fluide non coagulante, avant de pénétrer dans la zone de coagulation. Cette couche fluide non coagulante est en général une couche de gaz, de préférence de l'air, dont l'épaisseur peut varier de quelques mm à plusieurs dizaines de mm (millimètres), par exemple de 5 mm à 100 mm, selon les conditions particulières de filage ; de manière connue, on entend par épaisseur de la couche non coagulante la distance séparant la face inférieure de la filière, disposée horizontalement, et l'entrée de la zone de coagulation (surface du liquide coagulant). At the outlet of the die, a liquid extnidate is therefore obtained which consists of a variable number of elementary liquid veins. Each elementary liquid vein is stretched (see below spinning drawing factor) in a non-coagulating fluid layer, before entering the coagulation zone. This non-coagulating fluid layer is generally a layer of gas, preferably air, the thickness of which can vary from a few mm to several tens of mm (millimeters), for example from 5 mm to 100 mm, depending on the conditions. specific spinning; in known manner, the thickness of the non-coagulating layer is understood to mean the distance separating the underside of the die, arranged horizontally, and the entry to the coagulation zone (surface of the coagulating liquid).
Après traversée de la couche non coagulante, toutes les veines liquides ainsi étirées pénètrent dans la zone de coagulation et entrent au contact du milieu coagulant. Sous l'action de ce dernier, elles se transforment, par précipitation du formiate de cellulose et extraction du solvant de filage, en filaments solides de formiate de cellulose qui forment ainsi une fibre. Le milieu coagulant employé est de l'acétone. After crossing the non-coagulating layer, all the liquid veins thus stretched enter the coagulation zone and come into contact with the coagulating medium. Under the action of the latter, they are transformed, by precipitation of the cellulose formate and extraction of the spinning solvent, into solid filaments of cellulose formate which thus form a fiber. The coagulating medium used is acetone.
La température du milieu coagulant, notée Tc, n'est pas un paramètre critique pour la mise en oeuvre de l'invention. A titre d'exemple, pour des solutions de filage contenant 22 % en poids de cellulose, il a été observé qu'une variation de température Tc, dans toute la plage de température allant de -30°C à 0°C, n'avait pratiquement pas d'incidence sur les propriétés mécaniques des fibres obtenues. The temperature of the coagulating medium, noted Tc, is not a critical parameter for the implementation of the invention. By way of example, for spinning solutions containing 22% by weight of cellulose, it has been observed that a variation in temperature Tc, in the entire temperature range from -30 ° C to 0 ° C, does not had virtually no effect on the mechanical properties of the fibers obtained.
On choisira de préférence une température Tc négative, c'est-à-dire inférieure à 0°C, et de manière encore plus préférentielle inférieure à -10°C. We will preferably choose a negative temperature Tc, that is to say less than 0 ° C, and even more preferably less than -10 ° C.
L'homme du métier saura ajuster la température du milieu coagulant en fonction des caractéristiques de la solution filée, et des propriétés mécaniques visées, par des essais simples d'optimisation. De manière générale, la température Tc sera choisie d'autant plus basse que la concentration C de la solution de filage sera plus faible. Those skilled in the art will be able to adjust the temperature of the coagulating medium as a function of the characteristics of the spun solution, and of the targeted mechanical properties, by simple optimization tests. In general, the temperature Tc will be chosen the lower the lower the concentration C of the spinning solution.
Le taux de solvant de filage, dans le milieu coagulant, est de préférence stabilisé à un niveau inférieur à 15 %, de manière encore plus préférentielle inférieur à 10 % (% en poids de milieu coagulant). The level of spinning solvent in the coagulating medium is preferably stabilized at a level of less than 15%, even more preferably less than 10% (% by weight of coagulating medium).
Les moyens de coagulation à employer sont des dispositifs connus, composés par exemple de bains, tuyaux et/ou cabines, contenant le milieu coagulant et dans lesquels circule la fibre en cours de formation. On utilise de préférence un bain de coagulation disposé sous la filière, en sortie de la couche non coagulante. Ce bain est généralement prolongé à sa base par un tube cylindrique vertical, dit "tube de filage", dans lequel passe la fibre coagulée et circule le milieu coagulant. The coagulation means to be used are known devices, composed for example of baths, pipes and / or cabins, containing the coagulating medium and in which the fiber circulates during formation. It is preferable to use a coagulation bath placed under the die, at the outlet of the non-coagulating layer. This bath is generally extended at its base by a vertical cylindrical tube, called "spinning tube", through which the coagulated fiber passes and the coagulating medium circulates.
La profondeur de milieu coagulant dans le bain de coagulation, mesurée de l'entrée du bain jusqu'à l'entrée du tube de filage, peut varier de quelques millimètres à quelques centimètres par exemple, selon les conditions particulières de réalisation de The depth of the coagulating medium in the coagulation bath, measured from the entry of the bath to the entry of the spinning tube, can vary from a few millimeters to a few centimeters for example, depending on the particular conditions of implementation of
l'invention, notamment selon les vitesses de filage utilisées. Le bain de coagulation peut être prolongé si nécessaire par des dispositifs supplémentaires de coagulation, par exemple par d'autres bains ou des cabines, placés en sortie du tube de filage, par exemple après un point de renvoi horizontal. the invention, in particular according to the spinning speeds used. The coagulation bath can be extended if necessary by additional coagulation devices, for example by other baths or cabins, placed at the outlet of the spinning tube, for example after a horizontal deflection point.
De préférence, le procédé de l'invention est mis en oeuvre de manière à ce qu'au moins une des caractéristiques suivantes soit vérifiée: a) le taux de solvant résiduel dans la fibre, à la sortie des moyens de coagulation (noté Rs), est inférieur à 100 % en poids de fibre en formiate sèche ; b) la contrainte de tension subie par la fibre, à la sortie des moyens de Preferably, the method of the invention is implemented so that at least one of the following characteristics is verified: a) the rate of residual solvent in the fiber, at the outlet of the coagulation means (denoted Rs) , is less than 100% by weight of dry formate fiber; b) the stress of tension undergone by the fiber, at the exit of the means of
coagulation (notée σc), est inférieure à 5 cN/tex , et, de manière encore plus préférentielle, de manière à ce que les deux caractéristiques a) et b) ci-dessus soient simultanément vérifiées. coagulation (noted σ c ), is less than 5 cN / tex, and, even more preferably, so that the two characteristics a) and b) above are simultaneously verified.
Ainsi, selon les conditions préférentielles ci-dessus, la fibre est laissée au contact du milieu coagulant jusqu'à ce qu'une partie notable de solvant de filage soit extraite de la fibre. D'autre part, pendant cette phase de coagulation, on s'efforce de maintenir les tensions subies par la fibre à un niveau modéré: pour contrôler cela, on mesurera ces tensions immédiatement en sortie des moyens de coagulation, à l'aide de tensiomètres appropriés. Thus, according to the above preferential conditions, the fiber is left in contact with the coagulating medium until a significant portion of spinning solvent is extracted from the fiber. On the other hand, during this coagulation phase, an effort is made to maintain the tensions undergone by the fiber at a moderate level: to control this, these tensions will be measured immediately at the output of the coagulation means, using tensiometers appropriate.
De manière générale, si l'on souhaite privilégier avant tout les propriétés d'allongement à la rupture des fibres en formiate. l'invention sera de préférence mise en oeuvre de manière à ce que les deux relations suivantes soient vérifiées: In general, if it is desired above all to favor the elongation properties at break of the formate fibers. the invention will preferably be implemented so that the following two relationships are verified:
Rs < 50 % ; σc < 2 cN/tex . Rs <50%; σ c <2 cN / tex.
Pour la mesure du taux de solvant résiduel Rs présent dans la fibre en formiate coagulée, on procède par exemple de la manière suivante: de la fibre est prélevée à la sortie des moyens de coagulation, avec son milieu coagulant ; puis elle est essuyée en surface avec un papier absorbant, sans pression, de manière à éliminer l'essentiel du milieu coagulant (acétone) qui est contenu dans la couche superficielle entourant la fibre, et qui contient lui-même une certaine fraction de solvant de filage (acide phosphorique ou liquide à base d'acide phosphorique) déjà extrait de la fibre ; on lave ensuite complètement la fibre avec de l'eau, dans un dispositif de laboratoire, de manière à extraire complètement l'acide phosphorique qu'elle contient, puis on titre en retour cet acide phosphorique avec de la soude ; pour plus de précision, la mesure est répétée 5 fois et on calcule la moyenne. For the measurement of the residual solvent level Rs present in the coagulated formate fiber, the procedure is for example as follows: fiber is taken at the outlet of the coagulation means, with its coagulating medium; then it is wiped on the surface with absorbent paper, without pressure, so as to eliminate most of the coagulating medium (acetone) which is contained in the surface layer surrounding the fiber, and which itself contains a certain fraction of solvent of spinning (phosphoric acid or liquid based on phosphoric acid) already extracted from the fiber; the fiber is then washed completely with water, in a laboratory device, so as to completely extract the phosphoric acid which it contains, then this phosphoric acid is titrated in return with sodium hydroxide; for more precision, the measurement is repeated 5 times and the average is calculated.
En sortie des moyens de coagulation, la fibre est reprise sur un dispositif At the outlet of the coagulation means, the fiber is taken up on a device
d'entraînement, par exemple sur des cylindres motorisés. La vitesse du produit filé, sur ce dispositif d'entraînement, est appelée "vitesse de filage" (ou encore vitesse d'appel ou d'entraînement) : c'est la vitesse de défilement de la fibre à travers l'installation de filage, une fois la fibre formée. Le rapport entre la vitesse de filage et la vitesse d'extrusion de la solution à travers la filière, définit ce que l'on appelle, de manière connue, le facteur d'étirage au filage (en abrégé FEF), qui est par exemple compris entre 2 et 10. drive, for example on motorized cylinders. The speed of the spun product, on this drive device, is called "spinning speed" (or also calling or driving speed): it is the speed of travel of the fiber through the spinning installation. , once the fiber is formed. The ratio between the spinning speed and the speed of extrusion of the solution through the die, defines what is known, in known manner, the drawing stretch factor (abbreviated as FEF), which is for example between 2 and 10.
Une fois coagulée, la fibre doit être lavée jusqu'à neutralité. Par "lavage neutre", on entend toute opération de lavage permettant d'extraire de la fibre la totalité ou la quasitotalité du solvant de filage. Once coagulated, the fiber must be washed until neutral. By "neutral washing" is meant any washing operation making it possible to extract all or almost all of the spinning solvent from the fiber.
L'homme du métier était naturellement porté jusqu'ici à utiliser de l'eau comme milieu de lavage : de manière bien connue, l'eau est en effet le milieu gonflant "naturel" des fibres en cellulose ou en dérivés cellulosiques (voir par exemple US-A-4 501 886), et par conséquent le milieu susceptible d'offrir, à priori, la meilleure efficacité de lavage. A titre d'exemple, les brevets ou demandes de brevet EP-B-220642, US-A-4 926 920, WO 94/17136, comme la demande WO 85/05115 précitée (page 72, exemples II-1 et suivants), décrivent l'utilisation d'eau, en sortie des moyens de coagulation, pour le lavage de fibres en formiate de cellulose. Those skilled in the art have naturally hitherto been inclined to use water as a washing medium: in a well-known manner, water is indeed the "natural" swelling medium of the fibers of cellulose or of cellulose derivatives (see for example example US-A-4,501,886), and therefore the medium likely to offer, a priori, the best washing efficiency. By way of example, the patents or patent applications EP-B-220642, US-A-4,926,920, WO 94/17136, like the aforementioned application WO 85/05115 (page 72, examples II-1 and following) , describe the use of water, at the outlet of the coagulation means, for washing fibers of cellulose formate.
Pourtant, une telle étape conventionnelle de lavage à l'eau ne permet pas d'obtenir des fibres en formiate de cellulose conformes à l'invention. However, such a conventional step of washing with water does not make it possible to obtain fibers of cellulose formate in accordance with the invention.
De manière tout à fait surprenante, la demanderesse a constaté que l'acétone employée comme milieu de lavage, malgré un pouvoir lavant qui est, de manière connue, nettement plus faible que celui de l'eau, conduit à des fibres qui présentent, une fois terminées (i.e. lavées jusqu'à neutralité, puis séchées), des propriétés très nettement améliorées, en ce qui concerne en premier lieu leur allongement à la rupture, lorsqu'elles sont comparées aux fibres décrites dans la demande WO 85/05115. Quite surprisingly, the Applicant has found that acetone used as a washing medium, despite a washing power which is, in known manner, significantly lower than that of water, leads to fibers which have a once completed (ie washed until neutral, then dried), very markedly improved properties, as regards firstly their elongation at break, when they are compared to the fibers described in application WO 85/05115.
Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, l'étape de coagulation de la fibre et l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée doivent être toutes deux réalisées dans de l'acétone. For the implementation of the process of the invention, the step of coagulating the fiber and the step of neutral washing of the coagulated fiber must both be carried out in acetone.
La température de l'acétone de lavage n'est pas un paramètre critique du procédé. I1 va cependant de soi que l'on évitera des températures trop basses de façon à favoriser les cinétiques de lavage. De manière préférentielle, la température de l'acétone de lavage, notée T1, sera choisie positive (on entend par là une température égale ou supérieure à 0°C), et de manière encore plus préférentielle supérieure à +10°C. Avantageusement, on pourra utiliser de l'acétone non refroidie, c'est-à-dire de l'acétone à température ambiante, l'opération de lavage étant alors préférentiellement réalisée en atmosphère contrôlée. The temperature of the washing acetone is not a critical parameter of the process. It goes without saying, however, that excessively low temperatures are avoided so as to favor the washing kinetics. Preferably, the temperature of the washing acetone, denoted T1, will be chosen positive (by this is meant a temperature equal to or greater than 0 ° C), and even more preferably greater than + 10 ° C. Advantageously, it is possible to use uncooled acetone, that is to say acetone at room temperature, the washing operation then preferably being carried out in a controlled atmosphere.
On peut employer des moyens de lavage connus, consistant par exemple en des bains contenant l'acétone de lavage et dans lesquels circule la fibre à laver. Les temps de lavage dans l'acétone peuvent varier, typiquement, de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, selon les conditions particulières de mise en oeuvre de l'invention. Known washing means can be used, consisting for example of baths containing washing acetone and in which the fiber to be washed flows. The washing times in acetone can vary, typically, from a few seconds to a few tens of seconds, depending on the particular conditions of implementation of the invention.
Bien entendu, le milieu de lavage comme le milieu coagulant pourront contenir tous deux des constituants autres que l'acétone, sans que l'esprit de l'invention soit modifié, à la condition que ces autres constituants ne soient présents qu'en proportion mineure ; la proportion totale de ces autres constituants sera de préférence inférieure à 15 %, plus préférentiellement inférieure à 10 % (% en poids total de milieu coagulant ou de milieu de lavage). Plus particulièrement, si de l'eau est présente dans l'acétone de coagulation ou de lavage, sa teneur sera de préférence inférieure à 5 %. Of course, both the washing medium and the coagulating medium may contain constituents other than acetone, without the spirit of the invention being modified, provided that these other constituents are present only in minor proportion. ; the total proportion of these other constituents will preferably be less than 15%, more preferably less than 10% (% by total weight of coagulating medium or of washing medium). More particularly, if water is present in the coagulation or washing acetone, its content will preferably be less than 5%.
Après lavage, la fibre en formiate de cellulose est séchée par tout moyen convenable, afin d'éliminer l'acétone de lavage. De préférence, le taux d'acétone en sortie des moyens de séchage est ajusté à un taux inférieur à 1 % en poids de fibre sèche. Pour l'opération de séchage, on peut opérer par exemple par défilement en continu de la fibre sur des rouleaux chauffants, ou encore employer, à titre principal ou After washing, the cellulose formate fiber is dried by any suitable means, in order to remove the washing acetone. Preferably, the level of acetone at the outlet of the drying means is adjusted to a rate of less than 1% by weight of dry fiber. For the drying operation, one can operate for example by continuously scrolling the fiber on heating rollers, or use, as a main or
complémentaire, une technique de soufflage d'azote préalablement chauffé. De manière préférentielle, on utilise une température de séchage au moins égale à 60°C, plus préférentiellement comprise entre 60°C et 90°C. complementary, a previously heated nitrogen blowing technique. Preferably, a drying temperature at least equal to 60 ° C is used, more preferably between 60 ° C and 90 ° C.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans une très large plage de vitesses de filage, pouvant varier de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres à la minute, par exemple à 400 m/min ou 500 m/min, voire plus. De manière avantageuse, la vitesse de filage est au moins égale à 100 m/min, plus préférentiellement au moins égale à 200 m/min. The method of the invention can be implemented in a very wide range of spinning speeds, which can vary from several tens to several hundred meters per minute, for example to 400 m / min or 500 m / min, or even more . Advantageously, the spinning speed is at least equal to 100 m / min, more preferably at least equal to 200 m / min.
Si on veut isoler la fibre en formiate de cellulose, c'est-à-dire ne pas la régénérer tout de suite, notamment pour contrôler ses propriétés mécaniques avant les opérations de régénération, l'étape de lavage sera de préférence conduite de manière à ce que le taux de solvant de filage résiduel, dans la fibre terminée, i.e. lavée et séchée, ne dépasse pas 0,1 % à 0,2 % en poids, par rapport au poids de fibre sèche. If it is desired to isolate the fiber in cellulose formate, that is to say not to regenerate it immediately, in particular to control its mechanical properties before the regeneration operations, the washing step will preferably be carried out so as to that the level of residual spinning solvent in the finished fiber, ie washed and dried, does not exceed 0.1% to 0.2% by weight, relative to the weight of dry fiber.
On peut aussi envoyer la fibre en formiate de cellulose ainsi filée directement sur les moyens de régénération, en ligne et en continu, dans le but de préparer une fibre en cellulose régénérée. The cellulose formate fiber thus spun can also be sent directly to the regeneration means, online and continuously, in order to prepare a regenerated cellulose fiber.
II-3. Régénération des fibres en formiate II-3. Regeneration of formate fibers
De manière connue, un procédé de régénération d'une fibre en dérivé cellulosique consiste à traiter cette fibre dans un milieu régénérant de manière à éliminer la quasi-totalité des groupes substituants (traitement dit de saponification), à laver la fibre ainsi régénérée, puis à la sécher, ces trois opérations étant en principe réalisées en continu sur une même ligne de traitement dite "ligne de régénération". In a known manner, a process for regenerating a fiber into a cellulose derivative consists in treating this fiber in a regenerating medium so as to eliminate almost all of the substituent groups (so-called saponification treatment), in washing the fiber thus regenerated, then to dry it, these three operations being in principle carried out continuously on the same treatment line called "regeneration line".
Concernant le formiate de cellulose, le milieu régénérant utilisé habituellement est une solution aqueuse de soude (hydroxyde de sodium NaOH) faiblement concentrée, ne contenant que quelques % de soude (% en poids), par exemple de 1 à 3 % (voir par exemple PCT/AU91/00151). Concerning cellulose formate, the regenerating medium usually used is an aqueous solution of soda (sodium hydroxide NaOH) weakly concentrated, containing only a few% soda (% by weight), for example from 1 to 3% (see for example PCT / AU91 / 00151).
Des solutions aqueuses de soude faiblement concentrées, de concentration en soude ne dépassant pas 5 % (% en poids), ont été également décrites dans les brevets ou demandes de brevet EP-B-220642, US-A-4 926 920, WO 94/17136 et WO 95/20629 pour la régénération de fibres en formiate de cellulose. Elles ont été utilisées par la demanderesse pour la régénération des fibres en formiate de cellulose décrites dans la demande WO 85/05115 précitée, comme pour la régénération des fibres en formiate de cellulose de la présente invention ; ces solutions faiblement concentrées s'avèrent tout à fait satisfaisantes pour conduire la régénération proprement dite, c'est-à-dire pour éliminer la quasi-totalité des groupes formiate substituants : elles permettent d'obtenir sans difficulté des fibres régénérées dont le degré de substitution en groupes formiate est inférieur à 2 %. En tentant d'augmenter les concentrations en soude au delà de 5 %, la demanderesse a constaté que les filaments des fibres en formiate de cellulose (que celles-ci soient conformes ou non à l'invention) subissaient une dissolution partielle, superficielle, dès que la concentration en soude atteignait et dépassait 6 % en poids environ, le milieu régénérant devenant alors un véritable solvant du formiate de cellulose. Une telle dissolution, même partielle, est tout à fait préjudiciable aux propriétés mécaniques de la fibre: présence de filaments collés, chute de résistance des filaments attaqués, difficultés de lavage de la fibre, etc ... Low concentrated aqueous sodium hydroxide solutions, of sodium hydroxide concentration not exceeding 5% (% by weight), have also been described in patents or patent applications EP-B-220642, US-A-4,926,920, WO 94 / 17136 and WO 95/20629 for the regeneration of cellulose formate fibers. They have been used by the applicant for the regeneration of the cellulose formate fibers described in the aforementioned application WO 85/05115, as for the regeneration of the cellulose formate fibers of the present invention; these weakly concentrated solutions turn out to be entirely satisfactory for conducting the regeneration proper, that is to say for eliminating almost all of the substituent formate groups: they make it possible to obtain regenerated fibers without difficulty, the degree of substitution in formate groups is less than 2%. In an attempt to increase the sodium hydroxide concentrations beyond 5%, the Applicant has found that the filaments of the cellulose formate fibers (whether or not they conform to the invention) undergo partial, superficial dissolution, as soon as that the sodium hydroxide concentration reached and exceeded approximately 6% by weight, the regenerating medium then becoming a true solvent for cellulose formate. Such dissolution, even partial, is completely detrimental to the mechanical properties of the fiber: presence of bonded filaments, drop in resistance of the attacked filaments, difficulties in washing the fiber, etc.
De tels problèmes de dissolution parasite étaient d'ailleurs prévisibles, sachant par exemple que des fibres cellulosiques du type viscose sont partiellement ou totalement solubles dans de la soude à 10 % (voir P.H. Hermans, "Physics and Chemistry of Cellulose Fibers", lst part, Elsevier 1949), ou encore que 5 % de cellulose native se dissolvent dans une solution aqueuse de 8 à 10 % de NaOH (voir T. Yamashiki, Journal of Applied Polymer Science, vol. 44, 691-698, 1992). Such problems of parasitic dissolution were moreover foreseeable, knowing for example that cellulosic fibers of the viscose type are partially or completely soluble in 10% sodium hydroxide (see PH Hermans, "Physics and Chemistry of Cellulose Fibers", lst part , Elsevier 1949), or that 5% of native cellulose dissolve in an aqueous solution of 8 to 10% of NaOH (see T. Yamashiki, Journal of Applied Polymer Science, vol. 44, 691-698, 1992).
Compte-tenu des différents éléments ci-dessus, l'homme du métier était donc tout naturellement enclin à utiliser des solutions aqueuses de soude faiblement concentrées, pour la régénération des fibres en formiate de cellulose. Given the different elements above, the skilled person was therefore quite naturally inclined to use aqueous solutions of weakly concentrated sodium hydroxide, for the regeneration of fibers in cellulose formate.
Cependant, en continuant d'augmenter la concentration en soude du milieu régénérant bien au delà des 5 à 6 % précités, la demanderesse a constaté, de manière tout à fait surprenante, qu'au delà d'un certain seuil de concentration, non seulement les phénomènes de dissolution parasite disparaissaient, mais encore et surtout que certaines propriétés de la fibre régénérée étaient améliorées de manière très sensible, notamment l'allongement à la rupture et l'énergie à la rupture. However, by continuing to increase the sodium hydroxide concentration of the regenerating medium well beyond the above 5 to 6%, the Applicant has found, quite surprisingly, that beyond a certain concentration threshold, not only the parasitic dissolution phenomena disappeared, but still and above all that certain properties of the regenerated fiber were improved very appreciably, in particular the elongation at break and the energy at break.
En d'autres termes, si un milieu régénérant conventionnel (i.e. faiblement concentré en soude) est certes tout à fait suffisant pour régénérer des fibres en formiate de cellulose, un tel milieu ne permet cependant pas d'obtenir les fibres en cellulose régénérée conformes à l'invention. In other words, if a conventional regenerating medium (ie weakly concentrated in sodium hydroxide) is certainly quite sufficient to regenerate fibers of cellulose formate, such a medium does not however make it possible to obtain the fibers of regenerated cellulose conforming to the invention.
Le procédé de l'invention, pour obtenir une fibre en cellulose régénérée conforme à l'invention, par régénération d'une fibre en formiate de cellulose, est caractérisé en ce que le milieu régénérant est une solution aqueuse de soude fortement concentrée, dont la concentration en soude, notée Cs, est supérieure à 16 % (% en poids). The process of the invention, for obtaining a regenerated cellulose fiber according to the invention, by regeneration of a cellulose formate fiber, is characterized in that the regenerating medium is an aqueous solution of highly concentrated sodium hydroxide, the concentration of soda, noted Cs, is greater than 16% (% by weight).
De préférence, on utilise une concentration Cs supérieure à 18 %, et de manière encore plus préférentielle, une concentration comprise entre 22 % et 40 % ; on a en effet constaté que de telles plages de concentration étaient, en règle générale, plus particulièrement bénéfiques à l'allongement rupture de la fibre régénérée, le domaine de concentration optimal se situant entre 22 % et 30 %. Pour la mise en oeuvre du procédé de régénération de l'invention, on part de préférence d'une fibre en formiate de cellulose conforme à l'invention, ayant notamment un allongement à la rupture Ar supérieur à 6 %. Preferably, a concentration Cs greater than 18% is used, and even more preferably, a concentration of between 22% and 40%; it has in fact been found that such concentration ranges were, as a general rule, more particularly beneficial to the elongation at break of the regenerated fiber, the optimal concentration range being between 22% and 30%. For the implementation of the regeneration process of the invention, it is preferably started from a cellulose formate fiber according to the invention, having in particular an elongation at break Ar greater than 6%.
La ligne de régénération consiste concrètement, et de manière classique, en des moyens de régénération, suivis de moyens de lavage, eux-mêmes suivis de moyens de séchage. Tous ces dispositifs ne sont pas critiques pour la mise en oeuvre de l'invention, et l'homme du métier saura les définir sans difficulté. Les moyens de régénération et de lavage peuvent consister notamment en des bains, des tuyaux, des bacs, des cabines, dans lesquels circulent le milieu régénérant ou le milieu de lavage. On peut utiliser par exemple des cabines équipées chacunes de deux cylindres motorisés autour desquels vient s'enrouler la fibre à traiter, cette fibre étant alors douchée avec le milieu liquide employé (régénérant ou lavant). The regeneration line consists concretely, and conventionally, of regeneration means, followed by washing means, themselves followed by drying means. All these devices are not critical for the implementation of the invention, and those skilled in the art will be able to define them without difficulty. The regeneration and washing means may consist in particular of baths, pipes, tanks, cabins, in which the regenerating medium or the washing medium circulate. It is possible, for example, to use cabins each equipped with two motorized cylinders around which the fiber to be treated is wound, this fiber then being showered with the liquid medium used (regenerating or washing).
Les temps de séjour dans les moyens de régénération devront bien sûr être ajustés de manière à régénérer les fibres en formiate de manière substantielle, et à vérifier ainsi la relation suivante sur la fibre régénérée finale: The residence times in the regeneration means will of course have to be adjusted so as to regenerate the formate fibers substantially, and thus to verify the following relationship on the final regenerated fiber:
0 < DS < 2 . 0 <D S <2.
L'homme du métier saura ajuster ces temps de séjour, qui, selon les conditions particulières de mise en oeuvre de l'invention, peuvent varier par exemple de 1 à 2 secondes jusqu'à 1 à 2 dizaines de secondes. Those skilled in the art will know how to adjust these residence times, which, depending on the particular conditions for implementing the invention, can vary for example from 1 to 2 seconds up to 1 to 2 tens of seconds.
Le milieu de lavage est de préférence de l'eau. En effet, après l'opération de The washing medium is preferably water. Indeed, after the operation of
régénération ci-dessus, la fibre en cellulose peut être lavée avec son milieu gonflant naturel, c'est-à-dire avec de l'eau, cette dernière présentant la meilleure efficacité de lavage. L'eau est utilisée à température ambiante, ou à une température plus élevée, si nécessaire, pour augmenter la cinétique de lavage. A cette eau de lavage peut être éventuellement ajouté un agent de neutralisation pour la soude non consommée, par exemple de l'acide formique. regeneration above, the cellulose fiber can be washed with its natural swelling medium, that is to say with water, the latter having the best washing efficiency. Water is used at room temperature, or at a higher temperature, if necessary, to increase the washing kinetics. To this washing water can optionally be added a neutralizing agent for the soda not consumed, for example formic acid.
Les moyens de séchage peuvent consister par exemple en des tunnels chauffants ventilés à travers lesquels circule la fibre lavée, ou encore en des cylindres chauffants sur lesquels est enroulée la fibre. La température de séchage n'est pas critique, et peut varier dans une large gamme allant notamment de 80°C jusqu'à 240°C ou plus, en fonction des conditions particulières de mise en oeuvre de l'invention, notamment selon les vitesses de passage sur la ligne de régénération. On utilise de préférence une température ne dépassant pas 200°C. The drying means may consist, for example, of ventilated heating tunnels through which the washed fiber circulates, or alternatively in heating cylinders on which the fiber is wound. The drying temperature is not critical, and can vary over a wide range, in particular from 80 ° C. to 240 ° C. or more, depending on the particular conditions of implementation of the invention, in particular according to the speeds. of passage on the regeneration line. Preferably a temperature not exceeding 200 ° C is used.
En sortie des moyens de séchage, la fibre est prélevée sur une bobine réceptrice, et on contrôle son taux d'humidité résiduelle. De manière préférentielle, les conditions de séchage (température et durée) seront ajustées de manière à ce que le taux d'humidité résiduelle soit compris entre 10 % et 15 %, de manière encore plus préférentielle de l'ordre de 12 % à 13 % en poids de fibre sèche. Typiquement, les temps de lavage et de séchage nécessaires varient de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, selon les moyens employés et les conditions particulières de réalisation de l'invention. At the outlet of the drying means, the fiber is taken from a take-up reel, and its residual moisture level is checked. Preferably, the drying conditions (temperature and duration) will be adjusted so that the residual humidity level is between 10% and 15%, even more preferably of the order of 12% to 13% by weight of dry fiber. Typically, the washing and drying times required vary from a few seconds to a few tens of seconds, depending on the means employed and the particular conditions for carrying out the invention.
Au cours du passage à travers la ligne de régénération, on évitera bien sûr des tensions excessives afin de ne pas endommager la fibre d'une part, de ne pas perdre d'autre part une part notable de l'allongement à la rupture potentiel offert par l'emploi du milieu régénérant concentré en soude. Ces tensions sont en général difficilement accessibles à l'intérieur-même des différents moyens employés: elles pourront être contrôlées et mesurées à l'entrée de ces différents moyens, à l'aide de tensiomètres adaptés. During the passage through the regeneration line, of course excessive tension will be avoided so as not to damage the fiber on the one hand, and on the other hand not to lose a significant part of the elongation at break potential offered by the use of regenerating medium concentrated in soda. These voltages are generally difficult to access inside the various means used: they can be checked and measured at the input of these different means, using suitable tensiometers.
C'est ainsi que si l'on souhaite privilégier l'allongement à la rupture de la fibre régénérée, les contraintes de tension à l'entrée des moyens de régénération, des moyens de lavage et des moyens de séchage, seront choisies de préférence inférieures à 10 cN/tex. et de manière encore plus préférentielle inférieures à 5 cN/tex. Thus, if it is desired to favor the elongation at break of the regenerated fiber, the tension stresses at the input of the regeneration means, washing means and drying means, will preferably be chosen lower. at 10 cN / tex. and even more preferably less than 5 cN / tex.
Dans des conditions industrielles réelles de régénération, et notamment pour des hautes vitesses de régénération, les limites inférieures de ces contraintes de tension se situent généralement aux environs de 0.1 à 0,5 cN/tex, des valeurs inférieures n'étant pas réalistes d'un point de vue industriel, et même non souhaitables. On a remarqué en particulier que les propriétés mécaniques des fibres régénérées pouvaient être ajustées plus ou moins en jouant sur ces contraintes de tension. In real industrial regeneration conditions, and in particular for high regeneration rates, the lower limits of these tension constraints are generally around 0.1 to 0.5 cN / tex, lower values being unrealistic of an industrial point of view, and even undesirable. It was noted in particular that the mechanical properties of the regenerated fibers could be adjusted more or less by playing on these tension constraints.
La vitesse de régénération (notée Vr), c'est-à-dire la vitesse de passage de la fibre à travers la ligne de régénération, peut varier de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres par minute, par exemple jusqu'à 400 ou 500 m/min, voire plus ; de manière avantageuse, cette vitesse Vr est au moins égale à 100 m/min, plus préférentiellement au moins égale à 200 m/min. The regeneration speed (denoted Vr), that is to say the speed of passage of the fiber through the regeneration line, can vary from several tens to several hundred meters per minute, for example up to 400 or 500 m / min or more; advantageously, this speed Vr is at least equal to 100 m / min, more preferably at least equal to 200 m / min.
Enfin, le procédé de régénération de l'invention est préférentiellement mis en oeuvre en ligne et en continu avec le procédé de filage de l'invention, de telle manière que toute la chaîne de fabrication, de l'extrusion de la solution à travers la filière jusqu'au séchage de la fibre régénérée, soit ininterrompue. Finally, the regeneration method of the invention is preferably implemented in line and continuously with the spinning method of the invention, in such a way that the entire production chain, from the extrusion of the solution through the until the regenerated fiber is dried, or uninterrupted.
III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION III. EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION
Les essais décrits ci-après peuvent être soit des essais conformes à l'invention, soit des essais non conformes à l'invention. The tests described below can be either tests in accordance with the invention, or tests not in accordance with the invention.
III- 1. FIBRES EN FORMIATE DE CELLULOSE III- 1. FIBERS IN THE FORM OF CELLULOSE
A) Fibres conformes à l'invention (tableau 1): A) Fibers in accordance with the invention (Table 1):
On réalise au total 14 essais de filage de fibres en formiate de cellulose, selon le procédé de filage de l'invention, et en se conformant en particulier aux A total of 14 spinning tests of cellulose formate fibers are carried out, according to the spinning process of the invention, and in particular conforming to the
indications fournies au paragraphes II- 1 et II-2 précédents.  indications provided in paragraphs II-1 and II-2 above.
L'étape de coagulation et l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée sont toutes deux réalisées dans de l'acétone. The coagulation step and the neutral washing step of the coagulated fiber are both carried out in acetone.
Le tableau 1 donne à la fois les conditions particulières de réalisation du procédé de l'invention, et les propriétés des fibres obtenues. Table 1 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
Les abréviations ainsi que les unités utilisées dans ce tableau 1 sont les suivantes: The abbreviations and the units used in this table 1 are as follows:
N° Essai : numéro de l'essai (référencé de A-1 à A-14); Test No .: test number (referenced from A-1 to A-14);
N : nombre de filaments de la fibre;  N: number of filaments of the fiber;
C : concentration en cellulose dans la solution de filage (% en poids);  C: cellulose concentration in the spinning solution (% by weight);
DP : degré de polymérisation de la cellulose dans la solution de filage;  DP: degree of polymerization of the cellulose in the spinning solution;
Vf : vitesse de filage (en m/min);  Vf: spinning speed (in m / min);
Tc : température du milieu coagulant (en °C);  Tc: temperature of the coagulating medium (in ° C);
Rs : taux de solvant résiduel dans la fibre à la sortie des moyens de coagulation (% en poids);  Rs: rate of residual solvent in the fiber at the outlet of the coagulation means (% by weight);
σc : contrainte de tension subie par la fibre à la sortie des moyens de coagulation (en cN/tex); σ c : tension stress undergone by the fiber at the exit of the coagulation means (in cN / tex);
Ti : titre de la fibre (en tex):  Ti: fiber title (in tex):
Te : ténacité de la fibre (en cN/tex);  Te: fiber tenacity (in cN / tex);
Mi : module initial de la fibre (en cN/tex);  Mi: initial fiber modulus (in cN / tex);
Ar : allongement à la rupture de la fibre (en %);  Ar: elongation at break of the fiber (in%);
Er : énergie à la rupture de la fibre (en J/g);  Er: energy at break of the fiber (in J / g);
Ds : degré de substitution de la cellulose en groupes formiate. dans la fibre (en %);  Ds: degree of substitution of cellulose for formate groups. in fiber (in%);
Pour la réalisation de ces essais, on utilise en outre les conditions particulières suivantes: In addition, the following special conditions are used to carry out these tests:
- toutes les solutions de filage sont préparées à partir de cellulose en poudre (de teneur initiale en eau égale à environ 8 % en poids, de degré de polymérisation compris entre 500 et 600), d'acide formique et d'acide orthophosphorique (contenant chacun environ 2,5 % en poids d'eau) ; - all spinning solutions are prepared from powdered cellulose (initial water content equal to about 8% by weight, degree of polymerization between 500 and 600), formic acid and orthophosphoric acid (each containing about 2.5% by weight of water);
- ces solutions contiennent (% en poids) de 16 à 22 % de cellulose, de 60 à 65 % d'acide phosphorique, et de 18 à 19 % d'acide formique (total), le rapport pondéral (acide formique/acide phosphorique) initial étant égal à 0,30 environ ; - these solutions contain (% by weight) from 16 to 22% of cellulose, from 60 to 65% of phosphoric acid, and from 18 to 19% of formic acid (total), the weight ratio (formic acid / phosphoric acid ) initial being approximately 0.30;
- ces solutions sont optiquement anisotropes, et contiennent au total moins de 10 % d'eau (% en poids); - These solutions are optically anisotropic, and contain in total less than 10% water (% by weight);
- le degré de substitution de la cellulose, dans les solutions, est compris entre 40 et 45 % pour les solutions contenant 16 % en poids de cellulose, entre 30 et 40 % pour les autres solutions plus concentrées ; the degree of substitution of the cellulose in the solutions is between 40 and 45% for the solutions containing 16% by weight of cellulose, between 30 and 40% for the other more concentrated solutions;
- les filières comportent 500 ou 1000 capillaires de forme cylindrique, de diamètre 50 ou 65 μm ; - the channels include 500 or 1000 capillaries of cylindrical shape, with a diameter of 50 or 65 μm;
- les températures de filage sont comprises entre 40 et 50°C; - the spinning temperatures are between 40 and 50 ° C;
- les valeurs de FEF sont comprises entre 2 et 6 (entre 2 et 4 pour les essais A-l, A-5 à A-9, A- 14 ; entre 4 et 6 pour les autres essais); - the FEF values are between 2 and 6 (between 2 and 4 for tests A-1, A-5 to A-9, A-14; between 4 and 6 for other tests);
- la couche fluide non coagulante est constituée par une couche d'air (épaisseur variant de 10 à 40 mm selon les essais) ; the non-coagulating fluid layer consists of an air layer (thickness varying from 10 to 40 mm depending on the tests);
- le taux d'acide phosphorique, dans le milieu coagulant, est stabilisé à un niveau inférieur à 10 % (% en poids de milieu coagulant) ; the level of phosphoric acid in the coagulating medium is stabilized at a level of less than 10% (% by weight of coagulating medium);
- la température de l'acétone de lavage (Tl) est toujours positive, comprise entre 15 et 20°C ; - the temperature of the washing acetone (Tl) is always positive, between 15 and 20 ° C;
- le séchage de la fibre est réalisé à 70°C, par passage sur des cylindres chauffants, avec en complément un soufflage d'azote chauffé à 80°C; le taux d'acétone en sortie des moyens de séchage est inférieur à 0,5 % (% en poids de fibre sèche) ; - the drying of the fiber is carried out at 70 ° C, by passage over heating cylinders, with in addition a blowing of nitrogen heated to 80 ° C; the acetone level at the outlet of the drying means is less than 0.5% (% by weight of dry fiber);
- sur la fibre terminée, i.e. lavée et séchée. le taux d'acide phosphorique résiduel est inférieur à 0, 1 % (% en poids de fibre sèche). - on the finished fiber, ie washed and dried. the residual phosphoric acid level is less than 0.1% (% by weight of dry fiber).
A la lecture du tableau 1, on note en particulier qu'à l'exception de l'essai A-13, la température Tc de l'acétone de coagulation est toujours négative, inférieure à -10°C dans la majorité des cas. On reading Table 1, it is noted in particular that with the exception of test A-13, the temperature Tc of the coagulation acetone is always negative, lower than -10 ° C. in the majority of cases.
Le DP de la cellulose, dans la solution, est compris entre 400 et 450, ce qui montre notamment une faible dépolymérisation après la mise en solution. The DP of the cellulose, in the solution, is between 400 and 450, which shows in particular a low depolymerization after dissolution.
On constate en outre que pour tous les essais du tableau 1, au moins une des conditions préférentielles suivantes est vérifiée: It is further noted that for all the tests in Table 1, at least one of the following preferential conditions is satisfied:
Rs < 100 % ; σc < 5 cN/tex , et que ces deux relations sont simultanément vérifiées dans la majorité des cas. Rs <100%; σ c <5 cN / tex, and that these two relationships are simultaneously verified in the majority of cases.
De manière encore plus préférentielle, les deux relations suivantes sont simultanément vérifiées: Even more preferably, the following two relationships are verified simultaneously:
Rs < 50 % ; σc < 2 cN/tex , Rs <50%; σ c <2 cN / tex,
D'autre part, les vitesses de filage sont élevées, puisqu'elles sont égales pour la plupart à 150 m/min. On the other hand, the spinning speeds are high, since most of them are equal to 150 m / min.
Toutes les propriétés mécaniques indiquées dans le tableau 1 sont des valeurs moyennes calculées sur 10 mesures, à l'exception du titre (moyenne sur 3 mesures), l'écart-type sur la moyenne (en % de cette moyenne) étant All the mechanical properties indicated in table 1 are mean values calculated over 10 measurements, with the exception of the titer (mean over 3 measurements), the standard deviation over the mean (in% of this mean) being
généralement compris entre 1 et 2,5 %. generally between 1 and 2.5%.
A la lecture du tableau 1, on constate que toutes les fibres vérifient les relations suivantes: On reading Table 1, it can be seen that all of the fibers verify the following relationships:
- Ds≥ 2 ; - Ds≥ 2;
- Te > 45 ;  - Te> 45;
- Mi > 800 ;  - Mi> 800;
- Ar > 6 ;  - Ar> 6;
- Er > 13,5 .  - Er> 13.5.
De préférence, pour les fibres en formiate de cellulose de l'invention, les valeurs de Ds sont comprises entre 25 et 50 %. On constate que dans ces exemples, elles sont toutes comprises entre 30 et 45 % : en pratique, elles sont identiques aux valeurs de degrés de substitution mesurées sur les solutions de filage Preferably, for the cellulose formate fibers of the invention, the values of Ds are between 25 and 50%. It can be seen that in these examples, they are all between 30 and 45%: in practice, they are identical to the values of degrees of substitution measured on the spinning solutions.
correspondantes. corresponding.
De manière préférentielle, leur allongement à la rupture Ar est supérieur à 7 % (exemples A-4 à A-6), de manière encore plus préférentielle supérieur à 8 % (exemples A-5 et A-6). Par ailleurs, ces fibres du tableau 1 vérifient pour la plupart les relations préférentielles suivantes: Preferably, their elongation at break Ar is greater than 7% (examples A-4 to A-6), even more preferably greater than 8% (examples A-5 and A-6). In addition, these fibers in Table 1 mostly verify the following preferential relationships:
Te > 60 ; Mi > 1200 ; Er > 20 . Te> 60; Mi> 1200; Er> 20.
De manière encore plus préférentielle, au moins une des relations suivantes est vérifiée: Even more preferably, at least one of the following relationships is verified:
Te > 70 ; Mi > 1500 ; Er > 25 . Te> 70; Mi> 1500; Er> 25.
Pour tous les exemples du tableau 1, on constate en outre que la relation suivante est vérifiée: For all the examples in Table 1, we also note that the following relation is verified:
Mi < 1800 . Mid <1800.
Cependant, des valeurs de module initial particulièrement élevées, par exemple comprises entre 1800 et 2200 cN/tex, voire plus, sont encore accessibles sur les fibres en formiate conformes à l'invention, normalement au détriment de l'allongement à la rupture, en adaptant les paramètres du procédé de filage selon l'invention. Ceci pourra être réalisé notamment en augmentant les contraintes de tensions sur la ligne de filage, par exemple en sortie des moyens de coagulation, pendant le lavage ou encore au cours du séchage de la fibre ; on a observé également que l'emploi de concentrations C relativement élevées, notamment comprises entre 24 et 30 %, étaient favorables à l'obtention de modules initiaux et de ténacités très élevés. B) Fibres non conformes à l'invention (tableau 2): However, particularly high initial modulus values, for example between 1800 and 2200 cN / tex, or even more, are still accessible on the formate fibers according to the invention, normally at the expense of elongation at break, in adapting the parameters of the spinning process according to the invention. This could be achieved in particular by increasing the tension stresses on the spinning line, for example at the outlet of the coagulation means, during washing or during the drying of the fiber; it was also observed that the use of relatively high concentrations C, in particular between 24 and 30%, were favorable for obtaining initial moduli and very high toughness. B) Fibers not in accordance with the invention (Table 2):
On réalise 5 essais de filage (référencés de B-1 à B-5) de fibres en formiate de cellulose, selon un procédé de filage non conforme à l'invention. 5 spinning tests are carried out (referenced from B-1 to B-5) of cellulose formate fibers, according to a spinning process not in accordance with the invention.
Les conditions générales et particulières utilisées pour le filage sont les mêmes que celles utilisées pour les fibres du tableau 1 précédent, à une exception près: l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée est réalisée avec de l'eau (comme dans la demande WO 85/05115 précitée), et non avec de l'acétone. Cette eau de lavage est de l'eau industrielle, à une température voisine de 15°C. D'autre part les fibres contiennent de 250 à 1000 filaments. The general and specific conditions used for spinning are the same as those used for the fibers of table 1 above, with one exception: the neutral washing step of the coagulated fiber is carried out with water (as in the request WO 85/05115 cited above), and not with acetone. This washing water is industrial water, at a temperature close to 15 ° C. On the other hand the fibers contain 250 to 1000 filaments.
Le tableau 2 donne à la fois les conditions particulières de réalisation du procédé de l'invention, et les propriétés des fibres obtenues. Les abréviations ainsi que les unités utilisées dans ce tableau 2 sont les mêmes que pour le tableau 1 précédent. Table 2 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained. The abbreviations and the units used in this table 2 are the same as for the previous table 1.
On note que ces fibres du tableau 2, filées selon la méthode enseignée par la demande WO 85/05115 précitée, peuvent présenter des caractéristiques tout à fait intéressantes de ténacité et de module initial ; en particulier, après une étape de régénération conventionnelle selon l'art antérieur (solution aqueuse de NaOH faiblement concentrée), elles peuvent être transformées en des fibres régénérées possédant de très hautes ténacités (110 à 120 cN/tex, voire plus) combinées à de très hautes valeurs de module initial (3000 à 3500 cN/tex, voire plus). It is noted that these fibers of table 2, spun according to the method taught by the aforementioned application WO 85/05115, can have quite interesting characteristics of tenacity and initial modulus; in particular, after a conventional regeneration step according to the prior art (weakly concentrated aqueous NaOH solution), they can be transformed into regenerated fibers having very high toughness (110 to 120 cN / tex, or even more) combined with very high initial modulus values (3000 to 3500 cN / tex, or even more).
Néanmoins, aucune de ces fibres du tableau 2 n'est conforme à l'invention, la relation suivante n'étant pas vérifiée: However, none of these fibers in Table 2 is in accordance with the invention, the following relationship not being verified:
Ar > 6. Ar> 6.
III-2. FIBRES EN CELLULOSE REGENEREE III-2. REGENERATED CELLULOSE FIBERS
A) Fibres conformes à l'invention (tableau 3): A) Fibers in accordance with the invention (Table 3):
On réalise au total 23 essais de régénération de fibres en formiate de cellulose, conformément au procédé de régénération de l'invention, selon les indications fournies au paragraphe II-3 précédent. A total of 23 regeneration tests of cellulose formate fibers are carried out, in accordance with the regeneration process of the invention, according to the indications provided in paragraph II-3 above.
Tous ces essais de régénération sont conduits en ligne et en continu avec l'opération de filage, cette dernière étant réalisée conformément au procédé de filage de l'invention: en particulier, l'étape de coagulation et l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée sont toutes deux réalisées dans de l'acétone. All these regeneration tests are carried out online and continuously with the spinning operation, the latter being carried out in accordance with the spinning process of the invention: in particular, the coagulation step and the neutral washing step of the Coagulated fiber are both made in acetone.
Le milieu régénérant est une solution aqueuse de soude, dont la concentration Cs est dans tous les cas supérieure à 16 %. The regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution, the Cs concentration of which is in all cases greater than 16%.
Le tableau 3 donne à la fois des conditions particulières de réalisation du procédé de l'invention, et les propriétés des fibres obtenues. Table 3 gives both specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained.
Les abréviations ainsi que les unités utilisées dans ce tableau 3 sont les suivantes: The abbreviations and the units used in this table 3 are as follows:
N° Essai : numéro de l'essai (référencé de C-1 à C-23); Test No .: test number (referenced from C-1 to C-23);
N : nombre de filaments de la fibre régénérée;  N: number of filaments of the regenerated fiber;
Cs : concentration en soude du milieu régénérant (% en poids);  Cs: concentration of sodium hydroxide in the regenerating medium (% by weight);
Vr : vitesse de régénération (en m/min);  Vr: regeneration speed (in m / min);
TI : titre de la fibre (en tex); T I : title of the fiber (in tex);
TE : ténacité de la fibre (en cN/tex); T E : tenacity of the fiber (in cN / tex);
MI : module initial de la fibre (en cN/tex); M I : initial modulus of the fiber (in cN / tex);
AR : allongement à la rupture de la fibre (en %); A R : elongation at break of the fiber (in%);
ER : énergie à la rupture de la fibre (en J/g); Pour la réalisation de ces essais, on utilise en outre les conditions particulières suivantes: E R : energy at break of the fiber (in J / g); In addition, the following special conditions are used to carry out these tests:
- les fibres en formiate de cellulose de départ, dont un échantillon (quelques centaines de mètres) a été systématiquement prélevé en sortie des moyens de filage, pour contrôle de leurs propriétés mécaniques, sont toutes conformes à l'invention ; en particulier, elles possèdent toutes un - The starting cellulose formate fibers, a sample of which (a few hundred meters) was systematically taken at the outlet of the spinning means, to check their mechanical properties, all conform to the invention; in particular, they all have a
allongement à la rupture supérieur à 6 % ;  elongation at break greater than 6%;
- le milieu régénérant utilisé est à température ambiante (environ 20°C); - the regenerating medium used is at room temperature (about 20 ° C);
- les moyens de régénération, de lavage, et de séchage sont constitués par des cabines équipées de cylindres motorisés sur lesquels vient s'enrouler la fibre à traiter ; - The regeneration, washing, and drying means consist of cabins equipped with motorized cylinders on which the fiber to be treated is wound;
- la régénération étant opérée en ligne et en continu avec le filage, la vitesse de régénération Vr indiquée au tableau 3 (de 55 à 200 m/min) est donc égale à la vitesse de filage Vf ; - the regeneration being carried out in line and continuously with the spinning, the regeneration speed Vr indicated in table 3 (from 55 to 200 m / min) is therefore equal to the spinning speed Vf;
- le lavage est réalisé avec de l'eau industrielle à une température de 15°C environ ; - washing is carried out with industrial water at a temperature of about 15 ° C;
- le séchage de la fibre lavée est réalisé sur des cylindres chauffants, à différentes températures variant de 80°C à 240°C, selon le schéma particulier ci-après: de 80°C à 120°C pour les essais C-2, C-3, C-5, C-10, C-17 ; à 240°C pour l'essai C-11 ; de 160°C à 190°C pour les autres essais ; the drying of the washed fiber is carried out on heating cylinders, at different temperatures varying from 80 ° C to 240 ° C, according to the specific scheme below: from 80 ° C to 120 ° C for tests C-2, C-3, C-5, C-10, C-17; at 240 ° C for test C-11; from 160 ° C to 190 ° C for the other tests;
- les contraintes de tension mesurées à l'entrée des moyens de régénération, de lavage, et de séchage sont toujours inférieures à 10 cN/tex, dans la majorité des cas inférieures à 5 cN/tex, sauf pour les essais C-7, C-9, C-l 5 où l'on a mesuré une tension égale ou supérieure à 5 cN/tex à l'entrée d'au moins un des moyens ci-dessus ; ces contraintes de tension sont inférieures à 2 cN/tex à chaque entrée des trois moyens énoncés ci-dessus - the stresses of tension measured at the entry of the means of regeneration, washing, and drying are always lower than 10 cN / tex, in the majority of the cases lower than 5 cN / tex, except for tests C-7, C-9, Cl 5 where a tension equal to or greater than 5 cN / tex has been measured at the input of at least one of the above means; these stresses of tension are lower than 2 cN / tex with each entry of the three means stated above
(régénération, lavage et séchage) pour un grand nombre d'essais: C-2 à C-5, C-10 à C-11, C-13 à C-14, C-16 à C-23 ;  (regeneration, washing and drying) for a large number of tests: C-2 to C-5, C-10 to C-11, C-13 to C-14, C-16 to C-23;
- les temps de séjour dans les moyens de régénération sont de l'ordre dethe residence times in the regeneration means are of the order of
15 s, comme dans les moyens de lavage, alors qu'ils sont de l'ordre de 10 s dans les moyens de séchage ; 15 s, as in the washing means, while they are of the order of 10 s in the drying means;
- à la sortie des moyens de séchage, les fibres présentent un taux d'humidité résiduelle de l'ordre de 12 % à 13 % (% en poids de fibre sèche). - At the outlet of the drying means, the fibers have a residual moisture content of the order of 12% to 13% (% by weight of dry fiber).
Une mesure du degré de substitution, comme indiqué au paragraphe I-2.2, a montré que toutes les fibres du tableau 3 ont une valeur de Dg comprise entre 0 et 2 %, dans la grande majorité des cas entre 0, 1 et 1 %. A measure of the degree of substitution, as indicated in paragraph I-2.2, has shown that all of the fibers in Table 3 have a Dg value between 0 and 2%, in the vast majority of cases between 0, 1 and 1%.
Comme pour les résultats précédents, toutes les propriétés mécaniques indiquées dans le tableau 3 sont des valeurs moyennes calculées sur 10 mesures, à l'exception du titre (moyenne sur 3 mesures), l'écart-type sur ces différentes moyennes (en % de la moyenne) étant généralement compris entre 1 et 2,5 %. As for the previous results, all the mechanical properties indicated in table 3 are mean values calculated over 10 measurements, with the exception of the titer (mean over 3 measurements), the standard deviation over these different means (in% of the average) being generally between 1 and 2.5%.
On constate que les fibres régénérées du tableau 3 vérifient toutes les relations suivantes: It can be seen that the regenerated fibers of Table 3 verify all of the following relationships:
- TE > 60 ; - T E >60;
- MI > 1000 ; - M I >1000;
- AR > 6 ; - A R >6;
- ER > 17,5 . - E R > 17.5.
De manière préférentielle, leur allongement à la rupture AR est supérieur à 7 % (exemples C-4 à C-11, C-13 à C-16, C-19 et C-20), de manière encore plus préférentielle supérieur à 8 % (exemple C-4). Preferably, their elongation at break A R is greater than 7% (examples C-4 to C-11, C-13 to C-16, C-19 and C-20), even more preferably greater than 8% (example C-4).
La meilleure valeur d'allongement à la rupture (AR = 8,4 % pour l'essai C-4) a été notamment obtenue par filage et régénération en ligne d'une solution contenant 16 % en poids de cellulose et dont le DP était égal à 420 environ. The best elongation value at break (A R = 8.4% for test C-4) was notably obtained by spinning and online regeneration of a solution containing 16% by weight of cellulose and whose DP was about 420.
L'échantillon de fibre en formiate correspondante, prélevé en sortie de filage pour mesure des propriétés mécaniques, a montré les propriétés suivantes: The corresponding formate fiber sample, taken at the spinning outlet to measure the mechanical properties, showed the following properties:
Ds = 40 ; Te = 60 ; Mi = 1290 ; Ar = 8,4 ; Er = 25,3 . Ds = 40; Te = 60; Mi = 1290; Ar = 8.4; Er = 25.3.
Par ailleurs, la grande majorité des fibres du tableau 3 vérifient les relations suivantes: Furthermore, the vast majority of the fibers in Table 3 verify the following relationships:
TE > 80 ; MI > 1500 ; ER > 25 , un grand nombre d'entre elles vérifiant au moins une des relations suivantes: T E >80; M I >1500; E R > 25, a large number of them verifying at least one of the following relationships:
TE > 100 ; MI > 2000 ; ER > 30 . T E >100; M I >2000; E R > 30.
On note en particulier des ténacités particulièrement élevées (égales ou supérieures à 100 cN/tex) dans le cas des essais C-1, C-7, C-18, C-21 et C-22, combinées à de hautes valeurs d'allongement et d'énergie à la rupture, voire même à de hautes valeurs de module initial, supérieures à 2400 cN/tex dans le cas des essais C-18, C-21 et C-22. Pour tous les exemples du tableau 3, on constate en outre que la relation suivante est vérifiée: Particularly high toughness is noted (equal to or greater than 100 cN / tex) in the case of tests C-1, C-7, C-18, C-21 and C-22, combined with high values of elongation and energy at break, or even at high initial modulus values, greater than 2400 cN / tex in the case of tests C-18, C-21 and C-22. For all the examples in Table 3, we also note that the following relation is verified:
MI < 2600 . M I <2600.
Cependant, des valeurs de module initial particulièrement élevées, par exemple comprises entre 2600 et 3000 cN/tex, sont encore accessibles sur les fibres régénérées conformes à l'invention, normalement au détriment de l'allongement à la rupture, en adaptant les paramètres du procédé de régénération selon However, particularly high initial modulus values, for example between 2600 and 3000 cN / tex, are still accessible on the regenerated fibers according to the invention, normally at the expense of elongation at break, by adapting the parameters of the regeneration process according to
l'invention. Ceci pourra être réalisé notamment en augmentant les contraintes de tensions sur la ligne de régénération, ou encore en sélectionnant des fibres de départ (en formiate de cellulose) présentant déjà des valeurs particulièrement élevées de module initial, par exemple entre 1800 et 2200 cN/tex.  the invention. This can be achieved in particular by increasing the stress constraints on the regeneration line, or by selecting starting fibers (in cellulose formate) already having particularly high values of initial modulus, for example between 1800 and 2200 cN / tex .
Si pour la majorité des exemples du tableau 3, le titre filamentaire (titre de la fibre TI divisé par le nombre N de filaments) est égal à 1,8 dtex (decitex) environ (titre filamentaire le plus courant pour les fibres cellulosiques), ce dernier peut varier dans une large mesure, par exemple de 1,4 dtex à 4,0 dtex, voire plus, en ajustant de manière connue les conditions de filage. A titre d'exemple, les fibres régénérées des essais C-l 9 et C-20 possèdent, respectivement, un titre If for the majority of the examples in Table 3, the filamentary title (title of the fiber T I divided by the number N of filaments) is equal to approximately 1.8 dtex (decitex) (most common filamentary title for cellulosic fibers) , the latter can vary to a large extent, for example from 1.4 dtex to 4.0 dtex, or even more, by adjusting the spinning conditions in known manner. For example, the regenerated fibers of tests Cl 9 and C-20 have, respectively, a
filamentaire de 2,9 dtex et de 3,6 dtex. De manière générale, on a observé une augmentation de l'allongement à la rupture AR, combinée à une diminution de la ténacité TE et du module initial MI, lorsque le titre filamentaire augmente. B) Fibres non conformes à l'invention (tableau 4): 2.9 dtex and 3.6 dtex filamentary. In general, an increase in the elongation at break A R has been observed, combined with a decrease in the toughness T E and of the initial modulus M I , when the filamentary title increases. B) Fibers not in accordance with the invention (table 4):
On réalise au total 9 essais de régénération de fibres en formiate de cellulose (référencés de D-1 à D-9), selon un procédé de régénération non conforme à l'invention. A total of 9 regeneration tests of cellulose formate fibers (referenced from D-1 to D-9) are carried out, according to a regeneration process not in accordance with the invention.
Les conditions de régénération sont les mêmes que celles utilisées pour les fibres conformes à l'invention du tableau 3 précédent, à une exception près: le milieu régénérant est une solution aqueuse de soude dont la concentration en soude Cs est au plus égale à 16 %. The regeneration conditions are the same as those used for the fibers in accordance with the invention of table 3 above, with one exception: the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution whose Cs soda concentration is at most equal to 16% .
Le tableau 4 donne à la fois les conditions particulières de réalisation du procédé de l'invention, et les propriétés des fibres obtenues. Les abréviations ainsi que les unités utilisées dans ce tableau 4 sont les mêmes que pour le tableau 3 précédent. Table 4 gives both the specific conditions for carrying out the process of the invention, and the properties of the fibers obtained. The abbreviations and the units used in this table 4 are the same as for the previous table 3.
Toutes les fibres obtenues sont bien régénérées, dans la mesure où, après contrôle, les valeurs de degré de substitution DS sont toujours inférieures à 2 %, plus précisément comprises entre 0,1 % et 1,0 %. All the fibers obtained are well regenerated, insofar as, after control, the values of degree of substitution D S are always less than 2%, more precisely between 0.1% and 1.0%.
Ces fibres du tableau 4 peuvent présenter des caractéristiques particulièrement élevées de ténacité et de module initial (voir notamment D-7 à D-9), mais on constate qu'aucune d'entre elles n'est conforme à l'invention, la relation suivante n'étant pas vérifiée: These fibers of Table 4 may have particularly high characteristics of toughness and initial modulus (see in particular D-7 to D-9), but it can be seen that none of them is in accordance with the invention, the relationship following is not verified:
AR > 6. A R > 6.
Dans les exemples D-4 et D-5 (Cs = 6 % et 12 %), on a observé notamment une dissolution partielle à la surface des filaments, conduisant à la présence de filaments mariés, à un mauvais état général de la fibre entraînant de très grosses difficultés pour réaliser un lavage neutre. Dans l'exemple D-6, les mêmes phénomènes ont été rencontrés, mais à un degré moindre: on est ici aux limites du procédé de l'invention (Cs = 16 %), et on note en particulier un allongement à la rupture très proche de 6 %. In Examples D-4 and D-5 (Cs = 6% and 12%), it was observed in particular a partial dissolution on the surface of the filaments, leading to the presence of married filaments, to a poor general state of the fiber causing very great difficulties in achieving a neutral wash. In example D-6, the same phenomena were encountered, but to a lesser degree: here we are at the limits of the process of the invention (Cs = 16%), and we note in particular a very long elongation at break close to 6%.
Une comparaison des exemples D-3 et C-12 (tableau 3) s'avère tout à fait intéressante, dans la mesure où les opérations de régénération ont été conduites sur une même fibre en formiate de cellulose et, à l'exception de la concentration en soude du milieu régénérant (3 % pour l'esssai D-3, 30 % pour l'essai C-12), dans des conditions particulières rigoureusement identiques. A comparison of Examples D-3 and C-12 (Table 3) turns out to be quite interesting, insofar as the regeneration operations were carried out on the same fiber in cellulose formate and, with the exception of the concentration of sodium hydroxide in the regenerating medium (3% for test D-3, 30% for test C-12), under strictly identical particular conditions.
On constate en effet que par rapport à une régénération conventionnelle avec une solution de soude faiblement concentrée (essai D-3), le procédé de l'invention (essai C-12) a permis d'améliorer de manière très sensible les valeurs de ténacité (augmentation de 18 %), d'allongement à la rupture (augmentation de 33 %), d'énergie à la rupture (augmentation de 55 %), sans modification notable de la valeur de module initial. In fact, it can be seen that, compared with a conventional regeneration with a weakly concentrated soda solution (test D-3), the process of the invention (test C-12) made it possible to very significantly improve the toughness values. (18% increase), elongation at break (33% increase), energy at break (55% increase), without any significant change in the initial modulus value.
Toutes les fibres des tableaux 1 à 4 précédents, en formiate de cellulose ou en cellulose régénérée, qu'elles soient conformes ou non à l'invention, présentent une structure et une morphologie typiques de produits filés à partir d'une solution cristal-liquide, telles que décrites notamment dans la demande de base WO 85/05115. All the fibers of Tables 1 to 4 above, in cellulose formate or in regenerated cellulose, whether or not they conform to the invention, have a structure and a morphology typical of products spun from a liquid crystal solution , as described in particular in basic application WO 85/05115.
En particulier, lorsqu'on étudie leurs filaments avec un microscope optique ou un microscope électronique à balayage, on observe une morphologie telle que chaque filament est constitué au moins en partie par des couches emboîtées les unes dans les autres entourant l'axe du filament ; on constate en outre que dans chaque couche, en général, la direction optique et la direction de cristallisation varient de manière quasipériodique le long de l'axe du filament. Une telle structure ou morphologie est décrite couramment dans la littérature sous le nom de "structure en bande". C) Autres propriétés des fibres en cellulose régénérée conformes à l'invention -Utilisation en pneumatique: In particular, when studying their filaments with an optical microscope or a scanning electron microscope, a morphology is observed such that each filament is constituted at least in part by layers nested one inside the other surrounding the axis of the filament; it is further noted that in each layer, in general, the optical direction and the direction of crystallization vary quasi-periodically along the axis of the filament. Such a structure or morphology is commonly described in the literature under the name of "band structure". C) Other properties of the regenerated cellulose fibers in accordance with the invention - Use in tires:
Outre les propriétés mécaniques améliorées exposées précédemment, les fibres en cellulose régénérée de l'invention présentent de nombreux autres avantages lorsqu'on les compare aux fibres décrites dans la demande de base WO 85/05115 précitée d'une part, aux fibres conventionnelles du type rayonne d'autre part. In addition to the improved mechanical properties described above, the regenerated cellulose fibers of the invention have many other advantages when compared with the fibers described in the aforementioned basic application WO 85/05115 on the one hand, with conventional fibers of the type radiates on the other hand.
C-1. Comparaison avec les fibres en cellulose régénérée selon WO 85/05115: C-1. Comparison with regenerated cellulose fibers according to WO 85/05115:
Comparées aux fibres décrites dans la demande de base WO 85/05115, les fibres de l'invention présentent notamment une résistance à la fatigue très sensiblement améliorée, tant en test laboratoire qu'en roulage pneumatique. Compared with the fibers described in basic application WO 85/05115, the fibers of the invention notably have a very significantly improved fatigue resistance, both in laboratory test and in pneumatic rolling.
Endurance en compression (test laboratoire): Compression endurance (laboratory test):
Pour des fibres techniques, destinées notamment à renforcer des structures de pneumatiques, la résistance à la fatigue peut être analysée en soumettant des assemblages de ces fibres à divers tests de laboratoire connus, notamment au test de fatigue connu sous le nom de "Disc Fatigue Test" (voir par exemple US 2 595 069, norme ASTM D885-591 révisée 67T). For technical fibers, intended in particular for reinforcing tire structures, the fatigue resistance can be analyzed by subjecting assemblies of these fibers to various known laboratory tests, in particular to the fatigue test known under the name of "Disc Fatigue Test "(see for example US 2,595,069, standard ASTM D885-591 revised 67T).
Ce test bien connu de l'homme du métier (voir par exemple US 4 902 774) consiste essentiellement à incorporer des retors des fibres à tester, préalablement encollés, dans des blocs de caoutchouc, puis, après cuisson, à fatiguer les éprouvettes de gomme ainsi constituées en compression, entre deux disques tournants, un très grand nombre de cycles (par exemple entre 100 000 et 1 000 000 cycles). Après fatigue, les retors sont extraits des éprouvettes et leur force rupture résiduelle est comparée à la force rupture de retors témoins extraits d'éprouvettes non fatiguées. This test, which is well known to those skilled in the art (see for example US 4,902,774), essentially consists in incorporating plied fibers of the fibers to be tested, previously glued, in rubber blocks, then, after baking, to tire the gum test tubes. thus formed in compression, between two rotating discs, a very large number of cycles (for example between 100,000 and 1,000,000 cycles). After fatigue, the plies are extracted from the test pieces and their residual breaking strength is compared to the breaking strength of control plies extracted from non-tired test pieces.
Les fibres de l'invention, comparées aux fibres de la demande de base WO 85/05115, montrent systématiquement une endurance nettement améliorée au "Disc Fatigue Test". The fibers of the invention, compared to the fibers of basic application WO 85/05115, systematically show clearly improved endurance on the "Disc Fatigue Test".
A titre d'exemple, des fibres selon l'invention présentant un allongement à la rupture préférentiel supérieur à 7 %, ainsi que des fibres selon la demande WO 85/05115 ayant toutes un allongement à la rupture inférieur à 5 %, ont été assemblées pour former des retors (de type "A" et "B", respectivement) ayant la même formule 180x2 (tex) 420/420 (t/m). By way of example, fibers according to the invention having a preferred elongation at break greater than 7%, as well as fibers according to application WO 85/05115, all having an elongation at break less than 5%, have been assembled to form plied (type "A" and "B", respectively) having the same formula 180x2 (tex) 420/420 (t / m).
De manière connue, une telle formule signifie que chaque retors est constitué par deux filés (fibres multifilamentaires), ayant chacun un titre de 180 tex avant torsion, qui sont d'abord tordus individuellement à 420 t/m dans une direction au cours d'une première étape, puis tordus les deux ensemble à 420 t/m en sens inverse au cours d'une seconde étape. Pour un tel retors, l'angle d'hélice est de 27° environ et le coefficient de torsion (ou encore facteur de torsion) K est d'environ 215, avec: In known manner, such a formula means that each ply consists of two yarns (multifilament fibers), each having a count of 180 tex before twisting, which are first twisted individually at 420 rpm in one direction during a first step, then twisted the two together at 420 rpm in the opposite direction during a second step. For such a plied twist, the helix angle is approximately 27 ° and the coefficient of torsion (or torsional factor) K is approximately 215, with:
K = Torsion du retors (en t/m) × [ Titre du retors (en tex) / 1520 ] 1/2. K = Twisted twist (in t / m) × [Twisted title (in tex) / 1520] 1/2 .
(densité cellulose : 1,52) (cellulose density: 1.52)
Plusieurs retors du type "A" (selon l'invention) et du type "B" (selon WO 85/051 15) ont été soumis au "Disc Fatigue Test" ci-dessus (6 heures à 2700 cycles/min, avec un taux de compression maximal de l'éprouvette de 16 % environ à chaque cycle) ; on a enregistré, sur les retors extraits, les déchéances de force-rupture qui suivent (données en valeurs relatives, avec une base 100 pour la déchéance maximale enregistrée sur un retors du type "B"): Several twists of type "A" (according to the invention) and of type "B" (according to WO 85/051 15) were subjected to the "Disc Fatigue Test" above (6 hours at 2700 cycles / min, with a maximum compression rate of the test piece of approximately 16% in each cycle); the following force-breaking lapses were recorded on the extracted twists (data in relative values, with a base 100 for the maximum lapsing recorded on a type “B” plied):
- retors type "A" : 25 à 40 ; - plied type "A": 25 to 40;
- retors type "B" : 70 à 100 .  - plied type "B": 70 to 100.
La résistance à la fatigue des fibres régénérées de l'invention est don nettement améliorée - d'un facteur deux à trois en moyenne - par rapport aux fibres régénérées de la demande initiale WO 85/05115. The fatigue resistance of the regenerated fibers of the invention is therefore significantly improved - by a factor of two to three on average - compared to the regenerated fibers of the initial application WO 85/05115.
Endurance en pneumatique: Tire endurance:
La capacité de fibres techniques à renforcer des pneumatiques peut être analysée, de manière connue, en renforçant une nappe de caoutchouc avec des retors des fibres à tester, préalablement encollés, en incoφorant le tissu ainsi constitué dans une structure de pneumatique, par exemple dans une armature de nappe carcasse, puis en soumettant le pneumatique ainsi renforcé à un test de roulage. The capacity of technical fibers to reinforce tires can be analyzed, in a known manner, by reinforcing a rubber sheet with plies of the fibers to be tested, previously glued, by incorporating the fabric thus formed in a tire structure, for example in a carcass ply reinforcement, then subjecting the tire thus reinforced to a rolling test.
De tels tests de roulage sont largement connus de l'homme du métier, ils peuvent être par exemple mis en oeuvre sur des machines automatiques permettant de faire varier un grand nombre de paramètres (pression, charge, température ...) au cours du roulage. Après roulage, les retors sont extraits du pneumatique testé, et leur force-rupture résiduelle est comparée à celle de retors témoins extraits de pneumatiques témoins n'ayant pas subi le roulage. Such rolling tests are widely known to those skilled in the art, they can for example be implemented on automatic machines making it possible to vary a large number of parameters (pressure, load, temperature, etc.) during rolling. . After rolling, the plies are extracted from the tire tested, and their residual breaking strength is compared to that of control plies extracted from control tires which have not been rolled.
On a constaté que les fibres de l'invention, lorsqu'elles sont utilisées pour renforcer une carcasse radiale de pneumatique, montrent une endurance qui est nettement améliorée par rapport aux fibres selon WO 85/05115. En particulier, on a observé que là où des fibres selon l'art antérieur ne résistaient pas (rupture des retors du type "B" ci-dessus), en raison de conditions de roulage particulièrement sévères, les fibres de l'inventionIt has been found that the fibers of the invention, when used to reinforce a radial tire carcass, show an endurance which is significantly improved compared to the fibers according to WO 85/05115. In particular, it has been observed that where fibers according to the prior art did not resist (rupture of the plies of type "B" above), due to particularly severe driving conditions, the fibers of the invention
(retors du type "A" ci-dessus) ne montraient quasiment pas de déchéance, même après plusieurs dizaines de milliers de kilomètres. (twisted type "A" above) showed almost no lapse, even after several tens of thousands of kilometers.
C-2. Comparaison avec les fibres conventionelles du type rayonne: C-2. Comparison with conventional rayon type fibers:
En plus de leurs propriétés mécaniques en extension nettement plus élevées, les fibres régénérées de l'invention présentent d'autres caractéristiques tout à fait avantageuses, comparées aux fibres rayonne conventionnelles. In addition to their significantly higher mechanical properties in extension, the regenerated fibers of the invention have other quite advantageous characteristics compared to conventional rayon fibers.
Résistance à l'humidité: Moisture resistance:
La résistance à l'humidité des fibres cellulosiques peut être analysée à l'aide de divers tests connus, un test simple consistant par exemple à tremper complètement les fibres dans un bain d'eau, pendant un temps déterminé, puis à mesurer la force-rupture des fibres à l'état mouillé, en les tractiormant immédiatement en sortie du bain d'eau après les avoir simplement égouttées. The resistance to humidity of cellulosic fibers can be analyzed using various known tests, a simple test consisting for example of completely soaking the fibers in a water bath, for a determined time, then measuring the strength- rupture of the fibers in the wet state, by pulling them immediately out of the water bath after having simply drained them.
Après 24 heures de stockage dans l'eau à température ambiante, on constate que la force-rupture à l'état mouillé, pour les fibres de l'invention, représente 80 à 90 %, selon les cas, de la force-rupture nominale (ie à l'état sec, mesurée comme indiqué au paragraphe I-4.). Pour les fibres rayonne, elle ne représente plus que 60 % environ de la force-rupture nominale. After 24 hours of storage in water at room temperature, it is found that the breaking strength in the wet state, for the fibers of the invention, represents 80 to 90%, depending on the case, of the nominal breaking strength (ie in the dry state, measured as indicated in paragraph I-4.). For rayon fibers, it only represents around 60% of the nominal breaking strength.
Les fibres de l'invention sont donc nettement moins sensibles à l'humidité que les fibres rayonne conventionnelles, elles présentent une meilleure stabilité dimensionnelle en milieu humide. The fibers of the invention are therefore much less sensitive to moisture than conventional rayon fibers, they have better dimensional stability in a humid environment.
Propriétés mécaniques sur retors: Mechanical properties on plied:
Les fibres de l'invention peuvent être assemblées, comme décrit The fibers of the invention can be assembled, as described
précédemment, pour former des assemblages de renforcement à hautes ou très hautes propriétés mécaniques, notamment des retors dont la  previously, to form reinforcement assemblies with high or very high mechanical properties, in particular plies, the
construction peut être adaptée dans une très large mesure en fonction de l'application envisagée. On sait par exemple qu'une augmentation de la torsion, i.e. de l'angle d'hélice, améliore généralement l'endurance du retors, augmente son allongement à la rupture, tout en étant cependant  construction can be adapted to a very large extent depending on the intended application. We know for example that an increase in torsion, i.e. in the helix angle, generally improves the endurance of the plied, increases its elongation at break, while being however
préjudiciable à sa ténacité et à son module en extension.  detrimental to its toughness and its extension module.
Même pour de très hautes torsions, correspondant par exemple à un angle d'hélice de l'ordre de 29-30°, qui confèrent aux retors d'excellentes propriétés d'endurance, les fibres de l'invention, à l'état retordu, possèdent une ténacité qui est encore supérieure à la ténacité de fibres rayonne non retordues. A titre d'exemple, les retors conformes à l'invention, préparés selon des méthodes de retordage connues à partir des fibres de l'invention, présentent, lorsqu'on fait varier l'angle d'hélice du retors de 20 jusqu'à 30 degrés, une ténacité qui peut varier de 75-80 cN/tex jusqu'à 45-50 cN/tex, par exemple une ténacité de l'ordre de 58-66 cN/tex pour un angle d'hélice de 23-24° (K = 180 environ), ou de 53-57 cN/tex pour un angle d'hélice de 26-27° (K = 215 environ), ainsi qu'un allongement à la rupture pouvant atteindre des valeurs proches de 10 %, voire supérieures. Even for very high twists, corresponding for example to a helix angle of the order of 29-30 °, which give the twists excellent endurance properties, the fibers of the invention, in the twisted state , have a toughness which is even greater than the tenacity of untwisted rayon fibers. By way of example, the plies according to the invention, prepared according to known twisting methods from the fibers of the invention, exhibit, when the helix angle of the plies is varied from 20 to 30 degrees, a toughness which can vary from 75-80 cN / tex up to 45-50 cN / tex, for example a toughness of the order of 58-66 cN / tex for a helix angle of 23-24 ° (K = 180 approximately), or 53-57 cN / tex for a helix angle of 26-27 ° (K = 215 approximately), as well as an elongation at break which can reach values close to 10% , or even higher.
Ainsi, les ténacités des retors conformes à l'invention, à torsion équivalente (même angle d'hélice), sont généralement largement supérieures aux ténacités sur retors pouvant être obtenues à partir de fibres du type rayonne dont la ténacité ne dépasse guère, de manière connue, 45-50 cN/tex avant retordage. On pourra donc les utiliser en moindre quantité dans des articles habituellement renforcés par des fibres rayonne conventionnelles. Thus, the tenacities of the plies according to the invention, with equivalent torsion (same helix angle), are generally much greater than the tenacities on plies which can be obtained from fibers of the rayon type whose tenacity hardly exceeds, so known, 45-50 cN / tex before twisting. They can therefore be used in a smaller quantity in articles usually reinforced with conventional rayon fibers.
Endurance en pneumatique: Tire endurance:
Pour des conditions de roulage réelles, mises en oeuvre sur des véhicules de tourisme équipés de pneumatiques de dimension 165/70 R 13, on a constaté de manière inattendue que des fibres de l'invention (malgré une structure nettement plus rigide et plus cristallisée puisqu'elles sont issues d'une phase cristal-liquide), révélaient tout au long des tests de roulage (par exemple contrôle tous les 5 000 km, de 20 000 à 80 000 km) une endurance identique à celle d'une fibre rayonne conventionnelle, pour une construction de retors identique. For real running conditions, used on passenger vehicles fitted with tires of size 165/70 R 13, it was unexpectedly found that fibers of the invention (despite a clearly more rigid and more crystallized structure since '' they come from a liquid-crystal phase), revealed throughout the running tests (for example checks every 5,000 km, from 20,000 to 80,000 km) an endurance identical to that of a conventional rayon fiber , for an identical twisted construction.
Modules en extension: Extension modules:
Les fibres de l'invention, dont la caractéristique première est un The fibers of the invention, the primary characteristic of which is a
allongement à la rupture amélioré, possèdent un module initial qui reste tout à fait élevé (par exemple 1500 à 2600 cN/tex environ dans le tableau 3), dans tous les cas très nettement supérieur à celui des fibres rayonne conventionnelles (1000 cN/tex environ, de manière connue). improved elongation at break, have an initial modulus which remains quite high (for example 1500 to 2600 cN / tex approximately in table 3), in all cases very much higher than that of conventional rayon fibers (1000 cN / tex approximately, in a known manner).
Cette supériorité des fibres de l'invention en terme de module, qui se retrouve bien entendu sur les assemblages de renforcement de ces fibres, peut être tout à fait avantageuse pour des articles renforcés habituellement par des fibres techniques rayonne conventionnelles, en offrant à de tels articles la possibilité d'une stabilité dimensionnelle améliorée : en effet, pour une même variation Δ(F) de la charge ou force "F" s'exerçant sur un assemblage de chaque type, l'assemblage conforme à l'invention subira une variation Δ(A) de longueur ou d'allongement "A" nettement moindre. En conclusion, une comparaison des résultats de l'invention avec ceux décrits dans la demande WO 85/05115, tant pour les fibres en formiate de cellulose que pour les fibres en cellulose régénérée, montre que l'invention a permis non seulement d'augmenter de manière très sensible les valeurs d'allongement à la rupture, qui sont plus que doublées dans certains cas, mais encore de maintenir les valeurs de ténacité à un niveau très élevé, voire même de les améliorer dans de nombreux cas. This superiority of the fibers of the invention in terms of modulus, which is of course found on the reinforcement assemblies of these fibers, can be quite advantageous for articles usually reinforced with conventional rayon technical fibers, by offering such the possibility of improved dimensional stability: indeed, for the same variation Δ (F) of the load or force "F" acting on an assembly of each type, the assembly according to the invention will undergo a variation Δ (A) of length or elongation "A" much less. In conclusion, a comparison of the results of the invention with those described in application WO 85/05115, both for the fibers of cellulose formate and for the fibers of regenerated cellulose, shows that the invention has not only made it possible to increase very significantly the elongation at break values, which are more than doubled in some cases, but still maintain the toughness values at a very high level, or even improve them in many cases.
L'avantage d'un tel résultat doit être particulièrement souligné. The advantage of such a result must be particularly emphasized.
L'amélioration apportée par l'invention ne consiste pas en un simple déplacement vers un autre optimum d'une combinaison donnée [ténacité-allongement à la rupture], avec une énergie à la rupture restant sensiblement la même (surface totale sous la courbe de traction Force- Allongement restant sensiblement constante) ; elle consiste en fait en une amélioration très sensible de toute combinaison [ténacité-allongement à la rupture], permettant en quelque sorte de "prolonger" les courbes Force-Allongement obtenues pour les fibres de la demande initiale WO 85/05115, et d'obtenir ainsi une énergie à la rupture très nettement améliorée (surface augmentée sous la la courbe Force-Allongement). The improvement brought by the invention does not consist in a simple displacement towards another optimum of a given combination [tenacity-elongation at break], with an energy at break remaining substantially the same (total surface under the curve of traction Force - Elongation remaining substantially constant); it consists in fact of a very appreciable improvement in any combination [toughness-elongation at break], making it possible to "extend" the force-elongation curves obtained for the fibers of the initial application WO 85/05115, and thus obtaining a very markedly improved energy at break (increased surface area under the Force-Elongation curve).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples précédemment décrits. Of course, the invention is not limited to the examples previously described.
C'est ainsi par exemple que différents constituants peuvent être éventuellement ajoutés aux constituants de base précédemment décrits (cellulose, acide formique, acide phosphorique, acétone, soude), sans que l'esprit de l'invention soit modifié. Thus, for example, different constituents can be optionally added to the basic constituents previously described (cellulose, formic acid, phosphoric acid, acetone, soda), without the spirit of the invention being modified.
C'est ainsi que le terme "formiate de cellulose" utilisé dans ce document couvre les cas où les groupes hydroxyle de la cellulose sont substitués par d'autres groupes que les groupes formiate, en plus de ces derniers, par exemple des groupes esters, notamment des groupes acétate, le degré de substitution de la cellulose en ces autres groupes étant de préférence inférieur à 10 %. Thus the term "cellulose formate" used in this document covers cases where the hydroxyl groups of the cellulose are substituted by groups other than the formate groups, in addition to the latter, for example ester groups, in particular acetate groups, the degree of substitution of cellulose with these other groups being preferably less than 10%.
Les constituants supplémentaires, de préférence chimiquement non réactifs avec les constituants de base, peuvent être par exemple des plastifiants, des ensimages, des colorants, des polymères autres que la cellulose susceptibles éventuellement d'être estérifiés pendant la réalisation de la solution. Il peut s'agir également de divers additifs permettant par exemple d'améliorer la filabilité des solutions de filage, les propriétés d'usage des fibres obtenues, l'adhésivité de ces fibres à une matrice de gomme. The additional constituents, preferably chemically non-reactive with the basic constituents, may for example be plasticizers, sizes, dyes, polymers other than cellulose which may possibly be esterified during the production of the solution. It can also be various additives making it possible, for example, to improve the spinability of spinning solutions, the use properties of the fibers obtained, the adhesiveness of these fibers to a gum matrix.
L'invention couvre également les cas où on utilise une filière constituée de un ou plusieurs capillaires non cylindriques, de formes diverses, par exemple d'un seul capillaire en forme de fente, le terme "fibre" utilisé dans la description et les revendications devant alors être entendu dans un sens plus général, pouvant inclure notamment le cas d'un film en formiate de cellulose ou d'un film en cellulose régénérée. The invention also covers the cases where a die is made up of one or more non-cylindrical capillaries, of various shapes, for example of a single capillary in the form of a slit, the term "fiber" used in the description and the claims before then be understood in a more general sense, which may include in particular the case of a cellulose formate film or of a regenerated cellulose film.

Claims

REVENDICATIONS
1. Fibre en formiate de cellulose, caractérisée par les relations suivantes : 1. Fiber in cellulose formate, characterized by the following relationships:
- Ds≥ 2 ; - Ds≥ 2;
- Te > 45 ;  - Te> 45;
- Mi > 800 ;  - Mi> 800;
- Ar > 6 ;  - Ar> 6;
- Er > 13,5 ,  - Er> 13.5,
Ds étant le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate (en %), Te étant sa ténacité en cN/tex. Mi étant son module initial en cN/tex, Ar étant son allongement à la rupture en %. Er étant son énergie à la rupture en J/g. Ds being the degree of substitution of the cellulose for formate groups (in%), Te being its toughness in cN / tex. Mi being its initial modulus in cN / tex, Ar being its elongation at break in%. Er being its energy at break in J / g.
2. Fibre selon la revendication 1. caractérisée par la relation suivante : 2. Fiber according to claim 1. characterized by the following relationship:
Ar > 7 . Ar> 7.
3. Fibre selon la revendication 2, caractérisée par la relation suivante : 3. Fiber according to claim 2, characterized by the following relationship:
Ar > 8 . Ar> 8.
4. Fibre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par les relations suivantes: 4. Fiber according to any one of claims 1 to 3, characterized by the following relationships:
Te > 60 ; Mi > 1200 ; Er > 20 . Te> 60; Mi> 1200; Er> 20.
5. Fibre selon la revendication 4, caractérisée par au moins une des relations suivantes: 5. Fiber according to claim 4, characterized by at least one of the following relationships:
Te > 70 ; Mi > 1500 ; Er > 25 . Te> 70; Mi> 1500; Er> 25.
6. Procédé de filage d'une solution de formiate de cellulose dans un solvant à base d'acide phosphorique, selon la méthode de filage dite de "dry-jet-wet spinning", pour obtenir une fibre conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de coagulation de la fibre et l'étape de lavage neutre de la fibre coagulée sont toutes deux réalisées dans de l'acétone. 6. Process for spinning a solution of cellulose formate in a solvent based on phosphoric acid, according to the spinning method called "dry-jet-wet spinning", to obtain a fiber in accordance with any one of the Claims 1 to 5, characterized in that the step of coagulating the fiber and the step of neutral washing of the coagulated fiber are both carried out in acetone.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température de l'acétone de coagulation est négative, et en ce que la température de l'acétone de lavage est positive. 7. Method according to claim 6, characterized in that the temperature of the coagulation acetone is negative, and in that the temperature of the washing acetone is positive.
8. Procédé selon la revendication 7. caractérisé en ce que l'on a les relations suivantes: 8. Method according to claim 7. characterized in that one has the following relationships:
Tc < -10°C : T1 > +10°C , Tc étant la température de l'acétone de coagulation et T1 étant la température de l'acétone de lavage. Tc <-10 ° C: T1> + 10 ° C, Tc being the temperature of the coagulation acetone and T1 being the temperature of the washing acetone.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une des caractéristiques suivantes est vérifiée: a) le taux de solvant résiduel dans la fibre, à la sortie des moyens de coagulation (noté Rs), est inférieur à 100 % en poids de fibre sèche ; b) la contrainte de tension subie par la fibre à la sortie des moyens de coagulation (notée σc) est inférieure à 5 cN/tex. 9. Method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that at least one of the following characteristics is verified: a) the rate of residual solvent in the fiber, at the outlet of the coagulation means (denoted Rs) , is less than 100% by weight of dry fiber; b) the stress of tension undergone by the fiber at the exit of the coagulation means (noted σ c ) is lower than 5 cN / tex.
10. Procédé selon la revendication 9. caractérisé par les relations suivantes : 10. Method according to claim 9. characterized by the following relationships:
Rs < 50 % ; σc < 2 cN/tex . Rs <50%; σ c <2 cN / tex.
11. Fibre en cellulose régénérée à partir du formiate de cellulose, caractérisée par les relations suivantes: 11. Cellulose fiber regenerated from cellulose formate, characterized by the following relationships:
- 0 < Ds < 2 ; - 0 <D s <2;
- TE > 60 ; - T E >60;
- MI > 1000 ; - M I >1000;
- AR > 6 ; - A R >6;
- ER > 17,5 , - E R > 17.5,
DS étant le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate (en %), TE étant sa ténacité en cN/tex, MI étant son module initial en cN/tex, AR étant son allongement à la rupture en %, ER étant son énergie à la rupture en J/g. D S being the degree of substitution of the cellulose for formate groups (in%), T E being its toughness in cN / tex, M I being its initial modulus in cN / tex, A R being its elongation at break in%, E R being its energy at break in J / g.
12. Fibre selon la revendication 1 1, caractérisée par la relation suivante: 12. Fiber according to claim 1 1, characterized by the following relationship:
AR > 7 . A R > 7.
13. Fibre selon la revendication 12, caractérisée par la relation suivante: 13. Fiber according to claim 12, characterized by the following relationship:
AR > 8 . A R > 8.
14. Fibre selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée par les relations suivantes: 14. Fiber according to any one of claims 11 to 13, characterized by the following relationships:
TE > 80 ; MI > 1500 ; ER > 25 . T E >80; M I >1500; E R > 25.
15. Fibre selon la revendication 14, caractérisée par au moins une des relations suivantes: 15. Fiber according to claim 14, characterized by at least one of the following relationships:
TE > 100 ; MI > 2000 ; ER > 30 . T E >100; M I >2000; E R > 30.
16. Procédé pour obtenir une fibre en cellulose régénérée conforme à l'une quelconque des revendications 1 1 à 15, par passage d'une fibre en formiate de cellulose dans un milieu régénérant, lavage, puis séchage, caractérisé en ce que le milieu régénérant est une solution aqueuse de soude dont la concentration en soude, notée Cs, est supérieure à 16 % (% en poids). 16. Method for obtaining a regenerated cellulose fiber according to any one of claims 1 1 to 15, by passing a cellulose formate fiber through a regenerating medium, washing, then drying, characterized in that the regenerating medium is an aqueous sodium hydroxide solution whose sodium hydroxide concentration, noted Cs, is greater than 16% (% by weight).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on a la relation suivante: 17. Method according to claim 16, characterized in that there is the following relation:
Cs > 18 % ; Cs> 18%;
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on a la relation suivante: 18. Method according to claim 17, characterized in that there is the following relation:
Cs > 22 % ; Cs> 22%;
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que les contraintes de tension subies par la fibre, à l'entrée des moyens de régénération, des moyens de lavage et des moyens de séchage, sont inférieures à 10 cN/tex. 19. Method according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the tension stresses undergone by the fiber, at the input of the regeneration means, washing means and drying means, are less than 10 cN / tex.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que les contraintes de tension sont inférieures à 5 cN/tex. 20. Method according to claim 19, characterized in that the tension stresses are less than 5 cN / tex.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé en ce que l'on part d'une fibre en formiate de cellulose conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 21. Method according to any one of claims 16 to 20, characterized in that one starts from a cellulose formate fiber according to any one of claims 1 to 5.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en ligne et en continu avec le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 10. 22. Method according to any one of claims 16 to 21, characterized in that it is implemented online and continuously with the method according to any one of claims 6 to 10.
23. Assemblage de renforcement comportant au moins une fibre en formiate de cellulose selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et/ou au moins une fibre en cellulose régénérée selon l'une quelconque des revendications 11 à 15. 23. Reinforcement assembly comprising at least one cellulose formate fiber according to any one of claims 1 to 5 and / or at least one regenerated cellulose fiber according to any one of claims 11 to 15.
24. Article renforcé par au moins une fibre en formiate de cellulose selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et/ou au moins une fibre en cellulose régénérée selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 et/ou au moins un assemblage selon la revendication 23. 24. Article reinforced with at least one cellulose formate fiber according to any one of claims 1 to 5 and / or at least one regenerated cellulose fiber according to any one of claims 11 to 15 and / or at least one assembly according to claim 23.
25. Article selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'il est une enveloppe de pneumatique.  25. Article according to claim 24, characterized in that it is a tire casing.
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