FR2543169A1 - Procede de production de fibres phenoplastes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE DE PRODUCTION DE FIBRES A PARTIR DE RESINES PHENOPLASTES DE TYPE RESOL. DANS CE PROCEDE LA RESINE ADDITIONNEE LE CAS ECHEANT D'UN AGENT DE RETICULATION, EST MISE DANS LES CONDITIONS CONDUISANT A SA RETICULATION IMMEDIATEMENT AVANT D'ETRE INTRODUITE DANS UNE FILIERE CENTRIFUGE. L'ATMOSPHERE AUTOUR DE LA FILIERE EST REGLEE POUR ACCELERER LE SECHAGE DES FIBRES AVANT QUE CELLES-CI SOIENT RASSEMBLEES.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION DE FIBRES PHENOPLASTES

L'invention est relative à un procédé de production de fibres

à partir de résines phénoplastes de type résol.

La formation de fibres à partir de résines phénoplastes est à

l'heure actuelle une technique complexe qui comprend des étapes relati-

vement longues et malaisées à mettre en oeuvre Ces techniques sont ce-

pendant appliquées car elles permettent d'obtenir des produits dont les

qualités, en particulier vis-à-vis de la résistance au feu, sont remar-

quables. Les résines phénoplastes sont obtenues par polycondensation

d'un phénol et d'un aldéhyde Le plus couramment les phénoplastes pro-

viennent de la condensation du phénol et du formol Dans la suite de la

description, nous nous référerons essentiellement à ces résines phéno-

plastes à base de phénol et formol, mais les caractéritiques de l'in-

vention font que celle-ci peut s'appliquer à toutes les résines

phénoplastes pour autant qu'elles présentent les propriétés dont il se-

ra question plus loin.

Traditionnellement, on distingue deux types de résines phéno-

plastes qui sont désignés sous les noms génériques de "novolaques" et de "résols" Ces dénominations recouvrent des produits qui à la fois

par leur mode de préparation, leur structure et certaines de leurs pro-

priétés diffèrent sensiblement.

De façon simplifiée les novolaques sont obtenues par poly-

condensation d'un excès de phénol par rapport à la quantité de formol utilisée, en présence d'un catalyseur acide La résine préparée, qui est thermofusible, est réticulable à l'aide d'un agent de réticulation tel que l'hexaméthylène tétramine ou le paraformaldéhyde en présence

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d'un catalyseur acide La réticulation est accélérée par une élévation

de la température.

Toujours de façon simplifiée, les résols proviennent de la

polycondensation d'un excès de formol par rapport à la quantité de phé-

nol utilisée, en présence d'un catalyseur basique La formation de la résine qui est accélérée lorsque la température s'élève est difficile à maîtriser Elle aboutit à des produits très divers selon les conditions opératoires et notamment selon la durée de la réaction Si la réaction n'est pas stoppée elle se poursuit jusqu'à la formation d'un produit solide qui est infusible et donc n'est pas filable Pour maintenir la résine dans des conditions dans lesquelles elle peut être travaillée, il convient de bloquer la réaction par un abaissement de température

et/ou neutralisation du mélange On obtient alors une résine en solu-

tion dont les caractéristiques, notamment de viscosité, varient selon le degré d'avancement de la réaction La résine est réticulable et la réticulation peut être accélérée en présence d'un catalyseur acide La

réticulation est d'autant plus rapide que la température est plus éle-

vée.

En pratique, à l'heure actuelle, seules les résines phéno-

plastes du type novolaque sont utilisées pour la production de fibres.

On ne connait pas en effet de technique permettant de produire de façon

avantageuse des fibres à partir de résols.

La production des fibres de novolaque est obtenue tradition-

nellement par fusion de la résine thermofusible suivie du fibrage et du traitement en milieu aqueux ou gazeux avec l'agent de réticulation et

le catalyseur.

Ce traitement aboutissant à la réticulation est très long en raison de la nécessité de faire diffuser l'agent de réticulation et le catalyseur dans la fibre de résine solidifiée Il peut s'étendre sur

plusieurs heures.

Il a été proposé d'accélérer le traitement en procédant à-la

formation des fibres à partir d'un mélange de la résine novolaque fon-

due avec l'agent de réticulation Néanmoins la réticulation en phase gazeuse acide à température élevée et sous pression, qui fait suite au

fibrage dans cette technique, est une opération délicate et qui se pré-

te difficilement à un fonctionnement continu nécessaire pour des pro-

ductions de grandes quantités dans des conditions économiques.

Dans le cas des résols, l'opération aboutissant à la forma-

tion des fibres est particulièrement délicate Contrairement aux novo-

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laques pour lesquelles le refroidissement après passage du mélange fondu dans la filière conduit à des fibres en quelque sorte figées et bien individualisées, même si la réticulation est à peine commencée, le

fibrage opéré avec un résol dans un état convenant au filage, c'est-à-

dire un résol dont l'évolution a été stoppée à un degré de condensation

tel que la viscosité soit satisfaisante, conduit à la production de fi-

bres non stabilisées qui restent collantes.

L'invention se propose de fournir un procédé de production de

fibres à partir de résols.

A cette fin, selon l'invention, la résine utilisée, la nature et lesproportions des produits éventuellement ajoutés, notamment un catalyseur de réticulation, sont choisies pour constituer un mélange dont les caractéristiques, notamment de viscosité, conviennent pour la

formation de fibres par passage dans une filière.

La composition à fibrer dont les conditions de viscosité sont

éventuellement ajustées par addition de solvants est immédiatement di-

rigée vers un organe faisant office de filière et quii est constitué par

un centrifugeur La composition introduite dans le centrifugeur recou-

vre la paroi périphérique intérieure du centrifugeur Cette paroi est percée d'orifices par lesquels passe la composition Cette dernière est projetée hors des orifices sous forme de minces filaments qui s'étirent en fibres Les conditions déterminant la cinétique de maturation des fibres formées, notamment le choix du catalyseur éventuel et de ses

proportions, et les conditions de température de l'atmosphère environ-

nante dans laquelle sont projetées les fibres, sont choisies de façon qu'au cours de leur trajectoire dans cette atmosphère jusqu'à leur réception, les fibres soient suffisamment réticulées et séchées pour

garder une forme propre et ne collent pas les unes aux autres.

Une des principales difficultés rencontrées dans la formation des fibres à partir de résols est liée au fait qu'il faut utiliser des compositions très instables Le problème ne pose pas dans le cas des novolaques Pour ces dernières, leur caractère thermofusible permet de conduire de façon entièrement distincte la formation des fibres d'une part et la réticulation de la résine d'autre part D'une certaine façon dans la production de fibres novolaques, la stabilité de la résine est largement mise à profit Pour les résols, les compositions en solution ne permettent pas une séparation des deux opérations La formation des

fibres doit donc se dérouler en même temps que les processus de réti-

culation-séchage conduisant des fibres "stabilisées".

Par ce qualificatif nous désignons dans ce mémoire des fibres dont l'évolution est suffisante pour leur permettre de conserver une

forme propre même si les qualités mécaniques finales des fibres complè-

tement réticulées ne sont pas encore atteintes En outre, l'état de surface des fibres est tel qu'elles ne risquent plus de coller les unes aux autres lorsqu'elles sont rassemblées et donc au contact les unes

des autres La "stabilité" des fibres s'apprécie bien entendu par rap-

port aux conditions qui sont celles de leur préparation Au cours de cette production, comme nous le verrons dans la suite, les fibres ne

sont soumises qu'à des contraintes mécaniques limitées.

En d'autres termes, la préparation des fibres résols est soumise à des exigences contradictoires D'une part il peut paraître souhaitable de former un mélange capable d'accélérer le processus d'évolution, et d'autre part lorsqu'un tel mélange est effectivement

réalisé, il est difficile de contrôler suffisamment l'évolution de fa-

çon à maintenir le mélange dans des conditions adéquates pour le passa-

ge dans une filière et l'étirage des fibres.

Pour pouvoir fibrer les compositions utilisées selon l'inven-

tion-et compte tenu du fait qu'elles évoluent rapidement vers un état dans lequel précisément elles ne pourraient plus servir à la formation

des fibres, il faut faire en sorte que le mélange formé soit très rapi-

dement utilisé.

Selon l'invention, on procède donc à la formation du mélange au fur et à mesure de son utilisation Une fois le mélange constitué, les moyens utilisés pour produire les fibres doivent retenir ce mélange

un temps aussi court que possible.

Le choix d'un procédé utilisant un centrifugeur faisant offi-

ce de filière répond bien à ces conditions.

La quantité de composition maintenue dans le centrifugeur

peut être extrêmement faible Elle peut correspondre à la quantité pas-

sant en quelques secondes, de sorte que le temps de séjour moyen soit très court et que l'on ne risque pas de "figer" la composition avant

son passage par les orifices.

Les fibres étant projetées hors du centrifugeur, il faut les

stabiliser le plus vite possible L'intervalle de temps séparant l'ap-

parition des fibres à la sortie du centrifugeur de leur dépôt sur l'or-

gane collecteur est nécessairement limité par les dimensions de

l'installation utilisée.

Pour obtenir une stabilisation de la résine, il convient à la

fois dans ce court laps de temps de sécher et de réticuler lés fibres.

Pour ces deux processus, il est avantageux de chauffer l'air environ-

nant le centrifugeur Toutefois, la température de traitement est

limitée Même si les fibres ne sont pas à proprement parler "thermofu-

sibles" comme le sont les fibres novolaques non réticulées, elles sont sensibles à la chaleur Nous le verrons par la suite, cette propriété

est avantageusement utilisée pour "refondre" superficiellement les fi-

bres et procéder ainsi à ce que l'on nomme un auto-liage La vigueur du traitement thermique que peuvent subir les fibres est surtout limitée en raison du risque d'apparition de bulles par évaporation trop brutale

de l'eau ou des solvants présents dans la composition à l'origine.

La formation de ces bulles n'est pas souhaitable Les bulles rompent l'homogénéité de la structure des fibres et nuisent notamment à

leur propriétés mécaniques.

Pour cette raison, la température des fibres dans l'atmosphè-

re environnant le centrifugeur est de préférence maintenue inférieure à

la température d'ébullition de l'eau, ou du mélange eau/solvant, pré-

sents dans la composition Pour les mélanges les plus utiles qui sont présentés de façon plus détaillée dans la suite, la température à ne pas dépasser correspond approximativement à celle d'ébullition de l'eau Pour éviter tout risque d'apparition des bulles la température des fibres, au moins dans la région la plus voisine du centrifugeur, ne dépasse pas 80 C.

La température de l'atmosphère elle-même peut être sensible-

ment supérieure à celle des fibres par suite du refroidissement provo-

qué sur celles-ci par l'évaporation Nous verrons dans les exemples que la température des gaz peut atteindre et même dépasser 2000 C.

Il est possible de prévoir un traitement thermique progres-

sif Par exemple, les fibres sont soumises à une température qui croit lorsqu'elles s'éloignent du centrifugeur Dans cette hypothèse, les

échanges s'effectuant très rapidement en raison de la finesse'des fi-

bres, la réticulation progressant et le séchage s'effectuant, il est

possible d'atteindre dans les zones éloignées du centrifugeur des tem-

pératures supérieures aux températures limites indiquées ci-dessus.

Dans tous les cas les conditions de traitement thermique et de séchage sont améliorées par circulation d'air sur les fibres Le courant gazeux chaud est de préférence animé d'une vitesse relativement faible lorsqu'il est dirigé transversalement au sens de projection des fibres hors du centrifugeur pour éviter de rabattre trop tôt les fibres

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les unes sur les autres alors qu'elles ne sont pas encore parfaitement stabilisées.

Dans les conditions opératoires qui seront détaillées ulté-

rieurement en faisant référence au dispositif utilisé, nous verrons que les fibres sont maintenues un temps relativement court dans les condi-

tions qui favorisent leur stabilisation avant qu'elles ne soient ras-

semblées Dans ce temps qui est de l'ordre de la seconde, la stabilisation des fibres est obtenue grâce aux conditions de traitement qui viennent d'être précisées, mais aussi par un choix de compositions

particulièrement approprié.

Les conditions à respecter dans ce sens sont d'abord liées à la nature de la résine Elles dépendent aussi dans une moindre mesure

des autres constituants du mélange.

Il convient tout d'abord que la résine ou le mélange résine-

catalyseur, présente une viscosité convenable pour le mode de formation des fibres envisagé Expérimentalement, en tenant compte des variations possibles de-force centrifuge et aussi de dimensions des orifices du centrifugeur, une viscosité de l'ordre de 5 à 300 Po et de préférence

de 15 à 100 Po est avantageusement choisie Dans ces conditions de vis-

cosité, la résine ou le mélange n'est ni trop fluide, ce qui conduirait à une rupture prématurée des filaments engendrant des gouttelettes et/ou des produits insuffisamment étirés, ni trop visqueux, ce qui obligerait à l'utilisation d'orifices relativement gros et les fibres

obtenues ne répondraient pas aux caractéristiques de finesse ordinaire-

ment recherchées.

La viscosité de la composition utilisée est déterminée en premier lieu par celle de la résine, elle-même dépendant de la façon dont la résine est préparée Il faut ainsi prendre en considération le

-temps et la température de réaction, la condensation devant être inter-

rompue lorsque la viscosité convenant au filage est atteinte La visco-

sité de la résine peut cependant être modifiée par l'adjonction de

solvants La résine utilisée présente de préférence une masse molé-

culaire comprise entre 100 et 1000 et plus particulièrement entre 400

et 800.

Dans la préparation de la composition, lorsqu'on ajoute un

catalyseur il est aussi nécessaire de tenir compte de son influence.

Celui-ci est ordinairement introduit en solution, notamment aqueuse.

Les résols sont peu miscibles à l'eau}, Pour obtenir un mélan-

ge homogène, ce qui est indispensable pour la régularité du fibrage, un tiers solvant est avantageusement utilisé en quantité aussi faible que possible On utilise comme tiers solvant un composé à la fois miscible l'eau et à la résine et qui soit susceptible de s'éliminer facilement

lors du traitement ultérieur des fibres Avantageusement le tiers sol-

vant est un alcool, notamment du méthanol. Eventuellement la viscosité de l'ensemble ajouté à la résine peut être réglée elle aussi pour éviter qu'au moment du mélange on

n'observe une trop forte modification de la viscosité.

Lorsqu'on souhaite modérer le catalyseur, il est possible d'introduire simultanément des agents épaississants, par exemple des glycols, et de préférence du di ou du triéthylèneglycol Au lieu de modérer le catalyseur en le diluant avec de l'eau, ce qui conduit à une trop grande fluidité d'une part, et d'autre part nécessite la présence

d'une grande quantité de tiers solvants, on introduit ces agents épais-

sissants qui tout en permettant d'atteindre une viscosité finale plus

élevée, favorisent également l'homogénéisation du mélange.

Les catalyseurs de réticulation utilisés sont des acides

forts, minéraux ou organiques, seuls ou en mélange On utilise de pré-

férence des acides tels que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique ou

l'acide chlorhydrique et leurs mélanges en solution aqueuse.

L'utilisation d'un catalyseur en solution permet une bonne

dispersion de celui-ci au sein de la résine sous la réserve que la mis-

cibilité ait été assurée comme nous l'avons indiqué ci-dessus La dis-

persion du catalyseur dans la résine est un élément déterminant pour la façon dont la réticulation s'opère Une bonne dispersion favorise bien entendu une réticulation rapide et homogène, ce qui est souhaitable

dans les conditions utilisées selon l'invention.

Les caractéristiques des compositions filables utilisées se-

lon l'invention peuvent être encore modifiées pour améliorer la forma-

tion et l'étirage des fibres.

Il est connu d'utiliser dans ce sens des petites quantités (moins de 2 %) de polyoxyoléfines à très longues chaînes qui favorisent l'étirage des fibres sans rupture, même pour des diamètres extrêmement fins Des produits de ce type sont par exemple ceux commercialisés sous

le nom "POLYOX" 1.

Il est également usuel dans les procédés de formation de fi-

bres à partir de résines synthétiques d'ajouter de faibles proportions d'un agent tensio-actif, toujours pour améliorer les caractéristiques

lors du fibrage, et éviter notamment les ruptures capillaires précoces.

De préférence, ce sont des tensio-actifs non ioniques, tels les alcools gras de sorbitan ou cationiques, qui présentent une meilleure stabilité

en milieu acide Des agent tensio-actifs préférés sont ceux commercia-

lisés sous les noms "TWEEN" et "SPAN" Ils sont introduits dans la com-

position à raison de 0,5 à 3 % en poids. D'autres caractéristiques de l'invention apparaissent dans la

suite de la description qui fait référence aux planches de dessins dans

lesquelles: la figure 1 est une vue schématique partiellement en coupe d'une installation pour la formation-de fibres selon l'invention, la figure 2 montre en coupe la structure d'un centrifugeur utilisé selon l'invention,

la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un centrifu-

geur à plusieurs rangées d'orifices O L'installation schématisée a la figure 1 est particulièrement

représentative de celles qui peuvent être utilisées selon l'invention.

On y effectue la mise en condition de la composition, le fibrage de

cette composition et la stabilisation des fibres formées.

La résine préalablement préparée et contenant éventuellement

les divers additifs de fibrage est placée dans un réservoir 1 dans le-

quel elle est maintenue à un température qui permet sa conservation.

La résine à l'état liquide prélevée dans le réservoir 1 par des moyens appropriés à son état: pompe, vis, etc est conduite en quantité déterminée dans un mélangeur 2 Le mélangeur reçoit également

éventuellement en quantités dosées le catalyseur provenant d'un réser-

voir tel que représenté en 24.

L'opération de mélange est très vigoureuse pour obtenir une composition aussi homogène que possible O Le volume offert dans le mélangeur est faible pour que la composition y séjourne un temps aussi bref que possible La composition

est ensuite envoyée directement dans le dispositif de centrifugation.

Pour réduire le temps séparant l'opération de mélange de cel-

le de formation des fibres, la canalisation 8 conduisant la composition

à fibrer dans le dispositif de centrifugation est aussi courte que pos-

sible Autrement dit, le mélangeur 2 est situé avantageusement à proxi-

mité du dispositif de centrifugation.

La formation des filaments à partir de la composition est conduite dans un dispositif de centrifugation représenté aux figures 1 et 2. Le dispositif comprend un centrifugeur 3 fixé sur un arbre 4

lequel est entraîné en rotation par un moteur électrique 5 par l'inter-

médiaire de courroies 6 L'arbre 4 est monté sur des roulements 7.

L'arbre 4 est creux La canalisation 8 conduisant la composi-

tion au centrifugeur est logée dans cet arbre. Le dispositif de centrifugation lui-même comprend un panier 9 sur le fond duquel la composition est déversée Le panier est percé sur

sa paroi périphérique 10 d'orifices 11 régulièrement espacés.

Sous l'effet de la rotation, la composition atteint la face intérieure de la paroi 10 et s'échappe par les orifices 11 sous forme

de gros filets de composition, qui sont projetés sur la paroi périphé-

rique 12 du centrifugeur proprement dit 3.

La présence du panier 9 permet une première égalisation de la distribution de la composition sur la paroi intérieure périphérique du centrifugeur L'utilisation d'un panier est d'autant plus avantageuse que le centrifugeur est de plus grande dimension Pour un centrifugeur de grand diamètre, la distribution "naturelle" de la composition risque davantage d'être déséquilibrée Il est très important pour la qualité des fibres d'avoir en tout point du centrifugeur une même "réserve", c'est-à- dire une même épaisseur de composition pour que les conditions de centrifugation soient partout les mêmes et donc que les fibres

soient formées dans les mêmes conditions.

La composition qui forme la réserve s'échappe du centrifugeur

par les orifices 14 disposés à la périphérie.

Le profil interne du centrifugeur est déterminé de façon à faciliter l'écoulement de la composition Dans la forme présentée à la

figure 2, les orifices sont précédés d'une partie de section triangu-

laire 15 qui conduit la composition vers les orifices 14 Ce profil évite notamment la stagnation de composition dans des angles morts,

stagnation qui pourrait aboutir à des dépôts de résines réticulées.

La figure 2 montre un centrifugeur comportant une seule ran-

gée d'orifices 14 Il est bien entendu possible d'utiliser un centrifu-

geur comportant plusieurs rangées d'orifices, comme cela est représenté à la figure 3 Il convient dans ce cas, de choisir la distance entre deux rangées successives de façon que les fibres formées ne risquent pas de se recoller avant d'être stabilisées La distance entre deux orifices d'une même rangée est choisie également de façon à éviter que

les fibres ne se recollent les unes aux autres.

Le profil du centrifugeur à plusieurs rangées d'orifices représenté à la figure 3 comprend également sur la face interne des

rainures 26 dont la section va en diminuant lorsqu'on approche des ori-

fices 14, lesquelles permettent une bonne circulation du matériau à fi-

brer vers chaque rangée d'orifices.

La quantité de composition dans le panier et le centrifugeur est maintenue au minimum nécessaire pour alimenter sans discontinuité

les orifices 14 Pour la qualité et la régularité des fibres la "réser-

ve" doit couvrir convenablement les orifices 14 Cette réserve doit ce-

pendant être faible pour écourter le temps de séjour.

En pratique, lorsque les conditions de fonctionnement sont bien établies, il est possible de faire en sorte qu'entre le début du mélange des constituants de la composition et la formation des fibres au passage des orifices 14 du centrifugeur, le temps soit inférieur à

une minute et aussi faible qu'une dizaine de secondes Dans ces condi-

tions, même si la réaction de réticulation suit une cinétique rapide, l'évolution dans ce court laps de temps n'est pas telle qu'elle puisse

faire obstacle au fibrage.

La composition est -projetée hors du centrifugeur sous forme

de filaments dont les dimensions sont déterminées par celles des orifi-

ces Ordinairement, compte tenu des viscosités de la composition qui ont été indiquées précédemment et pour obtenir des fibres fines de

l'ordre de 20 micromètres ou moins, les orifices ont un diamètre avan-

tageusement inférieur à 1 mm et de préférence compris entre 0,2 et 0,8 mm Pour des diamètres plus importants, et si les autres conditions demeurent inchangées, les fibres produites sont plus grosses Pour retrouver des fibres plus fines, il est alors nécessaire d'effectuer

une centrifugation plus violente et/ou de réduire le débit de composi-

tion par orifice.

A l'origine les fibres sont projetées et s'étirent sensible-

ment dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation du centrifugeur.

Elles se développent en spirales qui peuvent s'étendre à des distances

relativement importantes du centrifugeur lorsque l'accélération initia-

le est élevée La trajectoire des fibres dans le plan qui peut attein-

dre un mètre ou plus, est habituellement limitée pour des raisons

d'encombrement de l'enceinte de réception 19.

Dans le cas représenté, la trajectoire des fibres est limitée par soufflage d'un courant gazeux le long des parois 16, suffisamment intense pour rabattre les fibres avant qu'elles n'atteignent ces

parois Le soufflage peut être effectué par exemple au moyen d'une sé-

* rie de buses 18 disposée le long d'un conduit 17 d'alimentation en air comprimé Les buses 18 sont de préférence suffisamment proches les unes des autres pour que les jets fusionnent très rapidement et constituent une nappe gazeuse pratiquement continue qui fait obstacle au passage des fibres. La modification de la trajectoire des fibres imposée par le courant gazeux longeant la paroi 16 introduit certaines turbulences

dans le mouvement qui se -développe jusque là de façon très régulière.

L'observation stroboscopique fait apparaître en effet que dans leur trajectoire jusqu'au voisinage de la paroi 16, les spirales de fibres se développent très régulièrement Autrement dit les fibres, à ce stade de leur formation, progressent en restant bien individualisées Le traitement selon l'invention qui aboutit à la stabilisation des fibres

commence au cours de cette progression -

Les fibres dès le début de leur trajet vers la paroi 16 de l'enceinte de réception 19, sont soumises au traitement thermique qui permet d'accélérer sensiblement la cinétique de réticulation du mélange

et favorise l'élimination d'eau et/ou de solvants présents dans les fi-

bres. Ce traitement therfm'ique est avantageusement obtenu au moyen de courants gazeux chauds disposés sur la trajectoire des fibres entre

la sortie du centrifugeur et le point o elles sont rabattues Les cou-

rants gazeux chauds sont dirigés à faible vitesse sur la trajectoire des fibres de façon à limiter au maximum la modification de trajectoire

et, par suite, les risques de collage des fibres non encore stabili-

sées. Le rôle de ces gaz est d'abord de maintenir les fibres à une température favorable à la réticulation et au séchage Etant donné la faible inertie thermique des fibres dans les conditions de finesses dans lesquelles elles se trouvent, les échanges thermiques-sont quasi

instantanés, indépendamment de la vitesse de circulation des gaz.

Pour éviter une modification importante de la trajectoire des fibres, la vitesse des gaz est de préférence maintenue inférieure à A/s.

Nous avons vu plus haut qu'il pouvait être avantageux de sou- mettre les fibres à différentes conditions de température sur leur tra-

jet La figure 1 présente, une double alimentation en gaz chauds Ces deux alimentations sont faites à partir de chambres 20 et 21 disposées de façon concentrique autour du centrifugeur Les chambres 20 et 21 sont alimentées par un ou plusieurs brûleurs à gaz par l'intermédiaire de canalisations non représentées Elles sont séparées de l'enceinte de réception 19 par des grilles 22 largement ouvertes laissant passer les

gaz à faible vitesse.

L'installation représentée comporte deux chambres d'émission de gaz chauds, il est bien entendu possible de régler la température des gaz de ces deux chambres indépendamment l'unes de l'autre Il est

aussi possible de prévoir un nombre plus important de chambres d'émis-

sion des gaz pour contrôler encore mieux la progression des conditions

de traitement des fibres.

Il est préférable, de faire en sorte que les gaz émis sur le

trajet des fibres ne viennent pas directement au contact du centrifu-

geur En effet, dans ce cas, il faut éviter un échauffement qui pour-

rait aboutir à une modification prématurée de la composition dans le

centrifugeur.

Pour la même raison, il peut être avantageux de protéger le centrifugeur contre la chaleur provenant de la chambre 20 -voisine en

interposant par exemple un serpentin 25 entourant l'arbre 4 et le som-

met du centrifugeur, et dans lequel circule de l'eau de refroidisse-

ment.

La longueur de la trajectoire nécessaire avant de rassembler

les fibres est déterminée en même temps que les conditions de tempéra-

ture des gaz pour chaque composition traitée, étant entendu qu'il est

nécessaire dans tous les cas de recueillir des fibres suffisamment sé-

chées et réticulées pour qu'elles ne risquent pas de se coller les unes

aux autres.

Avantageusement, la distance séparant le centrifugeur du ta-

pis de réception est telle que le temps mis par les fibres pour parcou-

rir ce trajet soit compris entre 0,1 et 2 s.

Les fibres portées par les gaz se déposent sur un tapis

convoyeur 23 o elles constituent un feutre de fibres enchevêtrées.

En plus des chambres 20 et 21 par lesquelles les gaz chauds

sont introduits, il est possible de modifier les conditions de tempéra-

ture et de circulation des fibres en dégageant des ouvertures sur les

parois 16 de l'enceinte 19 pour laisser pénétrer de l'air avoisinant.

Dans ce cas, l'air entre dans la chambre sous l'effet de la dépression qui y est entretenue par aspiration des gaz sous le convoyeur Les moyens d'aspiration sont constitués par un caisson 26 disposé sous le

convoyeur et d'un ventilateur non représenté.

Les conditions énoncées plus haut selon l'invention permet-

tent de recueillir des fibres dans lesquelles le processus de réticula-

tion est très avancé et ceci en un temps très bref Si le temps de séjour complet des fibres dans l'enceinte de réception est très court, il peut se produire que les fibres n'aient pas atteint un degré de ma-

turation (ou de réticulation) permettant de leur conférer les meilleu-

res propriétés possibles Dans ce cas, il est avantageux de compléter

la réticulation par un passage très bref en étuve.

Contrairement à ce qui était ordinairement réalisé dans les techniques antérieures pour la préparation des fibres novolaques, il n'y a pas de diffusion d'agent de réticulation et/ou de catalyseur Ce traitement final est uniquement thermique et peut donc être très bref

et surtout réalisé par passage en continu dans une étuve appropriée.

Avantageusement, pour accélérer l'achèvement de la réticula-

tion, la température au cours d'un tel traitement thermique est supé-

rieure à 100 'C, et de préférence comprise entre 100 et 1500 C.

Dans ces conditions un traitement de 5 mn ou moins suffit ha-

bituellement.

A l'occasion de ce traitement thermique, bien que leur réti-

culation soit très avancée, lorsque les fibres conservent une faible

thermoplasticité, il est possible en les soumettant à une brève éléva-

tion de température au-dessus de leur température de ramollissement de

les lier les unes aux autres Cette opération est avantageusement ef-

fectuée à une température comprise entre 200 et 2400 C On obtient ainsi un feutre dont les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques sont fixées.

Exemple de préparation de fibres en présence d'un catalyseur.

1 Fabrication de la résine de base.

On mélange dans un réacteur de 200 1 régulé en température 1270 moles de phénol ( 99,5 % de pureté), 1330 moles d'eau, le mélange est porté à 50 C et on ajoute': 1905 moles de paraformaldéhyde ( 96 % de pureté),

moles d'hydroxyde de sodium (en solution à 50-%).

En 15 minutes on élève la température à 600 C, température qui est maintenue pendant 30 mn Ensuite en 55 mn on élève la température à 98 C Le mélange est maintenu à ce palier pendant 30 mn, et on effectue un dernier palier à 800 C.

La réaction est stoppée par refroidissement lorsque la visco-

sité souhaitée est atteinte Celle-ci est mesurée par la méthode du tu-

be à écoulement L'arrêt de la réaction est obtenu par refroidissement

à 25 C.

La résine obtenue présente une viscosité de 10 poises à 25 C.

L'extrait sec constitue 70,5 % de sa masse On conserve la résine à une

température de 5 à 7 C.

2 Fabrication du prémélange.

Dans une cuve de 25 1 muni d'un agitateur 6 pales à pas in-

versé, on charge 15 kg de la résine obtenue en 1 chauffée à 20 C.

On ajoute 0,225 kg de l'agent tensio-actif désigné sous le

nom commercial "SPAN 20 " (ATLAS C ) sous agitation lente.

On ajoute ensuite sous agitation rapide ( 800 t/mn) un mélange préparé auparavant de 0,225 kg de l'agent de fibrage commercialisé sous

le nom "POLYOX WSRN 3000 " (UNION CARBIDE) dispersé dans 1,5 kg de mé-

thanol.

L'agitation est ensuite maintenue pendant 6 h à 100 t/mn La viscosité du prémélange fibrable est de 130 poises à 250 C.

3 Fabrication du catalyseur.

Dans un réacteur de 1,5 1 régulé en température et agité, on mélange: 4, 507 kg d'acide sulfurique (à 92,5 %), 1,765 kg d'acide phosphorique à 85 % de pureté et 0,295 kg d'eau Le mélange est fait vers 500 C.

Après refroidissement, on ajoute 3,432 kg de triéthylènegly-

col.

4 Fabrication du mélange pour former les fibres.

On opère dans une installation qui permet de mélanger le pré-

mélange et le catalyseur en continu Cette installation est située près

du dispositif de formation des fibres.

Elle comprend: une cuve double enveloppe régulée à 20 C d'o le prémélange est prélevé grâce à une pompe doseuse à engrenage, une cuve émaillée d'o le catalyseur est prélevé par une

pompe doseuse à 3 pistons décalés à 120 C de façon à obtenir une ali-

mentation régulière, un mélangeur constitué d'un rotor denté qui tourne dans un

stator denté à une vitesse de 500 à 1000 tours/mn.

Pour 100 parties de -mélange, on dose le catalyseur a 7 par-

ties. Le mélange utilisé pour former les fibres est selon les cas de 100 parties en poids de prémélange de résine pour 5 à 10 parties de catalyseur.

Ce mélange se présente sous une forme homogène avec une vis-

cosité variant de 35 à 50 Po à 250 C. 5 Formation des fibres.

L'opération est conduite en continu dans une enceinte de sec-

tion carrée, et de hauteur d'environ 2,5 m du type de celle représentée

à la figure 1.

Le mélange obtenu en 4 est conduit par une canalisation du

mélangeur dans le panier de réception.

Le centrifugeur et le panier tournent à 3000 tours/mn.

Le panier est percé de 40 trous de 1,2 mm de diamètre et le centrifugeur dont le diamètre est de 200 mm présente 150 trous de 0,5

mm de diamètre -

6 Séchage et réticulation.

Les fibres se déploient dans l'air soufflé par 5 chambres concentriques. La vitesse du gaz émis par ces chambres va croissant lorsqu'on s'éloigne du centrifugeur, assurant une déviation progressive

des fibres.

L'air est chauffé à une température régulée entre 150 et

1600 C.

Une certaine quantité d'air à température ambiante est intro-

duite par les parois formant les côtés de l'enceinte.

La température de l'air est de 800 C au niveau du convoyeur de réception. Les fibres se déposent en une nappe continue de 50 cm environ

de largeur, formée de longues fibres séchées et en grande partie réti-

culées.

Le réglage de l'aspiration permet, en contrôlant la tempéra-

ture en bas de hotte, de faire varier le degré de réticulation.

7 Caractéristiques des fibres dans le feutre.

Pour un débit de composition de 255 kg/jour, on récupère 166

kg/jour de fibres.

Les diamètres de fibres sont compris entre 2 et 19 um L'his-

togramme des diamètres est de type gaussien très resséré avec un diamè-

tre moyen de 7 micromètres.

La résistance moyenne a la traction s'établit à environ 300 M Pa.

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La masse volumique du feutre est d'environ 20 kg/m 3 et sa conductivité thermique de l'ordre de 35 m W/m O K pour une épaisseur de mm.

Le feutre obtenu préalablement -peut être complètement réti-

culé par un passage à l'étuve 5 minutes à 1200 C. Le feutre qui n'est pas complètement réticulé qui présente un certaine thermoplasticité Ceci peut être mis à profit pour constituer un feutre auto-lié A cet effet le feutre obtenu est soumis pendant 3

minutes à une température de l'ordre de 220 C en le comprimant légère-

ment.

On obtient ainsi un feutre ayant une cohésion qui le rend fa-

cilement manipulable.

Exemple 2.

On se place dans les mêmes conditions que précédemment mais

en utilisant un centrifugeur à plusieurs rangées d'orifices comme re-

présenté à la figure 3.

La formation des fibres se fait en mettant le système en ro-

tation à 3800 tours/mn Le panier 9 est percé de 6 trous de 2,5 mm de diamètre et le centrifugeur présente 4 rangées de 150 trous de 0,4 mm

de diamètre.

Les conditions générales de séchage et de réticulation sont inchangées On observe une bonne distribution des filets de fibres dans

les plans horizontaux et verticaux.

On obtient avantageusement un débit de fibres stabilisées su-

périeur à celui obtenu avec une seule rangée d'orifices.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Procédé de formation de fibres à base de résines de type résols dans lequel la composition utilisée pour former les fibres est

mise en condition pour être réticulée et sa viscosité est ajustée immé-

diatement avant son introduction dans une filière, cette mise en condition et cet ajustement conduits en continu sur une faible quantité de

composition, la composition ainsi préparée alimente une filière centri-

fuge, passe par les orifices de cette filière et forme des fibres pro-

jetées dans l'atmosphère environnant la filière o elles s'étirent, la

constitution de la composition utilisée et les conditions de températu-

re dans l'atmosphère environnant la filière centrifuge étant choisies de façon que les fibres recueillies soient suffisamment stabilisées

pour garder une forme propre et ne collent pas les unes aux autres.

2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mise en

condition de la résine comprend l'addition d'un catalyseur de réticula-

tion. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la viscosité de la composition est ajustée à une valeur

comprise entre 5 et 300 Po.

4 Procédé selon la revendication 3 dans lequel la viscosité

de la composition est ajustée à une valeur comprise entre 15 et 100 Po.

Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel

la température des fibres dans l'atmosphère environnant la filière cen-

trifuge est portée à une température inférieure à celle pour laquelle

des bulles apparaissent dans les fibres.

6 Procédé selon la revendication 5 dans lequel la températu-

re des fibres dans l'atmosphère environnant la filière centrifuge est au plus de 800 C. 7 Procédé selon la revendication 6 dans lequel le temps mis par les fibres pour parcourir la trajectoire entre le centrifugeur et

le tapis de réception est compris entre 0,1 et 2 secondes.

8 Procédé selon l'une des revendications 2 à 7 dans lequel

le catalyseur est constitué par une solution aqueuse d'un acide sulfu-

rique, chlorhydrique ou phosphorique, ou de mélanges de ces acides.

9 Procédé selon la revendication 8 dans lequel la miscibi-

lité de la solution aqueuse du catalyseur avec la résine est améliorée

par addition de méthanol.

Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes dans lequel un agent de fibrage constitué par une polyoxyoléfi-

ne à longue chaine est introduit dans la composition destinée à former

les fibres.

11 Procédé selon l'une des revendications précédentes dans

lequel un agent tensio-actif est également introduit dans la composi-

tion destinée à former les fibres.

12 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes dans lequel les fibres formées sont en outre soumises à un trai-

tement thermique à une température inférieure à la température de

ramollissement résiduel pendant un temps n'excédant pas 5 minutes.

13 Procédé selon la revendication 12 dans lequel le traite-

ment thermique est effectué à une température des gaz comprise entre et 1500 C.

14 Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel

les fibres recueillies sous forme d'un feutre sont soumises à un trai-

tement thermique à une température supérieure à la température de ra-

mollissement résiduel.

Procédé selon la revendication 14 dans lequel le traite-

ment thermique est conduit à une température comprise entre 200 et

2400 C