<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé pour la fabrication de matières filamentenueses"
La Présente invention concerne un procède et un appa- reil pour fabriquer des filaments et autres objets par filage à sec à une vitesse de filage élevée. Pour une question de con- cision, on décrira l'invention en se référant aux *filaments* dans le sens de fibres continues du type couramment utilisé pour la fabrication de file d'un denier modère, tuais il cet évident qu'elle peut également 'appliquer à la fabrication des procédés de filage à sec d'autres objets,
coma des fibres grossières$ par exemple des poils ou du crin de cheval artifi- ciel, etc., ainsi que des objets à deux dimensios, comme de la paille, une tresse, un ruban, artificiels, etc., qu'ils soient de section droite régulière ou non. Dans la présente
<Desc/Clms Page number 2>
demande l'expression "matières filamenteuses", est utilisés pour désigner tous ces objets.
Dans le procédé dit"de filage à sec" pour la fabri- cation de filaments artificiels, on pompe une solution d'une matière formant les filaments dans un solvant volatil ou la refoule autrement à travers une filière de filage contenant un ou plus couramment un certain nombre d'orifices dans une cellule ou métier à filer. A mesure que les filaments passent à travers la cellule de filage, le solvant en est évaporé au moyen d'un milieu d'évaporation approprié, habituellement ,l'air. On étire les filaments, qui sont alors exempts ou presque exempts de solvant, à partir de la cellule,de filage et on peut les graisser et leur appliquer un retordage avant qu'ils soient repris sous forme de paquets.
Pour obtenir des résultats satisfaisante,il est im- portant de maintenir la tension exercée sur les filaments à mesure qu'ils quittent la cellule de filage dans certaine* limites définies, normalement entre 0,02 et 0,2 grammes en- viron par denier. Des tensions inférieures à 0,02 g par de- nier environ sont défavorables étant donné que lorsqu'on fa- brique des fils à filaments multiples, ils donnent un fil bou- clé, c'est-à-dire un fil dans lequel certains des filaments sont plus longs que lea autres et a'écartent du corps du fil sous forme de boucles. D'autre part,des tensions supérieures à 0,2 g par denier. sont également défavorables étant donné qu'elles confèrent un effort excessif aux filaments pendant le filage et affectent défavorablement leurs propriétés phy- siques;
en particulier elles ont tendance à rendre les fila- ments plus fragiles et à diminuer leur allongement nous ten- sion. Si la tension exercée sur les filaments augmente très au-dessus de 0,2 g par denier, elle peut mime provoquer une rupture des filaments et interrompre la continuité du filage*
<Desc/Clms Page number 3>
Par suite de ces limitations de la tension à lamelle les filaments quittant la cellule de filage peuvent être soumit il a été coutumier jusqu'à présent de maintenir la vitesse de filage (c'est-à-dire la vitesse à laquelle les filaments quit- tent la cellule) entre 300 et 600 mètres par minute et de ne jamais laisser la vitesse dépasser 800 mètres par minute envi- ron.
Si dans le procédé connu, on essaie d'obtenir des vites- ses de filage supérieures, la tension nécessaire pour tirer les filaments à travers la cellule augmente rapidement au-dessus , de la valeur limite de 0,2 g par denier et on obtient les ré- sultats déjà mentionnés. Cette limitation de la vitesse de filage utile maximum diminue sévèrement la capacité de produc- tion des procédés et appareils classiques de filage à sec.
La présente invention se propose notamment de fournir un procédé par lequel on peut fabriquer des filaments par la méthode de filage 4 sec à des vitesses supérieures à 800 mètres par minute.
On a découvert maintenant que la tension excessive nécessaire pour tirer les filaments à travers la cellule à des vitesses de filage élevées est due, au moins en grande partit, à la traité* de frottement exerods par le Milieu d'évaporation et qu'on peut la réduire à une valeur satisfaisant ) en maint** nant, au moyen d'une pression ou d'une sspiration engendrés de l'extérieur de la cellule, un courant d'air ou autre milieu d'évaporation à grande vitesse dans la cellule de filage dans le sens de déplacement des filaments.
Ce moyen relativement simple s'est avéré augmenter la vitesse dans beaucoup de cas de plus du double de la vitesse de filage utile maximum, qui peut atteindre 1400 mètres par minute ou même plus. Etant donné que la capacité de production d'une cellule de filage varia directement avec la vitesse de filage, l'augmentation titi la vitesse maximum de filage utile assure une augmentation anal* gue de la capacité de la cellule de filage..
Par conséquent, suivant l'invention, on fabrique uns'
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
matière filamenteuse, en particulier Ma ya aae i\B* inji ,.1.. sens défini plus haut, en exfrudant une solution d'une aubt*'
EMI4.2
tance formant les filaments dans un solvant volatil dans un
EMI4.3
milieu de6vaiporatîon dans une zone de filage, en tirant la, matière filamenteuse ainsi formée 4 partir dé la zone dé' fi*
EMI4.4
lage à une vitesse supérieure à 800 mètres, par minute et au.
EMI4.5
moyen d'une pression ou d'une dépression engendrée jctè*'
EMI4.6
rieur de la zone de filage, en Provoquant le déplacement du
EMI4.7
' milieu d'évaporation sur toute bu presque -toute la longueur <' 'la, sone de filage au contact de la' matière flneua. d$Ln4 le m8mo séné que Óeli.1 uns vitesse telle que,la force .
nducooare pour tirer la fuatièr filamenteuse à partir de la zone de filage est comprise entre 0,02 et 0,2 g par renier.
La découverte que la tension excessive norfaieMen ne cenzaire pour tirer les filaments à.partir de la colule k des
EMI4.8
vitesses de filage élevées est due, au moins 'en grande partit),
EMI4.9
à la traînée du l'air, est surprenante étant donné que la au!"" face de contact des filaments sur laquelle l'air agit est ire- lativcment faible.
Toutefois, il semble vraisemblable que ut est l'effet cumulatif de,la traînée de l'air sur tpué lu 108uur des til6ntB .. oqg4omus 4&no !...11u1. %ut n un* .41)
EMI4.10
responsable.
EMI4.11
Bien qu'on ait précédemment proposé de Q=tr44zdre l'air à s'écouler à travers la cellule de :11&&. ' le
EMI4.12
sens de déplacement des filaments par, l'application d'une pression ou d'une aspiration engendrée à l'extérieur de la
EMI4.13
cellule, les vitesses d'air utilisées jusqu'à présint ont
EMI4.14
été si faibles qu'elles n'ont pas eu d'effet sur.la tension'
EMI4.15
des filaments.
En fait, elles ont'été si faibles qu'on a ob- tenu des résultats très analogues lorsque l'air''6couie',a.ans
EMI4.16
le sens ou à 1' encontre du sens de déplacement des filaments De nouveau, il a été proposé de disposer un ajutage d'air
EMI4.17
dans la cellule de filage de façon à. fournir un jet d'air des "
<Desc/Clms Page number 5>
tiné à agir sur les filaments et à les tirer de haut en bas, mais l'action localisée du courant d'air ne s'est pas avérée affecter la vitesse de filage maximum d'une façon appréciable ou augmenter le pourcentage d'allongement des filaments obte- nus.
En outre, les vitesses de filage des filaments, lorsqu'on a appliqué ces moyens, ont été ai faibles que la traînée d'air - n'avait pas une importance particulière pour déterminer la ten- sion des filaments.
En mettant l'invention en oeuvre, on obtient les meil- leurs. résultats si la vitesse du courant d'air, au moyen duquel la tension des filaments est maintenue entre 0,02 et 0,2 g par denier est comprise entre 35 et 95 % do la vitesse de filage, mais 'en aucun cas, elle n'est pas de plus de 600 mètres par mi- nute inférieure à la vitesse de filage. Ainsi, pour une vites- se de filage de 800 mètres par minute environ, la vitesse de l'air doit être comprise entre 280 et 760 mètres par minute et pour une vitesse de filage de 1400 mètres par minute envi- ron, la vitesse de l'air doit être de préférence comprise entre 800 e 1330 mètres par minute.
On peut obtenir la vitesse de l'air voulue dans la cellule de filage d'une façon appropriée quelconque; par exem- ple, ou bien on peut admettre de l'air comprimé dans la cellule de filage 4 l'endroit de la filière ou près de cette dernière ou on peut aspirer l'air à partir de l'autre extrémité de la cellule de filage par. aspiration.
En général, on préfère ce dernier moyen, étant donné que l'utilisation de l'air sous pression signifie que la pression régnant dans la cellule de filage est supérieure à la pression atmosphérique et par Congé- quent,l'air a tendance à s'échapper de la cellule de filage dans l'atmosphère, en entraînant avec lui des vapeurs de sol- vant. four obtenir la diminution voulue de la tension des filaments, il est essentiel que le courant d'air à grande vi-
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
ïi.lzû ûì:
.j3 SU2> les filaments pendant tout ou p ' que tout leur à travers la cellule du filage. utefoio lu courant d'air à grande vitesse, lorsqu' il est ttorce, peut ttre excessivement turbulent et si un tel o ant turbu- lent peut agir sur un faisceau de filaments dire ment après
EMI6.2
qu'ils aient quitté la filière, lea filaments pe e nt 4tre emr,enéo à se souder les uns aux autres.
On doit évi s ir cet effet en augmentant la vitesse de 1' air uniformément au roisijaage de la filière de façon que l'air s'écoule en regard des fila**
EMI6.3
ments nouvellement formas d'une façon uniforme etteane une trop grande turbulence ; cette augmentation uniforme de la vi-
EMI6.4
tesso de l'air peut être obtenue facilement.'en diminuant la surface de section droite de. la cellule d'une façonuniforme dans le cens de déplacement des filaments et au voisinage de la filière.
On peut aussi prévoir avantageusement un moyen pour que les filaments qui viennent de quitter la filière passent à travers une courte zone dans laquelle l'air est relativement tranquille de façon à permettre une évaporation initiale d'une
EMI6.5
partie du. solvant a partir d6a filaments avant qu'ils pénè- trent dans le courant d'air à grande vitesse.
L'air chargé de vapeurs de solvant quittant la cellu- le filage passe dans un système de récupération du solvant dans lequel le solvant est récupère en vue d'une autre appli- cation. Pour éviter d'avoir à traiter des volumes d'air ex- cessivement grands dans le système de récupération du solvant, il est souhaitable que la concentration de la vapeur de sol- vant dans l'air quittant la cellule de filage soit supérieure
EMI6.6
1,' par exemple de 105 >'environ, Etant donné que ceci limite le volume d'air qui peut;
passer à travers la cellule de filage, pour évaporer une quantité donnée d'air à partir
EMI6.7
à±3('filanents, la surface de section droite de la celluif dois être E-Uffisarment petite pour permettre d'atteindre la vitèo 4 se c'..## vculua sana dpaBaM* io volume nowiaitable., Ct peut
<Desc/Clms Page number 7>
facilement calculer une surface de section droite appropriée d'après la vitesse de l'air voulue, la concentration voulue des vapeurs de solvant et la quantité de solvant à évaporer en une période de temps donnée.
la cellule de filage peut avoir une section droite carrée, rectangulaire, elliptique ou autre section droite, mais étant donné que la surface de section droite est limitée par les considérations décrites plus haut, il est préférable d'utiliser une section droite circulaire qui fournit le plus grand espace entre les filaments et les parois de la cellule pour une surface de section droite donnée, en outre, l'utili- sation d'une section droite circulaire permet de construire la cellule à bon marché à partir d'un tube ou d'une canalisation normale. On peut utiliser les cellules individuellement ou par groupes suivant la capacité voulue.
Malgré leur petit diamètre, les cellules de filage fabriquées suivant l'invention peuvent être facilement enfilées, étant donné que le courant du milieu d'évaporation agit comme un éjecteur pour transporter les fila- ments à travers la cellule.
Il est souhaitable de prévoir un moyen pour chauffer l'air entrant dans la cellule et/ou pour régler la température de l'air passant 4 travers les cellules. Ce moyen peut compren- dre une ou plusieurs chemises à travers laquelle peut passer un milieu de chauffage, des serpentins de chauffage à l'inté- rieur ou à l'extérieur de la cellule, des éléments à résistan- ce électrique ou d'autres moyens. Les moyens de chauffage peu- vent s'étendre sur toute la longueur de le. cellule ou sur une partie seulement de celle-ci et peuvent être divisée en deux ou plusieurs parties, chacune d'elles étant sous une commande séparée, de façon à pouvoir maintenir des températures diffé- rentes dans des parties différentes de la cellule.
Le moyen de chauffage ou la cellule, ou les deux, peuvent être Isolés de façon appropriée pour diminuer la perte de chaleur.
<Desc/Clms Page number 8>
La présente invention peut s'appliquer à la fabrica- tion de filaments par des procédés de filage à sec à partir d'une matière appropriée formant des filaments, par exemple un acétate de cellulose, le propionate de cellulose, le buty- rate de cellulose, l'acéto-propionate de cellulose, l'acéto- butyrate de cellulose, l'éthyl cellulose, l'acétate de poly vinyle, le chlorure de polyvinyle ou un oopolymère d'acétate de vinyle et de chlorure de vinyle. Comme solvants appropriée, on peut citer l'acétone, le dichlorure d'éthylène, le chlo- rure de méthylène et l'alcool méthylique.
Bien que pour des raisons économiques, la demanderesse préfère utiliser l'air comme milieu d'évaporation, on peut le remplacer par d'autres gaz, par exemple l'azote ou l'anhydride carbonique*
Sur le dessin annexé. la figure montre une coupe transversale d'un dispositif de filage qui peut être utilisé pour un filage suivant la présente invention.
En se référant maintenant au dessin, le numéro de référence 11 désigne une filière dans laquelle une solution de filage chauffée et filtrée est admise sous pression par une conduite 12. La solution de filage passe à travers les orifices de la filière 11 et sort sous forme d'un faisceau de filaments 13 qui pénètre dans une cellule de filage désignée de façon générale par le numéro de référence 14' La filière 11 est disposée au-dessus de la cellule de filage 14 pour per- mettre aux filaments 13 de passer 4 travers une région d'air relativement tranquille avant de pénétrer dans la cellule. La cellule de filage comprend une courte partie supérieure 16, une beaucoup plus longue partie inférieure 17 de plus petit diamètre et une partie effilée intermédiaire 18.
En raison de ces variations de diamètre de la cellule de filage 14, la vitesse de l'air dans la partie supérieure 16, à travers la- quelle passent d'abord les filaments, est inférieure à celle régnant dans la partie inférieure 17 et l'augmentation de la
<Desc/Clms Page number 9>
vitesse s'effectue uniformément et sans turbulence exemple ve dans la partie effilée 18.
La partie supérieure 16 de la cellule de filage est munie de chemises 19, 21 et 22 dans lesquelles un milies de chauffage peut être admis pour régler la température de l'air contenu dans la cellule. Le milieu de chauffage est admis dans les chemisée 19p 21 et 22 par des conduites 23, 24 et 26 et n'échappe par des conduites 27, 28 et 29, respectivemrnt, En '!il réglant la température et la vitesse d'écoulement du jaillir de chauffage à travers chacune des chemises, on peut établir toute température voulue ou gradient de température voulu dans la partie supérieure 16 de la cellule de filage.
A l'extrémité inférieure de la cellule de filage 14 se trouve une chambre 31 présentant une porte articulée 32 comportant une ouverture 33 par laquelle les filaments 13 sont tirés au moyen des rouleaux d'avance 34. Les filaments peuvent être alors retordus et empaquetés ou traités d'une autre façon quelconque pour les mettre dans un état convenant pour un au- tre traitement r une autre application.
La chambre 31 est munie d'une conduite 36 par laquel- le l'air peut n'échapper de la cellule de filage 14 dans un sys- terne de récupération de solvant approprié (non représenté). Le système d'évacuation contraint le courant d'air pénétrant dans l'extrémité supérieure ouverte de la cellule de filage à s'é- couler vers le bas à travers la cellule dans le sens du dépla- cement des filaments* fin réglant la quantité d'air qui s'échap- pe par la conduite 36 d'une façon voulue quelconque, on peut régler la vitesse de l'air dans la cellule de filage dans une large gamme.
L'exemple suivant utilisable dispositif décrit en particulier ci-dessus et représenté sur le dessin, est donné à titre illustratif et non limitatif de l'invention.
<Desc/Clms Page number 10>
E X E M P L E On filtre une solution de filage d'acétate de cellulo- se dans l'acétone et le chauffe et la pompe à travers une fi- lière présentant 40 orifices de filage ayant un diamètre de
1,05 mm. Les filaments quittant la filière passent dans la cel- lule de filage 14 à travers laquelle s'écoule un courant t'air ayant une vitesse moyenne de 1200 mètres par minute dans la pa tie la plue étroite 17. On admet de la vapeur d'eau noue une pression manométrique de 9,1 Kg/cm2 à une température de 175
C. environ dans les chemises 19,21 et 22.
Après être passée à travers la cellule de filage, les filaments sont tirée à par- tir de la cellule à une vitesse de 1400 mètres environ par minute, sont retordue et enroulés sur un paquet ou bobine. Les filaments présentent une ténacité de 1,05 g environ par denier et un allongement de plus de 15 % lorsqu'ils sont tendus au point de capture. Des essais effectués pour filer les filaments à la même vitesse sans le courant d'air à grande vitesse à tra- vers la cellule de filage ont été sans succès, étant donné que
Ion filaments ont été immédiatement rompus par les efforts excessifs auxquels ils ont été soumis.