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"Procédé et appareil pour la production de filets par extrusion"
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la production de filets extrudés en matière plastique. De façon plus particulière, elle concerne un procédé et un appareil pour la production d'un filet extrudé constitué de fibres polymères liées thermiquement les unes aux autres.
Il est connu d'extruder des matières polymè- res sous forme d'une fibre ou d'un tube cylindri- que à l'aide d'une filière métallique. On a égale- ment pu extruder des feuilles thermoplastiques
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droites et divers autres demi-produits à sections transversales variables. Il est également connu d'extruder des matières plastiques à l'aide de fi- lières et de travailler ensuite les matières en les soumettant à l'étirage, estampage, découpage ou filaee de façon à obtenir des formes et des di- mensions différentes ayant des résistances et des applications variables. Cependant, tous les essais pour obtonir une forme extrudée présentant des in- terstices ouverts directement pendant l'extrusion et sans nécessité d'un traitement auxiliaire, n'ont pas été couronnés de succès.
De façon plus précise on n'a jamais réussi à mettre au point un moyen efficace pour obtenir un filet ou une corde en ra- tière plastique formé de fibres croisées et réunies en une seule opération d'extriision, tel qu'il est obtenu par la présente invention.
Il est également connu de produire des fibres par filage au mouillé à travers des orifices fins.
De même que dans le cas des fibres extrudées au fondu, on n'a pas réussi à élaborer de procédé efficace pour former de telles fibres en filets ou en cordes pendant lA filage même, tous lespro- cédés connus des spécialistes nécessitant en effet un traitement additionnel et un tissage pour ote nir des produits de ce type avec les fibres.
Les buts de la présente invention sont de fournir: - un procédé de production d'un filet ou d'une
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cordo de fibres polymères par extrusion ou fila- ge au mouillé de ces fibres sans nécessité do traitements additionnels, - un procédé de production d'un filet ou d'une cor- de en fibres polymères liées las unes aux autres à proximité du point d'extrusion ou de filage, - et, un appareil permettant la production d'un filet ou d'une corde de fibres polymères.
Selon la présente invention, dans un procédé de production d'un filet thermoplastique extrudé, on extrude une premier:' série de fibres thermo- plastiques, individuelles et parallèles, agencées en un cercle, on extrude une seconde série de fi- bres thermoplastiques, individuelles et parallèles, agencées en un cercle qui est conccntrique au pre- mier cercle de fibres extrudées, et on dirige les séries respectives des fibres le long da parcours qui se coupent.
Dans le procédé de la présente.invention, les fibres polymères sont extrudées ou filées au mouil- lé à partir de séries d'orifices, ces séries d'o- rifices étant espacées et disposées dans des filiè- res séparées. les filières sont placées à peu près concentriquement et sont susceptibles d'avoir un mouvement annulaire relatif pendant l'extrusion, de sorte que les fibres extrudées d'une filière viennent en contact avec les fibres extrudées de la seconde filière sans être parallèles à celles-ci.
Ce contact s'établit on un point voisin du point d'extrusion, si bien que les fibres mises on
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contact les unes avec les autres sont liées.
Selon le mode de réalisation préféré de l'in- vantion, les fibres sont extrudées au fondu .par des orifices disposés en un cercle dans une filiè- re intérieure, et les autres fibres, qui ne sont pas nécesnsiaremetn du même diamètre que les fibres intérieures, sont extrudées par d'autres orifices formés dans une filière séparée et agencée en un cercle concentrique à celui de la première filière.
Les fibres de chaque filière sont retirées et main- tenues parallèles pendant que se poursuit l'extru- sion, et pendant ce temps, au moins une des filiè- res est entraînée en rotation de façon à procurer le mouvement rotatif par rapport aux orifices de l'autre filière. En un point commode proche de la face des filières, les fibres extrudées de la fi- lière intérieure sont mises fermement en contact avec les fibres extrudées de la filière extérieure, et ceci pendant que les fibres sont encore à l'état thermoplastique ct sensiblement à leur température d'extrusion, de sorts que les fibres intérieures soient liées aux fibres extérieures à leurs points de contact.
Avec une telle liaison, on obtient un filet cylindrique do amtière plastique qui est ré- sistant et d'aspect plaisant, ce filet étant cons- titué par das fibres intérieures parallèles et par des fibres extérieures parallèles qui sont fixées aux premières fibres selon un angle déterminé qui dépend des vitesses de rotation dos deux filières et du taux d'extrusion.
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Un gabarit fixe ayant un diamètre au moins aussi grand mais sensiblement pas plus grand que celui du plus grand cercle des orifices de filière, peut être disposé à une certaine distance, de la face des filières d'extrusion rotatives, et 10 fi-- let peut être passé sur ce gabarit afin do lui con- server sa foras cylindrique et de presser ferm les fibres intérieures du filet contre les fibres extérieures. Ce gabarit doit être disposé aussi près que possible des faces des filières, do façon que les fibres croisées viennent à son contact avant d'avoir été par trop refroidies.
La tempra ture du gabarit doit être réglée de façon que les fibres qui passent à sa surface no puissent y adhé- rer Si la température du gabarit est d'environ 5 C inférieure à la température d'extrusion, on obtient e bons résultats.
Il ost préférable d'extruder ou d:- fil:r au mouillé ls fibres dans 1 sons descendant, de sorte que leur propre poids contribue à les faire passer sur le gabarit sans les soumettra à une contrainte inutilc. Il est également préférable que des rouleaux entraînés soient prévus pour pres ser le filet contre le gabarit, pour faciliter la passage sur le gabarit ct pour fixer de façon plus solide les joints aux intersections des fibres. Il est égaleront préférable ded comprimer les joints entre les fibres les uns contre les autras pour que l'épaisseur do ces joints soit inférieure aux dia- mètres combinés de deux fibres se croisant.
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Selon le type de résine utilisa, les rouleaux ne doivent pas être plus rapprochés du gabarit que d'une distance égale à l'épaisseur de la fibre in- férieure, car on évite ainsi un étalenent excessif du joint. Ces rouleaux peuvent être chauffas de fa- çon à assurer une meilleure liaison des fibres aux points d'intersection et améliorer la liaison entre les fibres déjà liées. En variante, c'est le gaba- rit qui est chauffé, ou encore à la fois le gabarit et les rouleaux.
Dans une variante du procédé de liaison des fibres les unes aux autres au nouent où elles se coupent, il est prévu une baue fixée à l'appareil d'extrusion mais à une certaine distance de celui- ci. Les deux séries de fibres à lier passent sur l'extérieur de cette bague et sont, de ce fait, pressées les unes aux autres, car le diamètre cxté rieur de cette bague est au moins aussi [rand que le diamètre du cercle extérieur des orifices. Ce procédé va être expliqué plus en détail au moment où l'on se référera au dessin.
On peut faire passer le filet polymère lié obtenu conformément à le. présente invention, dans un bain chauffé dans lequel il est étiré et orienté, de façon à accroître sa résistance et changer sa forme. Un mandrin peut être disposé dans ce bain et le filet cylindrique lié passa sur co mandrin, dont le diamètre peut âtre plus grand que calui du filet extrudé, cette différence entra les diamètres étant fonction du taux d'étirage désiré.
On peut ensuite
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retirer le filet du mandrin à un taux plus rapide que celui auquel le filet a été initialement mis en contact avec le mandrin, ce qui permet d'assurer simultanément un étirage longitudinal du filet pen- dant que celui-ci est étiré axialement par l'ac- tion du mandrin. Le liquide contenu dans ce bain a une double utilité : d'une part il procure la chaleur nécessaire au maintien da la matière poly- mère à la température d'orientation optimum, et d'autre part, il assure la lubrification entre le mandrin et le filet pour que le passage sur le mandrin se fasse de façon régulière.
Dans le cas de certains polymères tels que le téréphatalte de polyéthylène, ou la poly méta-xyly- lène adipamide le'filet polymère orienté,qui l'on obtient à la suite de l'opération d'orientation précitée, est contractile à des température rela tivement basses.
Si l'on désire effectuer une cris- tallisation ou une stabilisation ther-iquye du filet, c'est-à-dire le rendre sensiblement non contractile jusqu'à des températures d'environ 120 C, on peut conserver au filet oriente son diamètre en le fai- sant passer sur un second mandrin dont le diamètre est à peu près égal à celui du filet orienté, pour empocher la contraction, et en le chauffant simul- tanément à une température supérieure à la tempé rature de transition du second ordre des fibres polymères riais inférieure à leur point de fusion.
Cette température est de préférence celle à la- quelle le taux de cristallisation est maximjm
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Pour la mise en oeuvre de la présente inven- tion, on a donné dans le tableau , ci-dessous, les valeurs typiques des chaleurs d'extrusion, d'orien- tation et de la stabilisation thermique, pour di- verses fibres. On doit faire particulièrement re- marquer que ces températures ne sont que tout-à- fait approximatives et ne limitent d'aucune façon la portée de l'invention.
TABLEAU
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<tb> Matière <SEP> Températures <SEP> Températures <SEP> Températures
<tb> d'extrusion <SEP> d'orientation <SEP> de <SEP> stabilisa-
<tb> C <SEP> C <SEP> tion <SEP> thermique
<tb> C
<tb>
<tb>
<tb> Polyéthylène <SEP> 180-250 <SEP> 18-108 <SEP> 100
<tb>
<tb> Polyéthylène
<tb> "DYNK" <SEP> 220 <SEP> 24 <SEP> -
<tb>
<tb> Polysthylène
<tb> de <SEP> densité
<tb> élevée <SEP> 200-250 <SEP> 95-100 <SEP> '.100
<tb>
<tb> Polystyrène <SEP> 240-280 <SEP> 135 <SEP> 90
<tb> (nominal <SEP> 2758
<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> 150-170
<tb> vinyle <SEP> et <SEP> ses
<tb> copoylmères <SEP> (nominal <SEP> 160 C)
<SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
<tb> Pol <SEP> y <SEP> pr <SEP> opy- <SEP>
<tb> lène <SEP> 2CO-250 <SEP> 115-135 <SEP> 100
<tb>
Le polyéthylène "DYNK" est produit par "Union Carbide Plastics Company" sous pression élevée et à une tempé- rature élevée en présence d'un catalyseur oxygéné du type à radiéaux libres. Son indice à l'état fondu, tel que déterminé par la méthode décrite par l'ASTI.: ------
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(Association Américaine pour les Essais des Maté riaux) sous le N D 1238-52T, est d'environ 0,3 dg/min., at sa densité est d'environ 0,920 g par cm3
Dans tous les cas, la stabilisation thermique doit s'effectuer à une température inférieure à celle d'orientation.
L'invention va maintenant être décrite de fa- çon plus détaillée en référence au dessin annexé sur lequel : - là figure 1 est une vue de la faco des filières d'extrusion, observée dans le sens parallèle et opposé à la direction d'extrusion ; - la figure 2 est une coupe transversale des appa- reils d'extrusion et du gabarit; - la figure 3 est une vuc en élévation d'un agen comment de l'appareil permettant d'orienter le filet polymère extrudé ou filé; - la figure 4 représente un type d'appareil pour l'extrusion de cordes ou de câbles cojnformément à l'invention.
Sur la figura 1, la filière d'extrusion inté- rieurs 11 remporte une série d'orifices d'extrusion 12 agencés en un cercle. La filière d'extrusion ex- térieure 13 comporta une série d'orifices d'extru- sion 14 agencés en un cercle qui est concentrique au cercel dos orifices de la filère intérieure.
Pendant qu'on extrude les fibres par les orifices, on faittourner la filière intérieure dans u sans et la filière extérieure dans le sens opposé, de
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sorte que les fibres tout an restant parallèles aux autres fibres provenant de la même filière, fassent un angle avec les fibres extrudées de l'autre fi- lière et, quand elles viennent en contact avec cas dernières, forcent un filet résistant et d'un as- pect plaisant, constitué par des fibres croisées.
On comprendra qu'il est parfaitmeent possible de faire tourner seulement une filière pendant que l'autre filière reste fixe, ou qu'on peut faire tourner les deux filières à des vitesses différen- tes ou par intermittence, co qui permet d'obtenir des types de filets très variés. De plus, l'espace- ment entre les orifices dans l'une ou dans l'autre filière peut également être varié, ce qui perment de fabriquer des filets de modèles extrêmement divers.
Sur la figure 2, les fibres extrudées 15 sont montrées comme étant éjectées do la filière nté rieure 11 tandis que les fibres extrudés proiv n nent de la filière extérieur 13. Comme cas filières tournent dans des sens opposés, les fibres extru- dées de chaque filière suivent des parcours formant un angle avec les parcours desfibres d l'autrc filière, t lorsque les deux séries d fibres vien- nent en contact les unes avec les autres sur le ga- barit 17, ells prment les positions nécessaires pour forcer un filet cylindrique de fibres croisées.
Comme ces fibres restât excore chaudes da leur extrusion, elles s.: linet eficamet les unes aux autres à leurs points d contact, et le filet
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terminé peut être retira du gabarit 17.
Après que le filt 18 a Passé sur le gabarit
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17, on peut le soumettre à d'autres traitonts, comme on voit sur la figure 3, en le; faisant pas-
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ser dans un bain chauffa 19 et sur un mandrin 20.
Le filet est étir pendant qu'on le tire sur le mandrin 20 par application de la tension à l'extré- mité du filet, par exemple, on faisant rouler le filet entre deux rouleaux 21 à une vitesse plus élevée que sa vitesse d passai dans 1 bain.
Cette action d'étirai a pour effet d'étirer le
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filet aussi bien radialei#znt qu'axialocnt, et les fibres individujllos du filet sont ainsi orienta es et renforcées. En variante, le filet pourrait être sculement étiré dans lc sens axial sans utiliser de mandrin, mais dans ce cas la filet aurait tan dance à se recroqueviller.. L'anneau 22, représenté cn section transversale,qui cntoure le filet avant
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son passage sur la Handrin 20 est disposé à proxi- mité du mandrin. Le iaciètrc d-i cet anneau et la distance à laquelle il est placé du mandrin déter
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minent l'angle 23 auquel la filet va 'tr. tiré par rapport à la verticale, et cet angl, à son tour, détrminG le taux ot le sens da 1''tirage.
On effec- tue un ajustage dinutieux de cet angle pour obtenir le maxinum d'orientation. L: diamètre de l'anneau 22 doit être à peu près égal au diamètre extérieur du filet c--lindriquc au moment de son entrée dans le bain 15
Pour obtenir un-- bonne orientation, on peut
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étirer le polyéthylène de faible densité jusqu'en- viron 500 à 550; do sa longueur initiale, tandis que lz polyéthylène de densit5 élevée est 6tabin" jusqu'environ 1000% de sa lonuur initiale. La dimension d; l'anneau 22 et la dimension et 1'em
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l,lacem:nt du mandrin 20 doivent 8tr* t:11:s que l'angle 23 soit d'environ 45 .
En général, plus retirai ;st poussé, plus 1- filet obtenu sera résistant.
Pour la préparation d'un filet orisnté et
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cristallisé à partir d'un polymère tharmoplastiquc, il cst préférable 1= fair:. subir aux fibres poly- mères un trait.::;=.::m.t additionnel après leur liaison 1:s uns aux autres. ïês fibres axtrud5es ou filmas au ouil15, après avoir fit initialement 3xtruëê3s et filles et -¯-risuitz, T,rs fibrs refroiPi?s, sont dans un état acorphe. Les fibres amorphes sont cas- santes et ont une faibl résistance à la traction.
On n'observe pas de cristallinité notable quand on les soumet à un,: analyse par diffraction aux rayons X ou lorsqu'on mesure leur densité. Los fibres ne
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peuvent pas vtr facilecant tirées à tenm rature atiant2 0t ne subissent qu'UTC faibl: contraction quand on leur :.cr Lt d se relâcher et qu'on les soûlot à àis t8raturGS é13vées.
On peut transforac-r les fibres ao0h3S en fi- bres tnac3 et fortement contractiles, an les chauf- fant et n 'ls étirant et orientant suivant deux axes et ,;ans un:.: gemme de t;c.YJ3ratur-s supérieure à la teopêrature d3 transition du seccni ordre. Bais
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cependant inférieure à la température à laquelle la polymère tend à s'amincir sans orientation mo- léculaire appréciable, c'est-à-dire à des tempéra- tures voisines du point de fusion de la résine.
Par "température de transition du second ordre", on entend la température à laquelle on observe une discontinuité dans la dériv4e première d'une quan- tité thermodynamique primiare par rapport à la tem- pérature, cette température ne s'accompagnant pas de la chaleur latente usuelle qui apparaît aux températures de transition du premier ordre. Elle; est fonction de la fluidité du poymère et do la température de limite élastique. Certaines des propri tés thermodynamiques pouvant être observées pour la détermination du point de transition du second ordre sont : le volume spécifique, la cha- leur spécifique, la densité, l'indice de réfrac- tion et 1e module d'élasticité.
Comme chaque composition du polymère et cha- que taux de chauffage peuvent influer sur la tem- pérature de transition du second ordrc qui a été observée, on peut facliemet déterminer la tempé- rature et le taux de chauffage permettant d'obte- nir un.# orientation optimum par de simples essais empiriques.
Il est préférable quo pendant la phase d'o- rientation 13 filet suive un parcours descendant, pour permettre un chauffage et un étirage uniformes, bien que d'autres mouvements directionnels, tels quo lc mouvement horizontal ou anulair, puissent
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se traduire par l'obtention du résultat désiré. Il reste entendu que l'orientation du filet peut ête assurée au cours d'un.? opération autonome, pouvant éventuellement être combinée avec l'extrusion pro- prement dite du filet et son passage sur le gaba- rit.
Le filet orienté de polyéthylène, ayant été obtenu par le procédé décrit ci-dessus et ensuite orienté à des températures voisines de la tempé- rature de transition du second ordre, est limpide, transparent, tenace et contractile. Il est égale- ment susceptible d'être scellé à chaud. Un filet de pbly méta-xylylène adipamide à orientation bi-axia- le peut également être orienté à une température supérieure à la température de transition du second ordre, qui est d'environ 68 C, pour obtenir un filet limpide et tenace.
Les filets orientés et contractiles convien- nent admirablement lorsqu'il s'ait d'ajuster une peau de façon serrée autour d'un article de forme irrégulière. L'objet à empaqueter peut âtre placé dans un sac non ajusté formé d'un tel filet orienté et ensuite il suffit de chauffer le filet au-dessus de la température de transition du second ordre pour l'obliger à se contracter en épousant étroite- ment le contenu du paquet.
Un filet de polyéthylène ayant été extrudé, bi-axialement étiré et orienta conformément au pro- cédé sus-visé, se contracte presqu'instantanément lorsqu'on le plonge dans 1'eau chaude à une
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température supérieure à 52 C.
Lorsqu'on désire obtenir un filet ayant une stabilité dimensionnelle à des températures élevées on peut chauffer le filet de polyéthylène à des températures supérieures à la température de tran- sition de second ordre mais inférieure à la tempé- rature à laquelle la fibre commence à perdre son orientation moléculaire et se cristallise sous ten- sion. Ce procédé va maintenant être décrit en détail.
Lorsque le polyéthylène fondu extrudé sous forme d3 fibres ast rapidement refroidi à la tempé- rature ambiante, on obtient dos fibres amorphes qui ne présentent qu'une très faible tendance à la cristallisation pendant des longues périodes de temps. Le filet amorphe, après avoir été chauffé approximativement à sa température de transition du second ordre, se ramollit facilemetn et change de sa consistance non élastique à une consistance caoutchoutée, facile à étirer et à déformer. Dans cet état étirable, les fibres de polyéthylène sont faciles à détendre en leur appliquant des forces relativement faibles pour mettre sous tension des fibres hautement orientées: même à sa température de transition du second ordre, le polyéthylène se cristallise lentement.
La cristallisation s'amorce facilement dans des fibres orientées de polyéthylène quand on les expose à des températures plus élevées. Le taux de cristallisation augmente quand la température
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atteint environ 180 C, A des températures supérieu- res à 180 C environ, le taux de cristallisation tend à décroître.. A des températures encore plus élevées, c'est-à-dire au voisinage du point de fu- sion, le filet commence à perdre une partie de l'o- rientation moléculaire qui lui avait été impartie aux plus basses températures.
Gomme il a déjà été dit, on procède à la sta bilisation thermique du fil orienté en le chauffant dans un bain comme celui de la-figure 3, tout en le faisant passer sur un mandrin tel que 20, sauf que le filet n'est pas étiré mais simplement main- tenu à son diamètre. On n'applique la chaleur au filet que pendant qu'il est maintenu à son diamè- , tre par le mandrin, car autrement il se contracte- rait si on le chauffait sans le faire passer sur le mandrin.
Le filet cristallisé et orienté bi-axialement est limpide, tenace, transparent et ses dimensions ont une stabilité thermique à des températures jusqu'à 120 C ou mène plus hautes salon la degré de cristallisation obtenu.
Le procédé qui vient d'être décrit peut être utilisé pour régler le taux de contraction du filet de polyéthylène. Le temps et la température auxquels le filet bi-axialement orienté est soumis pendant le stade de stabilisation permet de déterminer le degré de contraction.
Bien qua le mode de réalisation qui vient d'être décrit l'ait été à propos du polyéthylène,
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il reste bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cette application.
On peut égalemetn obtenir des structures simi- laires à celles réalisées par l'axtrusion au fondu et le refroidisemetn ultérieur de la matière plas- tique conformément à la présente invention, en uti- lisant de la viscose, une solution de cuprammonium, ou des liquides conagualbes similarires extrudés dans un appareil comme celui qui vient d'être décrit, directement dans le bain de coagulatoon
Par exemple, la viscose ayant une composition et un indice salin normalemetn utilisés pour la fa- brication de la rayonne, peut être pompée dans la filière 3t continuellement extradée par des petits trous dans un bain de filage de la rayonne conte- nant environ, en poids, 10 parties d'acide sulfuri- que, environ 18 parties de sulfate de sodium et 72 parties d'eau.
Des petites quantités d'autres agents corumment utilisés, par exemple 2 parties de glu- cose et/ou 1 partie de sulfate dd zinc, peuvent être ajoutées au tain, t l'on obtient ainsi des fila- monts ayant une section transversale sensiblement plus grande que celle du plus gros fil de rayonne que l'on peut produire dans l'industrie. Des quan- tités substantielles de sulfate d'ammonium peuvent également être ajoutées au bain de coagulation.
Les structures en force de filet sortant de la filière peuvent être étirées à des vitesses sensible- men supérieures à celles auxquelles les jets de vis- cose sortent de la filière, si bien que la structure
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obtenue peut être davantage détendue et présenter une plus grande résistance.
Un autre mode de réalisation de la présente invention se prête admirablement à la production des fils,. ds câblés et dos cordages. Les fibres polymères sont extrudées au fondu ou filées au mouillé, comme il a été dit, sauf qu'on produit plusieurs couches de filets cylindriques et concen- triques au lieu des deux couches précédentes Les filets cylindriques et concentriques sont formés de fibres disposées en cercles de beaucoup plus
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petits diaaêtres que eaux prée6den-mont décrits, et on peut tirer tous les filets individuels ensemble à travers un- bague defaçon à les réunir en un câblé ou en un corde résistante de ratière poly- mèe Le câblé peut être ensuite orienté et stabi-
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lisé t h4rr.ique.:
.¯¯^.t cocme il a été décrit, sauf qu'on n'utilise pas d- mandrin à l'intérieur du câblé.
Sur la figure 4, des filets cylindriques indi- viducls 30,31 et 32 sont extrudés dos filières
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34, 35 et 36 rcspsetiven r.t et passent sur des ba- gues 38, 39 et 4v ï-o5ßctiv:..ent, qui sont reliées aux filières CO:1::: .réc3dL:¯ac nt. Après la jonction des différents filets, on peut los étirer pour for- mer ainsi une corde résistance à couches composites.
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Une matière extrudablo et fénératricc de riono- filaments peut 3tre utilisée dans le procédé de l'invention. Ferni cis natièras on p3¯'t aptionr.er :
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le polyéthylène le polyproylène le "nylon" le téréphtlates de polyéthylène des résines da vinylidènc et leurs copolyjèmers
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les copolynères dlétiiylùn3 et d'autres olivines le polyecrylonitril- et ses copolymères le chlorurs de vinyle et ses copolynères l'acétate de viny13 et ses coplymères le polystyrène
Le filet obtenu par la présente invention se
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prête facilement à un (rand nowibre d'utilisations.
On peut l'utiliser dans sa forme cylindrique pour recouvrir des articles tels que des bouteilles. Ou la cylindre peut être fondu pour forcer une pièce de filet plat que l'on peut découper alors à la forme et aux dimensions désirées.
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"Method and apparatus for the production of nets by extrusion"
The present invention relates to a method and apparatus for the production of extruded plastic nets. More particularly, it relates to a method and apparatus for the production of an extruded net made of polymeric fibers thermally bonded to each other.
It is known to extrude polymeric materials in the form of a fiber or a cylindrical tube using a metal die. It was also possible to extrude thermoplastic sheets.
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straight and various other semi-finished products with variable cross sections. It is also known to extrude plastics with the aid of dies and then to work the materials by subjecting them to drawing, stamping, cutting or spun so as to obtain different shapes and dimensions having varying resistances and applications. However, not all attempts to obtain an extruded shape with interstices opened directly during extrusion and without the need for auxiliary treatment, have not been successful.
More precisely, no one has ever succeeded in developing an effective means of obtaining a net or a rope made of plastic material formed of crossed fibers and united in a single operation of extraction, such as is obtained by the present invention.
It is also known to produce fibers by wet spinning through fine orifices.
As in the case of melt-extruded fibers, no effective method of forming such fibers into nets or cords during spinning itself has been successfully developed, all of the methods known to those skilled in the art requiring treatment. additional and weaving to remove products of this type with the fibers.
The aims of the present invention are to provide: - a method for producing a net or a
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cord of polymeric fibers by extrusion or wet spinning of these fibers without the need for additional treatments, - a process for producing a net or cord of polymer fibers bonded together near the point of extrusion or spinning, - and, an apparatus for the production of a net or a cord of polymer fibers.
According to the present invention, in a process for producing an extruded thermoplastic net, a first series is extruded: a series of thermoplastic fibers, individual and parallel, arranged in a circle, a second series of thermoplastic fibers is extruded, individual and parallel, arranged in a circle which is concentric with the first circle of extruded fibers, and the respective series of fibers are directed along the intersecting paths.
In the process of the present invention, the polymer fibers are extruded or wet-spun from a series of holes, these series of holes being spaced apart and arranged in separate spinnerets. the dies are placed approximately concentrically and are likely to have relative annular motion during extrusion, so that the extruded fibers of one die contact the extruded fibers of the second die without being parallel to them. this.
This contact is established at a point close to the extrusion point, so that the fibers put on
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contact with each other are related.
According to the preferred embodiment of the invention, the fibers are melt extruded through holes arranged in a circle in an inner spinneret, and the other fibers, which are not necessarily of the same diameter as the fibers. interior, are extruded through other orifices formed in a separate die and arranged in a circle concentric with that of the first die.
The fibers of each spinneret are withdrawn and kept parallel as extrusion continues, and during this time at least one of the spinnerets is rotated so as to provide rotary motion relative to the orifices of the spinneret. the other channel. At a convenient point near the face of the dies, the extruded fibers of the inner die are brought into firm contact with the extruded fibers of the outer die, and this while the fibers are still in the thermoplastic state and substantially at least. their extrusion temperature, so that the inner fibers are bonded to the outer fibers at their points of contact.
With such a connection, a cylindrical net of plastics material is obtained which is strong and pleasant in appearance, this net being made up of parallel inner fibers and parallel outer fibers which are attached to the first fibers at an angle. determined which depends on the rotational speeds of the two dies and on the extrusion rate.
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A fixed jig having a diameter at least as large, but not substantially larger than that of the largest circle of the die holes, may be disposed some distance from the face of the rotary extrusion dies, and 10 threads. can be passed over this jig in order to keep its cylindrical hole and to press the inner fibers of the net tight against the outer fibers. This jig should be placed as close as possible to the faces of the spinnerets, so that the crossed fibers come into contact with it before they have been excessively cooled.
The temperature of the template should be set so that fibers passing over its surface can not adhere to it. If the temperature of the template is about 5 ° C lower than the extrusion temperature, good results are obtained.
It is preferable to extrude or to: - wet yarn the fibers in 1 son descending, so that their own weight helps to make them pass over the jig without subjecting them to unnecessary stress. It is also preferable that driven rollers are provided to press the net against the template, to facilitate passage over the template and to secure the joints more securely at the fiber intersections. It is also preferable to compress the joints between the fibers against each other so that the thickness of these joints is less than the combined diameters of two crossing fibers.
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Depending on the type of resin used, the rollers should not be closer to the jig than a distance equal to the thickness of the bottom fiber, as this prevents excessive joint spreading. These rolls can be heated in order to provide better bonding of the fibers at the points of intersection and to improve the bond between already bonded fibers. As a variant, it is the template which is heated, or alternatively both the template and the rollers.
In a variant of the method of bonding the fibers to each other at the knot where they intersect, a bar is provided which is fixed to the extrusion apparatus but at a certain distance therefrom. The two series of fibers to be bonded pass over the outside of this ring and are, therefore, pressed together, because the outer diameter of this ring is at least as [rand as the diameter of the outer circle of the holes . This process will be explained in more detail when referring to the drawing.
The bonded polymer net obtained can be passed in accordance with. present invention, in a heated bath in which it is stretched and oriented, so as to increase its resistance and change its shape. A mandrel can be placed in this bath and the linked cylindrical thread passed over a co mandrel, the diameter of which may be greater than that of the extruded thread, this difference between the diameters being a function of the desired stretching rate.
We can then
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withdrawing the thread from the mandrel at a faster rate than that at which the thread was initially contacted with the mandrel, thereby simultaneously ensuring longitudinal stretching of the thread as it is axially stretched by the thread. chuck action. The liquid contained in this bath has a double utility: on the one hand it provides the heat necessary to maintain the polymer material at the optimum orientation temperature, and on the other hand, it provides lubrication between the mandrel and the thread so that the passage on the mandrel is done in a regular way.
In the case of certain polymers such as polyethylene terephatalt, or poly meta-xylylene adipamide, the oriented polymeric thread, which is obtained as a result of the above orientation operation, is contractile at temperatures. relatively low.
If it is desired to crystallize or thermally stabilize the thread, that is to say to render it substantially non-contractile up to temperatures of about 120 ° C., its diameter can be kept in the thread orients. by passing it over a second mandrel, the diameter of which is approximately equal to that of the oriented thread, to pocket the contraction, and simultaneously heating it to a temperature above the second-order transition temperature of the Polymeric fibers laughed below their melting point.
This temperature is preferably that at which the rate of crystallization is maximum.
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For the implementation of the present invention, the typical values of the extrusion heats, orientation and thermal stabilization, for various fibers, have been given in the table below. It should be particularly noted that these temperatures are only very approximate and in no way limit the scope of the invention.
BOARD
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<tb> Material <SEP> Temperatures <SEP> Temperatures <SEP> Temperatures
<tb> extrusion <SEP> orientation <SEP> of <SEP> stabilized
<tb> C <SEP> C <SEP> thermal <SEP>
<tb> C
<tb>
<tb>
<tb> Polyethylene <SEP> 180-250 <SEP> 18-108 <SEP> 100
<tb>
<tb> Polyethylene
<tb> "DYNK" <SEP> 220 <SEP> 24 <SEP> -
<tb>
<tb> Polystethylene
<tb> of <SEP> density
<tb> high <SEP> 200-250 <SEP> 95-100 <SEP> '.100
<tb>
<tb> Polystyrene <SEP> 240-280 <SEP> 135 <SEP> 90
<tb> (nominal <SEP> 2758
<tb>
<tb> Chloride <SEP> of <SEP> 150-170
<tb> vinyl <SEP> and <SEP> its
<tb> copoylmers <SEP> (nominal <SEP> 160 C)
<SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
<tb> Pol <SEP> y <SEP> pr <SEP> opy- <SEP>
<tb> lene <SEP> 2CO-250 <SEP> 115-135 <SEP> 100
<tb>
Polyethylene "DYNK" is produced by "Union Carbide Plastics Company" under elevated pressure and temperature in the presence of an oxygenated free-radical type catalyst. Its index in the molten state, as determined by the method described by ASTI .: ------
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(American Association for the Testing of Materials) under N D 1238-52T, is about 0.3 dg / min., And its density is about 0.920 g per cm3
In all cases, thermal stabilization must take place at a temperature lower than the orientation temperature.
The invention will now be described in more detail with reference to the appended drawing in which: FIG. 1 is a view of the faco of the extrusion dies, observed in the direction parallel and opposite to the direction of extrusion. ; FIG. 2 is a cross section of the extrusion apparatus and of the jig; - Figure 3 is a view in elevation of an arrangement of the apparatus for orienting the extruded or spun polymer net; - Figure 4 shows a type of apparatus for the extrusion of cords or cables cojnformement the invention.
In Figure 1, the inner extrusion die 11 wins a series of extrusion holes 12 arranged in a circle. The outer extrusion die 13 has a series of extrusion ports 14 arranged in a circle which is concentric with the hoop of the inner die ports.
As the fibers are extruded through the orifices, the inner die is rotated through and the outer die in the opposite direction.
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so that the fibers, while remaining parallel to the other fibers coming from the same spinneret, form an angle with the extruded fibers of the other spinneret and, when they come into contact with the latter cases, force a strong net and a pleasant appearance, consisting of crossed fibers.
It will be understood that it is perfectly possible to rotate only one die while the other die remains stationary, or that the two dies can be rotated at different speeds or intermittently, which makes it possible to obtain very varied types of fillets. In addition, the spacing between the orifices in either die can also be varied, making it possible to manufacture threads of extremely diverse designs.
In Figure 2, the extruded fibers 15 are shown to be ejected from the inner die 11 while the extruded fibers protrude from the outer die 13. As case the dies rotate in opposite directions, the extruded fibers of each. die follow paths forming an angle with the paths of the fibers of the other die, t when the two series of fibers come into contact with each other on the gauge 17, they take the necessary positions to force a net cylindrical of crossed fibers.
As these fibers remained hot excore from their extrusion, they bonded to each other at their points of contact, and the net
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completed can be removed from template 17.
After the filt 18 has passed over the jig
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17, it can be subjected to other treaties, as seen in FIG. 3, by; not doing-
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ser in a heated bath 19 and on a mandrel 20.
The net is stretched as it is pulled over the mandrel 20 by applying tension to the end of the net, for example by rolling the net between two rollers 21 at a speed greater than its passing speed. in 1 bath.
This stretching action has the effect of stretching the
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net both radiali # znt and axialocnt, and the individual fibers of the net are thus oriented and reinforced. Alternatively, the thread could be sculently stretched in the axial direction without using a mandrel, but in this case the thread would tend to curl up. The ring 22, shown in cross section, which surrounds the front thread.
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its passage on the Handrin 20 is arranged near the mandrel. The iaciètrc d-i this ring and the distance at which it is placed from the chuck deter
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undermine the angle 23 at which the thread goes' tr. drawn with respect to the vertical, and this angl, in turn, detracts from the rate and the direction of the draw.
An unnecessary adjustment is made to this angle to obtain the maximum orientation. L: diameter of the ring 22 must be approximately equal to the external diameter of the thread c - lindriquc at the time of its entry into the bath 15
To get a - good orientation, you can
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stretch the low density polyethylene to about 500 to 550; of its original length, while high density polyethylene is tabulated to about 1000% of its original length. The size of the ring 22 and the size and size
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The lacem: nt of the chuck 20 must 8tr * t: 11: s that the angle 23 is about 45.
In general, the more pulled out, the more resistant the net will be.
For the preparation of an ornate fillet and
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crystallized from a tharmoplastic polymer, it is preferable 1 = fair :. undergo an additional treatment to the polymer fibers after their 1: s bond to each other. The axtrud5es fibers or filmas au ouil15, after having initially made 3xtruëê3s and daughters and -¯-risuitz, T, rs chilled fibers, are in an acorphic state. Amorphous fibers are brittle and have low tensile strength.
Noticeable crystallinity is not observed when subjected to X-ray diffraction analysis or when measuring their density. The fibers do not
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cannot be very easily drawn at atiant2 0t temperature only undergo weak UTC: contraction when they are: .cr Lt to relax and when they are drunk at high t8raturGS.
We can transform the ao0h3S fibers into tnac3 and strongly contractile fibers, an heating them and n 'ls stretching and orienting along two axes and, years a:.: Gem of t; c.YJ3ratur-s superior to the transition teoperation of the second order. Fuck
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however, below the temperature at which the polymer tends to thin without appreciable molecular orientation, ie, at temperatures near the melting point of the resin.
By "second order transition temperature" is meant the temperature at which there is a discontinuity in the first derivative of a primary thermodynamic quantity with respect to temperature, this temperature not being accompanied by heat. usual latent which occurs at first order transition temperatures. She; is a function of the fluidity of the polymer and of the yield point temperature. Some of the thermodynamic properties that can be observed for the determination of the second order transition point are: specific volume, specific heat, density, refractive index and modulus of elasticity.
Since each polymer composition and rate of heating can influence the observed second order transition temperature, one can easily determine the temperature and rate of heating to achieve one. # optimum orientation by simple empirical tests.
It is preferable that during the orienting phase the net follows a downward course, to allow uniform heating and stretching, although other directional movements, such as horizontal or anular movement, may.
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result in obtaining the desired result. It is understood that the orientation of the thread can be ensured during a.? stand-alone operation, which can optionally be combined with the actual extrusion of the net and its passage over the template.
The oriented polyethylene mesh, having been obtained by the process described above and then oriented at temperatures near the second order transition temperature, is clear, transparent, tough and contractile. It is also capable of being heat sealed. A biaxially oriented pbly meta-xylylene adipamide mesh can also be oriented at a temperature above the second order transition temperature, which is about 68 ° C, to obtain a clear and tough mesh.
Oriented and contractile threads work admirably when it comes to fitting a skin tightly around an irregularly shaped article. The object to be packaged can be placed in a loose bag formed of such an oriented net and then it suffices to heat the net above the second order transition temperature to force it to contract by closely fitting. the contents of the package.
A polyethylene net having been extruded, biaxially stretched and oriented in accordance with the above-mentioned process, contracts almost instantaneously when immersed in hot water at a temperature.
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temperature above 52 C.
When it is desired to obtain a net having dimensional stability at elevated temperatures, the polyethylene net can be heated to temperatures above the second order transition temperature but below the temperature at which the fiber begins to lose. its molecular orientation and crystallizes under tension. This process will now be described in detail.
When the molten polyethylene extruded in the form of fibers is rapidly cooled to room temperature, amorphous fibers are obtained which show very little tendency to crystallize for long periods of time. The amorphous net, after being heated to approximately its second order transition temperature, readily softens and changes from its inelastic consistency to a rubberized consistency, easy to stretch and deform. In this stretchable state, polyethylene fibers are easy to relax by applying relatively small forces to them to stress highly oriented fibers: even at its second order transition temperature, polyethylene slowly crystallizes.
Crystallization readily begins in oriented polyethylene fibers when exposed to higher temperatures. The rate of crystallization increases with increasing temperature
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reaches about 180 ° C. At temperatures above about 180 ° C. the rate of crystallization tends to decrease. At even higher temperatures, that is to say near the melting point, the thread begins to lose some of the molecular orientation imparted to it at lower temperatures.
As has already been said, the thermal stabilization of the oriented wire is carried out by heating it in a bath like that of FIG. 3, while passing it over a mandrel such as 20, except that the net is not not stretched but simply held at its diameter. Heat is only applied to the thread while it is held at its diameter by the mandrel, otherwise it will contract if heated without passing it over the mandrel.
The crystallized and bi-axially oriented net is limpid, tenacious, transparent and its dimensions have thermal stability at temperatures up to 120 C or higher according to the degree of crystallization obtained.
The method which has just been described can be used to adjust the contraction rate of the polyethylene net. The time and temperature to which the biaxially oriented thread is subjected during the stabilization stage determines the degree of contraction.
Although the embodiment which has just been described has been described with regard to polyethylene,
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of course, the invention is not limited to this application.
Structures similar to those achieved by melt axtrusion and subsequent cooling of the plastic according to the present invention can also be obtained using viscose, cuprammonium solution, or liquids. conagualbes similarires extruded in an apparatus such as that just described, directly into the coagulatoon bath
For example, viscose having a composition and salt index normally used in the manufacture of rayon, can be pumped into the continuously extruded 3t die through small holes in a rayon spinning bath containing about, weight, 10 parts of sulfuric acid, about 18 parts of sodium sulphate and 72 parts of water.
Small amounts of other agents commonly used, for example 2 parts of glucose and / or 1 part of zinc sulphate, can be added to the tin, thus obtaining filaments having a substantially larger cross section. larger than that of the largest rayon yarn that can be produced in industry. Substantial amounts of ammonium sulfate can also be added to the coagulation bath.
The net force structures exiting the die can be stretched at significantly higher rates than the viscose jets exit the die, so that the structure
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obtained can be more relaxed and present a greater resistance.
Another embodiment of the present invention lends itself admirably to the production of yarns. in cables and back ropes. Polymer fibers are melt extruded or wet spun, as has been said, except that several layers of cylindrical and concentric threads are produced instead of the previous two layers. Cylindrical and concentric threads are formed of fibers arranged in circles much more
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small diameters that are pre6den-mounted, and all the individual threads can be pulled together through a ring to unite them into a strong cord or polymer dobby cord. The cord can then be oriented and stabilized.
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lisé t h4rr.ique .:
.¯¯ ^ .t as described, except that a mandrel is not used inside the cable.
In FIG. 4, individual cylindrical threads 30, 31 and 32 are extruded from the dies.
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34, 35 and 36 rcspsetiven r.t and pass over rings 38, 39 and 4v ï-o5ßctiv: .. ent, which are connected to the CO: 1 ::: .réc3dL: ¯ac nt. After joining the different threads, they can be stretched to form a resistance rope with composite layers.
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A ionofilament extrudable and fenestrating material can be used in the process of the invention. Ferni cis natièras on p3¯'t aptionr.er:
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polyethylene polyproylene "nylon" polyethylene terephtlates of vinylidene resins and their copolyjemers
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dlétiiylùn3 copolymers and other olivines polyecrylonitril- and its copolymers vinyl chlorides and its copolymers viny13 acetate and its copolymers polystyrene
The net obtained by the present invention is
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easily ready for use.
It can be used in its cylindrical shape to cover items such as bottles. Or the cylinder can be melted to force a piece of flat net which can then be cut to the desired shape and size.