Il - FABRICATION du FIL

III - PROPRIETES PHYSIQUES

IV - PROPRIETES CHIMIQUES

V - EMPLOIS

I - DEFINITION / FABRICATION du POLYMERE

Le polyester est un polymère synthétique composé de macromolécules linéaires présentant au moins 85 % en masse d'un ester de diol.

Les polyester proviennent de la polycondensation de diacides et de dialcools. Le seul qui ait une importance industrielle comme textile est le dérivé de l'acide téréphtalique et de l'éthylène glycol.

L'éthylène glycol (CH2OH-CH2OH) est obtenu à partir de l'éthylène (CH2=CH2).

L'acide téréphtalique est préparé par oxydation du paraxylène ou d'autres dérivés para-substitués du benzène.

La polyestérification ou polycondensation directe du glycol et de l'acide téréphtalique ne permet pas d'obtenir de très longues chaines. On prépare donc d'abord le téréphtalate de diméthyle.

Par action de l'éthylène glycol sur ce produit, on obtient le di-b-hydroxyéthyltéréphtalate et du méthanol.

Par condensation et par chauffage sous pression réduite et à température élevée (270°C), les molécules se soudent avec élimination d'éthylène glycol: c'est la polycondensation.

 On obtient un produit blanc porcelainé, fondant à 250°C: c'est le polymère qui va servir à la fabrication du fil polyester.

Motif:  

Il- FABRICATION du FIL

-Préparation du polymère :

Pour réaliser cette opération, il est nécessaire mettre le polymère dans un état de viscosité approprié, stable physiquement et chimiquement, afin de pouvoir réaliser l'opération de filage dans les meilleures conditions.

Dans le cas du Polyester le filage se fait par fusion (car le polymère à un point de fusion net, et ne se décompose pas une fois fondu). Le procédé peut être continu (le polymère dés qu'il est fabriqué, donc encore sous forme visqueuse, est immédiatement utilisé au fur et à mesure pour être filé.) ou discontinu (On fabrique le polymère qui est ensuite mis sous forme de granulé solide. Cette état permet de le stocker et de le transporter pour être utilisé par la suite. Ces granulés sont ensuite refondu par l'utilisation d'une extrudeuse, afin de le placer dans un état de viscosité permettant l'opération de filage). La fabrication en continu malgré sa mise en œuvre plus délicate, permet quand même d'obtenir un fil de meilleure qualité, et présente quand même un intérêt économique car une seule opération.

-Extrusion-Filage:

Cette opération consiste à faire passer le polymère à travers une filière afin d'obtenir des filaments (qui composeront le fil).

Selon la viscosité du produit filable, il faudra exercer une pression plus ou moins élevée pour réaliser l'extrusion. Cette pression devra avoir un débit suffisant et constant, pour faire franchir au polymère. Une pompe doseuse de très haute précision va permettre de réguler la quantité de polymère (selon le titre du fil que l'on veut obtenir).

Puis le polymère va passer au travers des différents filtres du pack de filage qui ont pour but d'éliminer toutes les impuretés. Le pack de filage est composé d'un empilage de filtres calibrés (tissus, grilles, poudres,…). En dessous des filtres se trouve les filières. Les filières sont des plaques en inox, très résistantes aux pressions (> 10 MPA), percées de 1 jusqu'à 15000 trous (monofilament ou multifilaments). Chaque capillaire a un diamètre de 0,05 m/m à plusieurs m/m, et une longueur de 2 à 3 fois ou plus le diamètre. Les sections des capillaires peuvent être ronde (dans la majorité des cas) ou quelconque selon le type de fil à obtenir.

Chaque filière permet d'obtenir un fil. Le nombre de capillaire dans la filière déterminera le nombre de filaments dans le fil. Pour les fils avec un très grand nombre de filaments, on peut utiliser plusieurs filières.

-Solidification-Coagulation des filaments :

 En sortie de filière, les filaments doivent être solidifier le plus rapidement possible, sans être déformés, et en évitant qu'ils se collent entre eux. Dans le cas du Polyester (filage par fusion), le refroidissement se fait par de l'air ou de l'eau dans la cheminée de la filière. Le refroidissement par air souflé par la filière est de plus en plus utilisé, car on obtient un refroidissement identique à l'intérieur et à l'extérieur des filaments, et par besoin de sécher. La solidification se fait très rapidement, ce qui permet d'atteindre des vitesses de filage très élevées (>1000 m/min).

-Structuration des filaments :

Cette opération est primordiale et conditionne toute la qualité du fil. C'est à ce niveau que l'on va donner aux filaments (donc au fil) leur propriétés physiques et chimiques: c'est l'étirage.

On va durant cette phase, aligner, allonger, déplier les chaines macromoléculaires qui compose le filament. Cette opération ne peut se faire que si les macromolécules ont une certaine mobilité et une déformabilité suffisante. Cet étirage va modifier le taux de cristalisation du polymère (30 à 40%). Les zones amorphes (macromolécules non alignées) vont devenir des zones cristalines (macromolécules alignées).

Cette opération d'étirage peut se réaliser de suite en sortie de filières, ou utérieurement selon le type fil souhaité ou le process.

-Cas ou l'étirage est séparé du filage: Sous la filière on bobine à faible vitesse (environ 1000 à 1500 m/min) un fil non étiré (LOY=Low Oriented Yarn =Fil faible orientation). Sous cette forme le fil n'est pas stable, et il faut procéder à l'étirage sous 72 heures sur des machines spéciales appelées étireuses. On obtiendra ensuite un fil étiré stable.

-Cas ou l'étirage est intégré au filage: On parle dans ce cas de filage-étirage. Il est nécessaire de chauffer les filaments légèrement au dessus de la température de transition vitreuse (T°g) pour procéder à l'étirage mécanique, et il est important de réaliser un étirage identique de tous les filaments. Pour ce, il faut localiser la zone d'étirage le plus précisément possible. Le point de chauffe constituera une zone privilégiée pour l'étirage.

***dessin machine étirage***

Selon la vitesse à laquelle sera réceptionnée le fil, on obtiendra:

-Fils MOY (Medium Oriented Yarn=Fil moyenne orientation): Fil très faiblement étiré, obtenu avec des vitesses de filage entre 1800 et 2800 m/min. Faible taux de cristalisation.

-Fils POY (Partially ou Preoriented Yarn=Fil partiellement orienté): Fil faiblement étiré, obtenu avec des vitesses de filage entre 2800 et 4200 m/min. Faible taux de cristalisation. Stockage possible pendant plusieurs mois car stable. Allongement relativement élevé. Peut être fabriqué en une seule étape sans systême d'étirage très sophistiqué. Ce fil est surtout destiné à la texturation, à l'ourdissage-étirage.

-Fils HOY (Hightly Oriented Yarn=Fil hautement orienté): Ce fil n'est pas encore complètement étiré, et à encore des allongement entre 40 et 60%. Obtenu avec des vitesses de filage entre 4000 et 6000 m/min.

-Fils FOY (Fully Oriented Yarn=Fil "complètement" orienté): Ce fil très étiré, taux de cristalisation élevé, obtenu avec des vitesses de filage supérieur à 6000 m/min. L'étirage est réalisé entre deux galets chauffant, dont l'écart de vitesse assure l'étirage, ou directement par la vitesse de bobinage à l'aide d'installation très sophistiquées. Utilisé pour les fils plats et fils haute tenacité. Les allongements sont de 20 à 30 %.

***graphique***

L'augmentation du taux d'étirage à pour conséquence: Augmentation de la résistance du fil, et diminution de l'allongement à la rupture; Perte d'affinité tinctoriale.

Les conséquences d'un étirage défectueux sont donc importantes et pratiquement impossible à rectifier. Un étirage non uniforme entrainera un arrangement moléculaire irrégulier le long du fil, provoquant des différences de titrage, et des différence mécaniques, avec un vieillissement plus rapide. Pour obtenir un fil régulier, il est donc nécessaire d'avoir à la base une bonne qualité de polymère, et de maitriser les conditions d'étirage (Température, vitesse).

-Ensimage :

 Cette opération consiste à appliquer un dépot régulier d'émulsion d'huile sur le fil, afin de donner de la cohésion aux filaments, de faciliter le glissement dans les différents renvoies lors de son utilisation, et de limiter la création d'électricité statique. On apporte également lors de cette opération, de l'eau, ce qui permet à la matière de trouver son équilibre (taux de reprise stabilisé).

L'application se réalise par le passage des filaments sur un cylindre imprégné d'huile ou par un passage dans une gudulette.

***dessin***

Il faut recouvrir chaque filament d'une même quantité d'ensimage, très régulière et bien définie (taux d'ensimage). Un dépot irrégulier d'ensimage pourra entrainer des problêmes lors de l'utilisation du fil (défauts de dévidage des bobines, irrégularités des tensions à cause de frottements, risques d'encrassements,...). L'ensimage devra en outre être stable chimiquement, anallergique et non toxique, ne pas miggrer dans les supports, s'éliminer facilement et complètement (pour permettre une teinture dans de bonnes conditions), être d'un prix raisonnable, et d'emploi aisé.

-Traitement de finitions :

Il existe beaucoup de possibilités de traitements de finitions qui vont dépandre de l'utilisation finale du fil. Sitons par exemple la texturation, la fabrication de fibres coupées, l'entremélage, l'assemblage, le retordage, la teinture ... Nous ne développerons pas toutes ces opérations dans le détail.

-Bobinage/Renvidage :

Cette opération consiste à mettre le fil sur des bobines pour le conditionnement, le stockage et l'utilisation. Cette opération se fait de plus en plus directement sur les filières, de suite après l'étirage. Avec l'évolution des technologies, les bobinoires sont capables tourner à des vitesse de plus de 6000 m/min, tout en assurant une qualité irréprochable. Les sorties de filières sont équipées de bobinoires capable de gérer plusieurs positions. Elles sont totalement automatisées (chargement des bobines vides, déchargement des bobines pleines, rattache et ré-amorçage)

Types de bobines utilisées:

Le poids des bobines peut atteindre 15 Kg (selon le titre du fil).

Après cette opération, le fil peut encore subir diverses transformations:

-Texturation (pour les fils POY)

-Moulinage (opération consistant à donner de la torsion au fil)

-Assemblage-retordage-cablage (opération consistant à assembler en donnant de la torsion, plusieurs fils entre eux)

-Blanchiement/teinture (Blanchir ou teindre le fils à l'aide de colorants et produits de finition)

-etc...

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