Les conditions de processus pendant le filage déterminent les changements dans les fibres pendant le processus de mise en forme

Les conditions du processus pendant le filage déterminent les changements dans les fibres au cours du processus de mise en forme, ce qui a un impact significatif sur la filabilité, la structure et les propriétés du fil enroulé, ainsi que sur les caractéristiques du fil fini. Les propriétés du fil fini sont donc fortement influencées par ces conditions.

01 Température de fusion (Tm)

La température de fusion, également connue sous le nom de température de filage, doit être correctement contrôlée pour garantir une bonne filabilité et d'excellentes propriétés physiques et mécaniques du fil fini. La température de fusion doit fondre complètement les copeaux tout en empêchant une dégradation thermique sévère des macromolécules de polyester. Par conséquent, pour les copeaux ayant une viscosité caractéristique comprise entre 0,64 et 0,66, il est généralement recommandé de contrôler la température de fusion entre 285 et 290°C. Si elle dépasse 300°C, les macromolécules du polyester subiront une dégradation thermique rapide. Dans la plage de températures mentionnée ci-dessus, à mesure que la température augmente, la viscosité d'écoulement de la masse fondue diminue progressivement, conduisant à une uniformité et des propriétés rhéologiques améliorées, améliorant ainsi l'aptitude au filage.

Le degré de pré-orientation du fil enroulé (indice de biréfringence n) diminue, l'uniformité de la section transversale diminue et la tension de filage diminue également. Le taux d'étirement maximum et le taux d'étirement naturel du fil enroulé augmentent. Après étirement, la résistance et l'allongement du fil étiré montrent également une tendance à la hausse. Par conséquent, tant que la viscosité du produit fondu ne diminue pas de manière significative, la température peut être maintenue aussi élevée que possible.

Toutefois, la température de fusion ne doit pas être trop élevée. Des températures excessivement élevées peuvent exacerber la dégradation des macromolécules du polyester, entraînant une pression de vis réduite ou fluctuante, ce qui peut provoquer des fluctuations du point de solidification des fibres, une augmentation des irrégularités du ruban et des taux d'irrégularités plus élevés dans la teinture, entre autres problèmes. De plus, cela peut entraîner une augmentation du nombre de filaments provenant de la tête d'injection, davantage de peluches et d'extrémités cassées lors de l'enroulement, ainsi qu'un allongement excessif du produit fini. Dans les cas graves, les filaments extrudés peuvent paraître discontinus et ne pas pouvoir s'enrouler correctement.

La température de fusion ne peut pas non plus être trop basse. Si la température est trop basse, la viscosité excessive augmentera la contrainte de cisaillement de la matière fondue dans la filière, provoquant une rupture de la matière fondue et une mauvaise aptitude au filage. Lorsque la température est inférieure à 280°C, la résistance et l’allongement des filaments filés sont faibles. Ce type de filament est appelé filament faible, qui a tendance à produire des peluches et des extrémités cassées lors de l'étirement, ce qui rend le fonctionnement difficile.

Dans les processus de production réels, la température de fusion fluctue souvent, ce qui peut facilement entraîner des différences de couleur dans les fibres. La fluctuation de température est généralement contrôlée dans une plage de ±1°C. Il convient de noter que différentes caractéristiques des copeaux de polyester ont des viscosités intrinsèques et des points de fusion variables, de sorte que la plage de températures de fusion sélectionnée doit également différer en conséquence. Généralement, pour une variation de viscosité intrinsèque de ±0,1, la température de fusion doit changer en conséquence de ±10°C.

Le caractère approprié de la température de fusion sélectionnée peut être évalué non seulement à partir des conditions opératoires de filage et d'étirement, ainsi que des indicateurs de qualité du fil fini, mais également en évaluant la chute de viscosité du fil sans huile. Un Δn inférieur à 0,04, avec des fluctuations minimes, est souhaitable.

La température de fusion peut être contrôlée par les températures de l'extrudeuse à vis et de la boîte de filage. De plus, les effets de la génération de chaleur par friction doivent également être pris en compte. Sur la base des fonctions fondamentales de la vis, elle peut être divisée en section d'alimentation, section de compression et section de dosage. En pratique, pour faciliter le contrôle de la température, la vis peut être divisée en plusieurs zones de contrôle du chauffage.

02 pression d'extrusion de vis

La pression d'extrusion de vis fait référence à la pression de fusion à la sortie de l'extrudeuse à vis, qui est mesurée et contrôlée par des capteurs de pression. La pression d'extrusion de vis est utilisée pour vaincre la résistance de la matière fondue dans les équipements tels que les tuyaux et les mélangeurs, garantissant ainsi qu'il existe une certaine pression de matière fondue à l'entrée de la pompe doseuse.

Selon les rapports de la littérature, la pression d'entrée de la pompe doit atteindre 2 MPa pour que la pompe doseuse puisse mesurer et produire avec précision ; sinon, cela pourrait entraîner une alimentation insuffisante ou fluctuante de la pompe, ce qui rendrait le filé plus fin ou irrégulier.

En prenant le métier à filer VC406A comme exemple, lors du filage d'un filament de 167 dtex à une vitesse de 1 000 m/min, la résistance du pipeline est de 2,6 MPa et au moins 4,6 MPa de pression d'extrusion de vis sont nécessaires sur le métier à filer pour une production normale.

En production réelle, il est nécessaire de contrôler la pression entre 6,5 et 7,5 MPa. Bien qu'une pression d'extrusion de vis plus élevée soit bénéfique pour le filage, une pression trop élevée nécessite une rotation plus rapide de la vis, ce qui augmente le reflux de la matière fondue dans l'extrudeuse et augmente la consommation d'énergie. Si la pression dépasse la plage de tolérance de pression de l'équipement, des accidents peuvent survenir.

03 Volume d'alimentation de la pompe

Le volume d'alimentation de la pompe fait référence à la masse de matière fondue délivrée par la pompe doseuse par unité de temps. La taille du volume d'alimentation de la pompe affecte directement l'épaisseur du fil filé. Le volume d'alimentation de la pompe peut être déterminé par calcul, puis ajusté en fonction des conditions réelles. La formule de calcul est la suivante :

Q = DRV/(l0000 K)

Dans la formule, Q est le volume d'alimentation de la pompe (g/min), D est la densité du fil fini (dtex), R est le taux d'étirement, v est la vitesse de filage (m/min) et K est le coefficient de contraction des fibres (généralement compris entre 1,05 et 1,10). Dans la production réelle, le volume d'alimentation de la pompe n'est pas directement contrôlé ; au lieu de cela, cela est réalisé en contrôlant la vitesse de rotation de la pompe. La vitesse de rotation de la pompe peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

N = Q/γηC

Dans la formule : n est la vitesse de la pompe doseuse (r/min), Q est le volume d'alimentation de la pompe (g/min), γ est la densité de fusion (g/cm³), η est l'efficacité de la pompe doseuse (généralement 98 %) et C est la capacité de la pompe doseuse (cm³/r).

La vitesse autorisée pour une pompe doseuse générale est de 15 à 40 tr/min, la plage optimale étant de 20 à 30 tr/min. Si la vitesse calculée est en dehors de cette plage, elle peut être ajustée en modifiant les spécifications de la pompe doseuse.

04 Pression des composants

La pression des composants est utilisée pour surmonter la résistance rencontrée par la matière fondue lors de son passage à travers la couche filtrante et les trous de filière, et elle est étroitement liée à l'uniformité de la qualité des fibres.

Lors du filage à haute pression, la pression des composants varie de 9,8 à 24,5 MPa, ce qui entraîne une meilleure qualité du fil enroulé. À mesure que la durée d'utilisation du composant augmente, les impuretés dans la couche filtrante s'accumulent progressivement, entraînant une résistance croissante et une pression du composant en constante augmentation. En termes de pression des composants, le processus prend principalement en compte la pression initiale et le taux d'augmentation de la pression.

La pression initiale fait référence à la pression mesurée 30 minutes après la stabilisation du nouveau composant lors de l'essorage, également appelée pression de démarrage. Elle est liée à la composition de la couche filtrante, au débit de la pompe, à la température de fusion et à la viscosité, et est généralement réglée entre 9,8 et 14,7 MPa.

Le taux d'augmentation de la pression fait référence au degré d'augmentation de la pression du composant par unité de temps (heure ou jour) lors d'une utilisation normale. Le taux d'augmentation quotidienne de la pression doit être inférieur à 6 %. Une augmentation rapide de la pression peut réduire la durée de vie du composant. Si la pression du composant atteint un maximum de 30 MPa, il doit être remplacé. Continuer à l'utiliser peut endommager la pompe doseuse ou provoquer une déformation du plateau de la filière ou une fuite de matériau.

05 Température, humidité et vitesse du vent de soufflage de refroidissement

Lors du filage de filaments, le soufflage latéral est généralement utilisé, avec trois paramètres principaux : la température, l'humidité et la vitesse du vent (volume d'air). De plus, il y a la répartition de la vitesse du vent sur la surface de la fenêtre à soufflage latéral.

La température de soufflage de refroidissement est comprise entre 20 et 30°C. Si la vitesse d’essorage augmente, la température de l’air doit être abaissée de manière appropriée pour accélérer le refroidissement. Actuellement, une température de 28°C est couramment utilisée.

Le coup de refroidissement doit avoir un certain niveau d'humidité pour éviter l'électricité statique générée par le frottement des filaments avec l'air sec dans le conduit, réduisant ainsi les secousses et les rebondissements du filament. Il aide également à maintenir une température intérieure constante, facilitant le transfert de chaleur et améliorant le refroidissement des filaments. De plus, cela affecte la cristallinité, l’allongement et la récupération d’humidité des filaments. Une humidité relative comprise entre 65 % et 80 % est acceptable, généralement contrôlée à environ 70 %.

La vitesse du vent (volume d'air) a un impact significatif sur la pré-orientation (biréfringence) et le taux d'étirement du fil enroulé. À mesure que la vitesse du vent augmente, la biréfringence du fil enroulé diminue, tandis que le taux d'étirement à froid augmente. Cela est dû à de meilleurs effets de refroidissement à des vitesses de vent plus élevées, qui déplacent le point de solidification vers la filière, raccourcissant la zone de déformation et affaiblissant l'effet d'orientation d'étirement sur la matière fondue avant solidification.

De plus, des vitesses de vent plus élevées peuvent améliorer l’uniformité des colorants et réduire les variations de densité linéaire, tout en atténuant les interférences du flux d’air extérieur. Cependant, si la vitesse du vent dépasse un certain niveau, les filaments peuvent trembler et devenir turbulents, augmentant ainsi l'effet de refroidissement sur la surface de la filière et pouvant conduire à une augmentation de la variabilité des indicateurs de qualité du produit. Les vitesses du vent de refroidissement pour les filaments de différentes densités linéaires sont indiquées dans le tableau.

De plus, la vitesse du vent doit être stable, car les fluctuations peuvent augmenter l'irrégularité du diamètre du filament. Cette irrégularité est l’une des principales causes d’incohérences de teinture et de variations de résistance à la traction. Les courbes de distribution de la vitesse du vent prennent généralement trois formes : linéaire uniforme, courbe et en forme de S, linéaire et courbe étant les plus courantes. Pour maintenir la température de la surface de la filière, certaines configurations incluent une zone de refroidissement à l'intérieur de la fenêtre de filature, l'ouverture inférieure étant isolée à l'aide de panneaux d'amiante. Lors d’une production normale, il est essentiel de bien positionner les panneaux isolants.

06 Vitesse d'enroulement

La vitesse de bobinage est un facteur important affectant la pré-orientation du fil enroulé. Plus la vitesse d'enroulement est élevée, plus le degré de pré-orientation est élevé, mais le taux d'étirement ultérieur a tendance à être plus faible. Même si la productivité de la broche augmente avec la vitesse de bobinage, elle ne le fait pas dans une proportion linéaire.

Dans des conditions optimales, la vitesse de bobinage doit être maximisée, car cela augmente non seulement l'efficacité de la production, mais améliore également la qualité du fil. Selon les données disponibles, la vitesse de bobinage optimale pour le filage conventionnel se situe entre 900 et 1 200 m/min.

Le rapport entre la vitesse d'enroulement et la vitesse d'éjection de la matière fondue est appelé rapport d'étirement de la filière. Une augmentation du taux d'étirement de la filière entraîne une diminution du taux d'étirement ultérieur. Le rapport d'étirement de la filière peut être calculé à l'aide de l'équation (9-9).

Dans l'équation, R′R'R′ représente le rapport d'étirement de la filière, vvv est la vitesse d'enroulement (cm/min), γgammaγ est la densité de fusion (g/cm³), ddd est le diamètre du trou de filière (cm), nnn est le nombre de trous de filière et QQQ est le débit de la pompe (g/min).

07 Fréquence de va-et-vient du dispositif de fil guide à déplacement transversal

La fréquence de mouvement alternatif du dispositif de fil guide à déplacement transversal détermine la taille de l'angle d'enroulement de la bobine et affecte la tension d'enroulement, ce qui en fait un facteur clé pour obtenir une bonne formation d'enroulement. En production, l'angle d'enroulement couramment utilisé se situe généralement entre 6° et 7°. La fréquence de réciprocité peut être calculée à l'aide de l'équation (9-10).

Dans l'équation, NNN représente la fréquence de mouvement alternatif (cycles/min), αalphaα est l'angle d'enroulement (°), HHH est la course du guide-fil (m) et vvv est la vitesse d'enroulement (m/min).

Pour éviter une mauvaise formation d'enroulement provoquée par des fils qui se chevauchent, la fréquence de mouvement alternatif du dispositif de fil de guidage à déplacement transversal doit être modifiée périodiquement. La plage de variation est appelée amplitude, tandis que la durée de la variation est appelée période. L'amplitude est généralement réglée entre ±15 et 25 cycles/min et la période est généralement comprise entre 15 et 25 secondes. Lorsque la vitesse d'enroulement augmente, l'amplitude et la période doivent être réduites de manière appropriée.

08 Rotation des rouleaux et concentration d'huile

La quantité d'huile appliquée sur le fil enroulé détermine directement la teneur en huile du multifilament fini. Une concentration d’huile plus élevée et une vitesse de rotation plus rapide des rouleaux conduisent toutes deux à une application accrue d’huile. La quantité d'huile appliquée dépend de l'utilisation finale du fil : pour les fils tissés, elle est de 0,6 % à 0,7 % ; pour les fils tricotés, de 0,7 % à 0,9 % ; et pour les fils élastiques, de 0,5 % à 0,6 %. La vitesse de rotation des rouleaux est typiquement comprise entre 10 et 20 tr/min, avec une concentration en huile de 10 % à 16 %.

Pour garantir une application uniforme de l’huile, la vitesse de rotation du rouleau et la concentration d’huile doivent être coordonnées. Si la concentration d'huile augmente et que la vitesse du rouleau diminue, l'huile aura de meilleures propriétés d'éclaboussure et de diffusion mais une moins bonne adhérence. À l’inverse, si la concentration d’huile diminue et que la vitesse du rouleau augmente, les propriétés d’éclaboussure et de diffusion seront moins bonnes, tandis que l’adhérence s’améliorera.

L'huile de filage doit être préparée sous forme d'émulsion d'une concentration spécifique avant utilisation. L'huile préparée doit être uniforme et avoir une forte transparence.