1 3 Polyéthylène haute densité

Le polyéthylène haute densité (PEHD) produit à partir de l’éthylène, présente une structure moléculaire simple de n répétitions du motif CH2-CH2, comme illustré Figure B-3. Ce

polymère largement utilisé pour son faible coût présente des avantages tels que sa résistance aux chocs, à l’abrasion et aux températures. Les principales caractéristiques de ce polymère sont répertoriées dans le Tableau B-3.

Le PEHD utilisé dans la suite des travaux est le Dow (Dow Chemical Company).

Tableau B-3. Propriétés du PEHD [4]

Propriétés Valeurs

Propriétés mécaniques Masse volumique 0,96 g/cm3

Contrainte à la rupture en traction 28 MPa

Allongement à la rupture 1200 %

Températures types Transition vitreuse -110 °C

Fusion 140°C

I. 2. Procédé de filage monocomposant en voie fondue

Le filage consiste à mettre en œuvre le polymère sous forme de filaments en le faisant passer à travers une filière composée de plusieurs trous de géométries et diamètres identiques afin d’assurer une bonne régularité. Les filaments peuvent être produits selon deux catégories de procédés :

- Les procédés de filage demandant au préalable une étape d’extrusion pour convoyer le polymère à l’état fondu vers les filières : filage en voie fondue, melt électro-spinning et filage à l’état de gel.

- Les procédés de filage où le polymère est préalablement mis en solution avant d’être amené aux filières : filage en voie solvant et électro-spinning.

Dans ce mémoire, les multifilaments monocomposants de polymères sont produits sur un pilote de filage en voie fondue dont le principe est schématisé Figure B-4. Avant le filage en voie fondue, les polymères sont étuvés plusieurs heures afin d’éliminer l’humidité et ainsi faciliter le procédé de filage. Les granulés sont par la suite introduits dans la trémie d’alimentation par le haut du pilote de filage. Une extrudeuse monovis permet de fondre et de convoyer le polymère vers les filières. L’extrusion se fait sous différents profils de température, ajustables en fonction des caractéristiques rhéologiques des polymères. Cette étape d’extrusion permet de fondre les granulés et de les mettre sous pression avant le passage au travers des filières.

Le polymère est, par la suite, convoyé vers les têtes de filières à l’aide d’une pompe volumétrique. Ce premier organe, qu’atteint le polymère fondu en sortie d’extrudeuse, permet d’assurer un débit constant de matière, selon une vitesse de rotation en rapport avec le matériau polymère. Le passage au travers des filières, illustrées Figure B-5, permet de mettre en forme les filaments selon la morphologie souhaitée. Il est possible de choisir le diamètre et la géométrie des trous afin d’obtenir des filaments pleins ou creux. A noter que le diamètre des trous ne conditionne pas le diamètre des filaments qui dépend du comportement de gonflement du polymère en sortie de filière (Die Swell).

Figure B-4. Principe schématisé du procédé de filage monocomposant par voie fondue

Figure B-5. Photo filières

En sortie de filière, les multifilaments sont rapidement refroidis à l’aide de jets d’air à température ambiante propulsés dans le sens transversal à la production afin de solidifier le polymère. Les multifilaments passent ensuite dans une gudulette d’ensimage. Nous utilisons un mélange d’huile et d’eau comme ensimage. Cette étape permet de lubrifier les filaments pour faciliter le glissement de ces derniers sur les différentes parties métalliques du pilote de filage, et également d’éliminer l’effet électrostatique des frottements et enfin de donner de la cohésion entre les filaments.

Après un passage dans la gudulette, les filaments passent sous le rouleau R0 permettant de les

convoyer vers le rouleau d’alimentation (R1) puis le rouleau d’étirage (R2) avant d’être

bobiné. L’étape d’étirage est réalisée afin d’ajuster et optimiser les propriétés physiques, mécaniques et thermiques en orientant les chaînes macromoléculaires parallèlement à l’axe de

la fibre. Afin d’être étiré, le polymère doit se trouver à l’état caoutchoutique. Pour cela, les rouleaux d’alimentation et d’étirage peuvent être chauffés différemment en fonction du polymère. Les vitesses des deux rouleaux R1 et R2 sont ajustables et comprises entre 1 m/min

et 3000 m/min. Le taux d’étirage, noté λ, appliqué aux filaments est donc le ratio de la vitesse du rouleau d’étirage (VR2) sur celle du rouleau d’alimentation (VR1), avec VR1< VR2. Afin de

permettre un étirage correct, les multifilaments sont enroulés plusieurs fois sur R1 et R2.

Le titre du multifilament en fin de bobinage est calculé selon l’Équation B-1. 𝑇𝑖𝑡𝑟𝑒 = 𝑉𝑝× 𝑑 × 𝐷𝑝

𝑉_𝑅2 × 1000

Équation B-1

Avec le titre en Tex (g/km), 𝑉_𝑝 la vitesse de la pompe volumétrique (tr/min), 𝑑 la masse volumique du polymère (g/cm3), 𝐷_𝑝 le débit de la pompe volumétrique (cm3/tr) et enfin 𝑉_𝑅2la vitesse du rouleau d’étirage 𝑅2 (m/min).

Le filage monocomposant en voie fondue présenté dans ce mémoire a été réalisé sur le pilote de filage Spinboy I, fabriqué par Busschaert Engineering (Outrijve, Belgique).

I. 3. Procédé de filage en voie fondue de multicomposant

Le filage bicomposant ou tricomposant permet l’obtention de filaments constitués d’un à trois matériaux polymères différents, associés selon une géométrie spécifique.

La mise en œuvre des filaments bicomposants et tricomposants utilise le même principe de base du filage monocomposant, mais sur plusieurs profils de filage différents. La ligne de filage, schématisée Figure B-6, est constituée de trois extrudeuses monovis identiques. Suivant le même principe d’extrusion que présenté précédemment pour le filage mono- composant, les polymères sont fondus, mis sous pression et convoyés séparément vers un pack de filage spécifique, composé de différents blocs, dont un de répartition qui recueille les matériaux de chaque extrudeuse. La morphologie du filament est ajustée selon la géométrie des plaques de distributions situées avant le passage par la filière, comme schématisé Figure B-7.

Figure B-7. Schéma du pack de filage multicomposant breveté par Hills Technologie [5]

A l’aide de cette technologie brevetée en 1992 par Hills [5], il est possible de produire des filaments bicomposants de différentes morphologies, comme illustrées Figure B-8.

Figure B-8. Morphologies de filament bicomposant

Une partie du projet Autonotex sera basée sur le filage de bicomposant et tricomposant gaine/cœur, comme schématisé Figure B-9.

Figure B-9. Morphologies filaments bicomposants et tricomposants de type gaine/cœur

Côte-à-côte Ile-en-mer Segmenté Gaine/cœur Gaine/cœur Gaine/centre/cœur Plaques de distribution Bloc de répartition Filière

Le filage en voie fondue des multicomposants présenté dans ce mémoire a été réalisé sur la ligne de filage Hills Incorporation présente au Centre Européen des Textiles Innovants (CETI), membre du projet Autonotex.