Procédé de production de fibres phénoplastes

Description

[0001] L'invention est relative à un procédé de production de fibres à partir de résines phénoplastes de type résol.

[0002] La formation de fibres à partir de résines phénoplastes est à l'heure actuelle une technique complexe qui comprend des étapes relativement longues et malaisées à mettre en oeuvre. Ces techniques sont cependant appliquées car elles permettent d'obtenir des produits dont les qualités, en particulier vis-à-vis de la résistance au feu, sont remarquables.

[0003] Les résines phénoplastes sont obtenues par polycondensation d'un phénol et d'un aldéhyde. Le plus couramment les phénoplastes proviennent de la condensation du phénol et du formol. Dans la suite de la description, nous nous référerons essentiellement à ces résines phénoplastes à base de phénol et formol, mais les caractéristiques de l'invention font que celle-ci peut s'appliquer à toutes les résines phénoplastes pour autant qu'elles présentent les propriétés dont il sera question plus loin.

[0004] Traditionnellement, on distingue deux types de résines phénoplastes qui sont désignés sous les noms génériques de "novolaques" et de "résols". Ces dénominations recouvrent des produits qui à la fois par leur mode de préparation, leur structure et certaines de leurs propriétés différent sensiblement.

[0005] De façon simplifiée les novolaques sont obtenues par polycondensation d'un excès de phénol par rapport à la quantité de formol utilisée, en présence d'un catalyseur acide. La résine préparée, qui est thermofusible, est réticulable à l'aide d'un agent de réticulation tel que l'hexaméthylène tétramine ou le paraformaldéhyde en présence d'un catalyseur acide. La réticulation est accélérée par une élévation de la température.

[0006] Toujours de façon simplifiée, les résols proviennent de la polycondensation d'un excès de formol par rapport à la quantité de phénol utilisée, en présence d'un catalyseur basique. La formation de la résine qui est accélérée lorsque la température s'élève est difficile à maîtriser. Elle aboutit à des produits très divers selon les conditions opératoires et notamment selon la durée de la réaction. Si la réaction n'est pas stoppée elle se poursuit jusqu'à la formation d'un produit solide qui est infusible et donc n'est pas filable. Pour maintenir la résine dans des conditions dans lesquelles elle peut être travaillée, il convient de bloquer la réaction par un abaissement de température et/ou neutralisation du mélange. On obtient alors une résine en solution dont les caractéristiques, notamment de viscosité, varient selon le degré d'avancement de la réaction. La résine est réticulable et la réticulation peut être accélérée en présence d'un catalyseur acide. La réticulation est d'autant plus rapide que la température est plus élevée.

[0007] En pratique, à l'heure actuelle, seules les résines phénoplastes du type novolaque sont utilisées pour la production de fibres. On ne connait pas en effet de technique permettant de produire de façon avantageuse des fibres à partir de résols.

[0008] La production des fibres de novolaque est obtenue traditionnellement par fusion de la résine thermofusible suivie du fibrage et du traitement en milieu aqueux ou gazeux avec l'agent de réticulation et le catalyseur.

[0009] Ce traitement aboutissant à la réticulation est très long en raison de la nécessité de faire diffuser l'agent de réticulation et le catalyseur dans la fibre de résine solidifiée. Il peut s'étendre sur plusieurs heures.

[0010] Il a été proposé d'accélérer le traitement en procédant à la formation des fibres à partir d'un mélange de la résine novolaque fondue avec l'agent de réticulation. Néanmoins la réticulation en phase gazeuse acide à température élevée et sous pression, qui fait suite au fibrage dans cette technique, est une opération délicate et qui se prête difficilement à un fonctionnement continu nécessaire pour des productions de grandes quantités dans des conditions économiques.

[0011] Dans le cas des résols, l'opération aboutissant à la formation des fibres est particulièrement délicate. Contrairement aux novolaques pour lesquelles le refroidissement après passage du mélange fondu dans la filière conduit à des fibres en quelque sorte figées et bien individualisées, même si la réticulation est à peine commencée, le fibrage opéré avec un résol dans un état convenant au filage, c'est-à-dire un résol dont l'évolution a été stoppée à un degré de condensation tel que la viscosité soit satisfaisante, conduit à la production de fibres non stabilisées qui restent collantes.

[0012] Il est également connu par la publication de brevet français FR 2 383 249 un procédé de production de fibres phénoplastes, et notamment de fibres à base de résine urée-formaldéhyde. Selon ce procédé, on prépare une composition comprenant la résine et un catalyseur de réticulation en ajustant sa viscosité avant son introduction dans une filière centrifuge, et les conditions de fibrage, liées à la nature de la composition à fibrer sont telles que la formation des fibres, leur séchage et leur réticulation sont effectués en trois étapes distinctes et successives. Ces conditions ne sont pas adaptées aux résines résols.

[0013] L'invention se propose de fournir un procédé de production de fibres à partir de résols.

[0014] A cette fin, selon l'invention, la résine utilisée, la nature et les proportions des produits éventuellement ajoutés, notamment un catalyseur de réticulation, sont choisies pour constituer un mélange dont les caractéristiques, notamment de viscosité, conviennent pour la formation de fibres par passage dans une filière.

[0015] La composition à fibrer dont les conditions de viscosité sont éventuellement ajustées par addition de solvants est immédiatement dirigée vers un organe faisant office de filière et qui est constitué par un centrifugeur. La composition introduite dans le centrifugeur recouvre la paroi périphérique intérieure du centrifugeur. Cette paroi est percée d'orifices par lesquels passe la composition. Cette dernière est projetée hors des orifices sous forme de minces filaments qui s'étirent en fibres et les orifices sont de dimensions telles que chacun d'eux donne naissance à une fibre distincte. Les conditions déterminant la cinétique de maturation des fibres formées, notamment le choix du catalyseur éventuel et de ses proportions, et les conditions de température de l'atmosphère environnante dans laquelle sont projetées les fibres, sont choisies de façon qu'au cours de leur trajectoire dans cette atmosphère jusqu'à leur réception, les fibres soient suffisamment réticulées et séchées pour garder une forme propre et ne collent pas les unes aux autres.

[0016] Une des principales difficultés rencontrées dans la formation des fibres à partir de résols est liée au fait qu'il faut utiliser des compositions très instables. Le problème ne se pose pas dans le cas des novolaques. Pour ces dernières, leur caractère thermofusible permet de conduire de façon entièrement distincte la formation des fibres d'une part et la réticulation de la résine d'autre part. D'une certaine façon dans la production de fibres novolaques, la stabilité de la résine est largement mise à profit. Pour les résols, les compositions en solution ne permettent pas une séparation des deux opérations. La formation des fibres doit donc se dérouler en même de temps que processus de réticulation-séchage conduisant à des fibre "stabilisées".

[0017] Par ce qualificatif nous désignons dans ce mémoire des fibres dont l'évolution est suffisante pour leur permettre de conserver une forme propre même si les qualités mécaniques finales des fibres complètement réticulées ne sont pas encore atteintes. En outre, l'état de surface des fibres est tel qu'elles ne risquent plus de coller les unes aux autres lorsqu'elles sont rassemblées et donc au contact les unes des autres. La "stabilité" des fibres s'apprécie bien entendu par rapport aux conditions qui sont celles de leur préparation. Au cours de cette production, comme nous le verrons dans la suite, les fibres ne sont soumises qu'à des contraintes mécaniques limitées.

[0018] En d'autres termes, la préparation des fibres résols est soumise à des exigences contradictoires. D'une part il peut paraître souhaitable de former un mélange capable d'accélérer le processus d'évolution, et d'autre part lorsqu'un tel mélange est effectivement réalisé, il est difficile de contrôler suffisamment l'évolution de façon à maintenir le mélange dans des conditions adéquates pour le passage dans une filière et l'étirage des fibres.

[0019] Pour pouvoir fibrer les compositions utilisées selon l'invention et compte tenu du fait qu'elles évoluent rapidement vers un état dans lequel précisément elles ne pourraient plus servir à la formation des fibres, il faut faire en sorte que le mélange formé soit très rapidement utilisé.

[0020] Selon l'invention, on procède donc à la formation du mélange au fur et à mesure de son utilisation. Une fois le mélange constitué, les moyens utilisés pour produire les fibres doivent retenir ce mélange un temps aussi court que possible.

[0021] Le choix d'un procédé utilisant un centrifugeur faisant office de filière répond bien à ces conditions.

[0022] La quantité de composition maintenue dans le centrifugeur peut être extrêmement faible. Elle peut correspondre à la quantité passant en quelques secondes, de sorte que le temps de séjour moyen soit très court et que l'on ne risque pas de "figer" la composition avant son passage par les orifices.

[0023] Les fibres étant projetées hors du centrifugeur, il faut les stabiliser le plus vite possible. L'intervalle de temps séparant l'apparition des fibres à la sortie du centrifugeur de leur dépôt sur l'organe collecteur est nécessairement limité par les dimensions de l'installation utilisée.

[0024] Pour obtenir une stabilisation de la résine, il convient à la fois dans ce court laps de temps de sécher et de réticuler les fibres. Pour ces deux processus, il est avantageux de chauffer l'air environnant le centrifugeur. Toutefois, la température de traitement est limitée. Même si les fibres ne sont pas à proprement parler "thermofusibles" comme le sont les fibres novolaques non réticulées, elles sont sensibles à la chaleur. Nous le verrons par la suite, cette propriété est avantageusement utilisée pour "refondre" superficiellement les fibres et procéder ainsi à ce que l'on nomme un auto- liage. La vigueur du traitement thermique que peuvent subir les fibres est surtout limitée en raison du risque d'apparition de bulles par évaporation trop brutale de l'eau ou des solvants présents dans la composition à l'origine.

[0025] La formation de ces bulles n'est pas souhaitable. Les bulles rompent l'homogénéité de la structure des fibres et nuisent notamment à leur propriétés mécaniques.

[0026] Pour cette raison, la température des fibres dans l'atmosphère environnant le centrifugeur est de préférence maintenue inférieure à la température d'ébullition de l'eau, ou du mélange eau/solvant, présents dans la composition. Pour les mélanges les plus utiles qui sont présentés de façon plus détaillée dans la suite, la température à ne pas dépasser correspond approximativement à celle d'ébullition de l'eau. Pour éviter tout risque d'apparition des bulles la température des fibres, au moins dans la région la plus voisine du centrifugeur, ne dépasse pas 80° C.

[0027] La température de l'atmosphère elle-même peut être sensiblement supérieure à celle des fibres par suite du refroidissement provoqué sur celles-ci par l'évaporation. Nous verrons dans les exemples que la température des gaz peut atteindre et même dépasser 200° C.

[0028] Il est possible de prévoir un traitement thermique progressif. Par exemple, les fibres sont soumises à une température qui croit lorsqu'elles s'éloignent du centrifugeur. Dans cette hypothèse, les échanges s'effectuant très rapidement en raison de la finesse des fibres, la réticulation progressant et le séchage s'effectuant, il est possible d'atteindre dans les zones éloignées du centrifugeur des températures supérieures aux températures limites indiquées ci-dessus.

[0029] Dans tous les cas les conditions de traitement thermique et de séchage sont améliorées par circulation d'air sur les fibres. Le courant gazeux chaud est de préférence animé d'une vitesse relativement faible losrqu'il est dirigé transversalment au sens de projection des fibres hors du centrifugeur pour éviter de rabattre trop tôt les fibres les unes sur les autres alors qu'elles ne sont pas encore parfaitement stabilisées.

[0030] Dans les conditions opératoires qui seront détaillées ultérieurement en faisant référence au dispositif utilisé, nous verrons que les fibres sont maintenues un temps relativement court dans les conditions qui favorisent leur stabilisation avant qu'elles ne soient rassemblées. Dans ce temps qui est de l'ordre de la seconde, la stabilisation des fibres est obtenue grâce aux conditions de traitement qui viennent d'être précisées, mais aussi par un choix de compositions particulièrement approprié.

[0031] Les conditions à respecter dans ce sens sont d'abord liées à la nature de la résine. Elles dépendent aussi dans une moindre mesure des autres constituants du mélange.

[0032] Il convient tout d'abord que la résine ou le mélange résinecatalyseur, présente une viscosité convenable pour le mode de formation des fibres envisagé. Expérimentalement, en tenant compte des variations possibles de force centrifuge et aussi de dimensions des orifices du centrifugeur, une viscosité de l'ordre de 500 à 30000 mPas et de préférence de 1500 à 10000 mPas est avantageusement choisie. Dans ces conditions de viscosité, la résine ou le mélange n'est ni trop fluide, ce qui conduirait à une rupture prématurée des filaments engendrant des gouttelettes et/ou des produits insuffisamment étirés, ni trop visqueux, ce qui obligerait à l'utilisation d'orifices relativement gros et les fibres obtenues ne répondraient pas aux caractéristiques de finesse ordinairement recherchées.

[0033] La viscosité de la composition utilisée est déterminée en premier lieu par celle de la résine, elle-même dépendant de la façon dont la résine est préparée. Il faut ainsi prendre en considération le temps et la température de réaction, ainsi que le rapport molaire du formol et du phénol de départ. La condensation devant être interrompue lorsque la viscosité convenant au filage est atteinte. La viscosité de la résine peut cependant être modifiée par l'adjonction de solvants. La résine utilisée présente de préférence une masse moléculaire comprise entre 100 et 1000 et plus particulièrement entre 400 et 800. On prépare de préférence la résine à partir de phénol et de formaldéhyde introduits dans un rapport molaire du formol au phénol compris entre 1,3 et 1,7.

[0034] Dans la préparation de la composition, lorsqu'on ajoute un catalyseur il est aussi nécessaire de tenir compte de son influence. Celui-ci est ordinairement introduit en solution, notamment aqueuse.

[0035] Les résols sont peu miscibles à l'eau. Pour obtenir un mélange homogène, ce qui est indispensable pour la régularité du fibrage, un tiers solvant est avantageusement utilisé en quantité aussi faible que possible. On utilise comme tiers solvant un composé à la fois miscible à l'eau et à la résine et qui soit susceptible de s'éliminer facilement lors du traitement ultérieur des fibres. Avantageusement le tiers solvant est un alcool, notamment du méthanol.

[0036] Eventuellement la viscosité de l'ensemble ajouté à la résine peut être réglée elle aussi pour éviter qu'au moment du mélange on n'observe une trop forte modification de la viscosité.

[0037] Lorsqu'on souhaite modérer le catalyseur, il est possible d'introduire simultanément des agents épaississants, par exemple des glycols, et de préférence du di- ou du triéthylèneglycol. Au lieu de modérer le catalyseur en le diluant avec de l'eau, ce qui conduit à une trop grande fluidité d'une part, et d'autre part nécessite la présence d'une grande quantité de tiers solvants, on introduit ces agents épaississants qui tout en permettant d'atteindre une viscosité finale plus élevée, favorisent également l'homogénéisation du mélange.

[0038] Les catalyseurs de réticulation utilisés sont des acides forts, minéraux ou organiques, seuls ou en mélange. On utilise de préférence des acides tels que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique ou l'acide chlorhydrique et leurs mélanges en solution aqueuse.

[0039] L'utilisation d'un catalyseur en solution permet une bonne dispersion de celui-ci au sein de la résine sous la réserve que la miscibilité ait été assurée comme nous l'avons indiqué ci-dessus. La dispersion du catalyseur dans la résine est un élément déterminant pour la façon dont la réticulation s'opère. Une bonne dispersion favorise bien entendu une réticulation rapide et homogène, ce qui est souhaitable dans les conditions utilisées selon l'invention.

[0040] Les caractéristiques des compositions filables utilisées selon l'invention peuvent être encore modifiées pour améliorer la formation et l'étirage des fibres.

[0041] Il est connu d'utiliser dans ce sens des petites quantités (moins de 2 % en poids) de polyoxyoléfines à très longues chaînes qui favorisent l'étirage des fibres sans rupture, même pour des diamètres extrêmement fins. Des produits de ce type sont par exemple ceux commercialisés sous le nom "POLYOX" (arque déposée).

[0042] Il est également usuel dans les procédés de formation de fibres à partir de résines synthétiques d'ajouter de faibles proportions d'un agent tensio-actif, toujours pour améliorer les caractéristiques lors du fibrage, et éviter notamment les ruptures capillaires précoces. De préférence, ce sont des tensio-actifs non ioniques, tels les alcools gras de sorbitan ou cationiques, qui présentent une meilleure stabilité en milieu acide. Des agent tensio-actifs préférés sont ceux commercialisés sous les noms "TWEEN" et "SPAN" (marques déposées). Ils sont introduits dans la composition à raison de 0,5 à 3 % en poids.

[0043] D'autres caractéristiques de l'invention apparaissent dans la suite de la description qui fait référence aux planches de dessins dans lesquelles:

- la figure 1 est une vue schématique partiellement en coupe d'une installation pour la formation de fibres selon l'invention,

- la figure 2 montre en coupe la structure d'un centrifugeur utilisé selon l'invention,

- la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un centrifugeur à plusieurs rangées d'orifices.

[0044] L'installation schématisée à la figure 1 est particulièrement représentative de celles qui peuvent être utilisées selon l'invention. On y effectue la mise en condition de la composition, le fibrage de cette composition et la stabilisation des fibres formées.

[0045] La resine préalablement préparée et contenant éventuellement les divers additifs de fibrage est placée dans un réservoir 1 dans lequel elle est maintenue à un température qui permet sa conservation.

[0046] La résine à l'état liquide prélevée dans le réservoir 1 par des moyens appropriés à son état: pompe, vis, etc... est conduite en quantité déterminée dans un mélangeur 2. Le mélangeur reçoit également éventuellement en quantités dosées le catalyseur provenant d'un réservoir tel que représenté en 24.

[0047] L'opération de mélange est très vigoureuse pour obtenir une composition aussi homogène que possible.

[0048] Le volume offert dans le mélangeur est faible pour que la composition y séjourne un temps aussi bref que possible. La composition est ensuite envoyée directement dans le dispositif de centrifugation.

[0049] Pour réduire le temps séparant l'opération de mélange de celle de formation des fibres, la canalisation 8 conduisant la composition à fibrer dans le dispositif de centrifugation est aussi courte que possible. Autrement dit, le mélangeur 2 est situé avantageusement à proximité du dispositif de centrifugation.

[0050] La formation des filaments à partir de la composition est conduite dans un dispositif de centrifugation représenté aux figures 1 et 2.

[0051] Le dispositif comprend un centrifugeur 3 fixé sur un arbre 4 lequel est entraîné en rotation par un moteur électrique 5 par l'intermédiaire de courroies 6. L'arbre 4 est monté sur des roulements 7.

[0052] L'arbre 4 est creux. La canalisation 8 conduisant la composition au centrifugeur est logée dans cet arbre.

[0053] Le dispositif de centrifugation lui-même comprend un panier 9 sur le fond duquel la composition est déversée. Le panier est percé sur sa paroi périphérique 10 d'orifices 11 régulièrement espacés.

[0054] Sous l'effet de la rotation, la composition atteint la face intérieure de la paroi 10 et s'échappe par les orifices 11 sous forme de gros filets de composition, qui sont projetés sur la paroi périphérique 12 du centrifugeur proprement dit 3.

[0055] La présence du panier 9 permet une première égalisation de la distribution de la composition sur la paroi intérieure périphérique du centrifugeur. L'utilisation d'un panier est d'autant plus avantageuse que le centrifugeur est de plus grande dimension. Pour un centrifugeur de grand diamètre, la distribution "naturelle" de la composition risque davantage d'être déséquilibrée. Il est très important pour la qualité des fibres d'avoir en tout point du centrifugeur une même "réserve", c'est-à-dire une même épaisseur de composition pour que les conditions de centrifugation soient partout les mêmes et donc que les fibres soient formées dans les mêmes conditions.

[0056] La composition qui forme la réserve s'échappe du centrifugeur par les orifices 14 disposés à la périphérie.

[0057] Les orifices 14 ont des dimensions telles que chacun d'eux donne naissance à une seule fibre qui est ensuite projetée dans l'atmosphère environnante.

[0058] Le profil interne du centrifugeur est déterminé de façon à faciliter l'écoulement de la composition. Dans la forme présentée à la figure 2, les orifices sont précédés d'une partie de section triangulaire 15 qui conduit la composition vers les orifices 14. Ce profil évite notamment la stagnation de composition dans des angles morts, stagnation qui pourrait aboutir à des dépôts de résines réticulées.

[0059] La figure 2 montre un centrifugeur comportant une seule rangée d'orifices 14. Il est bien entendu possible d'utiliser un centrifugeur comportant plusieurs rangées d'orifices, comme cela est représenté à la figure 3. Il convient dans ce cas, de choisir la distance entre deux rangées successives de façon que les fibres formées ne risquent pas de se recoller avant d'être stabilisées. La distance entre deux orifices d'une même rangée est choisie également de façon à éviter que les fibres ne se recollent les unes aux autres.

[0060] Le profil du centrifugeur à plusieurs rangées d'orifices représenté à la figure 3 comprend également sur la face interne des rainures 26 dont la section va en diminuant lorsqu'on approche des orifices 14, lesquelles permettent une bonne circulation du matériau à fibrer vers chaque rangée d'orifices.

[0061] La quantité de composition dans le panier et le centrifugeur est maintenue au minimum nécessaire pour alimenter sans discontinuité les orifices 14. Pour la qualité et la régularité des fibres la "réserve" doit couvrir convenablement les orifices 14. Cette réserve doit cependant être faible pour écourter le temps de séjour.

[0062] En pratique, lorsque les conditions de fonctionnement sont bien établies, il est possible de faire en sorte qu'entre le début du mélange des constituants de la composition et la formation des fibres au passage des orifices 14 du centrifugeur, le temps soit inférieur à une minute et aussi faible qu'une dizaine de secondes. Dans ces conditions, même si la réaction de réticulation suit une cinétique rapide, l'évolution dans ce court laps de temps n'est pas telle qu'elle puisse faire obstacle au fibrage.

[0063] La composition est projetée hors du centrifugeur sous forme de filaments dont les dimensions sont déterminées par celles des orifices. Ordinairement, compte tenu des viscosités de la composition qui ont été indiquées précédemment et pour obtenir des fibres fines de l'ordre de 20 micromètres ou moins, les orifices ont un diamètre avantageusement inférieur à 1 mm et de préférence compris entre 0,2 et 0,8 mm. Pour des diamètres plus importants, et si les autres conditions demeurent inchangées, les fibres produites sont plus grosses. Pour retrouver des fibres plus fines, il est alors nécessaire d'effectuer une centrifugation plus violente et/ou de réduire le débit de composition par orifice.

[0064] A l'origine les fibres sont projetées et s'étirent sensiblement dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation du centrifugeur. Elles se développent en spirales qui peuvent s'étendre à des distances relativement importantes du centrifugeur lorsque l'accélération initiale est élevée. La trajectoire des fibres dans le plan qui peut atteindre un mètre ou plus, est habituellement limitée pour des raisons d'encombrement de l'enceinte de réception 19.

[0065] Dans le cas représenté, la trajectoire des fibres est limitée par soufflage d'un courant gazeux le long des parois 16, suffisamment intense pour rabattre les fibres avant qu'elles n'atteignent ces parois. Le soufflage peut être effectué par exemple au moyen d'une série de buses 18 disposée le long d'un conduit 17 d'alimentation en air comprimé. Les buses 18 sont de préférence suffisamment proches les unes des autres pour que les jets fusionnent très rapidement et constituent une nappe gazeuse pratiquement continue qui fait obstacle au passage des fibres.

[0066] La modification de la trajectoire des fibres imposée par le courant gazeux longeant la paroi 16 introduit certaines turbulences dans le mouvement qui se développe jusque là de façon très régulière. L'observation stroboscopique fait apparaître en effet que dans leur trajectoire jusqu'au voisinage de la paroi 16, les spirales de fibres se développent très régulièrement. Autrement dit les fibres, à ce stade de leur formation, progressent en restant bien individualisées. Le traitement selon l'invention qui aboutit à la stabilisation des fibres commence au cours de cette progression.

[0067] Les fibres dés le début de leur trajet vers la paroi 16 de l'enceinte de réception 19, sont soumises au traitement thermique qui permet d'accélérer sensiblement la cinétique de réticulation du mélange et favorise l'élimination d'eau et/ou de solvants présents dans les fibres.

[0068] Ce traitement thermique est avantageusement obtenu au moyen de courants gazeux chauds disposés sur la trajectoire des fibres entre la sortie du centrifugeur et le point où elles sont rabattues. Les cou, rants gazeux chauds sont dirigés sur la trajectoire des fibres avec une vitesse et à une température telles que l'on puisse limiter au maximum la modification de trajectoire et, par suite, les risques de collage des fibres non encore stabilisées.

[0069] Le rôle de ces gaz est d'abord de maintenir les fibres à une température favorable à la réticulation et au séchage. Etant donné la faible inertie thermique des fibres dans les conditions de finesses dans lesquelles elles se trouvent, les échanges thermiques sont quasi instantanés, indépendamment de la vitesse de circulation des gaz.

[0070] Pour éviter une modification importante de la trajectoire des fibres, la vitesse des gaz est de préférence maintenue inférieure à 20 m/s.

[0071] Nous avons vu plus haut qu'il pouvait être avantageux de soumettre les fibres à différentes conditions de température sur leur trajet. La figure 1 présente une double alimentation en gaz chauds. Ces deux alimentations sont faites à partir de chambres 20 et 21 disposées de façon concentrique autour du centrifugeur. Les chambres 20 et 21 sont alimentées par un ou plusieurs brûleurs à gaz par l'intermédiaire de canalisations non représentées. Elles sont séparées de l'enceinte de réception 19 par des grilles 22 largement ouvertes laissant passer les gaz à faible vitesse.

[0072] L'installation représentée comporte deux chambres d'émission de gaz chauds, il est bien entendu possible de régler la température des gaz de ces deux chambres indépendamment l'unes de l'autre. Il est aussi possible de prévoir un nombre plus important de chambres d'émission des gaz pour contrôler encore mieux la progression des conditions de traitement des fibres.

[0073] Il est préférable, de faire en sorte que les gaz émis sur le trajet des fibres ne viennent pas directement au contact du centrifugeur. En effet, dans ce cas, il faut éviter un échauffement qui pourrait aboutir à une modification prématurée de la composition dans le centrifugeur.

[0074] Pour la même raison, il peut être avantageux de protéger le centrifugeur contre la chaleur provenant de la chambre 20 voisine en interposant par exemple un serpentin 25 entourant l'arbre 4 et le sommet du centrifugeur, et dans lequel circule de l'eau de refroidissement.

[0075] La longueur de la trajectoire nécessaire avant de rassembler les fibres est déterminée en même temps que les conditions de température des gaz pour chaque composition traitée, étant entendu qu'il est nécessaire dans tous les cas de recueillir des fibres suffisamment séchées et réticulées pour qu'elles ne risquent pas de se coller les unes aux autres.

[0076] Avantageusement, la distance séparant le centrifugeur du tapis de réception est telle que le temps mis par les fibres pour parcourir ce trajet soit compris entre 0,1 et 2 s.

[0077] Les fibres portées par les gaz se déposent sur un tapis convoyeur 23 où elles constituent un feutre de fibres enchevêtrées.

[0078] En plus des chambres 20 et 21 par lesquelles les gaz chauds sont introduits, il est possible de modifier les conditions de température et de circulation des fibres en dégageant des ouvertures sur les parois 16 de l'enceinte 19 pour laisser pénétrer de l'air avoisinant.

[0079] Dans ce cas, l'air entre dans la chambre sous l'effet de la dépression qui y est entretenue par aspiration des gaz sous le convoyeur. Les moyens d'aspiration sont constitués par un caisson 26 disposé sous le convoyeur et d'un ventilateur non représenté.

[0080] Les conditions énoncées plus haut selon l'invention permettent de recueillir des fibres dans lesquelles le processus de réticulation est très avancé et ceci en un temps très bref. Si le temps de séjour complet des fibres dans l'enceinte de réception est très court, il peut se produire que les fibres n'aient pas atteint un degré de maturation (ou de réticulation) permettant de leur conférer les meilleures propriétés possibles. Dans ce cas, il est avantageux de compléter la réticulation par un passage très bref en étuve.

[0081] Contrairement à ce qui était ordinairement réalisé dans les techniques antérieures pour la préparation des fibres novolaques, il n'y a pas de diffusion d'agent de réticulation et/ou de catalyseur. Ce traitement final est uniquement thermique et peut donc être très bref et surtout réalisé par passage en continu dans une étuve appropriée.

[0082] Avantageusement, pour accélérer l'achévement de la réticulation, la température au cours d'un tel traitement thermique est supérieure à 100°C, et de préférence comprise entre 100 et 150° C.

[0083] Dans ces conditions un traitement de 5 min ou moins suffit habituellement.

[0084] A l'occasion de ce traitement thermique, bien que leur réticulation soit très avancée, lorsque les fibres conservent une faible thermoplasticité, il est possible en les soumettant à une brève élévation de température au-dessus de leur température de ramollissement de les lier les unes aux autres. Cette opération est avantageusement effectuée à une température comprise entre 200 et 240° C. On obtient ainsi un feutre dont les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques sont fixées.

Exemple de préparation de fibres en présence d'un catalyseur.

1. Fabrication de la résine de base.

[0085] On mélange dans un réacteur de 200 1 régulé en température:

- 1270 moles de phénol (99,5 % de pureté),

- 1330 moles d'eau, le mélange est porté à 50° C et on ajoute:

-1905 moles de paraformaldéhyde (96 % de pureté),

- 30 moles d'hydroxyde de sodium (en solution à 50 %).

[0086] En 15 minutes on élève la température à 60° C, température qui est maintenue pendant 30 min. Ensuite en 55 min on élève la temperature à 98° C. Le mélange est maintenu à ce palier pendant 30 min. et on effectue un dernier palier à 80° C.

[0087] La réaction est stoppée par refroidissement lorsque la viscosité souhaitée est atteinte. Celle-ci est mesurée par la méthode du tube à écoulement. L'arrêt de la réaction est obtenu par refroidissement à 25° C.

[0088] La résine obtenue présente une viscosité de 1000 mPas à 25° C. L'extrait sec constitue 70,5 % de sa masse. On conserve la résine à une température de 5 à 7° C.

2. Fabrication du prémélange.

[0089] Dans une cuve de 25 muni d'un agitateur 6 pales à pas inversé, on charge 15 kg de la résine obtenue en 1 chauffée à 20° C.

[0090] On ajoute 0,225 kg de l'agent tensio-actif désigné sous le nom commercial "SPAN 20" marqùe déposée (ATLAS C°) sous agitation lente.

[0091] On ajoute ensuite sous agitation rapide (800 t/min) un mélange préparé auparavant de 0,225 kg de l'agent de fibrage commercialisé sous le nom "POLYOX WSRN 3000" marque déposée (UNION CARBIDE) dispersé dans 1,5 kg de méthanol.

[0092] L'agitation est ensuite maintenue pendant 6 h à 100 t/min. La viscosité du prémélange fibrable est de 13000 mPas à 25°C.

3. Fabrication du catalyseur.

[0093] Dans un réacteur de 1,5 I régulé en température et agité, on mélange: 4,507 kg d'acide sulfurique (à 92,5 %), 1,765 kg d'acide phosphorique à 85 % de pureté et 0,295 kg d'eau. Le mélange est fait vers 50° C.

[0094] Après refroidissement, on ajoute 3,432 kg de triéthylèneglycol.

4. Fabrication du mélange pour former les fibres.

[0095] On opère dans une installation qui permet de mélanger le prémélange et le catalyseur en continu. Cette installation est située près du dispositif de formation des fibres.

[0096] Elle comprend:

- une cuve double enveloppe régulée à 20° C d'où le prémélange est prélevé grâce à une pompe dosuse à engrenage,

- une cuve émaillée d'où le catalyseur est prélevé par une pompe doseuse à 3 pistons décalés à 120°C de façon à obtenir une alimentation régulière,

- un mélangeur constitué d'un rotor denté qui tourne dans un stator denté à une vitesse de 500 à 1000 tours/min.

[0097] Pour 100 parties de mélange, on dose le catalyseur à 7 parties.

[0098] Le mélange utilisé pour former les fibres est selon les cas de 100 parties en poids de prémélange de résine pour 5 à 10 parties de catalyseur.

[0099] Ce mélange se présente sous une forme homogène avec une viscosité variant de 3500 à 5000 mPas à 25°C.

5. Formation des fibres.

[0100] L'opération est conduite en continu dans une enceinte de section carrée, et de hauteur d'environ 2,5 m du type de celle représentée à la figure 1.

[0101] Le mélange obtenu en 4 est conduit par une canalisation du mélangeur dans le panier de réception.

[0102] Le centrifugeur et le panier tournent à 3000 tours/min.

[0103] Le panier est percé de 40 trous de 1,2 mm de diamètre et le centrifugeur dont le diamètre est de 200 mm présente 150 trous de 0,5 mm de diamètre.

6. Séchage et réticulation.

[0104] Les fibres se déploient dans l'air soufflé par 5 chambres concentriques.

[0105] La vitesse du gaz émis par ces chambres va croissant lorsqu'on s'éloigne du centrifugeur, assurant une déviation progressive des fibres.

[0106] L'air est chauffé à une température régulée entre 150 et 160° C.

[0107] Une certaine quantité d'air à température ambiante est introduite par les parois formant les côtés de l'enceinte.

[0108] La température de l'air est de 80°C au niveau du convoyeur de réception.

[0109] Les fibres se déposent en une nappe continue de 50 cm environ de largeur, formée de longues fibres séchées et en grande partie réticulées.

[0110] Le réglage de l'aspiration permet, en contrôlant la température en bas de hotte, de faire varier le degré de réticulation.

7. Caractéristiques des fibres dans le feutre.

[0111] Pour un débit de composition de 255 kg/jour, on récupère 166 kg/jour de fibres.

[0112] Les diamètres de fibres sont compris entre 2 et 19 µm. L'histogramme des diamètres est de type gaussien très resséré avec un diamètre moyen de 7 micromètres.

[0113] La résistance moyenne à la traction s'établit à environ 300 MPa.

[0114] La masse volumique du feutre est d'environ 20 kg/m³ et sa conductivité thermique de l'ordre de 35 mW/m°K pour une épaisseur de 80 mm.

[0115] Le feutre obtenu préalablement peut être complètement réticulé par un passage à l'étuve 5 minutes à 120° C.

[0116] Le feutre qui n'est pas complètement réticulé présente une certaine thermoplasticité. Ceci peut être mis à profit pour constituer un feutre auto- lié: A cet effet le feutre obtenu est soumis pendant 3 minutes à une température de l'ordre de 220° C en le comprimant légèrement.

[0117] On obtient ainsi un feutre ayant une cohésion qui le rend facilement manipulable.

Exemple 2

[0118] On se place dans les mêmes conditions que précédemment mais en utilisant un centrifugeur à plusieurs rangées d'orifices comme représenté à la figure 3.

[0119] La formation des fibres se fait en mettant le système en rotation à 3800 tours/min. Le panier 9 est percé de 6 trous de 2,5 mm de diamètre et le centrifugeur présente 4 rangées de 150 trous de 0,4 mm de diamètre.

[0120] Les conditions générales de séchage et de réticulation sont inchangées. On observe une bonne distribution des filets de fibres dans les plans horizontaux et verticaux.

[0121] On obtient avantageusement un débit de fibres stabilisées supérieur à celui obtenu avec une seule rangée d'orifices.

Revendications

1. Procédé de formation de fibres à base de résines de type résols résultant de la condensation du formol et de phénols dans un rapport molaire du formol au phénol supérieur à 1, caractérisé en ce que la composition utilisée pour former les fibres est mise en condition pour être réticulée et sa viscosité est ajustée immédiatement avant son introduction dans une filière, cette mise en condition et cet ajustement sont conduits en continu sur une faible quantité de composition, la composition ainsi préparée alimente une filière centrifuge, et passe par les orifices de cette filière, chaque orifice donnant naissance à une fibre, projetée dans l'atmosphère environnant la filière où elle s'étire, la constitution de la composition utilisée et les conditions de température dans l'atmosphère environnant la filière centrifuge étant choisies de façon que les fibres recueillies soient suffisamment stabilisées pour garder une forme propre et ne collent pas les unes aux autres.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mise en condition de la résine comprend l'addition d'un catalyseur de réticulation.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la viscosité de la composition est ajustée à une valeur comprise entre 500 et 30000 mPas.

4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel la viscosité de la composition est ajustée à une valeur comprise entre 1500 et 10000 mPas.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le temps entre la mise en condition de la composition et la formation des fibres au passage des orifices de la filière est inférieur à une minute.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'atmosphère environnant à filière sur la trajectoire des fibres est chauffée au moyen de courants gazeux chauds.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces courants gazeux chauds sont soufflés à une vitesse inférieure à 20 m/s.

8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les courants gazeux chauds sont soufflés à une température suffisante pour éviter le recollage des fibres.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel la température des fibres dans l'atmosphère environnant la filière centrifuge est portée à une température inférieure à celle pour laquelle des bulles apparaissent dans les fibres.

10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel la température des fibres dans l'atmosphère environnant la filière centrifuge est au plus de 80° C.

11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel le temps mis par les fibres pour parcourir la trajectoire entre le centrifugeur et le tapis de réception est compris entre 0,1 et 2 secondes.

12. Procédé selon l'une des revendications 2 à 11 dans lequel le catalyseur est constitué par une solution aqueuse d'un acide sulfurique, chlorhydrique ou phosphorique, ou de mélanges de ces acides.

13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel la miscibilité de la solution aqueuse du catalyseur avec la résine est améliorée par addition de méthanol.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel un agent de fibrage constitué par une polyoxyoléfine à longue chaîne est introduit dans la composition destinée à former les fibres.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un agent tensio-actif est également introduit dans la composition destinée à former les fibres.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les fibres formées sont en outre soumises à un traitement thermique à une température inférieure à la température de ramollissement résiduel pendant un temps n'excédant pas 5 minutes.

17. Procédé selon la revendication 16 dans lequel le traitement thermique est effectué à une température des gaz comprise entre 100 et 150° C.

18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15 dans lequel les fibres recueillies sous forme d'un feutre sont soumises à un traitement thermique à une température supérieure à la température de ramollissement résiduel.

19. Procédé selon la revendication 18 dans lequel le traitement thermique est conduit à une température comprise entre 200 et 240° C.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern auf der Basis von Resol-Harzen, welche aus der Kondensation von Formaldehyd und Phenolen in einem Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol größer als 1 stammen, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bildung der Fasern verwendete Zusammensetzung in einen Zustand gebracht wird, vernetzt zu werden, und ihre Viskosität direkt vor ihrem Eintritt in ein Zerfaserungsaggregat eingestellt wird, wobei das In-Zustand-Bringen und die Einstellung fortlaufend mit einer geringen Menge der Zusammensetzung vorgenommen werden, wobei die so vorbereitete Zusammensetzung einen Schleuderring speist, und durch Offnungen dieses Zerfaserungsaggregats hindurchtritt, wobei jede Offnung eine Faser erzeugt, welche in die das Zerfaserungsaggregat umgebende Atmosphäre geschleudert wird, wo sie ausgezogen wird, wobei die Konstitution der verwendeten Zusammensetzung und die Temperaturbedingungen in der den Schluüderring umgebenden Atmosphäre derart gewählt sind, daß die abgelegten Fasern ausreichend stabilisiert sind, um eine eigene Form beizubehalten und nicht miteinander zu verkleben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Zustand-Versetzen des Harzes die Zufügung eines Vernetzungskatalysators umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Zusammensetzung auf einen Wert zwischen 500 und 30 000 mPa s eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Zusammensetzung auf einen Wert zwischen 1500 und 10 000 mPa s eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen den In-Zustand-Versetzen der Zusammensetzung und der Bildung der Fasern beim Hindurchtritt durch die Offnungen des Zerfaserungsaggregats geringer als 1 Minute ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre, die das Zerfaserungsaggregat auf der Bahn der Fasern umgibt, mittels warmen Gasströmen geheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die warmen Gasströme mit einer Geschwindigkeit kleiner als 20 m/s geblasen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die warmen Gasströme bei einer Temperatur geblasen werden, die ausreicht, um die Wiederverklebung der Fasern zu verhindern.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Fasern in der den Schleudering umgebenden Atmosphäre auf eine Temperatur gebracht wird, die geringer ist als jene, bei der Blasen in den Fasern auftreten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Fasern in der den Schleuderring umgebenden Atmosphäre höchstens 80°C beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, die die Fasern brauchen, um den Weg zwischen der Zentrifuge und der Produktionsband zu durchqueren, zwischen 0,1 und 2 Sekunden liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator von einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure, oder Mischungen aus diesen Säuren gebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischbarkeit der wässrigen Lösung des Katalysators mit dem Harz durch Zusatz von Metanol verbessert wird.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem langkettigen Polyoxyolefin gebildeter Faserbildner in die zur Bildung der Fasern bestimmte Zusammensetzung eingeführt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein grenzflächenaktives Mittel ebenfalls in die zur Bildung der Fasern bestimmte Zusammensetzung eingeführt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Fasern weiterhin einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die geringer ist als die Temperatur der restlichen Erweichung unterworfen werden während einer Zeit, die nicht länger als 5 Minuten beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Gastemperatur zwischen 100 und 150 C durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form eines Filzes gesammelten Fasern einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterworfen werden, die größer ist als die Temperatur der restlichen Erweichung.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 200 und 240° C durchgeführt wird.

Claims

1. Method of forming fibres based on resins of the resol type resulting from the condensation of formol and phenols in a molar ratio of formol to phenol in excess of characterised in that the composition used for forming the fibres is brought to a situation where it can be crosslinked and its viscosity is adjusted immediately prior to its introduction into a die or spinneret, this preparetion and adjustment being carried out continuously on a small quantity of composition, the composition thus prepered feeding a centrifugal die and passing through the orifices in this die, each orifice giving rise to one fibre projected into the atmosphere surrounding the die from which it is drawn, the constitution of the composition used and the conditions of temperature in the atmosphere surrounding the centrifugal die being chosen so that the fibres collected are sufficiently stabilised to retain a proper shape and not to stick to one another.

2. Method according to Claim 1, in which preparation of the resin includes the addition of a cross-linking catalyst.

3. Method according to Claim 1 or Claim 2 in which viscosity of the composition is adjusted to a value of between 500 and 30,000 mPas.

4. Method according to Claim 3, in which the viscosity of the composition is adjusted to a value comprised between 1,500 and 10,000 mPas.

5. Method according to one of Claims 1 to 4, characterised in that the time between preparation of the composition and formation of the fibres passing through the orifices in the die is less than 1 minute.

6. Method according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the atmosphere surrounding the die in the path of the fibres is heated by means of hot gas currents.

7. Method according to Claim 6, characterised in that the hot gas currents are blown at a speed of less than 20 m/s.

8. Method according to one of Claims 6 or 7, characterised in that the hot gas currents are blown at a temperature sufficient to avoid the fibres sticking.

9. Method according to one of Claims 1 to 8, in which the temperature of the fibres in the atmosphere surrounding the centrifugal die is raised to a temperature below that at which bubbles appear in the fibres.

10. Method according to Claim 9 in which the temperature of the fibres in the atmosphere surrounding the centrifugal die is at most 80° C.

11. Method according to Claim 10 in which the time taken by the fibres to pass along the path between the centrifuge and the receiving belt is between 0.1 and 2 seconds.

12. Method according to one of Claims 2 to 11 in which the catalyst consists of an equeous solution of a sulphuric, hydrochloric or phosphoric acid or mixtures of these acids.

13. Method according to Claim 12 in which the miscibility of the aqueous solution of the catalyst with the resin is improved by the addition of methanol.

14. Method according to any one of the preceding Claims, in which a fibring agent consisting of a long chain polyoxyolefin is introduced into the composition intended to form the fibres.

15. Method according to one of the preceding Claims in which a surface active agent is likewise introduced into the composition intended to form the fibres.

16. Method according to any one of the preceding Claims in which the fibres formed are furthermore subjected to a heat treatment at a temperature below the residual softening temperature for a time not exceeding 5 minutes.

17. Method according to Claim 16 in which the heat treatment is carried out at a gas temperature of between 100 and 150°C.

18. Method according to one of Claims 1 to 15 in which the fibres collected in the form of a felt are subjected to a thermal treatment at a temperature higher than the residual softening temperature.

19. Method according to Claim 18 in which the heat treatment is carried out at a temperature comprised between 200 and 240° C.

Dessins