Fils et copeaux de filaments de fibres de nylon : propriétés, qualités et spécifications

Compréhension Fil de filament de fibre de nylon : Production, types et performances

Fil de filaments de fibres de nylon est un fil synthétique de longueur continue produit par filage par fusion d'un polymère polyamide - le plus souvent du nylon 6 ou du nylon 6,6 - en filaments longs et ininterrompus qui sont étirés, texturés et enroulés sous forme d'emballage pour le traitement textile et industriel en aval. Contrairement aux fils de fibres discontinues, qui sont filés à partir de fibres courtes, les fils filamenteux sont constitués de brins continus s'étendant sur toute la longueur de l'emballage, donnant au tissu ou à la structure résultant une surface lisse et uniforme, une résistance élevée à la traction et des propriétés de section transversale constantes.

Le nombre de filaments dans un fil – le nombre de filaments continus individuels torsadés ou regroupés – détermine en grande partie son caractère tactile et ses performances. Fils à faible nombre de filaments (monofilament ou multifilament à faible denier) produisent des structures rigides et à haute résistance utilisées dans les lignes de pêche, les tissus de filtration industriels et les poils de brosse. Fils à deniers fins à haute teneur en filaments (microfilament, 100 à 300 filaments par faisceau de fils) produit des tissus doux et drapables utilisés dans la bonneterie, les maillots de bain, la lingerie et les vêtements de sport. La même chimie polymère – le polyamide – sert aux deux applications grâce à la variation du nombre de filaments, du denier par filament (dpf) et des traitements de texturation après filage.

Fil de filament de nylon plat (FDY) ou texturé (DTY)

Les fils de filaments de nylon sont disponibles dans le commerce sous deux formes structurelles principales qui déterminent leur adéquation à l'utilisation finale :

• Fil entièrement étiré (FDY) : Produit selon un processus d'essorage en une seule étape où le fil est étiré jusqu'à son orientation finale immédiatement après l'extrusion. Le nylon FDY a une haute ténacité (généralement 4,5 à 7,0 cN/dtex ), un faible allongement et une surface plane et lisse. Il s'agit de la spécification standard pour les tissus tricotés en chaîne, les sangles industrielles, les tissus pour ceintures de sécurité, les tissus de parachute et les textiles techniques pour lesquels la résistance et la stabilité dimensionnelle sont des exigences primordiales.
• Fil à texture étirée (DTY) : Produit par texturation par fausse torsion d'un fil partiellement orienté (POY), qui introduit une frisure hélicoïdale dans chaque filament individuel. Le nylon DTY a une ténacité inférieure à celle du FDY, mais un volume, une récupération d'étirement et une douceur nettement plus élevés - des propriétés qui le rendent préféré pour les bas, les maillots de bain, les vêtements de sport et les tissus à tricot circulaire où l'étirement et le confort sont des objectifs de conception.

Fil de filament de nylon 6 ou de nylon 6,6

Les deux compositions chimiques dominantes des polyamides utilisées dans la production de fils filamentaires ont des profils de propriétés distincts qui influencent les décisions de spécification :

• Nylon 6 (polycaprolactame) : Point de fusion environ 220°C, bonne aptitude à la teinture avec des colorants acides, plus facile à recycler en raison de la dépolymérisation en monomère de caprolactame. Dominant sur les marchés européens et asiatiques de l'habillement et de la bonneterie. Produit plus largement dans le monde en raison de la voie de synthèse d'un seul monomère.
• Nylon 6,6 (polyhexaméthylène adipamide) : Point de fusion d'environ 255 °C, résistance à la chaleur plus élevée, ténacité et résistance à l'abrasion légèrement supérieures à celles du nylon 6 à denier équivalent. Préféré dans les applications automobiles, industrielles et de câbles pour pneus en Amérique du Nord où la stabilité thermique est essentielle. Historiquement associé aux bas haut de gamme et aux vêtements de sport performants.

Spécifications clés des fils de filaments pour les acheteurs

Les équipes d'approvisionnement qui s'approvisionnent en fils de filaments de nylon pour la transformation textile ou industrielle doivent évaluer et spécifier les paramètres suivants pour garantir l'adéquation des matériaux et la cohérence d'un lot à l'autre :

• Densité linéaire (denier ou dtex) : Finesse totale du fil exprimée en masse en grammes par 9 000 m (denier) ou par 10 000 m (dtex). Les fils pour vêtements vont généralement de 20D à 140D ; les fils industriels et techniques vont de 210D à 1 890D et plus.
• Nombre de filaments : Le nombre de filaments continus individuels par faisceau de fils, exprimé comme le deuxième nombre dans une désignation denier/filament (par exemple, 70D/34f = 70 deniers, 34 filaments).
• Ténacité : Résistance à la rupture normalisée par densité linéaire (cN/dtex ou g/d). Qualités textiles standards : 4,0 à 5,5 cN/dtex ; qualités industrielles haute ténacité : 7,0–9,5 cN/dtex.
• Allongement à la rupture : Exprimé en pourcentage. Nylon FDY généralement 20 à 35 % ; nylon DTY 25 à 45 % ; fil industriel à haute ténacité 15 à 25 %.
• Teneur en huile de finition : Finition par rotation appliquée pendant la production pour gérer la friction et l'électricité statique pendant le traitement en aval. Généralement 0,6 à 1,2 % en poids ; les écarts entraînent des problèmes de traitement sur les équipements de tricotage et de tissage à grande vitesse.

Puces de filaments de fibres de nylon : La matière première amont

Copeaux de filaments de fibres de nylon - également appelés copeaux de polyamide, granulés de nylon ou tranches de nylon - sont la matière première polymère solide à partir de laquelle le fil de filament de nylon est produit. Ce sont de petits morceaux cylindriques ou en forme de pastilles de résine polyamide, généralement 2 à 4 mm de diamètre et 2 à 3 mm de longueur , produit par polymérisation du ou des monomères, extrusion à l'état fondu du polymère résultant à travers une filière à fil, trempe à l'eau et granulation. La forme de copeaux fournit un matériau stable et fluide qui peut être transporté, stocké, séché et introduit de manière cohérente dans des extrudeuses à filage par fusion.

La qualité des copeaux de nylon – en particulier leur poids moléculaire, leur répartition, leur teneur en humidité lors du filage et l'absence de contaminants – détermine l'aptitude au filage du polymère et les propriétés physiques finales du fil produit à partir de celui-ci. La qualité des copeaux est donc la variable fondamentale dans la chaîne de production des fils de filaments de nylon, en amont des conditions de filage, des taux d'étirage et des paramètres de texturation.

Paramètres critiques de qualité des puces

Les producteurs de fils évaluant les fournisseurs de copeaux de nylon évaluent les paramètres techniques suivants comme principaux indicateurs de qualité :

• Viscosité relative (RV) ou viscosité de l'acide formique : Le paramètre le plus important pour les copeaux de nylon destinés à la production de fils filamentaires. RV reflète la longueur moyenne de la chaîne moléculaire – un déterminant direct de la ténacité, de l’allongement et de l’aptitude au traitement du fil. Les copeaux de nylon 6 de qualité fibre standard pour le filage de filaments textiles ont généralement un RV de 2,4 à 2,8 (mesuré à une concentration de 1 % dans de l'acide sulfurique à 96 %) ; les qualités de fils industriels à haute ténacité nécessitent un RV de 3,0 à 3,5 ou plus.
• Teneur en humidité : Les copeaux de nylon sont hygroscopiques et doivent être séchés jusqu'en dessous 0,05 à 0,08 % d'humidité immédiatement avant l'essorage. L'humidité résiduelle au-dessus de ce seuil provoque une dégradation hydrolytique des chaînes polymères en phase fondue, réduisant le poids moléculaire, produisant des particules de gel et provoquant des ruptures de filaments lors du filage. Les séchoirs à copeaux fonctionnant entre 80 °C et 100 °C sous vide ou avec circulation d'air sec pendant 8 à 16 heures sont une pratique standard avant le filage.
• Concentration des groupes terminaux aminés et carboxyles : L'équilibre des groupes terminaux amine et carboxyle sur les chaînes polymères affecte l'aptitude à la teinture, la stabilité thermique et le comportement de réticulation. Les copeaux destinés aux applications de teinture en profondeur sont formulés avec des concentrations élevées de groupes terminaux amine pour augmenter l'absorption des colorants acides dans le fil fini.
• Teneur en TiO₂ (délirant) : Des particules de dioxyde de titane sont incorporées dans les copeaux de nylon pendant la polymérisation pour contrôler l'éclat du fil. Les copeaux brillants ne contiennent pas de TiO₂ et produisent un filament très brillant ; les copeaux semi-mats contiennent environ 0,3 à 0,5 % de TiO₂ pour les applications vestimentaires standard ; les copeaux entièrement ternes contiennent 1,5 à 2,0 % pour les fils techniques et industriels au fini mat.
• Contenu extractible (oligomères) : La polymérisation du nylon 6 produit des oligomères cycliques – principalement le monomère de caprolactame et ses dimères et trimères – qui sont solubles dans l'eau chaude et doivent être éliminés par extraction des copeaux à l'eau chaude avant le filage. Extractibles résiduels ci-dessus 0,5% provoquer une augmentation de la pression du bloc filtrant pendant l'essorage, une réduction de l'absorption du colorant et une efflorescence de la surface du tissu fini pendant le traitement humide.

Des copeaux au fil : le processus de filage par fusion

La conversion des copeaux de nylon en fils de filaments suit une séquence bien définie d'étapes de processus, dont chacune doit être étroitement contrôlée pour produire un fil conforme aux spécifications. Comprendre cette séquence explique pourquoi les paramètres de qualité des copeaux se traduisent directement en résultats de qualité du fil.

Les copeaux séchés sont alimentés par gravité ou transportés sous atmosphère inerte dans une extrudeuse à vis, où ils sont fondus à des températures comprises entre 255°C et 285°C pour le nylon 6, formant une masse fondue homogène de viscosité constante. La masse fondue est pompée à une pression précisément contrôlée à travers une pompe doseuse à engrenages et dans le pack de filature - un ensemble filtré contenant une plaque de filière avec plusieurs trous percés avec précision (généralement de 0,2 à 0,4 mm de diamètre) correspondant au nombre de filaments souhaité du fil.

Les fins flux de fusion extrudés à travers les trous de la filière sont trempés par un flux d'air transversal ou radial dans la cheminée de filage, se solidifiant en filaments individuels qui convergent en un faisceau de fils, recouverts d'une finition de filage et enroulés à des vitesses de 3 000 à 6 000 m/min pour le POY ou passé directement à travers des rouleaux d'étirage chauffés pour la production FDY. L'ensemble du processus, depuis la fusion des copeaux jusqu'à l'emballage enroulé, est continu et fonctionne sous surveillance en temps réel de la pression de fusion, de la tension du fil et de la construction de l'emballage pour garantir la cohérence des lots.

Toute variation de la teneur en copeaux RV, en humidité ou en oligomères se propage directement dans le processus de filage sous forme de fluctuations de pression, de changements du taux de rupture des filaments ou d'écarts des propriétés physiques du fil. C'est pourquoi les spécifications de qualité des copeaux sont appliquées avec des tolérances strictes par les producteurs de fil exploitant des équipements de filage à grande vitesse où les temps d'arrêt imprévus et la production de mauvaise qualité entraînent des conséquences financières importantes.