De la masse fondue au fil : filage par voie fondue et POY/FDY/HOY
Le caractère d'un filament de polyester ne se décide pas sur la machine à tricoter, mais sur cette ligne de filage de quelques secondes où la masse fondue devient solide — et ces secondes sont gouvernées par la vitesse d'enroulement.
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Le fil de polyester (PET) est produit par un procédé où un polymère fondu est poussé sous pression à travers des trous fins, puis se solidifie en refroidissant : le filage par voie fondue (melt spinning). Aucun solvant n’intervient ; la fibre prend forme sous le seul effet de la chaleur et de la tension. Ténacité, allongement, absorption du colorant et stabilité dimensionnelle du fil se fixent tous sur les quelques mètres de cette ligne. Le point critique est le suivant : à partir du même polymère, en modifiant seulement la vitesse et la géométrie de la ligne de filage, on obtient des fils entièrement différents les uns des autres — POY, FDY, HOY.
Ce qui se passe le long de la ligne : de l’extrusion au godet
Les granulés de PET séchés sont fondus et homogénéisés à des températures typiques de ~280–295 °C dans une extrudeuse à vis dont le rapport L/D est généralement de 30:1–36:1. Une pompe à engrenages refoule la masse fondue à débit constant vers la filière (spinneret). La filière est une plaque en acier inoxydable usinée avec précision, percée de quelques dizaines à quelques centaines de trous (davantage pour les fils industriels), de diamètre généralement compris entre 50 et 300 µm. Le nombre de trous fixe le nombre de filaments ; la géométrie de la section (ronde, trilobée, creuse) gouverne la brillance, le pouvoir couvrant et le toucher du fil.
À la sortie des trous, les filaments liquides sont refroidis dans une cheminée de refroidissement (quench) par de l’air conditionné, typiquement à ~18–22 °C, en disposition à flux transversal (crossflow) ou radiale. L’uniformité de vitesse et de température de cet air gouverne directement le CV % du titre (denier/dtex) — c’est-à-dire l’irrégularité de finesse — sur tout le faisceau. Une fois la surface solidifiée, on applique aux filaments un ensimage (spin finish) qui apporte glissance, protection antistatique et cohésion du faisceau ; le taux d’ensimage est typiquement de ~0,3–0,8 % en masse. Un faisceau dépourvu d’ensimage peut se rompre par frottement sur le parcours des godets et de l’enroulement.
Vitesses des godets : taux d’étirage et thermofixage
En fin de ligne, les filaments sont enroulés sur une ou plusieurs paires de rouleaux godets. Les vitesses des godets déterminent le taux d’étirage (draw ratio) et donc l’orientation finale ; les godets chauffés assurent en outre le thermofixage (heat-setting), qui fige la structure cristalline. C’est ici que se trouve la véritable variable distinguant le type de fil : la vitesse d’enroulement et de prélèvement.
Le régime de vitesse définit l’identité du fil
Plus le filament est prélevé rapidement de la ligne, plus les chaînes polymères encore fluides sont étirées selon l’axe (orientation moléculaire), et plus tôt s’amorce la cristallisation induite par la contrainte. C’est pourquoi le secteur nomme le fil selon le niveau d’orientation et de cristallinité auquel il a été « figé » à la sortie de la masse fondue. À basse vitesse, les chaînes restent lâches (allongement élevé, ténacité faible) ; à haute vitesse, elles s’alignent et cristallisent partiellement (allongement faible, ténacité élevée).
| Type de fil | Vitesse de prélèvement (take-up) typique (m/min) | Orientation moléculaire | Allongement à la rupture typique | Usage typique |
|---|---|---|---|---|
| UDY (non orienté) | < ~1 800 | Très faible | Très élevé (> 200 %) | Produit intermédiaire destiné à un étirage séparé |
| LOY / MOY (faible/moyen) | ~1 800–2 800 | Faible–moyenne | Élevé | Produit intermédiaire / applications spécifiques |
| POY (partiellement orienté) | ~2 800–3 500 | Moyenne (biréfringence typique ~0,03–0,06) | ~100–160 % | Alimentation pour texturation (DTY) et étirage |
| HOY/FOY (fortement/entièrement orienté) | ~4 500–6 000+ | Élevée | ~50–90 % | Usage direct, sans étirage |
| FDY (entièrement étiré) | ligne spin-draw ; prélèvement typique ~3 500–5 000 | Élevée | ~25–40 % | Direct pour tissage et tricotage, tenace |
Pourquoi le POY est-il un « demi-produit » ?
Le POY est un fil partiellement orienté, filé à ~2 800–3 500 m/min : les chaînes sont partiellement alignées, mais la cristallisation n’est pas encore achevée. Son allongement résiduel élevé (typiquement ~100–160 %) et sa faible cristallinité le rendent mécaniquement instable, mais très transformable. Ce caractère « prêt à l’étirage » fait du POY une alimentation idéale pour les machines de texturation par fausse torsion (false-twist texturing) : le fil y est simultanément étiré — l’allongement résiduel s’y consomme — et texturé pour devenir un DTY gonflant et élastique. Le POY n’est donc pas un fil fini en soi ; il acquiert son véritable caractère d’usage à l’étape suivante.
FDY et HOY : raccourcir la ligne
Le FDY combine filage et étirage en une seule étape continue (spin-draw) : le filament est étiré directement en ligne entre des rouleaux godets chauffés, ce qui donne un fil à faible allongement résiduel (~25–40 %), à ténacité élevée et dimensionnellement stable — prêt pour le tissage ou le tricotage sans étape d’étirage séparée. Le HOY/FOY, lui, obtient une orientation comparable en une seule étape, par la seule tension que crée une très grande vitesse d’enroulement ; c’est la voie qui produit une orientation élevée avec moins d’équipements. Le choix du concepteur est un arbitrage entre économie de procédé et caractère du fil.
L’essentiel de la physique : orientation, cristallisation et étirage à col
La température de transition vitreuse (Tg) du PET est d’environ 72–80 °C ; au-dessus de ce seuil, les chaînes deviennent mobiles et l’orientation comme la cristallisation deviennent possibles. En étirage séparé (off-line), lorsque le filament est chauffé juste au-dessus de la Tg puis tendu, on observe un étirage à col (neck draw) localisé : la structure est amorphe avant le col et, après lui, s’aligne et cristallise sous l’effet de la contrainte. En filage à grande vitesse, cette même cristallisation induite par la contrainte se produit sur la ligne elle-même. En pratique, le degré d’orientation se mesure par la biréfringence ; pour le POY, il se situe typiquement entre ~0,03 et ~0,06, et croît avec la vitesse. Une orientation élevée signifie aussi une structure plus serrée — ce qui gêne la diffusion du colorant dispersé, de sorte que la ligne de filage prédétermine jusqu’au comportement en teinture.
Comment cela se mesure : le cadre normatif
La masse linéique du fil (finesse) est déterminée selon l’ISO 2060, par pesée d’un écheveau (skein), et s’exprime en tex/dtex — la méthode s’applique aux fils jusqu’à ~2 000 tex ; le denier est une autre unité de la même grandeur (denier = dtex × 0,9). La ténacité et l’allongement sont déterminés selon l’ISO 2062, par essai de rupture sur brin unique prélevé sur bobine, avec un dynamomètre à vitesse d’allongement constante (CRE) : la norme définit une longueur entre pinces de 250 mm ou, par accord, de 500 mm, ainsi qu’un temps à la rupture de ~20 ± 3 s, dont se déduit la vitesse d’allongement pour la longueur entre pinces retenue. La force de rupture s’exprime de préférence en centinewtons (cN), et l’allongement à la rupture en pourcentage de la longueur initiale. La ténacité est normalisée en divisant la force par la finesse, en cN/dtex — typiquement ~2,0–3,0 cN/dtex pour le POY, contre ~3,5–5,0 cN/dtex pour le FDY. Ces deux normes font passer la question « POY ou FDY ? » de l’étiquette subjective au nombre mesurable.
En résumé : lorsque la ligne de filage par voie fondue transforme un granulé de polymère en fil, le choix de la vitesse et du taux d’étirage écrit d’avance toute la vie textile de ce fil. Quand un acheteur lit une spécification telle que « POY 150/48 SD », il lit en réalité un régime de production — le niveau d’orientation, l’allongement résiduel et donc la destination du fil à l’étape suivante.