Brevet FR2011477A1 — publié le 19700227

i 2011477 La présente invention concerne un procédé de préparation d'une nappe de fils synthétiques entrelacés, que l'on extrait sous forme d'une masse de fils des buses d'une filière de rouleaux d'étirages ou de rouleaux d'alimentation ou analogues ; cette opération d'extraction s'effectue à 5 l'aide d'un jet d'air laminé, et l'on dépose ensuite des fils sur un substrat. Le dispositif correspondant visé par l'invention comprend les buses de filage d'une filière ou de rouleaux d'alimentation, à la suite desquels on intercale un dispositif d'extraction, ainsi qu'un dispositif 10 de répartition. On prépare des nappes de fils entrelacés de ce type avec des fils sans fin constitués par exemple par des polymères de poids moléculaire élevé, tels que des polyoléfines, des téréphtalates de polyéthylène ou des polyamides. 15 On sait préparer des modèles textiles non tissés de même que des nappes de fils entrelacés ; dans ces conditions on part de fils obtenus à partir de la masse fondue de polymères synthétiques de poids moléculaire élevé ; à la sortie de la filière et à une certaine distance de celle ci suffisante pour laisser se solidifier les fils, on aspire ces derniers à 20 l'aide d'un éjecteur utilisant comme fluide moteur un gaz ou de l'air, et ensuite on les souffle en désordre sur un substrat mobile ; des dispositifs particuliers permettent d'obtenir une nappe de largeur suffisante et une régularité satisfaisante de la densité sur toute la largeur. L'éjecteur ci-dessus a donc pour objet d'extraire les fils à 25 une vitesse aussi élevée que possible (plusieurs milliers de mètres à la minute) parce que l'orientation moléculaire ainsi obtenue dans les fils a une influence favorable sur leur résistance et leur allongement à la rupture et que des vitesses élevées signifientune économie plus importante ; l'éjecteur a également pour but d'envoyer par soufflage sur le substrat 30 les fils élémentaires en faisceau aussi faible que possible et avec une densité aussi homogène que possible. Pour obtenir un aspect homogène de la nappe qui ne soit laisser apparaître que peu sa texture, l'entrelacement de tous les fils est particulièrement important, les fils voisins n'ayant pas la même direction sur des 35 distances pas très longues, comme cela apparaît en probabilité. Par contre l'assemblage en faisceau mentionné ci-dessus" des fils isolés permet d'obtenir un aspect de la nappe peu avantageux à structure grossière. Comme le montre l'expérience, il est difficile de remplir en même temps les deux 69 20793 2 2011477 conditions, à savoir une vitesse d'extraction élevée et l'opération de dépôt des fils sans assemblage en faisceau lors du prélèvement global de nombreux fils isolés dans un jet d'air. Le jet d'air peut en effet transmettre seulement auxfils les forces nécessaires pour l'entrelacement -5 l'augmentation de la vitesse des fils dans la partie encore fluide s'élevant environ à 100 à 1 000 fois la vitesse de sortie des trous de filière -, lorsque ces fils se présentent ondulés ou entrelacés ; le jet d'air peut également être soufflé plus ou moins transversalement sur des parties importantes de la longueur des fils, alors qu'au contraire le soufflage lon-10 gitudinal pur et simple des fils étirés transmet des forces insuffisantes seulement par frottement superficiel à des vitesses de l'air très élevées La disposition entrelacée des fils ci-dessus facilite d'autre part l'enchevêtrement et l'assemblage en faisceau indésirables des fils individuels. De ce fait la demanderesse a proposé de charger d'électricité 15 statique la masse des fils sortant d'une plaque de filière à nombreux trous, où ils sont déjà solidifiés, mais au-dessus de 1'éjecteur ; il en résulte que les fils isolés chargés d'électricité de même signe se repoussent mutuellement après avoir quitté' 1'éjecteur, et on évite de ce fait les assemblages en faisceau. Mais cette opération de charge peut nécessiter 20 l'utilisation de tension très élevée de 30 kV et plus,et par conséquent des dispositifs de sécurité et de protection considérables. La demanderesse a également proposé d'extraire la masse de fils qui quittent la série de tuyères à une vitesse relativement lente, de l'ordre de 600 à 1 200 m/mn, dans un jet d'air peu turbulent et par conséquent sans 25 entrelacement et assemblage en faisceau des fils ; on a également proposé de réaliser l'orientation moléculaire voulue dans les fils isolés ; pour cela, des jets d'air chaud agissant sur les fils isolés directement à la sortie des filières dans la direction de la trajectoire des fils permettent d'animer la masse fondue d'un mouvement d'accélération depuis la vitesse de 30 sortie jusqu'à la vitesse d'extraction et ceci sur une très courte distance, environ 5 mm ; dans ces conditions l'orientation moléculaire obtenue par les importants gradients de vitesse doit être fixée lors du refroidissement qui a lieu aussitôt après. La vitesse d'extraction limitée et les dimensions importantes des appareillages entraînées par la longueur nécessaire de souf-35 flage dans l'air qui s'écoule relativement lentement constituent dans ce cas des inconvénients. 69 20793 3 2011477 Pour les éviter l'invention prévoit de faire sortir d'une filière le courant de gaz ou d'air à une vitesse supersonique ; le courant de gaz est détourné de sa direction initiale d'un angledel5à 40° et il se déplace le long d'une surface ; la masse de fils pénètre dans le jet de gaz ou dlair 5 au niveau du point de changement de direction de ce dernier. Selon ce procédé on peut extraire un nombre quelconque de fils ayant une vitesse élevée de plusieurs milliers de mètres à la minute et on peut les souffler sans assemblage en faisceau sur un substrat, par exemple une bande transporteuse. Contrairement au procédé des techniques antérieures 10 l'effet d'extraction n'est pas réalisé selon le principe de 1'éjecteur. Dans le principe de l'éjecteur l'impulsion d'un jet d'air à grande vitesse est transmise par mélange turbulent sur "l'air secondaire" qui accompagne les fils à extraire et qui est aspiré avec eux. Par opposition .à ce qui précède, dans le procédé selon l'invention, on introduit directement les fils 15 dans un jet d'air supersoniquedè très faible détente. L'invention permet en théorie de tirer parti de l'aptitude que présente un jet d'air supersonique à se détendre au niveau d'un bord aigu. De plus, on tire profit de ce qûe l'on appelle l'effet"Coanda',' selon lequel un mince jet à grande vitesse sortant d'une fente ménagée dans une paroi 20 ayant une certaine inclinaison par rapport à cette dernière a sa course détournée vers cette paroi, et le jet à grande vitesse se déplace alors le long de cettedemfëre. Quand le jet sort de la tuyère et se trouve dévié automatiquement dans la direction donnée par la paroi indiquée, la masse de fils pénètre au milieu du jet ; il en résulte que l'on utilise directement comme 25 forcesd'extraction les forces aérodynamiques, même sans mélange avec l'air secondaire. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé de l'invention on obtient un courant d'air secondaire en utilisant des éléments supplémentaires, ce qui permet de faire pénétrer les fils extérieurs 30 (fils marginaux) de la masse de fils au milieu de cette masse. Ainsi,on règle simplement de cette manière la largeur de la masse de fils qu'elle possède dans le jet d'air, pour agir sur la densité des zones marginales de la nappe à obtenir. On propose un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'inven-35 tion qui consiste à orienter les fils peu avant leur entrée dans le jet de gaz ou d'air, ce qui leur, permet de pénétrer exactement dans le plan moyen du jet. 69 20793 4 2011477 Dans le système correspondant de l'invention le dispositif d'extraction consiste en une paroi disposée parallèlement à la direction d'extraction des fils ; cette paroi présente une tuyère à fente étroite permettant d'obtenir des vitesses supersoniques de fluide ; cette tuyère traverse 5 la paroi transversalement et son plan moyen forme un angle de 15 à 40° avec le plan moyen de la masse de fils. On a déjà expliqué les avantages que l'on peut obtenir dans le cas de ce mode de mise en oeuvre du dispositif de l'invention. La tuyère à fente étroite & de préférence conçue comme une 10 tuyère Laval pour obtenir une vitesse supersonique du jet de gaz ou d'air. Le rapport de la pression en amont de la tuyère à la pression en aval de la tuyère, cette dernière étant en général la pression atmosphérique, fi: déterminée par le rapport optimum des sections *2^1 de la tuyère, F^ étant la section la plus étroite et F 2 ^a section de sortie. Si l'on opère exac-15 tement avec ce rapport optimum on obtient l'accélération du gaz sans qu'il ne se produise de choc ou de détente ultérieure ; de même les pertes sont réduites au minimum. On a découvert que pour un rapport de section donné. ^2^1 ^Par exemPle 1>25, ce qui correspond à un indice de Mach du jet sortant pour une détente convenable de 1,60),on a avantage à régler 20 la pression d'alimentation en amont de la tuyère à un niveau supérieur à la normale.. Dans la section de sortie F£ règne alors une pression plus élevée que la pression atmosphérique, et le jet de gaz se détend ensuite, et cette détente s'effectue en fait, en raison du profil géométrique de la section de sortie, selon le type de détente de Prandtl-Meyer au niveau 25 du bord limite aigu entre la tuyère et la paroi dans une direction descendante le long de cette dernière. Il s'est avéré par exemple que pour un écartement de fente de la section la plus étroite de la tuyère F^ (tuyère Laval) de 0,3 à 0,4 mm et pour une pression en amont de la tuyère de 3,5 atm. environ la zone de très grande vitesse du jet d'air présente encore à 100 mm 30 de l'ouverture de la tuyère t une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, en face de la paroi es t disposée une plaque dont la distance à cette dernière est réglable. Cette plaque est de préférence fixée et articulée sur un axe paral-35 lèle à la tuyère à fente. Etant donné que la paroi comportant la tuyère à fente a une largeur finie, les extrémités de la tuyère à fente représentent des points singuliers par rapport au profil de l'écoulement du fluide, points singuliers 69 20793 5 2011477 qui se distinguafcde la partie moyenne restante par le fait que dans ces zones marginales il existe une tendance à l'assemblage en faisceau indésirable des fils avec "production de filasse". Par le réglage approprié de la plaque ci-dessus (qui doit être effectué de manière simple par des 5 essais) l'air secondaire aspiré au niveau des zones marginales par le jet rapide de gaz d'extraction maintient des composantes de vitesse dirigées vers le centre de la masse de fils ; il en résulte que les fils marginaux pénètrent au centre de la masse de fils dans la zone de l'écoulement moyen homogène. La nappe formée présente une densité de fils homogène sur la 10 totalité de la largeur du fait de l'écartement des fils uniformes que l'on obtient. On ne doit pas confondre l'air secondaire mentionné ici avec l'air secondaire qui se produit dans les dispositifs d'extraction fonctionnant selon le principe bien connu de 1'éjecteur. Il va sans dire que l'on peut faire fonctionner de manière bien 15 connue le dispositif d'extraction global avec un mouvement alternatif. La nappe obtenue présente alors par exemple une structure en zig-zag ou en méandre?, selon le cas, lorsque l'on règle l'une après l'autre les vitesses de changement de course et de la bande transporteuse. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du 20 système de l'invention on dispose au-dessus de la tuyère à fente une pièce d'écartement. De ce fait le frottement des fils sur la paroi est faible, car la pièce d'écartement introduit les fils dans le plan moyen du jet de gaz. La pièce d'écartement consiste de manière très simple en un fil tendu ayant un diamètre de quelques dizièmes de millimètres. Il est de préférence 25 disposé contre la paroi, et son épaisseur correspond, dans œ cas à la moitié de celle du jet de gaz. Le matériau, qui permet de filer les fils synthétiques, contient souvent des agents matteurs , par exemple bioxyde de titane, qui exercerait une forte action de frottement sur la pièce d'écartement. Pour éviter la 30 formation de rainures, l'invention prévoit de préférence de munin la pièce d'écartement d'un dispositif de manoeuvre alternatif. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention la pièce d'écartement est constituée par un fil sans fin monté sur des galets. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris 35 à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente le dispositif dans son ensemble,en vue de côté avec extraction des fils d'une filière, 69 20793 6 2011477 - la figure 2 représente la coupe d'une tuyère à fente ainsi que d'une pièce d'écartement (coupe agrandie), et - la figure 3 représente le dispositif d'extraction en perspective avec une pièce d'écartement constituée par un fil sans fin monté sur 5 des galets-guides. On part de fils synthétiques 3 sortant d'une filière 1 ; un dispositif d'extraction 4 permet d'évacuer ces fils par les buses de filage 2. Dans la paroi 5 est disposée une tuyère Laval 6 qui est montée en avant d'une chambre de pression 7. 10 La tuyère Laval 6 (figure 2) forme un angle de 50° avec le plan moyen du groupe de fils 3. On détermine à l'avance le rapport de la section d'entrée F^ à la section de sortie F^ denanière que le jet de gaz sortant 8 ait une vitesse supersonique et se détende au niveau du bord aigu 9 ; le jet de gaz reste cependant appliqué contre la paroi 5. Les fils 3 pénètrent dans 15 le jet de gaz 8 au niveau du changement de direction de ce dernier, après avoir été orienté par un fil sans fin constitué par une pièce d'écartement 10 ; ce fil est monté sur des galets-guides 11 et 12 (figure 3). Pour réaliser la pénétration des fils marginaux 3 (figure 3) on insuffle artificiellement de l'air secondaire au niveau des zones marginales 20 du jet de gaz 8 à l'aide d'une plaque réglable 13 qui peut tourner sur un axe et, les fils 3 des zones marginales peuvent ainsi pénétrer dans la masse de fils ce qui permet d'éviter l'assemblage en faisceau et la formation de filasse avant qu'ils ne soient déposés sur une bande transporteuse 15 sur laquelle se constitue la nappe 16 (figure 1). 69 20793 7 2011477 REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'une nappe de fils synthétiques en-5 trelacés que l'on extrait à l'état de masse de fils des buses d'une filière de rouleaux d'étirage ou d'alimentation ou analogues, lbpération s'effectuant à l'aide d'un jet de gazoudâir laminé et que l'on dépose sur un substrat, ledit procédé étant caractérisé en ce que le jet de gazaidkir sort d'une tuyère à une vitesse supersonique, il est dévié suivant un angle de 10 15 à 40° et il s'écoule sur une surface, ce qui permet à la masse de fils de pénétrer dans le jet de gaz'Ou&ir au niveau du changement de direction de ce dernier. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on produit un courant d'air secondaire permettant de faire pénétrer les fils 15 extérieurs de la masse de fils au centre de cette dernière. 3 - Procédé selon les revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fils sont orientés peu avant l'entrée dans le jet de gaz ou d'air. 4 - Dispositif de préparation d'une nappe de fils synthétiques entrelacés consistant en buses de filage d'une filière ou de rouleaux d'ali- 20 mentation, en aval desquels est placé un dispositif d'extraction de même qu'un dispositif de dépose, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le dispositif d'extraction consiste en une paroi orientée parallèlement à la direction d'extraction des fils et présentant une tuyère à fente génératrice de vitesses de fluide supersonique^ la tuyère à fente traversant 25 obliquement la paroi et son plan moyen forme un angle de 50 à 75° avec le plan de la masse de fils. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tuyère à fente est constituée par une tuyère Laval. 6 - Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce 30 que ,en face de la paroi,est disposée une plaque dans la distance à cette dernière est réglable. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque est articulée et fixée sur un axe parallèle à la tuyère à fente. 8 - Dispositif selon les revendications 4 à 7, caractérisé en ce 35 que,au-dessus de la tuyère à fente,est disposée une pièce d'écartement. 9 - Dispositif selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la pièce d'écartement est munie d'un dispositif de manoeuvre alternatif. 10 - Dispositif selon les revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la pièce d'écartement est constituée par un fil sans fin monté sur des galets-guides.