Brevet FR2052921A1 — publié le 19710416

La présente invention se rapporte d'une façon générale à 1 @aprication de matières textiles et elle concerne plus particulièrement un appareil de coupe de filaments textiles continus en brins courts. Les spécialistes connaissent déjà un procédé consistant à hacher des filaments organiques synthétiques continus en brins discontinus, à éplucher les fibres discontinues ainsi obtenues et ensuite à les carder en un ruban que l'on étire et retord de ma niera à forer un boudin et un fil. Des tentatives récentes pour éliminer les stades coûteux d'épluchage et de cardage se sont révélées très efficaces. Dans de tels procédés on utilise un con vertisseur, par exemple un convertisseur du type "Pacific Conver terff, qui sectionne les faisceaux filamentaires continus en une bande de fibres discontinues et convertit cette bande directement en un ruban. Les convertisseurs de ce genre ont été utilisés avec succès dans les systemes peignés d'étirage et de filature pour former un fil .Malheureusement les convertisseurs sont entierement inadéquats quand on les utilise avec un système de coton. La mise au point récente de ce que lton appelle un faisceau ouvert, c'est-à-dire un faisceau ne comportant qu'un minimum de chenil les" ou fibres "enchevêtrées", a permis de résoudre partiellement ce problème mais le fil résultant n'est toujours pas entièrement satisfaisant. Quand on a étudié les phénomènes qui sont à l'origi- ne de ce manque de qualité du fil résultant, on a pu se rendre compte que, de par la nature même du dispositif de coupe qui est le plus souvent utilisé dans un convertisseur, les pointes des fibres discontinues sont toujours écrasées et aplaties.Certains dispositifs de coupe connus, des types que l'on n'utilise pas dans les convertisseurs, permettent bien d'obtenir des fibres discontinues sectionnées avec netteté sous orme de touffes que l'on doit ensuite éplucher et carder pour former un ruban continu.La technique antérieure ne dispose cependant d'aucun convertisseur qui, quand il est alimenté avec un faisceau filamentaire ouvert, permette d'obtenir une bande continue de fibres discontinues cou puées avec netteté et présentant des pointes séparées et parfaite n%- distinctes, cande ui ne n.-cessite ni pluchas ni cardage mais qui peut être directement étirée en un ruban, boudin et fil, même sur un système e coton, et un tel convertisseur constitue justement l'objet de la présente invention. Un appareil de coupe d'une feuille de faisceaux de filaments synthétiques continus pour former une bande continue comprend, selon le présente invention, un dispositif d'amenée des faisceaux, deux rouleaux cylindriques- coopérants, tournant dans -des sens opposés et disposés dans le même plan axial, qui sont montés de manière à tourner autour de leurs axes et qui sont espacés de façon pratiquement parallèle pour permettre le passage des faisceaux, et un dispositif de reprise de la bande. L'un des rouleaux comporte au moins une lame hélicoïdale acérée sur sa surface, alors que l'autre rouleau présente au moins une rainure héLi- coïdale, de pas opposé, dans sa surface.La lame et la rainure coopèrent par un engrènement sans contact matériel et ia vitesse périphérique du rouleau portant la lame est plus élevée que celle du rouleau présentant la rainure. Des mécanismes sont prévus pour faire tourner ces rouleaux et pour entraîner les dispositifs d'amenée et de reprise de la bande. La description qui va suivre en regard des dessins an nexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que des figures faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La Figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif de coupe selon l'invention. La Figure 2 est une vue schématique en élévation des rouleaux coopérants représentés sur la Figure l. La Figure 3 est une vue schématique de côté d'un mode de réalisation de l'invention comportant des mécanismes d'avance- ment et de reprise. La Figure 4 est une vue schématique de côté d'un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la Figure l on a représenté un faisceau filamentai- re 10 qui passe entre des rouleaux Il et 12 disposés dans le mdme plan axial et tournant dans des sens opposés, ces rouleaux étant a@ V@ @ @iune @@tation a@ @ur de laurs axes ressectife (les sans de rotation étant indiqués par des flèches ) sur des supports rigides 20 et 20'. Les rouleaux ll et 12 sont entraînés par un mo teur 13 agissant par l'entremise de roues dentées 14 et 15.Le rouleau ll comporte sur s surface périphérique deux lames héli- coïdales 17, 17' régulièrement espacées et ayant un pas à droite, alors que le rouleau 12 prèsente dans sa sruface périphérique trois rainures hélicoïdales 18, 18' et 18", espacées de distances égales et ayant un pas à gauche. Le faisceau 10 passe entre les rouleaux ll et 12 et est transformé en une bande 19 de fibres discontinues présentant des pointas distinctes par l'action de coupe réalisée par les lames 17 et 17' et par les rainures coopérantes. Comme on l'expliquera plus loin, la vitesse périphérique des 13 es est supérieure à la vitesse d'avancement du faisceau. L'angle de coupe du ruban, 8, est l'angle aigu défini entre les linnes de coupe 16 et le sens de progression des faisceaux filamentaires, comme indiqué. La Figure 2 représente ce que l'on a appelé "engrènement sans contact matériel" entre les lames 17 et 17' et les rainures 18, 18' et 18". Bien qu'aucune partie du rouleau ll ou des lames associées ne touche le rouleau 12, il est indispensable d e réduire la distance entre les axes des rouleaux de manière que les extré mités des lames pénètrent dans les rainures associées du rouleau 12 l'amplacement de l'esoace par lequel passe le faisceau. De préférence, les lames pénètrent dans les rainures sur une distence comprise entre 0,8 et 6,4 mm. Il est nécessaire que chaque lame dispose d'une rainure associée dans l'espace de passage du faisceau.La distance ou intervalle G entre les surfaces des rouleaux dans l'espace de passage des faisceaux doit être au moins équle @ l'épaissaur de la feuille fibreuse lors de son passage entre les roulsaux; @'il en étsit autrement, le @untact de frottement provoquerait un échaufiement et un fusionnement des fibres, qui sont évide@ ent ~ éviter. La larqeur des rainures 18, 18' et le" @@@@ être supérieur@ l'épaisseur des axtrémités des lames et doit permettre l'intro@uction @@lique des lames dans les rainures @fin d'éviter le contact matériel entre les lames et les parois as-s rainures Ld profondeur e ces rainures doit aussi être légèrement plus grande que la distance de pénétration.des lames dans ces rainures, afin d'éviter tout contact avec les bords acérés des lames. Ce rapport particulier entre les lames et les rainures ne permet pas seulernent un sectionnement propre du faisceau san-s écrasement ou aplatissement, mais il permet aussi aux lames de séparer les extrémités des fibres coupées de matière à les pourvoir d'extrémités parfaitement identifiablesO La Figure 3 montre schématiquement une technique préférée d'amenée et de reprise de la feuille fibreuse dans le présent procédé. Des tabliers sans fin d'amenée et de reprise 21, 21' et 22, 22' voyagent autour de leurs rouleaux respectifs 23 à 26 qui tournent dans les sens indiqués par les flèches.Le faisceau 10 passe dans la zone de pincement entre les tabliers d'amenée 21 et 21', puis dans le passage prévu entre les rouleaux ll et 12 et est sectionné en un-point A de manière à former une bande 19 de fibres discontinues. Immédiatement après les rouleaux il et 12, la bande est extraite à travers la zone de pincement B les tabliers de reprise 22 et 22' et ensuite arrive dans une autre zone de traitement textile approprié , comme par exemple le formage ou l'étirage qui précède la fabrication du fil proprement dit.La distance entre A et 6 doit être aussi faible qu'il est pratiquement possible et en tous cas plus courte que la longueur des fibres discontinues produites dans ltappareil. Les tabliers de reprise 22 et 22' sont entraînés à une vitesse au moins égaies à celle des tabliers d'amenée 21 et 21'. I1 convient de régler l'étirage de tension proportionnellement à la récupération après frisage de la matière, c'est-à-dire en fonction du degré auquel la fibre préalablement frisée mais tendue récupère après le sectionnement et du rapport entre cette récupération et la distance AB. Dans la variante de réalisation représentée sur la Fi gure 4, le rouleau rainuré ln est remplacé par une courroie flexible entraRnée sans fin 27 qui progresse autour de rouleaux 28 et 29. Cette courroie présente des rainures diagonales 30 dans sa surface extérieure paur recevoir les lames 17 du rouleau 11, com me précédemment expliqué.Pour calculer les caractéristiques de la courroie en conformité avec les conditions qui ont été précisées à propos du rouleau rainuré, on suppose que la courroie présente une Torme parfaitement cylindrique dans laquelle on pratique les rainures hélicoidales. Une fois que les rainures ont été correctement calculées, il n'est plus nécessaire que la courroie reste cylindrique et on peut fabriquer et mettre an place cette courroie dans l'appareil par des techniques classiques. Les définitions ci-après faciliteront la compréhension de 11 invention. Lors de la description des rouleaux, les lettres majuscules désignent les diverses variables concernant le rouleau à lames alors que les minuscules correspondent au rouleau à rainures. f = vitesse d'avancement des faisceaux ( m/minute ) 1 = longueur maximum des fibres discontinues (cm) que max l'on peut obtenir avec un appareil particulier e = angle de coupe de la bande ( degrés ) D = diamètre d'hélice (cm) qui correspond au diamètre extérieur de la lame ou rainure hélicoldale N = nombre de départs d'hélices sur le rouleau ( lames ou rainures ) Q = pas des hélices (cm) qui est l'avancement axial d'u ne hélice pour chaque rotation complète, ( par exem ple étant donné que le rouleau Il porte deux lames sur la Figure 2, la valeur "Q" Q est telle que repré- sentée ) R = vitesse de rotation des rouleaux ( tours/minute ) S = vitesse périphérique des rouleaux (m/minute) i = nombre entier quelconque ( constant pour un mode de réalisation particulier ) A = rapport de coupe, c'est-à-dire rapport S/f Pour aboutir aux avantages qui découlent de la présente invention, il est important que . soit supérieur à 1. De préfé-rence, h est compris en.tre 1,1 et 6. Lors de la mise en oeuvre de l'Invention, on doit satisfaire aux rapports suivants : (1) Les hélices sur un rouleau doivent être de pas opposé a celui des hélices sur l'autre rouleau coopérant. Sur les Figures 1 et 2, les lames hélicoïdales sur le rouleau coupeur ont un pas à droite alors que les rainures hélicoïdales sur le second rouleau ont un pas à gauche. Cependant, il est évident que les lames hélicoldales pourraient avoir un pas à gauche et dans ce cas les rainures sur le second rouleau devraient avoir un pas à droite. (2) R- = n r iN (3) d = lmax(n) # i l AN (4) D = max # nl tan B (5) q = max i (6) Q = Nl max tan B Lors du réglage initial de l'appareil pour permettre de conférez certaines caractéristiques aux bandes obtenues, le point de départ des calculs nécessaires est le paramètre "lmaz", c'està-dire la longueur maximale des fibres discontinues que l'appareil considéré devra produire. En même temps qu'on détermine la valeur de "1max" > on choisit une valeur appropriée de B afin d'adapter la bande obtenue aux exigences de manutention au cours des traitements ultérieurs prévus, par exemple la formation d'un ruban.De préférencea B est compris entre 5 et 458. Une fois qu'on connaît "lmax" et P, on détermine les nombres entiers "i", "N" et "n" en se basant sur les considérations économiques de fabrication des rouleaux. On choisit alors une valeur A c'est-à-dire de rapport de coupe-, cette valeur devant être compatible avec un sectionnement lisse et propre de la matière en feuille que l'on désire introduire dans l'appareil. On substitue les valeurs obtenues dans les équations ci-dessus et on obtient ainsi les spécifications de l'appareil. Il convient de remarquer que la valeur des nombres entiers "N" et "n" aura une répercussion directe sur les diamètres des rouleaux nécessaires pour satisfaire les paramètres "lmax" "A" et "i". En conséquence, le choix de "N" et "n" dépend de plusieurs paramètres, à savoir l'usage envisagé, les limitations d'espace, la résistance mécanique des matériaux servant à fabriquer les rouleaux et d'autres considérations du même type. Le nombre entier lijît représente sur le plan pratique la fréquence des pénCtrations des lames dans les rainures le long de l'inter- valle "G" ( Fig. 2 ).Ainsi, par exemple, si "i" est égal à 2, cela veut dire qu'une lame va pénétrer dans chaque seconde rainure le long de l'intervalle G et si "i" est égal à 5, une lame va pénétrer dans chaque cinquième rainure le long de cet intervalle G. La valeur du nombre entier "i" n'influe pas sur les spécifications du rouleau à lames mais a une répercussion sur le diamètre "d" et sur le pas d'hélice "q" du rouleau rainuré, en rapport inverse. Sauf si l'on cherche particulièrement à rendre multifonctionnel le rouleau rainuré, comme on l'expliquera plus loin, on conçoit que les nombres entiers 11i" et "n" doivent avoir comme facteur commun le plus élevé seulement 1; par exemple, 2 et 3 et non 4 et 6, pour éviter ainsi l'usinage coûteux de formage de rainures inutiles. La vitesse superficielle llll du rouleau rainuré est une variable indépendante; par exemple, on peut la régler à toute valeur pratique sans influer sur l'action mutuelle entre les deux rouleaux. La vitesse d'avancement '1f', est également une variable indépendante dont la limite supérieure est "s". Quand les réglages opératoires sont tels que "f" égale "s", la longueur des fibres discontinues qu'on obtient dans l'appareil sera "lmax". On a constate que la longueur des fibres discontinues qu'on obtient dans l'appareil est directement proportionnelle à ia valeur de "f" par rapport à "s". @insi, quand "f" n'est, par exemple, que la moitié de "s", la lonqueur des fibres discontinues ne sera que la moitié de "lmax". De façon similaire, quand "f" est seulement "#s", la longueur des fibres discontinues sera seulement "#lmax" ( "#" étant inférieur à 1,0 ).Il est évident qu'une telle facilité de changement de dimensions des fibres disconti nues, sans qu'il soit nécessaire avoir recours aux techniques conteuses de remplacement du rouleau de coupe ( comme c'était le cas jusqu'à maintenant ), constitue un avantage important par rapport à la technique antérieure. L'angle de coupe de la bande 6 est l'angle qu'on obtient lors de la production de fibres discontinues ayant la longueur "lmax". Quand on remplace cette longueur par une nouvalle longuaur, par axemple "#lmax", le nouvel angle de coupe aura augmenté pour devenir Arctg (tg8), en degrés. Le rapport de coupe "A-" n'est obtenu que quand la longuaur des fibres discontinues est "lmax". Quand on apporte des modifications aux longueurs des fibres par un changement de la vitesse d'avancement "f", le rapport de coupe résultant (S/f) sera évidemment supérieur à "A". Attendu qu'un changement des longueurs des fibres discon- tinues s'accompagne d'un changement de l'angle de coupe comme expliqué, il est évident que pour produire deux types nettement différents de fibres discontinues, par exemple "lmax" et "l'max", dans chaque cas avec le même angle de coupe ô, il sera indispen,- sable de prévoir dans chaque cas une paire différente d.e rouleaux coopérants.Si "i" est la constante utilisée pour calculer.les spécifications du premier appareil servant à former des fibres discontinues de longueur "lmax" et que "i'" est la constante utilisée pour calculer les spécifications du second appareil servant à former des fibres discontinues de longueur "l'max", il est surprenant de constater que, lorsque le rapport "l#i" est égal au max rapport "ltma/i"', le rouleau rainuré du premier appareil con- vient également pour le second appareil après un simple réglage de la vitesse de rotation des rouleaux. Ainsi, le même rouleau rainuré devient multifonctionnel, c'est-à-dire utilisable sur deux appareils différents, grâce au simple expédient cqnsistant à choisir i et i' de manière que les rapports indiqués soient égaux.Les spécialistes n'auront aucune difficulté à pousser plus avant ce caractère interchangeable, par exemple de manière à rendre multifonctionnel le même rouleau à lames pour en permettre l'utilisation avec des rouleaux rainurés différents, sous certai taies conditions opératoires du procédé et pour certaines spéci fications des produits. L'avantage économique qui-découle du caractère interchangeable des rouleaux est évident. Les rouleaux coopérants sont de preférence en acier et les lames sont de préférence en acier trempé pour leur permettre de supporter un fonctionnement prolongé sans avoir à les affecter trop froquemment. Eventueîlement, un dispositif d'affûtage sur place peut entre incorporé dans appareil afin de-maintenir en permanence un bord de coupe acéré sur chaque lame. Le dispositif d'affNtage peut entre sous forme d'une meule cylindrique à rainurage hélicoïdal en contact avec les lames du rouleau de coupe, ce qui assure un affO- tage permanent. Les rainures hélicoïdales de la meule cylindrique doivent avoir le même pas que celui des lames hélicoidales du rou leau de coupe si le rouleau et la meule sont destinés à tourner dans le meme sens, par exemple dans le sens dextrorsum.Si toutefois le rouleau de coupe et la meule doivent tourner dans des sens opposés, il est préférahle que les hélices de la meule aien.t un pas opposé à celui des lames hélicoidales. Pour étudier l'insta- lation dtaffNtage sur place, on détermine un certain nombre de départs d'hélice "g" dans la meule cylindrique et on choisit également un nombre entier "k". Le pas des hélices et la vitesse de rotation de la meule cylindrique sont déterminés comme suit : Pas de la meule cylindrique = gQ (cm) NK Vitesse de la meule cylindrique = RNk (tours/minute) g Le diamètre de la meule est une variable indépendante et peut avoir toute valeur désirée.De préférence, on. choisit un diamètre tel que la vitesse périphérique correspondante de la meule permette d'effectuer efficacement un affûtage régulier et efficace des lames. Le rôle du nombre entier "k" est le même que celui du nombre entier "i" dont il a été question précédemment; plus précisément, cette constante correspond à la frequence des engagements des lames dans les rainures de la meule le long de la zone de contact entre les deux. L'exemple suivant sert à illustrer l'invention sans aucu nemEnt en limiter la portée. EXEMPLE Dans un appareil analogue à celui de la Figure 1 et comportant les tabliers d'amenée et de reprise du type représenté sur la Figure 3, on a introduit un faisceau filamentaire titrant au total 900.000 deniers formé de filaments ordinaires en téréphtalate de polyéth.ylène titrant chacun 1,5 denier, cette introduction se faisant sous une tension suffisante pour redresser le frisage.La vitesse des tabliers d'amenée est gale à "s" et la vitesse des tabliers de reprise est de 1,25 tif". Pour satisfaire aux conditions indiquées, on utilise les rapports mathématiques suivants selon la nomenclature définie plus haut i = 2; A = 2,03; lamx = 7,62 cm; B = arc tg (4) ( environ 24 ); N = 2; D = 9,843 cm; Q = 6,773 cm; R = 37,725 tours/minute; S = 11,66 m/minute; n = 3; d = 3,638 cm; q = 5,08 cm; r = 50,3 tours/minute; s = 5,74 m/minute; f = 5,74 m/minute; Rainurage hélicoldal : 0,254 cm de largeur et 0,158 cm de profondeur. La bande ainsi obtenue ne comporte aucune extrémité écrasée ou aplatie des fibres individuelles et ces fibres sont clairement distinctes et régulièrement coupées. I1 est pratique, avec ce nouvel appareil, de préparer des bandes continues de fibres dont les fibres ont une longueur quelconque de plus de 3,8 cm environ, On peut atteindre aisément des vitesses d'amenée "f" comprises entre 1,83 et 183 m/minute. Si la bande de fibres discontinues doit être directement transformée en un ruban pour en permettre le traitement sur un système à coton d'étirage et de filature, il est préférable que le faisceau initial soit ouvert, c'est-à-dire avec un nombre très réduit de chenilles ou de fibres "enchev8trées" par un frisage en concordance de phase. On peut obtenir un schéma variable de fibres discontinues et coupées par le simple expédient consistant à soumettre le faisceau admis à un mouvement en zig-zag d'un c8té de l'appareil à l'autre. Le présent appareil constitue un progrès certain dans le domaine du découpage de faisceaux filamentaires. On peut découper un faisceau avec cet appareil en fibres individuelles courtes, avec une coupe propre et sans écrasement ou aplatissement des fibres individuelles. L'opération de coupe transforme un faisceau en une bande continue à partir de laquelle on peut produire facilement un ruban d'un étirage uniforme, même sur un système à coton. On peut également utiliser les bandes obtenues sur cet appareil directement comme capitonnage, par exemple pour des matelas ou pour des coussins de sièges. Un grand avantage qui découle de l'utilisation du présent appareil est la facilité avec laquelle on modifie les longueurs des fibres discontinues par un simple changement delta vitesse d'amenée du faisceau llffl Dans de nombreux appareils connus, toute modification de la longueur des fibres discontinues exige le remplacement du rouleau de coupe lui-mme. L'invention supprime cet inconvénient. Une autre utilité de cet appareil est qu'il permet de couper en diagonale des bandes d'une feuille de matière, par exemple d'étoffe, de nappe non-tissée, de st-ratifié, de pellicule, de papier, etc. Ge telles Landes sont utilisées dans divers domaines, par exemple dans la fabrication de pneumatiques, de tubes de noyau tege et de pailles ( pour aspirer des boissons ). La largeur de telles bandes, mesurée dans le sens de la progression, est évidem- ment la même que la longueur d'une fibre discontinue qu'on obtient lorsqu'on introduit un faisceau filamentaire continu dans l'appareil. Il va de soi que des modific@tions peuvent être apportées au mode de réalisation qui vient l'être cécrit, notamment par substitution de moyens techniques quivalents, sans sortir pour cela du cadre de la @résonte invention. REVENCICATIONS 1 - Appareil de conversion de faisceaux filamentaires continus en une bande de fibres discontinues, comportant un mécanisme d'avancement du faisceau, un dispositif pour couper ce faisceau en fibres discontinues et un mécanisme de reprise de la bande installé en aval par rapport au mécanisme d'avancement, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison (a) un rouleau cylindrique monté en rotation dans un support sur un coté de la surface plate du trajet du faisceau entre le mécanisme d'avancement et le mécanisme de reprise, ce rouleau portant -sur sa surface périphérique au moins une lame de coupe hélicoldale;; (b) un organe mobile présentant au moins une rainure pour recevoir la lame, cet organe étant monté, par rapport au trajet du faisceau, sur le côté opposé à celui de ladite lame, (c) et des moyens ac- couplés respectivement à ce rouleau et à cet organe pour les faire avancer, dans le sens du mouvement du faisceau, à des vitesses différentes. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe mobile est un second rouleau cylindrique présentant dans sa surface périphérique au moins une rainure héli.- coïdele, 1 pas d'hélice de la lame étant opposé à celui de la rainure et ladite lame établissant un engrènament sans contact avec ^' a rainure. 3 - Appareil selon la revendication I, caractérisé en ze que ledit organe mobile est une courroie sans fin, dans une surfcce extérieure de laquelle sont formées des rainures diagonales pour recevoir la lame, cette lame étant de pas opposé à celui des rainures et pénétrant partiellement dans ou moins l'une des .-l te rainures, un jeu étant maintenu entre les rainures et la lame pendant le mouvement relatif entre eux. X - Appariel selon la revan-ulcation 3, carectérisé en ce us les movens sont prévus pour déplace le rouleau à une vitesse périphérique supérieure d celle de 13 courroie et dans le même sens que cette dernière.