Brevet FR2103481A1 — publié le 19720414

La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux appareils à filer électrostatiques en vue d'augmenter la force éffective et de contrôler la configuration du champ électrostatique que traversent les fibres textiles immédiatement avant 5 de parvenir aux organes qui les tordent et les filent pour les transformer en un toron ou un fil continu. Dans les dispositifs de filage électrostatiques connus, tels que celui décrit dans le Brevet des Etats-Unis N° 3.411.284 publié le 19 Novembre 1968, au nom de A. Corbaz et al, pour "Procédé 10 et appareil de filage de fibres textiles", le champ électrostatique s'étend dans un espace séparant un système d'aménagé faisant avancer mécaniquement les fibres dans le champ et une tête de filage, qui tord et file les fibres pour former un fil. Les fibres parviennent au système d'aménagé à l'état libre ou sous forme de bobine de 15 préparation et sont envoyées par ce système dans le champ électrostatique sous forme d'écoulement retenu. Le champ est efficace pour aligner les fibres et déterminer le chemin qu'elles suivent pour aller à la tête de filage. La fiabilité du filage de fibres par le procédé électrostatique 20 dépend de la force et de la stabilité du champ électrostatique et de la réduction au minimum de la turbulence de l'air créée par le dispositif de tordage dans la zone de son extrémité où arrivent les fibres. Selon la présente invention, le champ est renforcé dans la 25 zone que traversent les fibres, entre l'électrode réceptrice et le , sol, en étant partiellement rempli d'un matériau diélectrique, qui entoure l'électrode réceptrice. Quand le matériau diélectrique est conforme à une surface équipotentielle, il n'existe pas de variations de tension le long de la surface du diélectrique et, par 30 conséquent, aucune tendance à des accumulations de charge. Ces accumulations tendent à déformer le champ et deviennent de nature passagère en apparaissant et en disparaissant avec les changements de la résistivité superficielle par suite de l'humidité ou par contamination. La turbulence de l'air dans la zone de l'extrémité 35 qui reçoit les fibres de l'organe de tordage augmente le déchet 71 24 390 2 21 o ? ^ n i en écartant ces fibres du chemin prévu pour qu'elles le suivent. Le matériau diélectrique, placé et.conformé suivant la présente invention, augmente sensiblement la fiabilité du filage électrostatique des fibres textiles en procurant un moyen de renforcer 5 le champ électrostatique et de lui donner une forme faisant conver-- ger les fibres vers l'extrémité réceptrice de l'organe de tordage tout en stabilisant la configuration du champ par la réduction au minimum des accumulations de charge dans la zone adjacente à cette extrémité réceptrice. De plus, ce corps de matériau diélectrique 10 renforce la fiabilité de ce mode de filage en atténuant dans une large mesure la turbulence de l'air entourant l'extrémité de l'organe de tordage à laquelle arrivent les fibres. L'extrémité recevant les fibres de la tête de filage est faite d'une matière diélectrique et disposée de manière à dépasser d'une 15 électrode à haute tension, annulaire et sensiblement hémisphérique, engendrant un champ électrostatique convergeant au maximum et de force maximale. Le pince-fil est porté, de manière à pouvoir tourner, dans un support, à l'extrémité supérieure duquel est fixée une calotte diélectrique. Cette calotte comporte un orifice central, 20 dans lequel tourne le pince-fil, dont l'extrémité réceptrice de remplissage est disposée de manière que ses surfaces s'étendent sensiblement de façon continue avec la surface diélectrique apparente:de la calotte. En ne.prévoyant que le jeu nécessaire à la rotation de l'extrémité recevant les fibres du pince-fil dans .25 l'orifice de la calotte, on. réduit;-au minimum .la turbulence" de l'air dans cette zone. ; La configuration de la calotte étant également hémisphérique et sa matière constitutive diélectrique,,on renforce le champ dans la zone parcourue par les fibres tout en maintenant la direction 30 des vecteurs du champ. En donnant aux surfaces diélectriques de la calotte une forme, correspondant aux surfaces équipotentielles du champ, il n'en résulte aucun changement dé direction pour les vecteurs du champ électrique. Le renforcement de ce champ assure un contrôle amélioré des fibres sans augmentation de-la tension totale. 35 La configuration de la calotte permet également aux lignes du champ COPY 71 24390 3 2103481 de traverser normalement sa surface diélectrique, ce qui maintient stable la configuration du champ, en réduisant notablement de ce fait la possibilité de faire diverger ces lignes en créant des accumulations de charge, qui seraient de nature passagère. 5 Le but principal de la présente invention est de réaliser un appareil de filage électrostatique perfectionné, de champ puissant et de configuration stable, à l'intérieur duquel les fibres textiles sont alignées et transportées aux organes qui les tordent et les filent pour les transformer en un fil continu. 10 Un but plus particulier de l'invention est de réaliser un appareil de filage électrostatique, qui, en plus d'avoir un champ puissant et stable, exerce un contrôle amélioré sur les fibres, en réduisant notablement les accumulations de charge transitoires dues à des variations de potentiel le long de sa surface et en 15 diminuant au maximum la turbulence de l'air au voisinage de l'extrémité recevant les fibres de l'organe de tordage. Ces buts, ainsi que d'autres de la présente invention vont apparaître plus clairement en se référant à la description détaillée qui va suivre en référence à la figure unique du dessin annexé 20 qui est une vue en coupe longitudinale, en partie schématique, d'une partie d'un appareil de filage électrostatique conforme à la présente invention. L'appareil de filage représenté comporte, suivant le mode de réalisation préféré, un système d'aménagé 10. Ce système d'aménagé 25 est absolument identique à celui qui est décrit, en se référant à la Fig. 4, dans l'article intitulé "Le développement du Filage électrostatique" par V. P. Radovitskii et al, Tekst. Prom. (Moscou) 29 N°10, 36-41 (1969) et comprend une paire de rouleaux d'aménagé ' 11 et 12, entraînés mécaniquement, entre lesquels arrivent les 30 fibres à l'état libre ou en bob-ine de préparation. Une paire de courroies 13 et 14, passant respectivement sur les rouleaux d'entraînement 15 et 16 et les barres de guidage 17 et 18 ainsi que sur un rouleau de renvoi 18a, guident et positionnent les courroies 13 et 14 de manière à diriger les fibres qui passent C0PY 71 24390 2103481 entre elles vers une paire de rouleaux 19 et 20, provoquant le déchargement des fibres. Le tirage exercé par le système 10 est suffisamment fort pour que le déchargement partant des rouleaux 19 et 20 s'effectue sous la forme d'un écoulement régulier et retenu 5 de fibres. Le rouleau 19 est fait d'une matière conductrice, telle qu'un métal, et mis à la terre comme indiqué. Le rouleau 20 comprend un noyau central conducteur 20a, qui est mis à la terre, et un manchon diélectrique 20 b, tournant en contact, comme représenté, avec le rouleau 19. Au-dessous et à une certaine distance des 10 rouleaux de déchargement 19 et 20, se trouve l'ensemble de la tête de filage 21. Cet ensemble 21 comprend un corps 22, normalement fixe, et des calottes en bout 23 et 23a, respectivement montées aux extrémités supérieure et inférieure du corps 22. Une broche 24 est montée rotative dans le corps 22, en étant 15 portée par des paliers anti-friction 25 et 26 en ligne, écartés dans le sens axial et fixés dans l'alésage central 27 du corps 22. Ce corps 22 présente une ouverture 28 s'étendant latéralement pour donner accès à la partie centrale grossie 29 de la broche 24, qui est entraînée par la friction d'une courroie sans fin 30, pénétrant 20 par l'ouverture 28 et entraînée continuellement en rotation par la partie de commande de l'appareil de filage (non représentée). La broche 24 présente un alésage axial 31, dont l'extrémité inférieure détermine un orifice 32 de déchargement du fil, d'où le fil exécuté (non représenté) est tiré par des rouleaux récep-25 teurs ou de tirage 33 et 34. L'extrémité supérieure de la broche 24 est alésée en 35 pour recevoir une pince 36, dans laquelle les fibres (non représentées) sont dirigées pour être transformées en fil par tordage et filage. La pince 36 peut être, par exemple, du type décrit dans le Brevet 30 des Etats-Unis n° 3.372.537, publié le 12 Mars 1968, au nom de M. Poull et al, pour "Pinces à serrage radial". L'extrémité supérieure de la broche 24 possède un prolongement 37 présentant un orifice en entonnoir pour l'entrée des fibres. Ce prolongement, en une matière diélectrique, est disposé pour tourner 71 24390 5 2103481 à l'intérieur d'un alésage central 38 qui traverse la calotte 23. L'orifice en forme d'entonnoir 39 du prolongement terminal 37 recevant les fibres aboutit à un passage cylindrique 39a, dans l'axe de l'extrémité d'entrée de la pince 36 et de diamètre sensi-5 blement égal au diamètre de cette entrée. L'extrémité "adjacente de la pince 36 est normalement conductrice, tandis que le prolongement 37 est fait d'une matière diélectrique. Une queue de fil, sortant de la pince 36, traverse le passage 39a, pour arriver dans l'orifice 39, où les fibres envoyées par les rouleaux 19 et 20 sont collectées 10 et présentées au fil, tandis que la queue tourne dans le champ maximal, où elle est maintenue. Le bord périphérique supérieur de l'ouverture en entonnoir 39 est tout près de la paroi de l'alésage 38 prévu dans la calotte 23, également d'une matière diélectrique, de manière qu'il n'existe qu'un jeu minimal entre ces deux éléments. 15 par la proximité réciproque des éléments de l'ensemble, la surface de l'ouverture conique 39 s'étend sensiblement d'une manière contirue avec la surface extérieure de la calotte, ce qui élimine notablement la possibilité d'une turbulence de l'air causée par la rotation de la broche 24. 20 L'électrode négative métallique annulaire, ou cathode, 40, du système électrostatique est fixée à l'intérieur du corps 22 de 1^extrémité de filage 21, Alignée dans l'axe de la broche 24 en dessous de la calotte 23. Cette électrode 40 est connectée par un conducteur 41 à là borne d'une source d'alimentation électrostati-25 que à haute tension, dont l'autre borne est mise à la terre. La surface externe de l'électrode 40 est un segment de sphère afin d'obtenir un champ de convergence et de puissance maximales. L'éxtrémité supérieure métallique de la pince 36 constitue en effet la continuation ou le prolongement de l'électrode 40, ce qui donne 30 effectivement une cathode sensiblement hémisphérique. La configuration du champ électrostatique est représentée par les lignes de tirets 42, comme il s'étend de la surface diélectrique extérieure de la calotte 23 aux parties métalliques des rouleaux 19' et 20 qui assurent la'masse pour le champ électrosta- 71 24390 6 2103481 tique. La calotte 23 est annulaire, coaxiale avec la broche 24 et possède une surface externe qui constitue; un segment de sphère sensiblement concentrique au centre de la surface sphérique de l'électrode 40, de sorte que sa surface diélectrique apparente est 5 sensiblement perpendiculaire aux lignes du champ. Comme indiqué dans le Brevet corbaz et al mentionné précédemment, le procédé de filage électrostatique utilise un champ électrique à haute tension pour faire converger les fibres dans une sorte d'entonnoir rotatif. L'électrode négative, ou cathode, 10 qui l'entoure et dans laquelle l'entonnoir est supporté coaxiale-• ment par des paliers, a, de préférence, approximativement la forme d'une petite hémisphère, comme indiqué ci-dessus, pour obtenir la convergence et la puissance maximales du champ. L'entonnoir (prolongement 37 de la broche) est fait d'une matière diélectrique et 15 dépasse nécessairement dans le sens axial de la cathode 40. Comme indiqué ci-dessus, il est entouré d'une calotte diélectrique 23 pour réduire la turbulence de l'air. Une chape improprement conçue, telle, que celle affectant la forme d'un bol, tendrait à faire diverger le champ dans la zone du filage. La calotte 23 a reçu la 20 forme convenable pour qu'en plus de diminuer la turbulence de l'air, elle contribue à donner au champ la configuration qui convient. En prévoyant la calotte 23 avec une surface diélectrique correspondant à des surfaces équipoteritielles, i,l ne'se produit aucun changement de direction des vecteurs du. champ électrique. 25 . Comme-représenté par le. dessin, les surfaces équipotentielles 43, se trouvant à des distances radiales variées de l'hémisphère correspondant au sommet de l'orifice d'entrée en forme d'entonnoir du prolongement 37 de la broche, sont .approximativement celles de sphères concentriques. La calotte hémisphérique 23 est conçue en 30 tant que compromis raisonnable entre la forme exactement nécessaire pour correspondre à une 'surface équipôtentielle et- une forme facile à obtenir de fabrication. La réalisation, de la calotte 23 sous cette forme présente, deux avantages supplémentaires. Le ' - second avantage consiste en ce -que la puissancè du champ est 71 24390 7 2103481 augmentée dans l'espace compris entre les rouleaux 19 et 20 et la cathode 40. Si la surface du diélectrique correspond exactement à une surface équipotentielle, la puissance du champ s'accroît suivant le coefficient : k = ^ (1 - i) + i v te où V^1^ est la valeur de la surface équipotentielle avant l'ad dition du diélectrique, v la différence de potentiel totale entre électrodes et e la constante du diélectrique. La plupart des diélectriques solides ont une constante diélectrique comprise lO entre 2 et 8. Pour les dimensions et valeurs des diélectriques employés ( e= 3 à 4), cette augmentation a été estimée comme étant presque du double. Cette puissance renforcée du champ est bénéfique au procédé. Elle permet d'améliorer le contrôle des fibres sous une tension totale moindre. 15 Le troisième bénéfice résulte du fait que les lignes du champ 42 traversent normalement la surface diélectrique. Si ces lignes sortaient sous un certain angle différent de 90°, la force de champ comporterait une composante tangentielle à la surface diélectrique. Du fait de la conductivité finie de cette surface, il en 20 résulterait un courant, qui, à son tour, créerait des accumulations de charge en certains points de la surface de la calotte. Ces accumulations provoqueraient une distorsion supplémentaire du champ. Elles seraient de nature transitoire, apparaissant et disparaissant avec les changements de la résistivité superficielle dûs à l'humi-25 dite ou à la contamination.. La calotte 23 supprime ce problème. De telles accumulations localisées et transitoires de charge ne se produiront pas et, en conséquence, la configuration du champ restera stable. Pour résumer la suite des opérations, les fibres textiles sont 30 envoyées à l'état libre ou sous forme de bobine de préparation dans le système d'aménagé. Les fibres quittent les rouleaux 19 et 20 en un écoulement régulier et retenu pour pénétrer immédiatement 71 24390 8 2103481 dans le champ électrostatique, qui agit efficacement pour les aligner et les transférer à l'extrémité réceptrice de la broche 24. La calotte diélectrique 23 affecte, selon l'invention, une configuration correspondant aux lignes équipotentielles du champ élec-5 trostatique et agit, en plus d'assurer au champ la forme désirée, pour le renforcer et le stabiliser, améliorant ainsi sensiblement le contrôle des fibres. Après être entrées par l'extrémité réceptrice de l'organe de tordage, les fibres sont reçues par la pince 36, qui les tord et les file pour les transformer en un fil continu. Les rouleaux 33 et 34 tirent le fil de la broche 24 par l'orifice de sortie 32 et ce fil s'enroule sur une bobine appropriée ou un autre élément analogue, non représenté. La présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais en couvre, au 15 contraire, toutes les variantes. 71 24390 9 2103481 revendications 1. - Appareil de filage, à extrémités ouvertes, de fibres textiles, comportant un dispositif d*aménagé et un dispositif de tordage des fibres, ce dernier dispositif étant logé de manière à pouvoir tourner dans un boîtier séparé par un certain intervalle 5 du dispositif d"aménagé et présentant un orifice d'entrée des fibres et une extrémité de sortie du fil ainsi que des organes intermédiaires qui transforment par tordage et filage les fibres en un fil continu, des moyens pour établir, dans l'intervalle précité entre le dispositif d'aménagé et le dispositif de tordage 10 des fibres, un champ électrostatique ayant pour effet d'aligner, de guider et d'obliger les fibres à traverser cet intervalle, caractérisé par des moyens prévus audit intervalle pour faire converger le champ électrostatique et le renforcer pour contrôler et diriger le mouvement des fibres passant du dispositif d'aménagé 15 au dispositif de tordage. 2. - Appareil de filage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réduire au minimum les accumulations de charge électrostatique transitoires dans la région voisine de l'extrémité réceptrice du dispositif de tordage. 20 3. - Appareil de filage suivant la revendication 1, caractérisé par un moyen supplémentaire pour maintenir les fibres dans la voie où elles convergent en diminuant la turbulence de l'air produite par la rotation du dispositif de tordage. 4. - Appareil de filage suivant la revendication 1, caracté-25 risé en ce que les moyens pour faire converger le champ électrostatique dans l'intervalle séparant le dispositif d'aménagé des fibres du dispositif de tordage afin de contrôler et diriger le mouvement de ces fibres dans cet intervalle comprennent un corps en une matière diélectrique. 30 . 5. - Appareil de filage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens produisant le champ électrostatique comprennent une électrode annulaire entourant le dispositif de tordage et dans l'axe de laquelle se trouve le corps diélectrique 71 24390 10 2103481 qui est annulaire et dont la surface apparente, tournée vers le dispositif amenant les fibres à traverser l'intervalle précité, présente une conformation correspondant sensiblement à celle des surfaces équipotentielles du champ électrostatique partant de l'é-5 lectrode annulaire, ce qui évite tout changement dans la direction des vecteurs du champ à la surface du corps annulaire. 6. - Appareil de filage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode et le corps diélectrique présentent des surfaces sensiblement concentriques, en forme de segments de 10 sphères, faisant face au dispositif d'aménagé des fibres. 7. - Appareil de filage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la constante diélectrique de la matière employée est comprise entre 2 et 8. 8. '■ Appareil de filage suivant la revendication 7, caracté- 15 risé en ce que la constante diélectrique de la matière employée est comprise entre 3 et 4. 9. - Appareil de filage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen supplémentaire pour maintenir les fibres dans la voie où elles convergent comporte des éléments déterminant 20 ces fibres à passer sensiblement dans l'axe du corps diélectrique, à l'intérieur duquel tourne le dispositif de tordage et des éléments pour qu'il n'existe pratiquement pas de solution de continuité entre la surface extérieure de ce dispositif de tordage et la surface extérieure du corps diélectrique.