Brevet FR2276408A1 — publié le 19760123

La présente invention se rapporte à un dispositif de torsion, pour la production de fils filamentaires ondulés, dans lequel la vitesse de travail peut être considérablement augmentée au moyen d'un organe rotatif du type à ailettes de turbine comprenant une tige de torsion. On connait diverses méthodes de formation d'ondulations dans des fils filamentaires en matière synthétique thermoplastique. Dans chacun de ces procédés connus, le principe est que les fils filamentaires sont fixés ou stabilisés thermiquement à ltétat ondulé. Parmi ces méthodes, un procédé dit de fausse torsion, utilisant un dispositif de fausse torsion par exemple une broche, est mis en oeuvre comme un des moyens continus de formation d'ondulations dans des fils filamentaires. Selon ce procédé, de fortes torsions sont imposées à un fil ou cordon filament aire par le dispositif de fausse torsion pendant que ce cordon traverse ledit dispositif. Le cordon filamentaire est fixé thermiquement dans ltétat de torsion ainsi obtenu, et le fil thermiquement fixé est simultanément détordu et enroulé sur une pelote. Par conséquent, l'état ondulé des filaments individuels, obtenu par le dispositif de torsion et fixé par le traitement thermique, conserve une forme spirale compliquée, même après 1'opération de détorsion. Une autre méthode connue de production de fils owtordons filamentaires ondulés consiste à tordre un faisceau de fils filamentaires à l'avance le long d'une distance prédéterminée, ledit faisceau étant déplacé pendant quton chauffe la partie tordue. La première méthode de fausse torsion exerce toutefois un effet défavorable sur la structure, et les roule eux pour l'en- traînement par contact d'une broche ainsi que les paliers des rouleaux d'entrainement stusent rapidement. En raison de l'abrasion de ces pièces, les dépenses d'équipement et d'entretien deviennent importantes, bien que la vitesse de rotation puisse être améliorée à un certain point par l'emploi d'une broche de construction particulière. A cause du défaut ci-dessus, la vitesse de rotation est limitée pour les broches ordinaires et elle est généralement comprise entre 350 000 et 450 000 rotations par minute. La cadence de fabrication de cordons filament aires ondulés est déterminée par la vitesse de rotation de la broche, le nombre de torsions nécessaires pour former des ondulations dans un fil étant par exemple de 3 000 à 3 500 torsions par mètre dans le cas d'un fil de 70 deniers, bien que ce nombre de torsions diffère à un certain point selon la dimension du fil. Par suite, la vitesse de fil nécessaire pour l'obtention de fils ondulés est de l'ordre de 100 à 120 mètres/minute environ. Dans ce procédé par fausse torsion, dans le cas des bro ches ordinaires habituellement utilisées, la tige de torsion est chauffée par frottement avec les rouleaux d'entraînement et, comme un fil chauffé à 100 C environ traverse la tige de torsion, cette dernière est encore chauffée davantage et sa température devient presque aussi élevée que celle du fila Si la température de cette tige, agissant comme point de torsion ou de détorsion, est plus élevée que le deuxième point de transition de la fibre à traiter, la stabilité de l'ondulation et la grosseur sont diminuées dans le fil ondulé résultant. Dans l'autre méthode, on peut escompter une certaine amélioration de la vitesse de travail car on n'utilise pas de pièce rotative telle qu'une broche. Toutefois, puisqutil est nécessaire de séparer par force deux ou plusieurs fils filamentaires, dans la partie préalablement tordue, des phénomènes indésirables sont engendrés par la tension excessive appliquée à la séparation des fils. On peut ainsi observer des ruptures de fils, la formation de peluches, et des formes d'ondulation incorrectes. De plus, puisque on tord un groupe de deux ou plusieurs fils filamentaires, le nombre critique de torsions doit naturellement être diminué, et par suite le fil ondulé résultant a un volume inférieur. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de fils ondulés qui permet d'obtenir une vitesse de travail à une cadence pouvant atteindre 800 000 rotations par minute, au moyen d'un organe rotatif du type à ailettes de turbine, comportant une tige de torsion. Des fils ondulés de grosseur excellente sont préparés facilement, suivant l'invention, à une cadence de travail fortement augmentée. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la des cription de Sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est une vue d'un appareil pour la fabrication de cordons filamentaires ondulés, équipé d'un dispositif de torsion conforme à la présente invention. Fig. 2 est une vue en plan, avec coupe partielle, d'un dispositif de torsion suivant l'invention. Fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, et Fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3. On voit, sur la figure, que le dispositif de torsion 1 suivant la présente invention est disposé entre un réchauffeur 2 et un rouleau de renvoi 6 du type à tablier, pour tordre et détordre un fil ou cordon filamentaire 3 non encore traité. Le fil 3, enroulé sur une bobine 4, est amené au réchauffeur 2 par l'inter- médiaire d1un premier guidage 5 et d'un galet d'alimentation 7 du type à tablier. Dans l'appareil 2, le fil brut 3 est chauffé à une température allant de la température ambiante à 200 C environ. De préférence, le fil est chauffé à 1800C environ dans-le cas de fibre polyamide et à 2300C environ dans le cas de fibre polyester. Le fil sortantdu réchauffeur 6 est refroidi à l'air jusqu'à une température inférieure au deuxième point de transition du fil, c' est-à-dire de préférence au-dessous de 8O0C dans le cas de fibre polyamide et au-dessous de 1000C dans le cas de fibre polyester. Dans le dispositif de torsion 1, suivant l'invention, décrit plus loin en détail, le fil chauffé est tordu puis il est extrait du dispositif 1 sous la forme d'un fil ondulé et il est enroulé sur une bobine en papier 12, après avoir traversé un galet de renvoi 6 du type à tablier et un deuxième guidage 11. Le dispositif 1 comporte une pièce rotative à grande vitesse, du type à ailettes de turbine, munie intérieurement d'une tige de torsion. Lorsqu'on envoie de l'air comprimé dans la direction indiquée par une flèche 8, une pièce rotative 17 tourne à une vitesse qui peut atteindre 750 000 à 800 000 t/minute, de façon à tordre et détordre le fil brut 3. L'air comprimé qui a produit ce travail de rotation est évacué, après détente, dans la direction indiquée par une flèche 9. On décrit maintenant le dispositif de torsion 1, de fa çon plus détaillée, avec référence aux figures 2 à 4. Ce dispositif de torsion 1 comprend un passage 13 pour le fil 3 à traiter, à l'intérieur d'un arbre creux. Une tige de torsion 14 est disposée dans ce passage 13 Le système 1 comprend également un organe rotatif ou rotor 17, du type à ailettes de turbine, qui tourne à grande vitesse dans une enveloppe 16 lorsqu'on injecte de l'air comprimé sur des ailettes 15 régulièrement disposées à la périphérie de la pièce 17, autour de sa partie médiane. Un couvercle supérieur 18 et un couvercle inférieur 19, présentant chacun un trou circulaire en leur centre, sont vissés sur les faces supérieure et inférieure de l'enveloppe 16, respectivement.Un palier supérieur à air 20 est vissé à la face inférieure du couvercle supérieur 18 et un palier inférieur à air 21 est vissé à la face supérieure du couvercle inférieur 190 L'air comprimé est admis par un orifice d'entrée 22 prévu dans l'enveloppe 16 et il est projeté par une tuyère 23 sur les ailettes 15 du rotor 17. Ensuite, l'air est évacué à l'extérieur de l'enveloppe 16 par un passage d'échappement 24. Les paliers à air 20 et 21 ont comme fonction d'introduire l'air comprimé venant d'un orifice d'entrée 25 et de le diriger vers le rotor 17, aux deux extrémités de la partie épaulée de son arbre creux. Le rotor 17 est ainsi supporté de façon flottante. On voit, sur la figure 3, qu'une force de propulsion ou de traction, dûe à la différence de tension entre le coté du fil brut 3 et le cdté du fil ondulé 10, est appliquée dans la direction d'avance du fil filamentaire, c'est-à-dire vers le bas sur la figure 3. Dans le dispositif de torsion 1 représenté sur le dessin, l'organe rotatif 17 est réalisé en matière magnétique, le palier pneumatique supérieur 20 et'le palier pneumatique inférieur 21 étant en substance non magnétique. Un aimant 30 est disposé sur la face supérieure du palier inférieur 21, en contact étroit avec celui-ci, de sorte que la force de propulsion mentionnée plus haut, appliquée au rotor 17, est réduite par la force magnétique de répulsion engendrée entre les surfaces opposées de l'aimant 30 et du rotor 17 de même polarité.Sur le couvercle supérieur 18, disposé sur la face d'entrée de fil de l'enveloppe 16, sont prévus une pluralité de trous 27 d'injection d'air, pour refroidir le fil chauffé à une im- pérature inférieure au deuxième point de transition. Ces orifices 27 sont raccordés au passage 24 d'évacuation d'air par un canal 28 (voir figure 2), de sorte que l'air d'échappement est utilisé pour refroidir- le fil chauffé. D'autre part, un cylindre de refroidissement 31 est fixé, de façon démpntable, sur le couvercle supérieur 18. Dans le dispositif de torsion 1 ainsi construit, lorsqu'on envoie de l'air comprimé à l'orifice d'entrée 22 et que cet air est projeté par la tuyère 23 sur les ailettes 15 du rotor 17, celui-ci tourne à grande vitesse, et le fil ftlamentaire brut 3 est -frisé ou ondulé par la tige de torsion 14, de façon indiquée plus haut. Le fil est ensuite repris sous sa forme ondulée par le rou leau de renvoi 6 à tablier. Une partie de l'air d'échappement, qui a communiqué son énergie au rotor 17, est envoyée à l'orifice de projection d'air 27 prévu sur le couvercle supérieur 18, à partir du milieu du passage 24 d'évacuation d'air, par l'intermédiaire du canal 28. Cet air est projeté sur le fil brut chauffé 3, par l'ori- fice 27, comme indiqué par une flèche 29.Par suite, la température du fil brut 3 est abaissée au-dessous du deuxième point de transition du fil. Séparément, de l'air comprimé est introduit dans les paliers pneumatiques 20 et 21 par le passage d'entrée d'air 25 et cet air comprimé est projeté vers la partie étagée du rotor 17, par les trous de sortie 26 prévus sur les paliers respectifs 20 et 21. Ainsi, le rotor est supporté de façon flottante et il peut tourner à grande vitesse sans difficulté. Pendant l'opération d'ondulation, une force de propulsion doit inévitablement être créée dans la direction d'avance du cordon filamentaire, en raison de la différence de tension sur le fil entre le c3té d'entrée et le côté de sortie.Dans le dispositif de torsion suivant la présente invention, tel qu'iL est représenté sur la figure 3, le rotor 17 est réalisé en matière magnétique et un aimant 30 est étroitement fixé à la face supérieure du palier inférieur 21. Comme le rotor 17 et l'aimant 30 ont la meme polarité, une force magnétique répulsive est engendrée entre les surfaces opposées du rotor 17 et de l'ai- mant 30. Par suite, la force de propulsion mentionnée plus haut est réduite de la valeur correspondant à cette force de répulsion. On décrit ci-après en détail un exemple-de mise en oeuvre du dispositif tordeur suivant la présente invention. Lorsqu'on traite des fils de quarante deniers en filaments de polyamide, au moyen du dispositif tordeur suivant l'inven- tion, la vitesse de rotation du rotor 17 est de 750 000 t/mn, le nombre de torsions est de 4 000 T/m, le rapport de suralimentation est de 2% et la vitesse du fil est de 187 m/mnO La vitesse de traitement obtenue est donc environ deux fois plus grande que celle qu'on obtient avec le procédé usuel au moyen d'une broche. -Dans ce cas, la variation de la vitesse de rotation selon les dispositifs tordeurs est inférieure à 1%, et la pression de l'air comprimé est de 3 bars aux paliers et 3,5 bars à la tuyère de projection d'air comprimé sur les ailettes 15 du rotor 17. La quantité d'air compri mé consommée est de 0,025 Nm3/mn. Les résultats obtenus dans un exemple de préparation de fils ondulés fantaisie sont indiqués dans le tableau I. TABLEAU I Pression d' Vitesse de ro- Nombre de Vitesse du air comprimé tation du rotor torsions fil (bars) t/mn Par mètre mimn 1 200 000 1070 187 2 550 000 2940 187 3 740 000 3970 187 4 840 000 4600 187 4 840 000 4600 187 Les valeurs indiquées dans le tableau I montrent que le nombre de torsions par mètre varie proportionnellement à la pression de l'air projeté. Par conséquent, on peut facilement obtenir des fils ondulés fantaisie, riches en variation d'aspect, par réglage ap proprié de la vitesse de variation de la pression d'air comprimé et changement approprié des intervalles d'application de l'air comprimé à une certaine pression. Corme déjà indiqué, dans la description précédente, le dispositif tordeur suivant l'invention comprend un rotor à ailettes de turbine qui comporte un axe tordeur pour un cordon filamentaire introduit à l'intérieur d'un arbre creux, des ailettes réparties à la circonférence de la partie médiane du rotor et une enveloppe qui entoure la périphérie extérieure du rotor. Un orifice de pro jection de gaz, pour l'alimentation en gaz comprimé des ailettes du rotor et la communication d'une puissance de rotation à ce ro tor, et un autre orifice de projection de gaz, pour l'amenée de gaz comprimé aux deux extrémités de la partie épaulée de l'arbre creux et pour le supportage du rotor en condition flottante, sont prévus à l'intérieur de l'enveloppe, séparément l'un de l'autre. Grâce à ces caractéristiques, dans le dispositif tordeur suivant l'invention, le débit de gaz projeté pour remplir la fonction de rotation et le débit de gaz projeté pour remplir la fonction de portée peuvent être réglés indépendamment l'un de l'autre et main tenus exactement à des valeurs numériques précises. Par conséquent, les conditions de supportage et de vitesse de rotation peuvent être choisies à volonté en fonction de la taille du fil brut, et la qualité du fil traité peut être réglée et maintenue avec précision. C'est un des avantages de la présente invention. De plus, une capa cité de portée suffisante peut être obtenue, suivant la masse du rotor et les propriétés du fil, par le flux de gaz projeté appliqué indépendamment aux deux extrémités de la partie épaulée de l'arbre creux. Une grande vitesse de travail peut donc etre maintenue de façon stable et, par l'effet synergétique de ce flux de gaz et du flux de gaz appliqué séparément pour remplir la fonction de rotation, il est possible d'augmenter la vitesse de rotation en fonctionnement à vitesse constante jusqu'à une valeur dépassant 800 000 T/mn. Par suite, la cadence de fabrication de fils ondulés est considérablement améliorée. D'autre part, lorsque le gaz introduit pour remplir la fonction de supportage et le gaz introduit pour la fonction de rotation sont fournis séparément et indépendamment, comme indiqué plus haut, si on choisit différents compresseurs pour fournir les flux gazeux respectifs, les influences des pulsations de ces flux gazeux sont dispersées et par conséquent réduites. La stabilité en fonctionnement à grande vitesse de rotation peut ainsi entre améliorée et maintenue à un niveau supérieur. Il en résulte que dans le dispositif tordeur suivant l'invention, le palier ne s'use pas et sa durée de vie peut être prolongée. En outre, aucune variation de la vitesse de rotation ne se produit puisque le rotor n'est pas usé par frottement. Ainsi, les fils ondulés voulus peuvent toujours être obtenus de façon sure. Lorsqu'on injecte de l'air comprimé pour faire tourner le rotor, puisque le nombre de MEch est maintenu à 1,5 - 2, la température de I1 air à l'instant où il rencontre le rotor est réduite à OOC environ au maximum, par la détente adiabatique, et l'air exerce ainsi une action de refroidissement sur le rotor. Par conséquent, l'axe tordeur est toujours maintenu refroidi et il exerce un effet de refroidissement sur le fil filamentaire avant détorsion. La stabilité et le volume de l'ondulation sont améliorées dans les fils ondulés résultants. En outre, dans le dispositif tordeur suivant l'invention, le rotor étant entratné par air comprimé et les paliers étant maintenus en condition complètement flottante par l' injection d'air, on peut obtenir très facilement un fonctionnement discontinu du rotor. Par conséquent, la forme d'ondulation peut ê- tre partiellement modifiée, si on le désire, et on peut ainsi préparer facilement des fils ondulés fantaisie. Un avantage particulier de la présente invention, par rapport au système à fausse torsion utilisant une broche, est que 1' augmentation brutale de la vitesse de rotation qui se produit au démarrage de la broche peut facilement être éliminée. La fréquence des ruptures de fils au moment de la prise du fil sur le tordeur peut être considérablement diminuée par des moyens simples. En outre, puisqu'on utilise un gaz comme source d'énergie et de supportage pour le rotor, l'automatisation des opérations d'entraînement et d'arrêt peut être réalisée de façon économique. De plus, dans la présente invention, la partie du dispositif tordeur qui tourne à grande vitesse peut être plus compacte et de plus petite dimension que dans le système usuel à broche et il n'est pas nécessaire de prévoir un rouleau d'entraînement ou organe analogue.Par conséquent, la structure du dispositif de fausse torsion nta pas besoin d'etre aussi robuste que dans le système usuel à broche. Le prix de l'équipement suivant la présente invention peut donc être fortement réduit. Dans la forme de réalisation du dispositif tordeur suivant l'invention, dans laquelle une pluralité d'orifices de projection de gaz débouchent avec une certaine inclinaison par rapport au fil filamentaire du ctté d'entrée de ce fil, non seulement le gaz d'échappement qui a communiqué une énergie de rotation au rotor comme dans l'exemple précédent mais également un air comprimé provenant d'une source différente d'introduction de gaz peuvent être admis à ces orifices de projection de gaz, puisqutils-sont disposés à l'intérieur de l'enveloppe. Par conséquent,il est possible d'accélérer le refroidissement du fil chauffé introduit dans la zone de torsion, par soufflage positif d'un gaz comprimé sur le fil filamentaire, et d'améliorer ainsi l'effet de stabilisation.Simultanément, il est possible de raccourcir la zone de nettoyage dans le dispositif d'ondulation par une telle application positive d'un gaz comprimé, De plus, puisqu'une pluralité de tels orifices de projection de gaz débouche avec une certaine inclinaison vers le coté d'entrée de fil de l'enveloppe, c'est-à-dire en sens contraire du déplacement du fil, les flux gazeux projetés agissent dans le sens de la diminution de la force de propulsion appliquée sur le fil dans sa direction de déplacement. Ces flux gazeux ont donc pour effet de stopposertladite force de propulsion. Dans la forme de réalisation du dispositif tordeur suivant la présente invention, dans laquelle au moins une des faces d1 extrémité axiales de chacune des ailettes disposées vers l'extérieur de l'arbre creux est réalisée en matière magnétique, un aimant de polarité identique ou différente de celle de cette matière magnétique étant fixé à l'intérieur de l'enveloppe en position opposée à ladite face d'extrémité de manière à exercer sur le rotor une force magnétique qui agit en direction opposée à la force de propulsion dirigée dans le sens de déplacement du fil, puisque les parties magnétiques sont disposées sur la face d'extrémité axiale de l'ailette qui se projette vers l'extérieur de l'arbre creux et en opposition à l'intérieur de l'enveloppe, on peut facilement obtenir une force magnétique relativement grande appliquée au rotor.Cette force magnétique est bien appropriée à la grande vitesse de rotation du rotor, et par conséquent on est assuré d'obtenir constamment une rotation stable de ce rotor et d'empocher tout contact indésirable entre le rotor et les paliers pneumatiques. On voit, à la lumière de la description précédente, que la structure du dispositif de torsion suivant la présente invention est très simple et d'un fonctionnement très sOr. Par conséquent, les avantages de la présente inventioreuvent être considérablement accrus. Dans les formes de réalisation représentées sur les dessins, la position centrale de la tige de torsion concorde avec la position centrale du rotor, mais il est possible dans la présente invention d'adopter une variante dans laquelle la tige de torsion est à une position espacée de l'axe d'un fil filamentaire à onduler, d'une distance au moins égale au sayon de la partie la plus étroite de la tige de torsion. Ainsi, la force centrifuge exercée sur le fil par la rotation à grande vitesse peut être diminuée et le ballonnement du fil est minimisé. D'autre part, en ce qui concerae les moyens de réduction de la force de propulsion exercée sur le rotor dans la direction d'avance du fil, à cause de la différence de tension sur le fil entre le côté d'entrée et le côté de sortie, on peut utiliser deux dispositions : l'une dans laquelle les matières magnétiques sont disposées de façon à ce que les matières magnétiques de mdme polarité se repoussent, et l'autre dans laquelle elles sont disposées de façon à ce que les matières magnétiques de polarité différente s'attirent, REVENDICATIONS 1. Dispositif de torsion pour la fabrication de fils ondulés, qui comprend un rotor à ailettes de turbine comportant une tige de torsion pour un fil filamentaire disposé à l'intérieur d'un arbre creux du rotor, des ailettes réparties à la périphérie de la partie médiane du rotor, et une enveloppe qui entoure le ro tor, caractérisé en ce qu'un orifice de projectionde gaz pour l'admission de gaz comprimé sur les ailettes du rotor pour com muniquer une énergie ce rotation à celui-ci, et un autre orifice de projection de gaz pour l'admission de gaz comprimé aux deux extrémités de la partie à ailettes de l'arbre creux et le sup portage du rotor en condition flottante, sont prévus à l'inté rieur de l'enveloppe, séparément l'un de l'autre. 2o Dispositif de torsion suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité d'orifices de projection de gaz, débou chant avec une certaine inclinaison par rapport au fil filamen taire à onduler, sont prévus du cEté d'entrée fil de l'enve- loppe. 3. Dispositif de torsion suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des faces d'extrémité axiale de chacune des ailettes de l'arbre creux est en matière magnétique, un ai mant de polarité identique ou différente de celle de ladite matière magnétique étant disposé i 11 intérieur de l'enveloppe, en position opposée à ladite face d'extrémité, de façon à ce qu' une force magnétique, agissant dans la direction opposée à la force de propulsion imposée dans la direction d'avance du fil filamentaire, s'exerce sur le roter.