Brevet FR2375360A1 — publié le 19780721

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de fabrication de filés et de fils texturés en polyamide de poids moléculaire élevé et susceptible de former des fibres, selon la méthode de la fausse torsion. L'invention concerne un procédé par fausse torsion pour la texturation et l'étirage simultanés de filés ou fils fins continus de polyamide à l'aide d'un moulin à disques, caractérisé en ce que, en a) le trajet du fil est à peu près rectiligne dans la zone de texturation et d'étirage, b) un trajet de filé absolument sans ondulations est assuré par des éléments de stabilisation, c) on utilise au moins un disque d'entrée et un disque de sortie en un matériau résistant à l'usure, avec un coefficient de frottement aussi faible que possible, et au moins trois disques de travail intercalés entre les deux premiers, en un matériau de forme élastique avec un coefficient de frottement élevé, les écarts de l'angle de contact du bord de n'importe quel disque de travail, écarts provoqués par les tolérances de fabrication connues des groupes de disques, ne s'écartant pas de plus de 50 de-la valeur de consigne, et d) les vitesses de texturation sont comprises entre 700 et 1500 m/mn. Dans le procédé de texturation par fausse torsion, un filé, qui se compose au moins partiellement d'un matériau thermoplastique, est fourni en continu par un délivreur à un poste de texturation se composant d'un dispositif de chauffage, d'une zone de refroidissement et d'un moulin, il est tiré en continu par un deuxième délivreur et il est enroulé sur une fusette avec ou sans traitement ultérieur. Avec les broches de- torsion classiques, la vitesse vO de texturation par fausse torsion est limitée par le fait que la vitesse de rotation maximale n5 de la broche se borne à environ un million de tours par minute pour des raisons de solidité des matériaux utilisés.On a la relation n =s D (1) o D o dans laquelle D représente la torsion (tours de filés par unité de longueur) o à conférer au filé au poste de texturation. Selon une pratique connue, D doit o etre réglée d'autant plus haut que le titre Ti du filé est plus fin. Ainsi, par exemple, il est courant d'svoir D = 2500 tr/m Cm ) pour Ti = 167 dtex, et -l o Do ~ 4000 m pour Ti = 44 dtex. Pour une limite supérieure de n > 1 million de tours par minute, on ne peut obtenir que des vitesses inférieures à 400 m/mn avec la broche classique. Si on utilise des moulins à friction, il semble théoriquement facile d'obtenir des vitesses vo > 1000 m/mn, parce que la vitesse des surfaces de friction, étant donné le petit diamètre de filé, devrait se transformer en vitesse de rotation du filé supérieure à 4 millions de tours par minute. Mais au contraire des broches de torsion, il apparat sur- les surfaces de friction des glissements de rotation, ctest-à-dire que le filé ne roule pas sur les surfaces de friction. L'application de la torsion sans glissement ou par roulement avec des disques ou anneaux de frottement décalés les uns par rapport aux autres a été revendiquée dans les demandes de brevets à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne nO 2 310 803 et 2 040 749, mais les essais ont montré que la vitesse relative entre le filé et les surfaces de friction ne s'annule que dans quelques cas spéciaux en un petit nombre de points de la courbe de contact. Ce glissement fondamental est l'origine d'un grand nombre de difficultés au cours du fonctionnement des moulins à friction. Ainsi, par exemple) il n'est plus possible de déduire du réglage de la machine les torsions D ramenées au poste de texturation, parce que le o glissement dépend des forces de frottement entre le filé et les surfaces de friction. Les forces de frottement sont à leur tour influencées par les coefficients de rottement, le trajet du filé sur les surfaces de friction, la géométrie de torsion du filé et les forces de traction du filé dépendant de la température et de la déformation. Le grand nombre des grandeurs d'influence a pour conséquence, au cours du fonctionnement de machines de texturation multiples, d'amener une texturation non uniforme avec des différences spécifiques de la position, ces différences étant visibles dans le produit fini sous la forme de différences de volume ou de couleur ou, dans le cas d'articles façonnés suivant plusieurs systèmes sur métier circulaire, à des irrégularités de maille, c'est-à-dire que, dans les conditions de production, on n'obtient pas un niveau de qualité suffisant. Une sommation statistiquement inévitable de petits écarts de place en place produit un effet particulièrement défavorable en cas de vitesses v0 > 700 m/mn. Des vitesses plus élevées entrainent des trajets de filé plus longs, aussi bien au niveau du chauffage de fixation qu'à celui de la zone de refroidissemant qui lui fait suite. Ces distances plus grandes favorisent des ondulations du filé qui s'accumulent sur les moulins à friction par la tension résiduelle et qui mènent à une texturation non uniforme meme le long des filés individuels. Les processus d'ondulation provoquent, en cas de vitesses élevées, une usure renforcée du filé sur les éléments de guidage et ils réduisent la sécurité de défilement (taux- plus élevé de rupture de fil). On connait trois schémas- de procédés qui sont utilisés pour la fabrication de filés et fils continus textúres en matériaux thermoplastiques. Dans la texturation à canettes, des filés ou fils dtirés sont présentes à la machine à texturer, l'étirage ayant été réalisé en continu pendant le procédé de filage ou dans une phase séparée d'étirage sur des machines spéciales. En cas de texturation et d'étirage successifs, ltétirag2 et la texturation sont réalisés successivement en continu sur une machine, à un poste d'étirage et à un poste de texturation. Dans la texturation et l'étirage simultanés, l'étirage se fait simultanément au poste de texturation. L'ébauche de filé pour le procédé simultané ou successif n'est pas un produit de filage étiré. On connatt des moulins à friction de réalisationstechniques très diverses. Dans le groupe des moulins à friction internes, appelés broches, on trouve des cylindres creux tournants au travers desquels est entraîné le filé et dont les surfaces se trouvant en contact frottant avec le filé se composent d'un matériau à haut coefficient de frottement (type "bush", douille, brevet de Grande-Bmetagne nO 797 051).. Les broches peuvent autre parcourues plusieurs fois par le filé (par exemple demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne nO 2 253 206) en vue d'assurer un couple suffisant pour la torsion du filé. Un inconvénient essentiel de ce moulin à douille" consiste en ce que la force de traction après le moulin, pour des vitesses de rotation de celui-ci ou des vitesses de la surface de frottement-qui devraient"théori- quement" suffire pour la torsion du filé représente un multiple de la force de traction avant le moulin. Cette montée de la force de traction peut avoir pour résultat d'endommager le filé ou sa frisure. Pour éviter cela, la vitesse de rotation du moulin doit être augmentée, c'est-a-dire qutil fonctionne avec un glissement important. En pratique, on assigne à celui-ci des limites dans la mesure où la durée de vie des roulements à billes diminue fortement en fonction de la vitesse de rotation et ou les forces centrifuges qui apparaissent ne sont maîtrisées qu'avec une dépense technique élevée. Les recherches ont montré que les vitesses de texturation supérieures à 700 m/mn ne sont atteintes à l'échelle industrielle que par des mesures qui utilisent l'effet d'entrainement des surfaces frottantes, lequel effet provient de ce que le filé passe obliquement sur les surfaces de frottement de façon que la direction du mouvement desdites surfaces fasse un angle aigu avec le sens de défilement du filé. Dans la demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne nO 2 313 723, on revendique par exemple un dispositif à friction interne dans lequel on obtient un parcours oblique du filé en plaçant l'une derrière l'autre deux ou plusieurs broches dont les surfaces de frottement à l'entrée présentent toujours un coefficient de frottement élevé et les surfaces de sortie un coefficient de frottement faible, c'est-à-dire dont les surfaces de frottement de sortie sont remplacées par des guide-fil connus. Pour obtenir des forces faibles de traction du fil après la broche, on doit cependant continuer à travailler a des vitesses relatives trop grandes entre les surfaces frottantes et le filé. Un glissement important, d'une part, diminue la sécurité de texturation, notamment pour des vitesses élevées, et, d'autre part, dissipe une énergie notable de frottement de glissement qui peut mener A des avaries du matériau. Les broches prendre en compte sont des anneaux dont le bord intérieur, servant de surface de frottement, est en contact avec le filé. Suivant la demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne n" 2 040 749, on peut obtenir une broché entraînement par mise en position oblique des plans de plusieurs anneaux par rapport au sens de déplacement du filé. On connaît de plus des moulins à friction qui se composent d'un ou plusieurs corps en rotation dont les surfaces extérieures viennent en contact avec le filé et on obtient un parcours oblique par des guide-fil supplémentaires (demande de brevet publiée nO 1 660 639 et demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne nQ 2 351 575). Des moulins qui produisent un effet d'entraînement de cette manière, ou bien sont complexes techniquement, ou bien ne peuvent obtenir l'uniformité nécessaire d'un point à l'autre. La disposition de l'invention, gracie A sa caractéristique principale, a par contre l'avantage que, notamment pour un titre fin ( Les moulins à disques de la réalisation décrite dans la demande de brevet à la disposition du public de la République Fédérale d'Allemagne n" 2 213 881 se sont montrés particulièrement adaptés à la solution du problème de l'invention au cours des recherches qui ont mené à l'invention : trois jeux de disques tournant dans le mEme sens sont disposés sur trois arbres parallèles placés suivant les arbres d'un prisme droit à section-triangulaire équilatérale, de façon que les disques s'empilent l'un au-dessus de l'autre en se recouvrant mutuellement à la façon d'un escalier en colimaçon. Le filé parcourt le groupe de disques selon une courbe gauche en hélice.L'expérience montre que les conditions de force de traction sur de tels moulins à disques sont réglables à volonté dans un domaine étendu, par variation du recouvrement des disques, de l'épaisseur des disques, de leur distance, de leur diamètre, de leur nombre et du coefficient de frottement des surfaces de friction. Au cours des nombreuses recherches on a constaté qu'au fur et à mesure que la vitesse augmente, les conditions de la force de traction sur le moulin ne sont pas seules déterminantes pour une texturation réussie, mais que, suivant la provenance du filé, le procédé de texturation e t la plage des titres, le moulin et le guidage du filé au poste de texturation doivent être déterminés l'un par rapport à l'autre de façon a assurer un parcours du filé absolument sans ondulations dans les conditions normales de fonctionnement. Pour la texturation et ltétirage Simultanés de filés de polyamide non étirés, notamment pour des titres compris entre 13 et 78 dtex, on a obtenu des vitesses de texturation jusqu'à 150Q mlmn grace auxfaits que a) il existe au poste de texturation un minimum de points d'accumulation de torsion, c'est-à-dire essentiellement un parcours du filé presque rectiligne entre le point d'étirage et lue moulin b) sur au moins 80 % de la totalité de la longueur du poste de texturation, le filé est guidé sur des surfaces de contact faiblement courbées qui sont constituées soit de tubes courbés avec un diamètre intérieur s 8 mm, soit de plaques courbes avec une rainure- de guidage, dont le rayon de courbure au niveau du parcours du filé est ( 4 mm, les défauts de surface étant de préférence dans le sens longitudinal avec une profondeur de rugosité de 5 à 50 microns, de préférence 10 à 25 microns c) on a prévu un moulin à disques se composant de trois jeux de disques tournant dans le même sens sur trois arbres parallèles placés sur les arêtes d'un prisme droit a base triangulaire équilatérale de façon telle que les disques sont empilés les uns au-dessus des autres en se recouvrant mutuellement à la façon d'un escalier en colimaçon, avec un disque d'entrée et un disque de sortie qui servent de disques de guidage et qui sont en un matériau résistant à l'usure avec un coefficient de frottement aussi faible que possible, mais de même diamètre extérieur que les trois, ou de préférence quatre, disques de travail qui se trouvent entre eux et qui se composent d'un matériau de forme élastique avec un coefficient de frottement élevé, avec des tolérances de fabrication maintenues dans des limites suffisammant étroites pour que angle de contact des bords des disques de travail s'écarte de la valeur nominale de 50 au maximum, de préférence 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma de procédé - la figure 2 représente le trajet du filé sur le bord du disque (vue latérale) - la figure 2a représente le trajet du filé sur le bord du disque (vue de dessus) - la figure 3 représente un dispositif pour empecher l'enroulement du fil (vue latérale) - la figure 3a représente un dispositif pour empêcher l'enroulement du fil (vue de dessus) - la figure 4 représente un autre dispositif pour empêcher l'enroulement du fil (vue latérale) ; et - la figure 4a représente un autre dispositif pour empêcher l'enroulement du fil (vue A-A). Selon la figure -1, un filé 1 passe d'une bobine débitrice 2 à un premier délivreur 7, il passe au-dessus d'une surface courbe 3 de chauffage par contact et d'une surface de contact courbe 4 puis au travers du moulin à disques 5 vers un deuxième délivreur 8 et il est finalement enroulé sur une fusette 6. Les courbures en 3 et 4 sont représentées ici de sens inverse, mais elles peuvent parfaitement être de même sens. Le filé est chauffé en 3 et refroidi en 4, le refroidissement en 4 pouvant être forcé avec un circuit de réfrigérant régulé, ou être un refroidissement par convection par l'air ambiant. La rugosité longitudinale (profondeur de rugosité 5 à 50 microns) en 3 et 4, telle qu'elle peut résulter par exemple d'un procédé de finition courant comme le polissage, s'est montrée particulièrement avantageuse pour la stabilisation du trajet du filé. On notera qu'on a évité dans la zone du poste de texturation tout changement brusque de direction, car en de tels points les modifications de la force de traction et les effets d'accumulation de torsion influencent défavorablement la régularité. Le groupe de disques comporte au moins trois, de préférence quatre, disques de répartition de la torsion, en un matériau de forme elastique (par exemple polyuréthanne), car les expériences ont montré que, notamment pour la zone inférieure de titres de 13 à- 33 dtex, le mode de déplacement était influencé défavorablement par l'utilisation de cinq disques de torsion ou davantage, comme il est d'usage courant, clest-a-dire que les rendements sont sensiblement plus faibles. En meme temps, on a constaté que, pour la texturation et l'étirage simultanés de filés de polyamide 6, quatre disques de torsion sont suffisants pour la totalité du domaine de titres compris entre 13 et 78 dtex. L'explication de cette donnée décisive pour la solution du problème posé peut Btre cherchée dans le fait que le nombre des grandeurs arbitraires est relativement petit dans les moulins à disques du type decrit, ce qui est surprenant. Si on considère la courbe que reprffisente le trajet-du filé sur le bord du disque (voir figures 2 et 2a), on peut caractériser l'arc de contact par l'angle t et le parcours oblique par l'angle Y. Pour une disposition équidistante de disques de mêmes dimensions, on peut écrire la relation tg = # 3 (2) sin # c'est-à-dire que plus l'arc de contact avec le disque est grand, plus le trajet du filé est oblique. L'arc de contact agit sur la grandeur de la force de pression, donc sur la force de frottement, par l'intermédiaire du coefficient de frottement. Le parcours oblique détermine l'effet d'entraînement des disques. On-désire généralement travailler avec un coefficient de frottement éleva pour maintenir petits le nombre de disques de torsion et ainsi la longueur de contact. Les essais ont montré alune façon surprenante que l'effet d'entrai- nement des différents disques augment en même temps que le coefficient de frottement. A cause de la géométrie de torsion des filés, on désire un parcours oblique correspondant a 4'= 62 à 700, c'est-d-dire que ltangle total de contact e pour valeur, suivant l'équation (2), 2 # = 900 à 130bu peu importe de savoir par quelles dimensions des disques ou groupe de disques cet angle est obtenu.Si on ufnise trop de disques pour des titres fins, l'effet d'entrainement des disques d'entrée est trop grand et l'on arrive à l'apparition d'ondulations qui ont notamment pour conséquence un mauvais rendement. En nSme temps, on constate que les tolérances de fabrication admissibles pour les disques et groupe de disques doivent être déterminées, en vue de vitesses de texturation comprises entre 700 et 1500 m/mn, de façon que les écarts possibles de l'angle de contact à l'intérieur d'un moulin ou d'un moulin b l'autre s'écarte au maximum de 2,50 (c'est-a-dire au maximum 50 pour l'angle total de contact 2 9) des valeurs nominales. A titre d'exemple, on a rassemblé ci-après des domaines typiques de précision pour les contrôles de production 1. Parallélisme des axes : + 0,15 7. de la distance des axes (mesurée sur la hauteur totale du groupe de disques) 2. Distance entre disques : + 2,5 % de la valeur de consigne (bord de disque a bord de disque) 3. voile latéral des disques : 1,5 Z de la distance des disques 4. Faux-rond : 0,06 X de la distance des axes Dans ce qui suit, on décrit les perfectionnements des dispositifs de moulina 9 disques, qui ont pour but d'améliorer la disponibilité et la sécurité de fonctionnement de ces dispositifs. Un problème important des moulins å disques connus consiste en ce que, en cas de rupture de fil, il se produit habituellement des enroulements de filé sur les arbres d'entraînement. L'apparition de tels eqroulements peut conduire à des avaries du groupe et il est souvent difficile et coflteux de les éviter. De plus, un enroulement qui n'a pas été évité peut mener & une déterio- ration de la qualité. Un autre objet de l'invention est donc un dispositif qui évite avec certitude la formation de tels enroulements. Il est caractérisé en ce qu'on a apporté des surfaces fixes de déviation qui protègent les portions libres des arbres ou les collets des disques d'un moulin au niveau du passage du filé. Dans une forme de réalisation préférée, les portions entre les disques sont protégées par des levres 9 en telle courbée qui pénètrent librement dans la zone de recouvrement des disques et sont fixées chacune a l'extérieur des disques à une barre 10 (voir figures 3 et 3a). Dans une autre forme de réalisation, les surfaces de déviation sont constituées de pièces cylindriques creuses ll qui entourent les arbres en rotation (voir figures 4 et 4a). Les surfaces devraient être amenées à une distance aussi faible que possible des côtés mobiles des disques. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées-par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé par fausse torsion pour la texturation et l'étirage simultanés de filés ou fils fins continus de polyamide à l'aide d'un moulin à disques, caractérisé en ce quel en combinaison, a) le trajet du Eil ost à peu près rectiligne dans la zone de texturation et d'étirage, b) un trajet de filé absolument sans ondulations est assuré par des éléments de stabilisation, c) on utilise au moins un disque d'entrée et un disque de sortie en un matériau résistant à l'usure, avec un coefficient de frottement aussi faible que possible, et au moins trois disques de travail intercalés entre les deux premiers, en un matériau de forme élastique avec un coefficient de frottement élevé, les écarts de l'angle de contact du bord de n'importe quel disque de travail, écarts provoqués par les tolérances de fabrication connues des groupes de disques, ne s'écartant pas de plus de 50 de la valeur de consigne, et d) les vitesses de texturation sont comprises entre 700 et 1500 m/mn. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise des surfaces de contact courbes comme éléments de stabilisation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces courbes de contact présentent une rugosité longitudinale ayant une profondeur de 5 à 50 microns. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces de contact courbes comportent une rugosité longitudinale avec une profondeur de rugosité de 10 à 25 microns. 5. Procédé selon la revendication 1 pour des filés ou fils continus en polyamide 6 d'un titre compris entre 13 et 78 dtex, caractérisé en ce que la température du fil est de 20 à 12O0C avant l'entrée dans le moulin à disques. 6. Procédé selon la revendication 1 pour des filés ou fils continus en polyamide 6 d'un titre compris entre 13 et 78 dtex, caractérisé en ce que la température du fil est de 40 9 100qu avant l'entrée dans le moulin à disques. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour éviter l'enroulement du filé sur le moulin à disques des surfaces de déviation fixes entourent totalement ou partiellement des portions d'arbres ou les collets de disques qui tournent. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces de déviation sont constituées de bandes de tOle courbée qui pénètrent librement de l'extérieur dans la zone de recouvrement des disques et sont fixées, en dehors de ceux-cij sur une ou plusieurs barres. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces de déviation sont constituées de pièces tubulaires cylindriques qui entourent les arbres tournants.