Brevet FR2477191A1 — publié le 19810904

I Procédé et dispositif de traitement de fils ou de fibres textiles. Dans l'industrie textile, il est souvent nécessaire de traiter les fils, notamment pour augmenter leur mouilla- bilité vis-à-vis des bains de teinture. ou autres substances chimiques. Le terme "fil" doit être entendu dans un sens large, couvrant notamment les fibres naturelles, par exemple le coton, et les fibres synthétiques, à l'état de crins et de multifilaments. Un procédé de traitement connu consiste à soumettre le fil à une décharge électrique. De façon plus précise, on fait passer le fil dans une décharge alternative créée entre un cylindre recouvert d'un diélectrique et une pla- que métallique. Ce type de décharge a des inconvénients. Il nécessite une puissance électrique importante. Le temps de séjour de la fibre dans ce type de décharge doit être au minimum de 5 secondes si l'on veut observer une modifica- tion de la fibre. Cette durée est incompatible avec des traitements de fil en ligne. L'invention vise à fournir un procédé répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il exige une moindre consommation d'éner- gie et autorise une circulation à grande vitesse du fil. Dans ce but, l'invention propose notamment un procé- dé suivant lequel on fait passer le fil par un emplacement o on établit un arc coupé, à fréquence élevée, par une im- pédance placée dans le circuit électrique de création de l'arc. Il sera en général nécessaire que le courant moyen soit d'au moins 400 MA pour un fil circulant à 5 m/mn et soit d'autant plus élevé que la vitesse du fil est plus éle- vée. L'intensité du courant moyen d'arc peut d'ailleurs être régulée en fonction de la vitesse de circulation du fil. -2- On évite le risque de brûlure et de coupure du fil du fait que chaque décharge est extrêmement brève; la fré- quence de répétition élevée des arcs permet cependant de traiter le fil sur toute sa longueur. L'invention propose également un dispositif de trai- tement comprenant au moins un module constitué d'une pre- mière électrode et d'une deuxième électrode placées face à face et à distance déterminée, un circuit électrique d'ap- plication de tension entre les électrodes, et des moyens pour faire circuler le fil entre les électrodes en un empla- cement d'apparition d'arc, caractérisé en ce que ledit cir- cuit comporte un générateur capable d'établir entre les deux électrodes une tension d'arc en l'absence de circulation de courant dans le circuit et une impédance de valeur suffi- sante pour couper l'arc, après amorçage, en un temps bref par rapport à la durée de remontée à la tension d'arc. Il faut évidemment éviter que l'arc n'éclate ail- leurs qu'à l'emplacement du fil. Pour cela, dans un premier mode d'exécution, le fil est encadré par du diélectrique obligeant l'arc à éclater entre les électrodes au droit du fil. Dans un autre mode, les électrodes sont constituées par des lames parallèles à une même direction et formant entre elles un angle de façon à être les plus rapprochées à l'emplacement de passage du fil. Lorsqu'on souhaite travailler à vitesse élevée du fil, il est avantageux de soumettre celui-ci à plusieurs arcs successifs. Pour cela, le dispositif peut comporter plusieurs modules-disposés successivement sur le trajet du fil et correspondant à plusieurs trajets d'arc différents par rapport au fil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: -2477191 -3- la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de mise en oeuvre de l'invention, la figure 2 est une vue de dessus du module de la figure 1, la figure 3 montre un module constituant une variante de celui des figures 1 et 2, la figure 4 montre une répartition possible de modules suc- cessifs le long d'un fil à traiter, la figure 5 montre l'allure de la variation de la tension entre les électrodes en fonction du temps dans le cas d'un générateur continu, la figure 6 illustre les résultats d'essais effectués sur un même fil, traité et non traité. Le dispositif schématisé en figures 1 et2 est des- tiné à soumettre le fil 10 àtraitor à un arc produit en un seul emplacement. Il comprend un support conducteur 11, tel qu'une plaque ou un tambour d'entraînement du fil 10 cons- tituant une première électrode, et une lame 12 constituant une seconde électrode. Un générateur électrique 13 permet d'établir entre les électrodes 11 et 12 une tension suffi- sante pour créer un arc entre les électrodes. Pour locali- ser l'arc à l'emplacement du fil 10,celui-ci est encadré par des plaques de matériau diélectrique 14, en oxyde de béryl- lium poli par exemple, délimitant un chemin de circulation du fil et pouvant servir d'appui à la lame 12. Celle-ci doit être aussi près que possible du fil 10. Le générateur13 doit être capable d'établir une tension d'arc, mais muni de moyens qui étouffent cet arc dès sa naissance. Il peut être prévu pour appliquer une tension de polarité constante ou alternative avantageuse- ment à fréquence élevée, de l'ordre du kHz au moins. L'utilisation d'une tension de polarité déterminée présente un intérêt particulier lorsque la nature des charges transportées influe sur les transformations du fil. Par exem- ple, les aigrettes (dites aussi dards ou "streamers")qui ap- paraissent lorsque la lame électrode 12 est positive, sont constituées de particules chargées d'énergie cinétique suf- fisante pour ouvrir des liaisons. 2 477191 -4- Dans tous les cas, les moyens de coupure de l'arc peuvent être constitués par une impédance en série, de valeur suf- fisante. Cette impédance sera une résistance dans le cas de tension continue, une inductance en cas de tension al- ternative ou pulsée, cette dernière solution permettant de diminuer les pertes Joule. Dans le mode d'exécution montré en figure 1, le générateur 13 comporte un transformateur élévateur 15 au- quel est appliquée une tension alternative, soit à partir du réseau de distribution, soit à partir d'un hacheur ou oscillateur fournissant une fréquence élevée. Un pont de redresseur5l6 permet d'appliquer des alternances toutes de même polarité à l'électrode 12 par l'intermédiaire d'une inductance 17. L'électrode Il est maintenue à la masse. Le générateur 13 doit être capable de fournir la ten- sion V0 d'amorçage (figure 5) qui sera au minimum de 2 kV et généralement comprise entre 5 et 20 kV. Le fonctionnement du dispositif est le suivant La tension appliquée par le générateur 13 aux électrodes 11 et 12 augmente jusqu'à atteindre la tension d'amorçage d'un arc. Cet arc contourne le-fil et le pénètre. Le cou- rant d'arc provoque une chute de tension quasi instantanée, indiquée en 18 sur la figure 5. Dès que l'intensité du cou- rant tombe au-dessous d'une valeur de l'ordre de 1 A, l'arc se coupe. La tension étant alors pratiquement retombée àzéro elle remonte suivant une loi approximativement exponentielle comme indiqué en 19 sur la figure 5. Dès que la tension at- teint de nouveau la valeur Vo, correspondant à l'amorçage, le cycle se reproduit. La durée d'un cycle est extrêmement brève, de sorte qu'il n'y a pas de risque de brûlure et de coupure du fil, sans qu'il soit pour cela nécessaire de revêtir le support 11 d'un diélectrique, comme dans le cas des dispositifs de traitement à décharge alternative, mentionnés plus haut. -5- Le courant moyen qui passe,pour des fils de dia- mètre courant, doit être au moins de 400 kt ampères pour une vitesse de défilement de quelques mètres par minute Ce courant moyen doit évidemment augmenter avec la vitesse. On peut envisager un courant moyen de l'ordre du milliam- père pour une vitesse de 50 m par minute. Dans la variante de réalisation montrée en figu- re 3, le fil 10 a passe dans un module dont les électrodes - îbnt constituées de 2 lames lla et 12a; ces deux lames sont pla- tes à extrémité en biseau. Elles sont parallèles à une mê- me direction, mais font entre elles un angle, typiquement supérieur à 100. Ainsi, la distance entre leursbiseauxest variable et présente un minimum en un emplacement qui est celui o on fait passer le fil lOa. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le même que celui déjà décrit en. faisant référence aux figures 1 et 2. Il sera souvent souhaitable de soumettre le fil à plusieurs décharges successives. Pour cela, dans le cas de la figure 1, on pourra constituer le support 11 par un tam- bour sur lequel repose le fil et qui circule devant des la- mes électrodes régulièrement réparties dans le sens cir- conférentiel. Dans le cas du mode de réalisation montré en figu- re 3, on pourra utiliser plusieurs modules successifs iden- tiques 20, 21, 22,..... répartis le long du trajet suivi par le fil lOa. Les modules successifs ont avantageuse- ment des orientations différentes autour du fil de façon que celui-ci soit traité de façon homogène. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'on a com- paré les effets du traitement suivant l'invention et du traitement par décharge alternative classique sur un fil de coton. _6- Pour cela on a mesuré le retrait du fil trempé dans une solution de soude à 23 % en poids et contenant 3 cm3 d'un agent mouillant type "Mercerol" par litre. La variation de longueur AL, en fonction du temps T, est indiquée sur la figure 6. La courbe 23 montre la variation pour un fil non traité. La courbe 24, en traits pleins, montre la variation dans le cas d'un fil traité par 20 modules du genre montré en figure 3, avec une vitesse de défilement de 5 m par minute et un courant moyen de 400z/A pour chaque module. Cette cour- be 24 est sensiblement la m:êmeque celle que l'on obtient pour une machine classique. On voit que l'invention permet d'obtenir sensiblement le même résultat que le procédé anté- rieur, mais avec une durée de traitement beaucoup plus courte. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, il est possible de faire écla- ter l'arc dans une atmosphère autre que l'air, pour obtenir des effets particuliers. On peut appliquer l'invention à des fils de toute nature dans le but de modifier des propriétés autres que la mouillabilité.- Il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes, ainsi plus généralement qu'à toutes autres restant dans le cadre des équivalences. -7- REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de fils textiles par décharge électrique, caractérisé en ce qu'on fait passer le fil par un emplacement o on établit un arc coupé, à fré- quence élevée, par une impédance placée dans le circuit électrique de création de l'arc. 2 - Procédé suivant la rev. 1, caractérisé en ce que l'on établit, entre une surface conductrice qui porte le fil et une électrode placée à proximité immédiate du fil, une tension au moins égale à 2 kV en l'absence de cou- rant d'arc. 3 - Procédé suivant la rev. 2, caractérisé en ce qu'on dé- termine la fréquence et l'intensité des arcs, de façon que le courant moyen soit d'au moins 400 iiA pour un fil circulant à 5 m/mn et soit d'autant plus élevé que la vitesse du fil est plus élevée. 4 - Dispositif de traitement de fils textiles par décharge électrique, comprenant au moins un module constitué d'une première électrode et d'une deuxième électrode placées face à face et à distance déterminée, un cir- cuit électrique d'appllcation de tensions entre les électrodes et des moyens pour faire circuler le fil entre les électrodes en un emplacement d'apparition d'arc, caractérisé en ce que ledit circuit comporte un générateur capable d'établir entre les deux électro- des une tension d'arc en l'absence de circulation de uourant dans le circuit et une impédance de valeur suf- fisante pour couper l'arc après amorçage en un temps bref par rapport à la durée de remontée à la tension d'arc. -8- - Dispositif suivant la rev. 4, caractérisé en ce que le fil est encadré par un diélectrique obligeant l'arc à éclater entre les électrodes au droit du fil. 6 - Dispositif suivant la rev. 4, caractérisé en ce que les électrodes sont constituées par des lames parallè- les à une même direction et formant entre elles un an- gle de façon à être les plus rapprochées à l'emplace- ment de passage du fil. 7 - Dispositif suivant la rev. 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs modules disposés successive- ment sur le trajet du fil et correspondant à plusieurs trajets d'arc différents par rapport au fil. e - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications- 4 à 7, caractérisé en ce que l'intensité du cou- rant moyen d'arc est régulée en fonction de la vitesse de circulation du fil.