Brevet FR2507214A1 — publié le 19821210

La présente invention se rapporte à un fil et aux tissus formés à partir de ce fil et elle concerne plus particulièrement un fil composite et un tissu compres- sible fait à partir de fil. L'invention a pour objet un fil composite qui comprend un fil d'âme choisi dans la classe composée des fils textiles non élastiques, à haute résistance à la trac- tion, recouvert d'un filament en élastomère Dans une for- me préférée de réalisation, l'axe longitudinal du filament élastomère fait avec l'axe longitudinal du fil d'âme un angle différent de l'angle droit. Les fils composites suivant l'invention peu- vent être utilisés dans la fabrication de tissus compres- sibles et en particulier dans les tissus de presse cou- cheuse destinés à être utilisés dans les courroies de pres- se coucheuse des machines à papier L'invention comprend également les tissus compressibles, les tissus pour pres- se coucheuse et les courroies de presse coucheuse fabri- qués à partir des fils composites suivant l'invention. L'expression du " fil textile non élastique" est utilisée dans la description ci-dessous ainsi que dans les revendications pour désigner un fil textile ayant un degré d'extensibilité ou d'allongement relativement fai- ble, par exemple, inférieur à environ 50 % de sa longueur initiale à la rupture. Le terme "élastomère" est utilisé ici pour dé- signer un filament ayant un degré d'extensibilité ou allon- gement réversible relativement élevé, par exemple, un fi- lament qui, à la température ambiante, peut être étiré ré- pétitivement à au moins deux fois de sa longueur initiale et qui, si on relâche aussitôt la tension, revient avec for- ce à peu près à sa longueur initiale (essai ASTM D 883-65 T). Des polymères synthétiques qui sont considérés comme élas- tomères, au moins sous certaines de leurs formes, sont re- présentés par des copolymères butadiène-acrylonitrile, des polyéthylènes chlorés, des polymères de chloroprène, des chlorosulfonyl-polyéthylènes, des éthylène-éther-polysul- fures, des éthylène-polysulfures, des copolymères d'éthy- lène et de propylène, des terpolymères d'éthylène et de propylène, des hydrocarbures fluorés, des fluorosilicones des isobutylène-isoprènes, des polyacrylates, des polybu- tadiènes, des polyépichlorhydrines, des polyuréthanes, des copolymères styrène-butadiène et analogues. L'expression "tissu compressible" est utilisée i O ici pour désigner un tissu possédant une épaisseur natu- relle donnée qui peut être comprimé sous un poids jusqu'à une épaisseur plus faible et qui revient à peu près à son épaisseur naturelle lorsqu'on enlève le poids L'élastici- té avec laquelle le tissu reprend son épaisseur naturelle est essentielle pour les tissus compressibles suivant 1 ' invention. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront d'ailleurs au cours de la description qui va suivre Sur les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples: les Fig l à 3 sont des vues isométriques de portions de fils suivant des formes de réalisation de l' invention; la Fig 4 est une vue de dessus, à plus gran- de échelle, d'une forme de réalisation d'un tissu tissé à partir d'un fil suivant l'invention; la Fig 5 est une vue isométrique d'une forme de réalisation d'une courroie de presse coucheuse réalisée à partir d'un tissu suivant l'invention; la Fig 6 illustre la détermination de pente d'un échantillon; la Fig 7 illustre la détermination d'aire d'un échantillon; la Fig 8 est une représentation graphique des différences entre le tissu suivant l'invention et un tissu témoin. la Fig 1 est une vue isométrique d'une forme préférée de réalisation d'un fil suivant l'invention qui comprend une âme 12 enveloppée par un filament élastomè- re 14 enroulé dans un premier sens et un filament élas- tomère 16 enroulé dans un deuxième sens, opposé au premier. Les filaments 14, 16 ont chacun un axe longitudinal qui est incliné d'un certain angle, différent de 90 ,sur 1 ' axe longitudinal du fil d'âme 12 L'âme 12 est un fil mo- nofilament non élastique, à haute résistance à la traction On peut citer comme représentatifs de tels fils d'âme les fils monofilaments préparés à partir de résines polymères synthétiques telles que des résines polyamide, polyester, polypropylene, polyimide, polyaramide, et analogues En variante, le fil d'ame 12 peut être filé, obtenu par exem- ple à partir de fibres métalliques (par exemple Chromel R Rene 41, Hostelloy B), de verre (par exemple de verre B et de verre E), de graphite, d'amiante, de silicium de carbure (par exemple des fibres formées par dépôt d'halo- génures de silicium et d'hydrocarbures sur des filaments de tungstène), de nitrure de bore, de matières céramiques de polyimides (par exemple la polypyromellitimide de la p-phénylène diamine), de polyamides de polyesters (par exemple le téréphtalate de polyéthylene), de polybenzi- midazoles (par exemple celui formé à partir de la diami- nobénzidine et de l'isophtalate de diphényle), de poly- phénylène-triazoles, de polyoxydiazoles (par exemple les poly-1,3,4 oxadiazoles), de polythiadiazoles, de polya- ramides par exemple le poly(p-phénylène téréphtalamide) et le poly(pphénylène isophtalamidej, de polyacryliques, de novoloïdes, de laine, de fibres analogues et de leurs mélanges. Le fil d'âme 12 peut également être un fil mul- tifilament préparé à partir de filaments des matières dé- crites plus haut assemblés pour former des filés. Les filaments élastomères 14, 16 peuvent être formés à partir de l'un quelconque des élastomères syn- thétiques pouvant former des filaments qui sont déjà con- nus On peut citer comme éléments représentatifs des fi- laments élastomères préférés les filaments de caoutchouc SBR, les polyuréthanes non cellulaires, les copolymères de butadiène et d'acrylonitrile et analogues Les filaments élastomères 14, 16 recouvrent entièrement l'âme 12 L'uti- lisation de deux filaments distincts 14, 16 enroulés au- tour de l'ame 12 dans deux sens opposés, qui est la for- me de réalisation préférée, continue à donner au fil com-, posite 10 une structure équilibrée qui ne se frise ni ne se coude lorsque le fil est tissé en un tissu On obtient également une structure de fil équilibrée en ajustant les niveaux de torsion des fils et filaments constituants, ainsi que les poids des filaments enroulés dans chaque sens, ainsi qu'on l'exposera plus complètement dans la - suite. La Fig 2 est une vue isométrique d'une autre forme de réalisation d'un fil 20 suivant l'invention qui comprend une âme 22 constituée par un fil multifilament entouré par des filaments élastomères 24, 24 ', 26 et 26 '. On utilise ici quatre filaments élastomères au lieu des deux qui sont utilisés dans le fil composite 10, mais la structure du fil 20 est équilibrée en partie en enroulant des filaments 24 et 24 ' dans un premier sens et des fila- ments 26 et 26 ' dans un deuxième sens autour du fil d'âme 22. La Fig 3 est une vue isométrique d'une forme de réalisation d'un fil 30 suivant l'invention, qui com- prend une âme 32 faite d'un fil textile filé entouré par six filaments élastomères dont trois ( 34, 34 ', 34 ") sont enroulés dans un premier sens et trois ( 36, 36 ', 36 ") sont enroulés dans le sens opposé En général, lorsque l'épais- seur des recouvrements de filaments élastomères croit, la compressibilité et l'élasticité du tissu fabriqué à partir des fils composites croit également De cette façon, on peut maîtriser et choisir dans une certaine mesure la com- pressibilité du tissu désiré par le choix du titre en de- niers des filaments et du nombre des couches de recouvre- ment (dans les fils 10, 20 et 30 représentés, le recou- vrement est à double couche mais on peut également utili- ser un plus grand nombre de couches). On peut également agir, au moins partielle- ment, sur le degré de compressibilité du tissu fait à par- tir des fils suivant l'invention en agissant sur la nature ou sur les propriétés élastiques des filaments utilisés pour recouvrir le fil d'âme Plus spécialement, la compres- sibilité est plus élevée lorsqu'on utilise des filaments plus élastiques Les polyuréthanes possèdent normalement un allongement d'environ 600 à 700 % et, pour cette raison, on préfère utiliser comme filaments élastomères constituants des fils composites suivant l'invention les filaments de polyuréthane qu'on trouve dans le commerce sous la marque LYCRA (Spandex). Le titre des fils d'âme 12, 22 et 32 et des filaments de recouvrement 14, 16, 24, 24 ', 26, 26 ', 34, 34 ', 36 et 36 " n'est pas critique et on peut utiliser avanta- geusement tout titre disponible dans le commerce Le titre est choisi de préférence de manière à fournir un fil com- posite suivant l'invention qui possède un titre de l'ordre d'environ 1200 à environ 13000 Le poids de base du fil composite suivant l'invention que l'on désire utiliser pour une application particulière donnée, détermine donc le dia- mètre et le poids des éléments constituants le fil Il est préférable que la plus grande partie (plus de 50 %) du poids total du fil soit représentée par la matière des filaments élastomères, de manière à élever au maximum les caractéris- tiques d'élasticité transversale du fil sans détériorer les propriétés de résistance à la traction de la structure de base Naturellement, le fil composite doit comporter une quantité suffisante de matière d'âme pour posséder la résistance à la traction désirée nécessaire pour une ap- plication donnée Le rapport optimum entre le poids de l'âme et le poids du recouvrement variera avec l'applica- tion envisagée pour les fils et il pourra être déterminé par de simples essais n'impliquant pas d'expérimentation excessive. Les techniques et appareil pouvant être uti- lisés pour recouvrir les fils d'âme en les enveloppant de fils ou filaments secondaires sont bien connus; il n'est donc pas nécessaire de les exposer en détail ici. En général, les filaments élastomères sont enroulés au- tour du fil d'âme sur une machine de recouvrement qui com- prend une broche creuse et des bobines tournantes d'ali- mentation en fil montées sur cette broche Le fil d'âme non élastique est acheminé à travers la broche creuse et les filaments élastomères se dévident des bobines d'a- limentation tournantes, qui tournent respectivement dans les deux sens, s'enroulent sur le fil d'âme au moment o ce dernier émerge de la broche creuse Le fil d'âme est de préférence soumis à une légère tension pendant l'opération de recouvrement et les filaments sont déposés en une dis- position c 3 te à côte Le nombre des tours d'enroulement par centimètre dépend du titre des filaments de recouvre- ment mais il doit être suffisant pour que les filaments enroulés se trouvent appliqués sur l'âme et contre les filaments enroulés adjacents lorsque la tension exercée sur le fil d'âme est relachée. Les fils des filaments de recouvrement de fi- laments ont de préférence une torsion nulle Toutefois, s'ils sont tordus, il est avantageux que dans la struc- ture du fil final, la torsion soit équilibrée ou neutra- lisée par la structure du recouvrement, par exemple, dans le fil 10, si le filament 14 possède une torsion donnée dans le recouvrement, le filament 16 doit avoir la même torsion Etant donné que les recouvrements 14, 16 sont déposés dans deux sens opposés, la torsion de chaque fi- lament est neutralisée dans lastructure finale du fil Cette structure équilibrée en torsion donne un fil qui peut être utilisé sans difficulté pour tisser les tissus suivant l'invention De même, les fils 14, 16 doi- vent avoir le même poids pour assurer l'équilibre voulu dans le fil 10 Il sera évident pour l'homme de l'art que ces principes de structures s'appliquent également aux fils 20 et 30. Les fils 10, 20 et 30 sont caractérisée en partie par une résistance élevée à la traction (conférée par le fil d'âme) et par une élasticité transversale (transversale à l'axe de l'âme) qui est due à l'enroule- ment élastomère Pour cette raison, les fils 10, 20 et sont particulièrement adaptés pour former des fils de chaîne et/ou de trame dans des tissus tissés soumis à une compression lors de leur utilisation Un tissu de ce gen- re est celui qui est employé pour fabriquer les feutres de presse coucheuse utilisés dans les machines à papier. La Fig 4 est une vue de dessus, à plus gran- de échelle, d'un tissu 40 à armure simple formé de fils de chafne et de trame 10 On a représenté une armure sim- ple mais il sera évident pour l'homme de l'art que le tis- su 40 peut avoir une armure complexe ou toute armure ha- bituellement utilisée pour former un tissu de feutre de presse coucheuse Le tissu de base 40 peut porter une nap- pe de fibres cardées de Nylon ou de résine polyester ou acrylique, ou encore d'autres fibres textiles, fixée à sa surface par aiguilletage L'opération d'aiguilletage crée une surface feutrée mécaniquement qui est parfaite- ment appropriée pour un feutre humide destiné à être uti- lisé dans la partie presse d'une machine à papier. Les extrémités du tissu 40 peuvent être réu- nies sans fin par une jonction classique pour former une courroie sans fin de presse coucheuse 50, telle que celle représentée sur la Fig 5 Lorsqu'elle est utilisée comme feutre de presse humide dans une machine à papier, la courroie 50 donne de bons résultats et résiste au tasse- ment Le tissu 40 peut être rendu sans fin en étant tissé sous la forme d'une structure tubulaire dans un métier ap- proprié, ce qui supprime la nécessité d'une jonction. Ainsi que mentionné plus haut, la compressi- bilité des tissus formée à partir des fils suivant l'in- vention peut être choisie et déterminée de différentes façon Par exemple, on peut obtenir ce résultat en réglant le degré de serrage de l'armure du tissu. L'exemple donnée ci-après décrit un procédé et un mode de réalisation et d'utilisation de l'invention et indique le mode de mise en oeuvre de l'invention qui est considéré comme le meilleur par la Demanderesse mais ceci ne doit pas être considéré comme limitatif On a me- suré la compressibilité et l'élasticité des;tissus en sou mettant des échantillons à une force de compression cy- clique de 35,15 kg/cm 2 et en mesurant la résistance à l'ai- de d'un appareil connu sous la désignation de "Instron". La tête de compression de l'appareil pénètre brièvement dans le tissu à plusieurs reprises avec une fréquence donnée et sous une charge donnée On mesure et enregistre l'épaisseur en fonction de la pression Cette information est ensuite traitée par certaines techniques mathématiques pour fournir trois grandeurs significatives qui indiquent le comportement en compressibilité et en élasticité du feutre humide en l'exprimant en pourcentage de vides Les grandeurs sont les suivantes: 1 La pente de la courbe de compression est une indication directe de la compressibilité du tissu La pente est calculée en traçant une ligne droite qui passe par les points extrêmes de la courbe de compression et en évaluant le rapport des variations de la pression et du volume de vides Plus la valeur numérique est grande, plus la cour- be est raide et plus le feutre estincompressible La Fig 6 montre un exemple de calcul de pente La pente de la courbe est délimitée par la formule P 2 I 1 W 1 W 2 o Pl est la pression initiale, P 2 est la pression la plus élevée WV 1 est le volume de vides initial (%) et VV 2 est le volume de vides final (%). 2 L'aire comprise entre les courbes de compres- sion est une valeur de travail qui mesure l'aptitude de la structure du tissu à résister à la déformation Le calcul est représenté sur la Fig 7 et est déterminé par l'ap- proximation de Simpson donnée ci-dessous: 500 aire= d P 2 P ab + 1 2 ú o W est le volume de vides, P est la pression, a et b sont des constantes déterminées expérimentalement. 3 La position ou aire moyenne des courbes de compression, donne le degré d'ouverture du feutre par rap- port au volume des vides Ce nombre est calculé simplement par établissement de la moyenne des aires initiale et fi- nale. EXEMPLE 1 On fabrique un fil composite en recouvrant un monofilament de polyamide de 160 deniers (Nylon 66) avec deux filaments distincts de spandex Lycra ( 1120 deniers) enroulés en sens inverse l'un de l'autre de la façon re- présentée sur la Fig 1 Le fil composite possède un ti- tre de 5600 et une ténacité de 0,6 (grammes/deniers). On fabrique un tissu de base à deux couches en tissant les fils composites décrits ci-dessus dans la couche supérieure d'un tissu de base à armure toile ( 5,5 fils/cm) Sur ce tissu de base, on fixe par aiguille- tage une nappe de fibres textiles discontinues non tissées (polyamide, Nylon 6,12) ayant un poids de 580 g/m Le tissu résultant est fixé à chaud à 1210 C et rendu sans fin pour former une courroie de presse coucheuse destinée à être utilisé dans une machine à papier La perméabilité à l'air, la compressibilité, l'élasticité et l'épaisseur du tissu sont indiquées au tableau 1 ci-dessous. A titre comparatif, on prépare un autre tis- su et une autre courroie de machine à papier en adoptant le procédé décrit plus haut sauf que les fils employés sont des fils multifilaments de polyamide (Nylon 6,6) de 2040 deniers La perméabilité à l'air, la compressibilité, l'élasticité et l'épaisseur de tissu témoin sont égale- ment indiquées au tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 Tissu suivant l'invention Tissu témoin Epaisseur Perméabilité à l'air 3, 7338 mm 2039 1/mnn; 127 mm H 20 3,937 mm 2463 1/mn; 127 mn H 20 Elasticité (pente 500 ler Tassement Position Aire 1 cycle vivvv Wl Wc 500 cycles Wl/vvc cycles cycle 24,06 16,37 7,69 223,8 46,8 29,38 18,88 ,50 250,7 ,5 ,8 ,4 ,4 34,7 73,3 46,9 58,2 41,3 (W = volume de vides; I état initial sous charge de 0,14 kg/cm 2; C = état comprimé sous charge de 35, 15 kg/cm 2) Le volume de vides est déterminé par la formule W = 1 0,012 (poids total en g/m 2) poids spécifique x épaisseur en cm -x 100 Les différences entre le tissu suivant l'inven- tion et le tissu témoin sont montrées dans le tableau 1 et à la Fig 8. La valeur de l'aire et la valeur de la posi- tion indiquent que le tissu suivant l'invention se tra- duit par une structure plus dense Le fil composite sui- vant l'invention possède des caractéristiques d'élasti- cité améliorées Les deux tissus conservent un niveau de pourcentage de vide équivalent sous des charges de 0,14 kg/cm 2 mais le fil suivant l'invention utilisé dans le tissu de base se comprime jusqu'à un plus faible pourcen- tage de vide sous pressions de 35,15 kg/cm Ce résultat se remarquera lorsqu'on compare les valeurs de pente des deux tissus Le tissu suivant l'invention possède des pentes plus faibles sur toute l'étendue de l'essai; il constitue donc une structure plus compressible qui a une plus grande aptitude à reprendre son état initial après suppression de la force de compression. Lorsqu'il est transformé en feutre pour ma- chine à papier, le tissu suivant l'invention donne de bons résultats sur les machines à papier dans la partie presse coucheuse, en résistant au tassement. Il va de soi que l'on peut apporter diverses modifications aux formes de réalisation préférées qui ont été décrites plus haut sans pour cela sortir du cadre de l'invention Par exemple dans le fil 20, les filaments 24 et 26 peuvent être enroulés dans le même sens et les filaments 24 ' et 26 ' être enroulés dans le sens opposé, de sorte qu'on obtienne un recouvrement à quatre couches. De même, le fil 30 pourrait être un fil à six couches de recouvrement, les filaments adjacents 34, 34 ', et 34 " étant enroulés dans des sens alternés et les filaments 36, 36 ' et 36 " étant également enroulés dans des sens alternés. REVENDI CATI ONS 1 Fil composite caractérisé en ce qu'il com- prend un fil d' âme ( 12, 22, 32) choisi dans la classe composée des fils textiles non élastiques, à haute ré- sistance à la traction,et recouvert d'un filament élas- tomère ( 14, 16, 24, 24 ', 26, 26 ', 34, 34 ', 34 ", 36, 36 ', 36 ") 2 Fil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le filament élastomère est en polyuréthane. 3 Fil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fil d'âme est en polyamide. 4 Fil composite caractérisé en ce qu'il com- prend: un fil d'âme ( 12, 22, 32) choisi dans la classe composée des fils monofilaments, multifilaments ou filés, non élastiques, à haute résistance à la traction et enveloppé de filaments élastomères ( 14,16,24, 24 ', 26,26 ', 34, 34 ', 34 ",36,36 ',36 ") enroulés dans un premier sens et dans un deuxième sens, l'axe longitudinal des enroulements faisant un angle différent de l'angle droit avec l'axe longitudinal du fil d'âme. 5 Tissu caractérisé en ce qu'il comprend des fils suivant la revendication 4 tissés entre eux. 6 Feutre de presse coucheuse pour machine à papier caractérisé en ce qu'il est fait d'un tissu suivant la revendication 5 fermé en anneau sans fin. 7 Feutre de presse coucheuse pour machine à papier suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une nappe de fibres textiles dis- continues non tissées qui est fixée par aiguilletage sur la surface du tissu.