Brevet FR2523159A1 — publié le 19830916

-1 2523159 La présente invention concerne un procédé d'étirage de haute performance permettant de réduire (affinage) la masse de la section transversale d'un ensemble de fibres textiles présenté sous forme surfacique (matelas, nappe, voile) ou sous forme linéaire (ruban, mèche) par application d'un cisai lement, améliorant en outre le démêlage et la parallêlisation des fibres. La haute performance se traduit par une augmentation le plus souvent extrêmement significative par rapport a ce qui se passe pour les systèmes connus de la qualité (régularité massique, résistance, allongement et énergie de rupture, régularité de la résistance et de l'allongement de rupture); des taux d'affinage (ou "taux d'étirage") applicables jusqu'à des valeurs extrêmement élevées, inhabituelles, & la limite extrême, théoriquemen nécessaire pour passer d'un stade primaire antérieur quelconque au stade de présentation finale; de la souplesse d'utilisation ("flexibilité") quant à l'utilisation éventuellement sans réglage, A toutes les fibres courtes ou longues, sur la même machine, et quant à la modification instantanée (donc sans long réglage) du taux d'étirage souhaité, par simple variation de vitesse, rendant ainsi aisément possible l'informatisation et la commande automatique de la machine. En effet, selon les procédés classiques et connus de mise en oeuvre en préparation de filature et en filature proprement dite, la réduction de la masse de la section transversale d'un ensemble de fibres textiles (en "nappe' comme au batteur par exemple, en "ruban" comme aux bancs d'étirage ou encore aux métiers a filer à fibres libérées "open-end" par exemple, en 'mèche" ou mèche de banc, comme au continu A filer a anneau et curseur par exemple), se fait essentiellement par étirage entre paire de cylindres d'entrée (ou "alîm E taires' ou "délivreurs") ( 1,2) (figure 1) et paire de cylindres de sortie ( 1 ' (figure 1) à vitesse tangentielle V 2 de rotation supérieure à celle vl des pz de cylindres d'entrée: le rapport (v 2/vl) de ces deux vitesses détermine le "taux d'étirage' t théorique, qui ne tient pas compte des glissements éven- tuels de fibres; le pinçage se fait uniquement par les pressions P 15 et 16. Malgré les nombreuses additions ltelles que cylindres intermédiaires ( 3 l (figure 2) ou de lanières de guidage ( 4) (figure 2) ou encore, comme dans le cas de mise en oeuvre de fibres "longues' (la laine ou les fibres liberiennel par exemple) de cylindres "hérissons" ( 5) (figure 3), de champs d'aiguilles mobiles ( 6) (figure 4) ou de tout autre support intermédiaire rotatif ou mob: {L i 'figure 4 b), tous les procédés connus reposent sur l'étirage donné pa: appel positif des cylindres de sortie ( 1 ',2 ') par rapport aux cylindres ( 1,2 ' précédents en amont. 2 2523159 En fait, selon une nouvelle approche & l'origine de cette intervention, le processus d'affinage de la masse linéique ou surfacique des fibres dans une section peut être assimilé à un écoulement de fibres Par analogie, avec ce qui se passe pour des fluides (figure 5 abc)l'écoulement lamellaire en cou- ches parallèles glissant parallèlement les unes( 7) par rapport aux autres( 81, se fait au mieux par application de ce qu'on appelle en rhéologie un "cisail- lement simple" soit sur couches planes (figure 5 a), soit sur couches cocylin- driques, télescopiquement (figure 5 b). Suivant ce principe, la couche supérieure( 9)(de fibres) est entraîne par l'application d'une force( 10) tandis que la couche inférieure( 11)est retenue par rapport aux couches supérieures par l'application d'une force( 12) L'effet normal du couple des forces tangentielles( 10/12)doit être compensé par l'appli- cation de forces normales( 13)et( 14)(figure 5 c), sans quoi la tendance & la rotation se traduirait par une dislocation des couches et les conditions pour un glissement idéal des couches ne seraient plus assurées. Or dans les systèmes classiques d'étirage connus, le glissement ne peut s'effectuer normalement qu'entre les pointsde pinçage (fig 1 C 4) des cylin- dres 1,2/1, 2 yes lanières( 4),selon les pressions( 15)et( 1 appliquées (fig 1) aux points de pinçage; mais là o s'effectue le glissement proprement dit des fibres, par étirage, c'est-a-dire dans l'intervalle entre les points de pinçage, il ne s'exerce pas ou guère de force normale aux surfaces glissantes, ce qui par réaction au couple( 1 O/12)provoque la dislocation ( 17)(fig 1) de l'ensemble des fibres: de ce fait, certaines fibres se trouvent mal ou pas contrôlées dans leur mouvement, qui s'effectue alors par paquets ou grappes de fibres de plus ou moins grandes importances massiques. En pratique, cela se traduit par une irrégularité de section (masse linéique ou surfacique) d'autant supérieure à l'irrégularité théorique (prévisible à partir du modèle mathématique poissonnien d'un textile linéaire ou surfacique parfaitement étiré) que le contrôle du mouvement des fibres est moins équiprobable. Pour mieux tendre vers les conditions requises pour un écoulement équi- probable des fibres, il faut assurer les conditions d'un cisaillement simple non remplies dans les systèmes connus; par contre, le système selon l'inventior permet de remplir ces conditions et ainsi d'éviter les inconvénients et les limites relativements restrictives notamment en taux d'étirage des systèmes connus. -3 2523159 En effet, le système selon l'invention effectue l'affinage d'un ensemble de fibres présenté sous forme de matelas, nappe (="textile surfacique") ou sous forme de ruban ou de mèche (Etextile linéaire') par cisaillement simple: le glissement relatif des couches de fibres se fait par l'application (fig 6 a) d'un "support de fibres supérieur"( 19)entrainant les fibres à la vitesse v 2 supérieure (et non pas égale comme dans les systèmes connus) a la vitesse vl "d'un support de fibres inférieur"( 18) tout en appliquant pendant le glissement des couches de fibres( 24),les forces normales C 20, 21): dans une première versic simple de réalisation pratique du système, les supports de fibres sont des la- nières ou bandes plates, du type même de celles qui sont utilisées dans les étirages classiques sur banc ou sur métier a filer, les forces normales sont appliquées sur les axes des rouleaux d'entraînement et réparties sur les fibre du fait de la tension donnée par les tendeurs ( 25),réglables ou non (figure 6 as avec(I)et( 2)tournant à vitesse vl et(î')C 2 ') a vitesse v 2. Bien entendu, la disposition de l'axe longitudinal d'écoulement des fibre: peut être horizontale, verticale, ou inclinée, notamment si l'on veut profiter de la gravité pour parfaire le guidage de l'écoulement des fibres et/ou le maintien sur les supports de fibres, ou entre les supports ou encore entre l'alimentation, voire la sortie, et les supports Aussi les qualifications "supérieur" et "inférieur' ne sont correctes que dans le cas d'un système pré- senté horizontalement comme dans les figures Ces désignations ont été mainte- nues pour la compréhension, même pour le cas d'un écoulement vertical, ou les supports sont verticaux; de même, la vitesse v 2 (supérieure à la vitesse vl) peut être donnée au support inférieur, le rôle joué par les deux supports pou- vant être interchangé. Les variantes relatives à ce système décrit par l'invention, concernent la nature des supports, la disposition des supports, la combinaison en "cascade' de ce système, répété pour assurer un étira échelonné et progressif, la façon d'appliquer les forces normales, l'alimentation et la sortie, l'extension à la fabrication d'un fil à âme en combinaison avec ce système d'étirage. Bien entendu, il est possible de combiner les divers apports des différe 2 tes variantes, qui suivent Selon une première variante, le 'support de fibres" peut être une lanière ou bande, métallique ou non, fixe ou extensible, rainurée, crantée, ou revêtue d, toute autre garniture (à pointes, à dents-, à surface plus ou moins rugueuse) 4 2523159 pour assurer l'efficacité de l'entraînement ou pour assurer en même temps que la fonction principale d'étirage, aussi d'autres fonctions telles que le démêlage, la parallélisation, le cardage (qui facilitent l'écoulement des fibrel et qui sont aussi facilitées par le cisaillement donné par le système de l'invention. Selon une seconde variante, les supports inférieur 418)et supérieur( 19)sont décalés selon la figure 7 d'un certaine valeur "C' fixe ou réglable, ne dépas- sant normalement pas la longueur des plus longues fibres travaillées. Selon une troisième variante, le dispositif initial selon l'invention est monté en répétitions successives pour assurer un étagement des étirages et/ou pour changer le gradient de vitesse appliqué, selon les rapports de vitesses constan ou variables v 2 v 3 v v yz vl À V 2'V Vz et en nombre variable ou-fixe Un exemple d'une telle réalisation est montré & la figure 8 a avec trois étages d'étirage: le support( 19)(a vitesse v 2} décalé par rapport au support( 18) (à vitesse vl) assure un premier étirage théorique de V 2, le support ( 26) a vitesse v 3 assure un deuxième étirage théori- que de v VI et le support ( 27) & vitesse V 4 assure le troisième étirage v 2 V P théorique de v 4/v 3; pour ce faire, on peut choisir les écartements el, e 2, e 3, e 4, en fonction de la longueur des fibres avec éventuellement la mise en oeuvre dans les écartements d'un cu plusieurs soutiens ou guides, tels que galet ( 28) ( 2 e) ou rouleauqlisses rainurés ou décolletés, ou encore: condenseur, (demi-) entonnoi par exemple, pour le maintien des fibres dans les zones d'écartement e (fig 8 a) ne comportant qu'un support, "supérieur" ou "inférieur" au lieu d'un supérieur et inférieur superposé. Selon une quatrième variante, qui ne concerne que les textiles linéaires, le support peut être réalisé & la limite par les fibres elles-mêmes du ruban, tordues pour donner la pression normale par effet centripète de la torsion, et assurer ainsi un cisaillement de type télescopique (fig Sb) en analogie avec ce qui se passe pour l'écoulement d'un fluide dans un capillaire. Le procédé connu d'application d'une fausse torsion par sifflet tordeur ( 45) en filature classique type laine cardée (selon fig 9 a) ou par étireur-tordeur (marque déposée "Drehstreckwerk" selon fig 9 b) ne constitue qu'un cas parti- culier de l'étirage par cisaillement selon un écoulement télescopique mais trot conique. 2523159 Il est remarquable de noter que les brevets et les applications effectives de fausse-torsion à l'étirage ne concernent que le stade final avant renvidage sur bobine ( 50) de continu à filer & anneau, mais de toutes façons les taux d'étira- ge pratiques sont faibles Selon cette quatrième variante, l'application du sifflet ou d'un étirage-tordeur ("Drehstreckwerk") se fait soit plus en amont donc avant l'étirage final sur continu à filer, par exemple au banc à broches, aux bancs d'étirage, soit aussi par montage en cascade avec deux ou plusieurs éléments en série, à fausses torsions alternées ou non, comme le montre à titre d'exemple, la figure 10 concernant trois étages avec trois éléments ( 30) ( 31) et ( 32) à fausses torsions alternées, pour obtenir un étirage suffisant et efficace. Selon une cinquième variante, les forces (ressorts, vérins, électroaimants, leviers chargés et similaires) normales ( 20) ( 21) (fig 6 abc) peuvent être transmises aux supports: soit par l'intermédiaire de plaques ( 22) ( 23) (Figure 6 b), sur lesquelles glissent les supports et qui répartissent sur ces derniers les forces appliquées ( 20) ( 21), soit pour éviter l'inconvénient du frottement parasite des supports sur les plaques fixes, par l'intermédiaire de galets ( 28), rouleaux ( 29) (fig 6 c) ou tout autre dispositif maintenant les supports sous une pression correspondant à la force normale requise dans l'intervalle "ab". Selon une sixième variante, l'alimentation du dispositif peut être réalisée par tout système connu, délivrant des fibres en matelas ou en nappe (pour l'applica- tion en 'surfacique") ou en ruban-mèche (pour l'application en "linéaire") notamment aussi par les systèmes libérant les fibres (par exemple par briseur, par sélecteur) du type de ceux utilisés en filature dite à fibres libérées ("open end"). Selon une septième variante, le dispositif peut être équipé d'accessoires tant à l'entrée ou & la sortie qu'éventuellement entre l'entrée et la sortie (notam- ment en cas de décalage selon la seconde et/ou la troisième *zariante) tels que entonnoir, condenseur, galet ou rouleau rainuréSou non, décolleté 3 ou non, ou toute autre pièce, avec ou sans pinçage des fibres, améliorant le guidage des fibres ou permettant leur glissement La figure 11 montre un exemple d'applica- tion o à l'entrée et & la sortie sont montés des galets décolletés ( 33) tournant sur des galets lisses( 34) permettant l'étirage>snxi un système à supports décalés, suivant le rapport des vitesses v 2/vl-des supports à lanières ( 18) et ( 19); ne telle réalisation a permis d'atteindre sans difficulté des taux d'étirage l'ordre de 50 aussi bien à partir de mèches de laine que de coton en donnant des filés de qualités exceptionnelles: supériorité systématique en régu'larté 6 2523159 massique, en propreté, et en propriétés dynamométriques, par rapport aux filés de même titre obtenus avec les mêmes matières sur les continus à filer classi- ques à anneaux pour coton d'une part et pour laine d'autre part, mais avec des taux d'étirage ne pouvant pas dépasser 30 pour le coton et 20 pour la laine; Selon une huitième variante, un fil de filaments continus peut être inséré à n'importe quel stade du processus d'étirage selon l'invention: avant, pendant ou en fin d'étirage proprement dit, pour permettre la réalisation d'un "fil à Ame", c'est-à-dire dont le centre ou coeur est constitué autrement que la péri- phérie o se trouvent des fibres discontinues. 7 2523159 REVENDICATIONS 1) Procédé d'affinage (étirage) d'un ensemble de fibres textiles en matelas, en nappe, en ruban, en mèche caractérisépar l'application d'un cisaillement simple, réalisé par laminage de couches de fibres( 24)par des lanières ou bandes support de fibres "inférieur"( 18)et "supérieur"( 1 i - superposées (et entre lesquelles les fibres sont laminées) du fait de leurs vitesses différentes, et surlesquelles s'appliquent des forces normales ( 2 O' ? 1)s'exerçant sur les fibres notamment dans la zone de glissement, c'estA- dire au cours du laminage proprement dit. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports de fibres, métalliques ou non, fixes ou extensibles, sont crantés, rainurés, ou garnis de chevrons ou non, ou revêtus de toute autre garniture: à pointes, à dents, ou autres reliefs pour améliorer l'entraînement et/ou le déploiement des fibres soumises au laminage. 3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par un décalage des supports, pour n'être superposés que sur une partie dans laquelle l'effet de laminage et l'application des forces normales sont as'urés, 4) Procédé caractérisé par la combinaison en série, en cascade de deux ou plusieurs trains d'étirage selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, afin de permettre un étirage progressif avec un taux d'étirage égal ou variable à chaque étage d'étirage. ) Procédé selon la revendication 1 et la revendication 4, caractérisé par un cisaillement en couches cocylindriques concentriques télescopiques ne s'appliquant qu'au cas de ruban ou mèche, o le support extérieur est réa- lisé par les fibres superficielles elles-même tordues par exemple par fausse torsion, dont l'effet centripète assure l'application d'une pression normale et notamment selon le montage en série d'éléments avec fausses torsions alter- nées ou non, de mômes valeurs ou non. > 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par l'application des forces normales ( 20)( 21) par l'intermédiaire de plaques, de galets, de rouleaux qui transmettent aux supports les pressions qui leur sont conférées par ressort, vérin, électroaimant, leviers chargés et similaire 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caracté- risé par une alimentation par briseur ou par sélecteur de fibres du type de celles montées en filature dite à fibres libérées ("open end"). 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caracté- risé en ce que l'alimentation et/ou la sortie sont équipées d'un guidage tel que: entonnoir, condenseur, galet ou rouleau rainuré ou non, décoteté ou non, ou toute autre pièce avec ou sans pinçage de fibres améliorant le guidage de l'écoulement des fibres. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risé par insertion d'un fil à filaments continus, avant, pendant ou & la fin de l'étirage proprement dit, afin de réaliser un fil a âme.