Brevet FR2541692A1 — publié le 19840831

_ 1 6 _ INSTALLATION DE FILATURE POUR FIBRES SYNTHETIQUES AVEC BOITE DE SOUFFLAGE ET TOUR DE FILAGE L'invention se rapporte à une installation de fila- ture pour fibres synthétiques comportant une tour de fila- ge et une boîte de soufflage se raccordant aux filières. TI est connu que, lors du filage de fibres syn- thétiques, les fils individuels sortant à l'état de fusion des perçages de la filière doivent être refroidis non seu- lement intensivement, mais aussi extrêmement régulièrement, étant donné que c'est en particulier du refroidissement homogène, c'est-à-dire aussi régulier que possible pour tous les fils individuels d'un faisceau de fils, que dé- pend dans une large mesure le degré d'uniformité des dif- férents fils en ce qui concerne le coefficient de variation de la biréfringence. Parmi les différentes possibilités d'exécuter le refroidissement que l'on effectue généralement par souf- flage ou par l'air environnant entraîné par le groupe de fils, on a considéré que le soufflage central était le mieux adapté en cas de grandes vitesses de filage et/ou de grand nombre de fils En ce qui concerne le soufflage cen- tral à partir de l'intérieur ou de l'extérieur du groupe de fils, la nécessité d'avoir à ménager un accès aux fi- lières aux fins de leur nettoyage et de leur remplacement, obligeait toutefois jusqu'ici à faire d'importantes conces- sions relativement à leur configuration, et le soufflage circulaire idéal, bien que faisant l'objet d'une série de propositions, restait toujours dans le domaine des pros- pectives Dans la mesure o l'état de la technique s'y in- téresse, il passe sous silence les difficultés que repré- sentent le nettoyage et le changement des filières Dans une solution proposée connue par exemple, l'air de refroi- dissement arrivant par l'axe médian des différents postes de filage et dirigé vers l'intérieur du groupe de fils, -2- puis soufflé radialement vers l'extérieur, perpendiculaire- ment à la direction générale des fils (EP-A È 050483) Dans un autre projet (demande de brevet allemand 19 41 556), on prévoit de surmonter les difficultés en faisant en sorte que ce ne soit qu'après avoir traversé un tronçon dit d'ar- rêt débutant au niveau de la filière et dans lequel il n'existe aucune insufflation ni mouvement d'air quelconque, que le groupe de fils arrive dans une section de la tour de filage qui est perforée et permet à l'air ambiant d'accéder jusqu'au groupe de fils Comme les fils fraîchement filés sont à peine refroidis dans le tronçon dit d'arrêt, le tra- jet de refroidissement nécessaire jusqu'à l'obtention d'un état stable se trouve considérablement rallongé et se pro- longe donc manifestement avec toutes les conséquences né- fastes que l'on sait dans la zone qui est ouverte à l'air environnant sans possibilité d'influence efficace. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser une installation de filature qui garantisse un soufflage circulaire agissant régulièrement et en particu- lier sans dommage pour les fils fraîchement filés. Ce résultat est atteint selon l'invention au moyen d'une installation de filature pour fibres synthétiques comportant une boîte de soufflage raccordée aux filières et une tour de filage traversant ladite boîte de soufflage, cette installation de filature étant caractérisée par le fait que la tour de filage est perforée dans la zone de sortie de la boîte de soufflage et n'est pas perforée dans la zone d'entrée disposée en amont de la zone de sortie dans la boîte de soufflage et que les zones d'entrée et de sortie sont raccordées par des éléments de conduite pour uniformiser l'écoulement du fluide de soufflage La tour de filage peut avantageusement être divisée en deux par- ties, la partie supérieure partant de la filière pouvant être déplacée de façon télescopique par rapport à la par- tie inférieure fixe. -3- En ce qui concerne le raccordement de la partie su- périeure déplaçable à la tête de filage, il v a lieu de veiller à l'étanchéité à l'air Un défaut d'étanchéité fait que l'air pénétrant dans la tour de filage subit un écoulement dirigé vers le haut et provoque alors le refroi- dissement de la filière Cela a pour effet d'affecter le résultat du filage Pour cette raison, il faut, d'une part, que la tête de filage soit thermiquement isolée de façon -appropriée par rapport à la boite de soufflage et à la tour de filage Par ailleurs, il convient de prévoir un joint s'ouvrant et se fermant facilement entre la tête de filage et la boite de soufflage En pareil cas, il peut avanta- geusement s'agir d'un joint labyrinthe en deux parties composé de rainures annulaires pratiquées dans la boîte de soufflage et d'anneaux disposés sur la tête de filage et s'engageant dans les rainures On obtient un effet d'étan- chéité particulièrement bon en remplissant les rainures d'un liquide non vaporisable ou de préférence également de sable Dans cette zone, il est aussi préférable d'instal- ler un tube de verre résistant à la chaleur et permettant d'observer à l'intérieur de la tour de filage. Pour que l'air pénétrant dans la partie perforée de la tour de filage ne puisse s'écouler que vers le bas, on peut installer un dispositif d'aspiration à l'extrémité inférieure fixe de la tour de filage Un tel dispositif d'aspiration est aussi avantageux en ce sens qu'au cours du filage, il y a vaporisation de monomères qui peuvent provoquer un encrassement de la tour de filage. Pour empêcher un encrassement de la partie inféri- eure de la tour de filage sous l'effet de la condensation des monomères, on peut faire en sorte que la partie infé- rieure de la tour de filage soit soumise constamment ou à des intervalles de temps déterminés à une aspersion d'eau qui forme sur la paroi interne de la tour de filage un voile d'eau qui s'écoule vers le bas et est à nouveau as- piré par le dispositif d'aspiration Le risque de la con- 4 - densation complète des monomères est particulièrement grand dans la partie inférieure fixe de la tour de filage o le refroidissement des monomères immédiatement vapori- sés après le filage a déjà atteint un assez haut degré. En ce qui concerne la tour de filage du type préci- té, l'invention part d'un état de la technique tel qu'il est par exemple décrit dans le brevet américain 3 672 801. Dans le dispositif de filage pour fibres synthétiques qui y est expliqué, une boite de soufflage en plusieurs parties est installée en dessous de la tête de filage directement à la suite de la filière La partie disposée juste en des- sous de la filière est réalisée à double paroi Partant de la cavité fermée, à laquelle est relié un dispositif d'aspiration, de fins perçages disposés en anneau et ser- vant à l'aspiration des gaz et éventuellement de la fumée, s'échappant, aboutissent dans l'espace interne C'est à cette partie que se raccorde la boîte de soufflage propre- ment dite qui se compose d'une enveloppe cylindrique exté- rieure et de deux garnitures successives. La partie se trouvant le plus près de la filière est la partie de soufflage proprement dite Un tronçon tu- bulaire cylindrique relativement court à paroi perforée comporte une garniture cylindrique constituée de plusieurs couches de matériau pour tamis en fil métallique A cette garniture se raccorde un tube de sortie s'étendant jusqu'au fond de la boîte de soufflage et dont la base est fermée par un diaphragme perforé déterminant la forme du faisceau de fils sortant Une tour de filage au sens usuel n'est pas prévue Par ailleurs, à quelque distance du fond de la boîte de soufflage est installé un autre diaphragme per- foré qui est déplaçable le long du groupe de fils et doit servir à former et-à guider ce dernier L'installation de filature décrite ne constitue pas une solution apportée à l'objet de l'invention. Si dans la description précédente de l'invention et l'explication suivante du dessin, il est question d'air ou -5- de fluide de soufflage, il y a lieu de préciser que c'est principalement de l'air porté à la température ambiante qui est amené par la boîte de soufflage pour refroidir et conso- lider les fils individuels sortant de la filière On peut aussi prévoir l'apport d'autres fluides gazeux si cela est favorable au processus de filage, en particulier un gaz inerte, par exemple de la vapeur d'eau, de l'azote ou des mélanges de ces fluides avec l'air. De la même façon, par la notion de refroidissement utilisée ici, il faut entendre qu'il existe un gradient thermique entre la température du fil et l'agent de souf- flage sans qu'il soit fourni d'information qualitative sur l'importance de ce gradient thermique comme en ce qui con- cerne la boite de soufflage et la tour de filage selon l'invention, il s'agit d'un système essentiellement fermé par lequel on peut agir à son gré sur les fils en dessous de la filière, il faut souligner que l'installation de fi- lature selon l'invention peut ne pas servir uniquement à abaisser la température des fils produits pour les refroi- dir très régulièrement en dessous de la température de so- lidification des polymères en fusion Du fait de sa cons- truction particulière, en plus d'un refroidissement régu- lier, elle permet une régulation de la température pendant le refroidissement des fils, par exemple un contrôle de la courbe de refroidissement pour respecter certains paramè- tres du procédé et par exemple modifier le comportement à la dilatation, la cristallinité ou analogue, des fils. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur le- quel: La figure 1 représente schématiquement une coupe suivant l'axe de la tour de filage; Za figure 2 est une vue sur la boîte de soufflage et le dispositif support; tes figures 3 à 5 représentent des vues en coupe -41692 -6- et en plan du caisson de pression fermé et ouvert d'une filière de début de filage; la figure 6 a représente, en coupe verticale, le raccordement entre la boite de soufflage et la tête de fi- lage; ta figure 6 b représente un détail du raccordement selon la figure 6 a; ta figure 7 représente en coupe verticale la par- tie inférieure fixe de la tour de filage; Sa figure 8 représente, en coupe verticale, l'ex- trémité inférieure ouverte de la tour de filage avec tôle oblique installée en dessous. Directement à la filière 1 se raccorde la tour de filage 3 disposée dans le sens de l'éjection des fils 2, c'est-à-dire en général verticalement vers le bas A sa partie supérieure, débutant au voisinage immédiat de la filière 1, cette tour de filage est entourée par la boite de soufflage 4 comportant la conduite d'amenée d'air 5. Dans le mode de réalisation représenté, la tour de filage 3 est divisée en une partie inférieure fixe 6 et en une partie supérieure 7 déplaçable de façon télescopique dans la partie 6 Dans la zone directement voisine de la fi- lière, la partie déplaçable 7 de la tour de filage 3 est perméable à l'air, par exemple perforée, trouée ou fabri- quée en un matériau poreux; la zone perméable à l'air est limitée au tronçon partiel disposé à l'intérieur de la zone de sortie 28 de la boite de soufflage 4, mais peut se prolonger aussi en dessous de la zone d'entrée 27 sur tou- te la longueur de la partie 7 de la tour de filage ou sur une partie importante de celle-ci Le cas échéant, elle peut même englober encore une section limitrophe de la partie fixe 6 de la tour de filage L'essentiel est que la tour de filage ne soit pas perforée dans la zone d'entrée. Ce n'est qu'à cette condition qu'on peut obtenir un écou- lement laminaire calme de l'air à l'intérieur de la tour de filage. -7- La partie fixe 6 de la tour de filage 3 traverse le plancher 8 de la plateforme ou de l'étage sur lequel elle est ancrée au moyen d'une construction appropriée 9 et à partir duquel on procède normalement aux travaux d'entre- tien des postes de filage La partie déplaçable 7 de la tour de filage pénètre dans la boîte de soufflage 4 par sa partie supérieure se raccordant à la filière 1 et lui est réunie en une seule unité par la bride 10 La boîte de soufflage 4 et la tour de filage 3 sont suspendues à un support comprenant la console 11 et le chariot de guidage 12 La glissière 13 sert au guidage du chariot 12 et, dans le mode de réalisation représenté, est constituée par une colonne verticale 13 qui est entourée par le chariot 12. Elle est ancrée sur le plancher 8 de la plateforme et est rattachée ici par une traverse 14 à la paroi 15, simple- ment schématisée, du bâtiment Sur la traverse 14 sont installées deux poulies de renvoi 16 et 17 sur lesquelles passe un câble 19 raccordant le contre-poids 18 au chariot de guidage 12. La figure 2 est une vue sur la face supérieure, côté filière 1, de la boîte de soufflage 4 A l'inverse de la figure 1, le support 11, 12, avec la conduite d'ame- née d'air 5, se trouve sur un même côté, ce qui correspond à la disposition la plus courante pour la majeure partie des cas d'utilisation On a certes choisi de représenter en premier lieu la disp'osition de la figure 1 en raison de sa plus grande clarté, mais elle représente malgré tout un mode de réalisation adapté à un grand nombre de casa Pendant le fonctionnement, la boîte de soufflage 4 avec la tour de filage 3 est raccordée par ses brides 20 aux contre-brides 21 de la tête de filage 22 Un raccorde- ment approprié est représenté sur la figure 6 Sur cette figure, la bride 20, sur laquelle sont fixées la boîte de soufflage 4 et la tour de filage poreuse 3, est réalisée sous la forme d'une rainure annulaire 47 Sur la contre- bride 21 de la tête de filage 22 est placé un élément iso- lant 46 qui interrompt le transfert thermique de la tour de filage ou de la boîte de soufflage à la filière Sur l'élément isolant est fixé un anneau 48 Cet anneau 48 pé- nètre dans la rainure 47 La rainure peut ici être remplie d'un matériau, fluide approprié, d'un liquide non vaporisa- ble, mais de préférence aussi de sable On garantit ainsi l'étanchéité de l'intérieur de la tour de filage, tout en préservant par ailleurs la mobilité de la tour de filage 3 avec la boîte de soufflage 4 L'anneau 48 peut être réalisé en verre résistant à la chaleur de façon à permettre un contrôle visuel de l'intérieur de la tour de filage Cela est représenté en détail sur la figure 6 a. La tête de filage est alimentée en air de soufflage par la conduite d'amenée 5 qui débouche dans la zone d'ar- rivée 23 élargie en forme de cône au niveau de la botte de soufflage 4 A proximité de la boîte de soufflage, la con- duite d'amenée d'air 5 comporte un raccordement, de pré- férence à desserrage rapide, par exemple un raccord à bri- des 24, 25 Après desserrage des deux raccords 20, 21 et 24, 25, il est possible, dans le mode de réalisation re- présenté sur les figures 1 et 2, de déplacer à la main la partie mobile 7 de la tour de filage à l'encontre de l'ac- tion des contre-poids 18 pour l'introduire dans la partie fixe 6 de la tour de filage 3, après quoi, les différents postes de filage sont facilement accessibles L'extraction et l'introduction de la partie 7 peuvent se faire aussi par exemple au moyen de moteurs réversibles, par des sys- tèmes d'entraînement hydrauliques ou pneumatiques ou de toute autre façon. Grâce à la configuration selon l'invention de la tour de filage 3 avec boite de soufflage 4, on arrive à ce que les fils 2 soient protégés de l'atmosphère environnante dans la zone o ils sont particulièrement sensibles et soient exclusivement refroidis par l'air arrivant dans la boite de soufflage par la conduite d'amende 5, 23 et de là, parvenant aux fils 2 par la paroi perméable à l'air de la 9- partie 7 de la tour de filage En pareil cas, en particu- lier, l'air est auparavant calmé par la garniture 26 en forme de tamis disposée entre la zone d'entrée 27 et la zone de sortie 28 de la boîte de soufflage 4, si bien que dans cette zone de sortie 28, on obtient un écoulement exempt de tourbillon et sans variation de pression L'air de refroidissement peut ensuite sortir tout au long du trajet des fils par les perforations de la tour de filage. Comme déjà mentionné, à la place de l'air, on peut aussi faire arriver d'autres fluides de soufflage, gazeux ou à l'état de vapeur, par exemple de la vapeur d'eau ou analogue, par la boîte de soufflage Ces fluides peuvent être à des températures qui sont égales à la température ambiante ou aussi sensiblement supérieures à celle-ci, par exemple supérieures à 100 'C Grâce à cette possibilité, à l'intérieur de la boite de soufflage, on peut modifier la vitesse de refroidissement et, pour le procédé, obtenir des paramètres déterminés favorables en ce qui concerne les caractéristiques du fil. La figure 3 représente une coupe longitudinale sui- vant III-III de la figure 4, passant par le caisson de pression de la filière 31 de début de filage dont le rac- cord 32 est relié à une source de fluide sous pression, non représentée, en particulier d'air comprimé Le caisson de pression, comprenant le couvercle intérieur 33 et le couvercle supérieur 34, de la filière 31, comporte des trous 35 et 36 qui sont dans l'alignement l'un de l'autre et forment respectivement un passage pour le faisceau de fils 2 La section transversale des trous 35 et 36 corres- pond sensiblement à la section transversale de la tour de filage 3 ( 7). Dans le trou 35 du couvercle inférieur 33 est insé- ré un anneau 37 muni d'une lèvre 38 formant filière L'an- neau 37 repose sur une bague d'étanchéité 39 Les lèvres 38, en liaison avec la surface interne du couvercle supé- rieur 34, forment une fente annulaire 40 qui a une largeur - comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence de 0,25 mm. L'anneau 37 est entouré par un espace annulaire 41 (figures 3 et 5). La figure 4 est une vue en plan du couvercle supé- rieur 34 ou du caisson de pression fermé 33, 34 Dans les trous 36 du couvercle supérieur 34, on reconnaît la délimi- tation interne des anneaux 37. La figure 5 est une vue en plan du couvercle infé- rieur 33 (couvercle 34 enlevé) Le caisson de pression comporte des trous pour le début du filage de trois fais- ceaux de fils Le bord circulaire étagé 42 de chaque trou, en liaison avec la surface latérale extérieure de l'anneau 37 inséré dans le trou, forme à chaque fois l'espace an- nulaire 41 Les espaces annulaires 41 reçoivent le fluide sous pression, en particulier l'air comprimé, par des ca- naux 45, 44, 43. Les espaces annulaires voisins 41 se coupent par- tiellement sur des sections de leur périphérie Les espa- ces annulaires 41 sont reliés par des canaux transversaux 43 aux canaux longitudinaux 44 qui communiquent eux-mêmes par des canaux 45 avec le raccord 32 fournissant le fluide sous pression. Le fluide sous pression pénétrant dans les espaces annulaires 41 par le raccord 32 et les canaux 45, 44 et 43, passe par la fente 40 formée par la lèvre 38 en forme d'anneau de cercle et la surface interne du couvercle su- périeur 34 et, longeant la paroi interne de l'anneau 37, s'écoule vers le bas dans le sens axial Les lèvres 38 sont conformées de façon que l'écoulement du fluide sous pression épouse sensiblement la forme de la paroi interne de l'anneau 37 De ce fait, les débuts de fils sortant des filières 1 sont entraînés vers le bas. Sur les figures 3 à 5, la filière 31 comporte trois dispositifs de début de filage Selon le nombre de fi- lières d'une installation de filature, la filière du début de filage peut cependant comporter plus ou moins de dis- 11 - positifs de début-de filage; elle peut être disposée à l'entrée ou à la sortie de la zone 28 (figure 1)D En ce qui concerne la filière 31 de début de filage précédemment décrite, on peut mentionner que celle-ci, pen- dant le filage, peut servir de moyen supplémentaire pour la commande du processus Le caisson de pression en parti- culier, en plus du raccord du fluide sous pression, peut encore comporter d'autres raccords, par lesquels des agents de traitement, de préférence des fluides de refroidisse- ment au sens de la définition donnée préalablement, peuvent être amenés à la boite de soufflage pour influencer la vi- tesse de refroidissement des fils, la cristallisation des polymères ou analogue Dans un système de soufflage essen- tiellement fermé, cela offre une possibilité supplémentai- re de commander certains paramètres du processus de filage intervenant à une distance des ouvertures de la filière à laquelle les filaments, au niveau de leur surface, ont dé- jà une température qui selon la distance entre la fi- lière 31 de début de filage,et les filières 1 se situe sensiblement en dessous de la température de filage, mais éventuellement encore au-dessus de la température de soli- dification. La figure 7 représente la configuration de la par- tie inférieure fixe 6 de la tour de filage Dans sa zone supérieure, cette partie de la tour de filage comporte une buse annulaire 53 par laquelle un voile d'eau arrivant par la conduite de raccordement 51 et le canal annulaire 52 peut s'écouler le long de la surface latérale interne de la partie 6 A l'extrémité inférieure de la partie 6, le voile d'eau, en même temps que l'air de refroidissement et les monomères complètement évaporés, sont à nouveau aspi- rés par un canal annulaire et une buse annulaire 50. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 8, l'extrémité inférieure de la partie 6 de la tour de filage est ouverte En dessous de la tour se trouve une tôle 55 disposée obliquement et comportant une étroite fente 56 12 - pour le passage des fils Par ces tôles, l'air de refroi- dissement, mais éventuellement aussi l'eau amenée à la tour de filage par le raccord 51, le canal annulaire 52 et la buse annulaire 53, sont déviés latéralement puis aspirés par les tubulures 58 de dispositifs d'aspiration 57 La référence 59 désigne un filtre par lequel, en particulier des monomères entièrement condensés, sont séparés de l'air évacué. 13 - REVENDICATIONS 1. Installation de filature pour fibres s Ynthéti- ques comportant une tour de filage raccordée aux filières, réalisée en forme de tube et dont le tronçon voisin de la filière ( 1) est perforé et traverse une boite de soufflage, caractérisée par le fait que la boîte de soufflage ( 4) comprend une zone d'entrée ( 27) et une zone de sortie ( 28), que le canal ( 5) amenant le fluide de soufflage débouche dans la zone d'entrée ( 27) sensiblement perpendiculaire- ment par rapport à la tour de filage ( 3), que la tour de filage ( 3) n'est pas perforée dans la partie de la zone d'entrée ( 27), que la zone d'entrée ( 27) et la zone de sor- tie ( 28) sont séparées par des éléments ( 26) pour établir dans la partie sortie ( 28) un écoulement exempt de tourbil- lons dans une direction parallèle à la tour de filage ( 3). 2. Installation de filature selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tour de filage ( 3) est divisée en deux parties et que la partie supérieure ( 7) est déplaçable de façon télescopique par rapport à la par- tie inférieure fixe ( 6) et est raccordée de façon étanche à l'air à la tête de filage ( 22) par l'intermédiaire d'un joint labyrinthe annulaire, de préférence un joint laby- rinthe annulaire (rainure 47, anneau 48) rempli d'un li- quide ou de sable. 3 Installation de filature selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le canal d'arrivée ( 23) débouchant dans la boîte de soufflage ( 4) est disposé en dessous de la zone de sortie ( 28). 4. Installation de filature selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'à la boite de soufflage ( 4) est associée une filière ( 31) de début de filage qui comprend un caisson de pression qui est raccordé à une source de fluide sous pression, en particu- lier d'air comprimé, et dont les couvercles supérieur et inférieur ( 34, 33) sont munis de trous ( 35, 36) qui for- ment des passages qui correspondent sensiblement à la sec- * _ 14 _ tion transversale de la tour de filage ( 3), ces passages, côté interne du caisson, étant fermés entre les couvercles supérieur et inférieur ( 34, 33) par des anneaux ( 37) de façon que ces anneaux ( 37) constituent une lèvre circulaire ( 38) formant buse avec écoulement dirigé vers le bas du fluide sous pression. * Filière selon 1 a r e v e N d i c a t io N 4, c a r a c t p r i S é ep a r1 ef a i t q u e ladite filière ( 31) de début de filage comprend un caisson de pression qui est raccordé à une source de fluide sous pression, en particulier d'air comprimé, et dont les cou- vercles supérieur et inférieur ( 34, 33) sont munis de trous ( 35, 36) qui forment des passages qui correspondent sensiblement à la section transversale de la tour de fila- ge ( 3), les passages, du côté interne du caisson, étant fermés entre les couvercles supérieur et inférieur ( 34, 33) par des anneaux ( 37) de façon aue ces anneaux ( 37) consti- tuent une lèvre circulaire ( 38) formant buse avec écoule- ment dirigé vers le bas du fluide sous pression.