Brevet FR2580675A1 — publié le 19861024

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FIL PAR PROJECTION DE FIBRES SUR UN ELEMENT PERFORE La presente invention concerne un procédé de fabrication d'un fil par projection de fibres étendues et sensiblement parallèles sur un élément perforé, pour former un faisceau de fibres, dans lequel on applique les fibres contre l'élément perforé par aspiration de l'air à travers les perforations dudit élément, et l'on entraîne en translation et en torsion le fil naissant de ce faisceau de fibres, de manière à provoquer une friction du fil sur l'élément perforé. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les procédés de ce type, appartenant à la catégorie des procédés appelés couramment "open-end", sont bien connus aujourd'hui et leur utilisation industrielle se répand rapidement en raison de la grande vitesse de fabrication qu'ils permettent. En général, les fibres utilisées sont prélevées dans une mèche de fibres, appelée couramment mèche alimentaire, au moyen d'un dispositif d'arrachage des fibres par groupes successifs. La demande de brevet français publiée sous le numéro 2 545 108 décrit un dispositif de ce genre, permettant de projeter sur un élément perforé des fibres qui sont orientées dans une direction déterminée. Dans un procédé du type mentionné plus haut, on forme généralement le fil entre deux tambours rotatifs parallèles, qui tournent dans le même sens et qui sont tangents le long d'une génératrice commune. La zone de formation du fil se trouve précisement le long de cette génératrice, tandis qu'un organe d'aspiration est disposé en regard de la face interne du tambour perforé, en face de cette zqne derf:Qr).rflation du fil, pour y appliquer les fibres projetées. Le fil naissånt- est tordu par friction entre les deux tambours, tandis que la partie du fil déjà formée est entraînée en translation par un autre mécanisme. Une telle disposition présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord, le pas de torsion n'est pas le même aux différentes profondeurs du fil. En effet, le fil présente toujours une pointe conique-dans la zone de formation, tandis que la vitesse périphérique des tambours est evidemment la même tout au long de cette zone. La vitesse de rotation du fil naissant est donc toujours plus grande lorsqu'on se rapproche de la pointe. Les fibres nourrissant la pointe conique du fil ont alors tendance à former des cornets emboîtés les uns dans les autres, la pointe des cornets, au centre du fil, etant tordue avec un pas très court qui ne correspond pas au pas moyen des fibres extérieures.Il en résulte que les couches extérieures du fil n'ont pas la même élasticité que les couches intérieures et que l'on obtient un fil dont les fibres craquent les unes après les autres lorsqu'il est soumis à une traction. Un autre inconvénient provient du fait que le fil, une fois formé, est tiré perpendiculairement à la direction de déplacement des surfaces de friction et sur une grande longueur. Il s'ensuit que les cornets définis ci-dessus frottent à rebrousse-poil sur ces surfaces, de sorte que le fil terminé est ébouriffe par les surfaces elles-memes. Un autre inconvénient de ce dispositif est lié au fait que les fibres proJetées au voisinage de la pointe du fil, qui est très fine et tourne très vite, risquent beaucoup de ne pas rencontrer assez de fibres pour être intégrées au fil naissant. Il s'ensuit qu'une proportion significative des fibres s'échappe et que de nombreuses fibres ne sont pas alignées convenablement dans la zone de formation du fil. On a cherché à remédier au premier de ces inconvénients, à savoir les différences de vitesse angulaire le long de la pointe conique du fil, en proposant d'utiliser des tambours coniques au lieu de tambours cylindriques. Toutefois, un tel dispositif n'est pas réalisable de manière idéale, car il faudrait que la pointe du fil coïncide avec le sommet du cône aspirant; afin que la torsion des fibres soit nulle à cet endroit, mais en fait on ne peut pas loger dans un tambour conique un organe d'aspiration s'étendant jusqu'à la pointe du cône. Par conséquent, la présente invention se propose de pallier les divers inconvénients mentionnés ci-dessus, en utilisant tout de même le principe de la friction sur l'élément perforé pour la formation du fil. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise un élément perforé en forme de disque rotatif, entraîne à une vitesse prédéterminée, et en ce que l'on applique les fibres sur un côté de ce disque dans une zone de formation du fil, la position de cette zone étant-stationnaire. L'utilisation d'un disque perforé au lieu des tambours mentionnés ci dessus a pour avantage essentiel le fait de permettre de définir la géométrie de la zone de formation du fil de telle manière que les vitesses des différents points du disque sont variables le long de cette zone, pour déterminer par friction des efforts appropriés le long de la pointe conique du fil en formation. De préférence, on définit la géométrie de la zone de formation de manière que, en tout point de cette zone, la vitesse du disque rotatif présente une composante dans la direction du fil, cette composante longitudinale étant inférieure à la vitesse d'entraînement du fil afin de produire un étirage du fil, et une composante transversale afin de produire simultanément une torsion du fil. Dans une forme de réalisation préférée du procédé, la zone de formation comporte une extrémité amont et une extrémité aval, définies par rapport à la direction d'entraînement du fil, la géométrie de la zone de formation étant définie de telle manière qu'en tout point de cette zone, lesdites composantes longitudinale et transversale de la vitesse du disque sont supérieures aux composantes correspondantes en un point situé en amont. De préférence, ladite composante transversale de la vitesse du disque est nulle à l'extrémité amont de la zone de formation. Dans un procedé selon l'invention, on peut projeter des fibres successivement dans plusieurs positions sensiblement parallèles dans la zone de formation. Selon un autre aspect du procédé, on peut entraîner le fil en translation et en torsion par friction du fil sur les bords respectifs de deux disques rotatifs se recouvrant partiellement, l'un de ces disques étant constitué par le disque perforé. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, comportant des moyens d'alimentation pour délivrer des fibres ou des groupes de fibres et pour projeter ces fibres sur un côté d'un élément perforé dans une zone de formation du fil, l'élément perforé étant mobile et la zone de formation étant stationnaire, un organe d'aspiration disposé de l'autre côté de l'élément perforé pour appliquer les fibres contre cet élément et pour délimiter la zone de formation, et des moyens pour entraîner en translation et en torsion le fil naissant forme par les fibres. Ce dispositif est caractérisé en ce que ledit élement perforé est un disque rotatif, entraîné à une vitesse prédéterminée, le centre de ce disque étant situé en dehors de ladite zone de formation. Dans une forme de réalisation préférée du dispositif, la zone de formation s'étend entre une extrémité amont, située à une distance non nulle du centre du disque perforé, et une extrémité aval, située à une plus grande distance du centre du disque, suivant un tracé incurvé dont la tangente s'écarte progressivement du centre du disque lorsqu'on suit ce tracé d'amont en aval. De cette façon, la composante longitudinale de la vitesse du disque croit de l'amont à l'aval de la zone de formation du fil. Le disque perforé comporte avantageusement le long de son bord une zone de friction, présentant un grand coefficient de friction par rapport au fil. Les moyens d'entraînement du fil peuvent comporter un disque rotatif d'entraînement, qui recouvre partiellement le disque perforé et qui comporte également le long de son bord une zone de friction, les deux disques étant disposés de part et d'autre du fil de telle manière que leurs zones de friction se croisent à proximité de l'extrémité aval de la zone de formation du fil, pour entrainer le fil en translation et en torsion. Selon une forme de realisation particulière du dispositif, les moyens d'alimentation comportent une courroie aJourée pourvue d'ouvertures longitudinales reparties sur plusieurs rangées longitudinales, correspondant à plusieurs positions parallèles des fibres dans la zone de formation du fil. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description d'un exemple de realisation, donnée ci-dessous à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels Les figures 1 à 3 sont des schémas explicatifs illustrant le procédé selon l'invention, La figure 4 est une vue schématique partielle d'un dispositif selon l'invention, La figure 5 est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation préférée du dispositif, et La figure 6 est une vue schématique en plan d'une partie du dispositif de la fig. 5. Le procédé selon la présente invention sera tout d'abord expliqué dans son principe en référence aux-fig. 1 à 3. En référence à la fig. 1, on suppose que l'on dispose d'un disque perforé rotatif 1, tournant à une vitesse angulaire w autour d'un axe perpendiculaire au disque et passant par le centre O du disque. Par un organe d'aspiration disposé en position stationnaire derrière le disque 1, on définit une zone de formation 2a d'un fil 3, cette zone de formation comportant une extrémité amont 4 située au centre du disque et une extrémité aval 5 située à la périphérie de la zone perforée du disque 1, au voisinage d'un point fixe A.Si l'on projette des fibres en position rectiligne sur le segment OA et si l'on entraîne longitudinalement à une vitesse V le fil qu'elle forme, on obtient entre 0 et A une partie conique 6 de naissance du fil 3. Cette partie 6 est appliquée contre le disque par l'aspiration de l'air et elle est donc entraînée en rotation par friction sur le disque 1. De cette manière, le fil n'est pas tordu dans la partie conique 6, tandis qu'il est tordu suivant la flèche T dans sa partie cylindrique 3 située hors du disque 1, avec un pas qui dépend de w et de V, à condition que chaque fibre ou groupe de fibres entre en contact avec OA en une seule fois et sur toute sa longueur. En effet, si une fibre touche A par son extrémité avant de toucher 0, elle s'enroule autour du cone 6 et une certaine torsion apparait entre A et O. Cependant, si la fibre touche d'abord 0, puis A, elle sera enroulée et entraînée en boucle par le cône 6 et le fil sera mal formé. D'autre part, comme la torsion est nulle dans la partie conique 6, les fibres ne sont pas nécessairement entraînées longitudinalement par le fil en formation, en particulier les fibres qui sont plus courtes que OA, de sorte que le fil peut devenir irrégulier. Dans la disposition illustrée par la fig. 2, on a défini une zone de formation 2b qui est semblable à la zone 2a décrite précédemment, mais qui est décalée latéralement d'une distance a par rapport au centre O du disque perforé 1. L'axe Oy est parallèle à l'orientation des fibres ,arrivant sur le disque. Les fibres sont projetées suivant un segment O'A, le point O' se trouvant à la distance a non nulle du centre 0. Commme dans le cas précédent, il se forme entre 0' et A un cône 6 sans torsion, mais l'ensemble de ce cône est soumis à une force de friction longitudinale par le fait que, le long du segment O'A, la vitesse de chacun des points du disque 1 présente dans la direction O'A une composante longitudinale v = wa, donc non nulle. Par le choix de a, on peut toujours obtenir une composante longitudinale v inférieure à la vitesse d'entraînement V du fil, de façon à créer une zone d'étirage à l'intérieur du cône 6. Cependant, on ne risque pas d'abandonner des fibres sur le disque 1, puisque celles-ci sont soumises de la part du disque à une force de friction qui présente une composante dans la direction d'entraînement du fil. En revanche, si la vitesse d'entraînement V est nettement plus élévée que la composante v, le disque 1 produit une action de frottement à rebrousse-poil sur le fil, ce qui est une action néfaste en dehors de la zone de la pointe du cône 6. Pour éviter cette difficulté, on pratique comme le montre la fig. 3, qui représente plus spécialement le principe de la présente invention. Sur le disque perforé 1, on définit par l'organe d'aspiration une zone de formation 2 qui présente une forme incurvée. L'extrémité arrière Il de la zone de formation 2 se trouve à une distance a non nulle du centre O et elle est parallèle à l'axe Oy. L'extrémité aval 5 de la zone de formation est orientée selon une droite d qui coïncide avec la direction dans laquelle le fil 3 est évacué. Par rapport au centre 0, la droite d se trouve à une distance R qui est supérieure à a. Les fibres (ou les groupes de fibres) sont déposées les unes après les autres dans la zone de formation à une distance a non nulle du centres parallèlement à Oy. Le fil qu'elles forment est ensuite coude en suivant la zone de formation 2 et évacué suivant la droite d à une vitesse V. En un point P situé à une distance r du centre O dans la zone de formation du fil, la surface du disque a une vitesse locale wr qui peut entre décomposée, par rapport à la direction locale t du fil, en une composante longitudinale v et une composante transversale u. Ces deux composantes correspondent respectlvement à des forces de friction longitudinales et transversales exercées par le disque 1 sur les fibres et sur le fil. Si la tangente t forme un angle constant avec le rayon r, ce qui correspond à un tracé du type spirale, le rapport entre les composantes u et v reste constant, ce qui est avantageux pour obtenir un pas de torsion constant dans la partie conique 6. Le long de la zone de formation 2 la valeur de la composante longitudinale v varie progressivement entre wa à l'extrémité amont 4 et wR à l'extrémité aval 5 de la zone de formation. De cette manière, les fibres isolées sont entraînées lomgitudinalement à une vitesse wa inférieure à V, tandis qu'il se produit un étirage entre le fil terminé 3 et la pointe de la partie conique 6. Ainsi, une nouvelle fibre arrivant sur le disque 1 est entraînée dans le méme sens que le fil, mais moins vite que lui, Jusqu' ce qu'elle soit entraînée par le fil lul-meme et étirée par friction sur le disque. Simultanément, la composante transversale u de la vitesse du disque, qui est nulle à l'extrémité amont 4 de la zone de formation, est maximale au bord du disque.Elle fait tourner la partie conique 6 du fil sans y provoquer de torsion importante, mais elle provoque la torsion du fil au-delå. On remarquera que la vitesse d'entraînement v du fil 3 peut etre choisie égal à wR, c'est-à-dire à la vitesse d'entraînement du fil par le bord 7 du disque 1. On peut appliquer sur ce bord un revêtement présentant un grand coefficient de friction par rapport au fil, par exemple en élastomère, de façon à obtenir un entraînement positif suffisant du fil 3 à la vitesse V. Pour obtentir une production importante tout en recherchant une bonne finesse de formation, -il est avantageux de prévoir plusieurs zones d'arrivée de fibres sur le disque, décalées parallèlement entre elles à l'intérieur de la zone de formation du fil. Les fibres sont proje- tees successivement sur ces différentes zones. La fig. 4 illustre schematiquement une telle disposition, dans laquelle ces zones d'arrivée se trouvent à des distances respectives a, b et c du centre O du disque 1, ces distances étant toutes inférieures à R. Les fibres contribuent alors à former le fil en avançant vers lui à différentes vitesses de translation wa, wb, etc., qui sont toutes inférieures à la vitesse wR d'entraînement du fil par le disque, de sorte qu'il y a toujours un léger étirage entre les fibres encore libres et le fil terminé 3.Ceci permet la réalisation d'un fil à pas régulier avec un très gros débit total. La torsion finale du fil 3 peut ne pas être imposée suffisamment par la rotation du disque 1 lui-même, notamment s'il s'agit d'un fil moyen ou gros. Il est alors avantages de définir sa torsion finale par un dispositif connu à courroies croisées 8, la direction du fil étant maintenue par des poulies 9. Par leur orientation et par l'effet de friction sans glissement qu'elles exercent sur le fil 3, les courroies 8 entrainent le fil å la fois en translation et en torsion. La fig. 5 illustre une forme de réalisation préférée d'un dispositif selon la presente invention, comprenant des organes d'alimentation 10 qui projettent de petits paquets de fibres 11 sur le disque 1, dans la zone de formation 2 du fil 3. Ces organes d'alimentation correspondent au dispositif décrit dans la publication FR-A-2 545 108 mentionnée plus haut. Il comporte notamment une trémie 12 conduisant une mèche de fibre 13 entre une courroie d'alimentation 14 et une courroie ajourée 15, qui arrachent de la mèche 13 des paquets de fibres 11. Les fibres sont ensuite pincées entre la courroie 15 et un tambour de renvoi 16 disposé au-dessus du disque 1, puis elles sont projetées en position étendue à travers les ouvertures 17 de la courroie 15. Au moment ou elles arrivent sur le disque 1, elles sont libérées par la courroie 15 s'écartant du tambour 16. Dans l'exemple représenté ici, la courroie 15 comporte quatre rangées parallèles d'ouvertures longitudinales 17, correspondant à quatre zones d'arrivée de fibres sur le disque 1, selon le principe illustre par la fig. 4, ce qui permet un très gros débit de fibres. Le disque 1 est entraîné en rotation par un mecanisme représente schematiquement par des galets 18 appuyés contre la périphérie du disque. Un organe d'aspiration 20 disposé en dessous du disque 1 définit par la forme de son bord supérieur, la position et la forme de la zone de formation 2 dans la partie perforée du disque. Pour évacuer le fil 3, le disque perforé 1 comporte un bord caoutchoute 7 comme decrit plus haut. Les fig. 5 et 6 montrent comment le disque 1 est associé à un second disque 21 pourvu d'un bord caoutchouté 22, pour entraîner le fil 3 à la fois en translation et en torsion d'une manière équivalente à l'entraînement par les courroies 8 représentées sur la fig. 4. Le disque d'entraînement 21 présente de préférence le même diamètre que le disque 1 et il est disposé audessus de lui en le recouvrant partiellement, à une distance qui correspond sensiblement à l'épaisseur du fil 3. il est entraîné en rotation dans le même sens que le disque 1, par des organes non représentés, de telle manière que la vitesse périphérique de son bord 22 soit égale à celle du bord 7 du disque perforé.Le diagramme vectoriel de la fig. 6 montre comment les vitesses périphériques des \ar deux disques se combinent pour produire la vitesse d'entraînement V du fil. il convient de remarquer qu'avec un tel dispositif, les composantes longitudinale et transversale de la vitesse des points du disque 1 agissant sur le fil augmentent progressivement, à partir de leur valeur minimale à l'extrémité amont 4 de la zone de formation 2. De ce fait, la vitesse d'entraînement V imposée par les zones de friction 7 et 22 représente la plus grande vitesse de friction longitudinale, ce qui tend à coiffer les fibres dans le bon sens, et non pas à rebrousse-poil comme les dispositifs selon l'art antérieur. Par ailleurs, le dispositif d'entraînement par deux disques décrit cidessus permet de régler très facilement le rapport entre les vitesses d'entraînement du fil en translation et en torsion, par un simple déplacement transversal de l'axe du disque d'entraînement 21. Sur le plan constructif, ce mode de réglage est beaucoup plus facile à réaliser que celui des courroies croisées 8 mentionnées plus haut. Dans tous les cas, la position du fil peut être assurée par des poulies de guidage 9. Le dispositif décrit ci-dessus, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, présente des avantages importants. Il permet de défibrer efficacement et avec un gros débit la mèche alimentaire, tout en contrôlant à tout moment la position des fibres et leur arrivée correcte sur la zone de formation, c'est-à-dire en retenant les fibres par leur extrémité située du côté amont de la zone de formation. En outre, les fibres sont en mesure de s'intégrer au fil en étant tendues puisqu'elles avancent moins vite que lui. Comme les fibres sont entraînées à la fois longitudinalement et transversalement en direction du fil en formation, il n'existe pas de risque de perte de fibres. Grâce à la variation appropriée de la rotation de la partie conique du fil, le pas de torsion est régulièrement réparti dans les différentes couches du fil. En particulier, la pointe du fil en formation a une torsion sensiblement nulle. Cette régularité du pas de torsion, qui est défini géométriquement pour toute l'épaisseur du fil, garantit une répartition régulière des efforts de traction à l'intérieur du fil. Enfin, l'invention permet avantageusement d'utiliser une technique d'entraînement à friction sans ébouriffer le fil, ce qui assure une meilleure qualité du produit. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais elle s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour lwhomme de l'art. Revendications 1. Procede de fabrication d'un fil par projection de fibres étendues et sensiblement parallèles sur un élément perforé. pour former un faisceau de fibres, dans lequel on applique les fibres contre l'élément perforé par aspiration de l'air à travers les perforations dudit élément, et l'on entraîne en translation et en torsion le fil naissant de ce faisceau de fibres, de manière à provoquer une friction du fil sur l'élément perforé, caractérisé en ce que l'on utilise un élément perforé en forme de disque rotatif, entraîné à une vitesse prédéterminée, et en ce que l'on applique les fibres sur un côté de ce disque dans une zone de formation du fil, la position de cette zone étant stationnaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on définit la géométrie de ladite zone de formation de manière que, en tout point de cette zone, la vitesse du disque rotatif présente une composante dans la direction du fil, cette composante longitudinale étant inférieure à la vitesse d'entrainement du fil afin de produire un étirage du fil, et une composante transversale afin de produire simultanément une torsion du fil. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone de formation comporte une extrémité amont et une extrémité aval, définies par rapport à la direction d'entraînement du fil, et en ce que la géométrie de la zone de formation est définie de telle manière qu'en tout point de cette zone, lesdites composantes longitudinale et transversale de la vitesse du disque sont superieures aux composantes correspondantes en un point situé en amont. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite composante transversale de la vitesse du disque est nulle à l'extrémité amont de la zone de formation. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on projette des fibres successivement dans plusieurs positions sensiblement parallèles dans ladite zone de formation 6. Procédé selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on entraîne le fil en translation et en torsion par friction du fil sur les bords respectifs de deux disques rotatifs se recouvrant partiellement, l'un de ces disques étant constitué par ledit disque perforé. 7. Dispositif pour la fabrication d'un fil, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant des moyens d'alimentation pour délivrer des fibres ou des groupes de fibres et pour projeter ces fibres sur un côte d'un élément perforé dans une zone de formation du fil, l'élément perforé étant mobile et la zone de formation étant stationnaire, un organe d'aspiration disposé de l'autre côté de l'élément perforé pour appliquer les fibres contre cet élément et pour délimiter la zone de formation, et des moyens pour entraîner en translation et en torsion le fil naissant formé par les fibres, caractérisé en ce que ledit élément perforé est un disque rotatif (1), entraîné à une vitesse prédéterminée, le centre de ce disque étant situé en dehors de ladite zone de formation (2). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone de formation (2) s'étend entre une extrémite amont (4), située à une distance (a) non nulle du centre du disque perforé. et une extrémité aval (5), situee à une plus grande distance du centre du disque, suivant un tracé incurvé dont la tangente (t) s'écarte progressivement du centre du disque lorsqu'on suit ce tracé d'amont en aval. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque perforé 1) comporte le long de son bord une zone de friction (7), présentant un grand coefficient de friction par rapport au fil (3). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement du fil comportent un disque rotatif d'entraînement (21), qui recouvre partiellement le disque perforé (1) et qui comporte également le long de son bord une zone de friction (22), les deux disques étant disposés de part et d'autre du fil (3) de telle manière que leurs zones de friction se croisent à proximité de l'extrémité aval de la zone de formation du fil, pour entraîner le fil en translation et en torsion. 11. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation (10) comportent une courroie ajourée (15) pourvue d'ouvertures longitudinales (17) réparties sur plusieurs rangées longitudinales, correspondant à plusieurs positions parallèles des fibres dans la zone de formation (2) du fil.