Brevet FR2627513A1 — publié le 19890825

L'invention se rapporte à un procédé de traitement thermique de produits textiles à teneur en eau réduite et se présentant notamment en fortes épaisseurs. L'invention se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre du procédé ainsi qu'aux installations pourvues de ces moyens. Plus particulièrement mais non limitativement, l'invention concerne les traitements de fils textiles qui, notamment en vue de renforcer leur résistance mécanique à la traction ont subi un traitement mécanique de torsion. Pour atténuer leur tendance à s'enrouler sur eux-même, ces fils doivent alors être stabilisés. Pour stabiliser voire fixer cette déformation de torsion généralement induite lors de la fabrication, il est connu de soumettre les fils à un traitement thermique, lequel étant actuellement réalise dans une bâche- à vapeur, procède par convection lente, ce qui est long et coûteux. Dans l'industrie textile, d'autres procedés de préparation du fil, tel le séchage apurés teinture, font appel à un traitement thermique qui initialement était également realisé à la vapeur mais qui, afin d'améliorer le bilan énergétique, est actuellement réalisé par un autre moyen plus rapide et plus économique à savoir une exposition à un champ électrique ayant une haute tension (environ neuf kilovoîts) - et une haute fréquence (entre dix et trente mégahertz). Si l'identité des moyens de chauffage initalement utilisés en stabilisation et séchage à savoir la vapeur permettait d'envisager de recourir à la même solution, à savoir le champ électrique haute fréquence, pour améliorer le bilan énergétique de la stabilisation, malheureusement, il n'en est rien car contrairement au séchage, la stabilisation doit s'opérer sans que le fil subisse une perte appréciable de poids en eau pour conserver au fil son gonflant et sa douceur. Dans un procédé de stabilisation de fils subissant une fausse torsion, on connait (FR-A-2.358.486) un procédé comprenant une phase de traitement à moyenne fréquence ou hyper fréquence mais celui-ci necessite d'humidifier uniformément les fils avant leur passage dans le champ haute fréquence et à limiter l'action de celui-ci à un simple préchauffage à cent degrés puis à compenser la perte en eau en réhumidifiant le fil avant de parfaire le traitement thermique par un chauffage classique que ce soit par radiation et/ou convection et/ou conduction à environ deux cents degrés dans un four standard suivi de preference par un nouveau mouillage et séchage haute fréquence à un temps entre quatre vingts et cents degrés avant qu'une broche communique au fil la fausse torsion remontant jusque dans le poste de traitement thermique. Ce procéde oblige à traiter les fils unitairement ou en nappe de fils parallèles. De plus, une part essentiel du traitement thermique est encore obtenu par des moyens classiques. Aussi, pour une quantité importante de fils et copte tenu du temps de traitement par les moyens classiques, ce procédé s'avère encore être trop long pour être rentable. En variante, il. est proposé d'appliquer le champ haute fréquence réalisant le préchauffage à l'aide d'un générateur de courant à tres haute fréquence, de l'ordre de deux mille quatre cent cinquante mégahertz dont le flux d'électrons est commandé à la fois par un champ electrique et par un champ magnétique par exemple à l'aide d'un magnétron, lequel est relié par un guide d'ondes à une cavité formée par un cylindre en laiton traversé par le fil en défilement. Le dispositif decrit dans le document cité ne semble pas avoir reçu d'application pratique probablement pour les mêmes raisons que ci-dessus et compte tenu de la perte en eau necessitant un mouillage de compensation et du grand danger de réflexion d'ondes que devait présenter la cavité ouverte. Compte tenu de ces inconvénients, pour la stabilisation et tout autre traitement devant se faire sans perte d'eau, l'exposition au champ haute fréquence a éte jugée inapplicable et a été abandonnée. Ce procéde n'est donc considéré interessant que pour le séchage ou tout traitement qui exploite la perte d'eau engendrée par le traitement haute fréquence, lequel induit une élévation de température par l'agitation des molécules d'eau placees dans le dit champ electrique de haute frequence et pour lesquels la température à induire dans le matériau humide pour provoquer l'évaporation de l'eau est en général largement inférieure à celle nécessaire pour effectuer un traitement thermique d'un matériau textile du type de la stabilisation. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un -procédé fiable pour le traitement thermique par hautes fréquences de produit textile à faible teneur en eau se présentant notamment sous de fortes épaisseurs et pratiquement sans perte d'eau. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité notamment caractérisé en ce que, pour obtenir de manière précise l'élévation de température souhaitée dans une masse de matériau donné, lors du traitement, d'une part, on met en oeuvre une puissance électrique totale dissipee dans le charnp au moins supérieure à celle nécessaire pour produire l'élévation de terpérature recherchée et, d'autre part, pour ajuster précisément la puissance absorbee par le matériau humide à traiter, on place dans le champ, un élément distinct du matériau fortement absorbant pour le champ électrique et on limite le volume de cet élément à celui au moins nécessaire pour absorber l'énergie électrique en surplus. L'invention a également pour objet les moyens pour la mise en oeuvre du dit procédé. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-apres faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : le dispositif vu en perspective, - figure 2 : le schéma du dispositif. En se reportant au dessin, on voit un dispositif 1 pour le traitement thermique de matériau textile 2 se presentant notamment en forte epaisseur par exemple en bobine 3 et à faible teneur en eau. Pour situer les possibilités de l'invention, on precise que par matériaux humides à faible teneur en eau, on désigne ceux dont la masse en eau ne dépasse pas 6 % de leur masse totale à l'état humide. Ainsi, pour induire dans le matériau 2 à traiter l'élévation de temperature recherchée, on soumet classiquement ce matériau à un champ électrique 4 haute fréquence. Le champ électrique est symbolisé par des flèches. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, pour obtenir de manière précise l'élévation de température souhaitée dans une masse de materiau donné, lors du traitement, d'une part, on met en oeuvre une puissance électrique totale dissipée dans le champ au moins superieure a celle nécessaire pour produire l'élévation de température recherchée et, d'autre part, pour ajuster précisément la puissance absorbée par le matériau humide à traiter, on place dans le champ, un élément 5 distinct du matériau fortement absorbant pour le champ électrique et on limite le volume de.cet élément à celui au moins nécessaire pour absorber l'énergie électrique en surplus. Conform-ement à 1 'invention, c'est une réserve d'eau à l'état liquide dont on ajuste le volume que l'on place dans le champ électrique avec le matériau à traiter. Bien entendu, conformément à l'invention, pour fixer la valeur de la puissance électrique totale dite puissance majorée à dissiper lors d'un traitement, on majore dans des proportions prédéterminées, la puissance électrique totale théoriquement nécessaire au traitement de la masse de matériau à traiter. Pour ajuster la puissance électrique dissipee dans le champ sur la valeur souhaitée de la puissance majoree, on peut évidemment contrôler la durée du traitement si l'on connait la puissance instantanée dissipée. Toutefois, selon l'invention, pour créer le champ electrique nécessaire au traitement thermique d'une quantite donnée de matériau, on calcule la puissance majoree, on fixe une durée prédéterminée de traitement puis on met en oeuvre au moins un élément générateur 6 de champ électrique de puissance instantanée correspondant sensiblement à une fraction de la puissance instantanee à obtenir pour dissiper la puissance majorée dans la duree fixée. Cette procedure permet evidemment de faire sensiblement coïncider la valeur de la puissance totale dissipee dans le champ pendant le traitement avec la valeur majoree souhaitée pour le dit traitement. Cette procédure permet de faire fonctionner chacun des éléments générateurs 6 de champ à son rendement énergétique optimal puisqu'on sollicite de chacun d'eux toujours la même puissance, quelle que soit la puissance totale à dissiper dans le champ. Bien entendu, on a pris soin de déterminer pour chaque élément le niveau de puissance dissipée pour lequel s-on rendement est optimal. Ainsi, quel que soit le nombre d'éléments générateurs activés pour créer le champ électrique, on applique toujours à chaque élément générateur activé la même puissance électrique suffisante pour obtenir son rendement énergétique optima. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, pour effectuer le traitement thermique des matériaux, on enferme ceux-ci dans une enceinte 7 étanche à la vapeur d'eau et aux rayonnements puis on crée le champ électrique 4 sensiblement entre deux parois 8, 9 globalement parallèles et notamment verticales entre lesquelles on place les matériaux 2. Evidemment, des éléments générateurs 6 du champ sont oeonétriquonent repartis et directement couplés de manière telle que le champ créé entre les parois soit le plus homogène possible. Par exemple, on place les éléments générateurs en quinconce sur chacune des deux parois précitées. De plus, on règle le couplage électrique entre les éléments générateurs de manière à éliminer les ondes qui, réfléchies par les parois de l'enceinte, pourraient être renvoyées vers les dits éléments. Avantageusement, on récupère 1 'eau condensée sur les parois de l'enceinte pour la réintroduire dans la réserve prévue. De préférence, la réserve d'eau 5 est ouverte et s'étend sur toute la face inférieure de l'enceinte du dispositif. Les moyens pour la mise en oeuvre de 1 'inventiqn comprennent donc principalement en combinaison : - un moyen 6 de production d'un champ électrique 4 de puissance totale dissipée dit puissance majorée supérieure à celle nécessaire pour produire l'élévation de temperature recherchée dans le matériau 2 à traiter, - un moyen 5 d'absorption du champ électrique de capacité ajustable. Plus precisement, les moyens pour la mise en oeuvre de l'invention, comprennent - une enceinte 7 étanche à la vapeur d'eau, - disposé sur au moins une paroi 8, 9 notamment verticale de l'enceinte, au moins un. élément 6 générateur de champ électrique, d'une puissance égale à une fraction de la pusisance totale majorée, - au niveau de la paroi 11 de fond de l'enceinte 6 une reserve 5 d'eau ouverte et, - un moyen d'ajustement 12 du volume d'eau contenue dans cette réserve. Grâce au traitement opéré dans ces conditions, la stabilisation s'est avérée excellente, c'est à dire durable, sans altération des coloris, du gonflant, de la texture du fil et sans perte de poids d'eau appréciable avec des fils - de laine pure - d'un mélange de 88,6 % de filbres acryliques avec 11,4 % de polyester, - d'un mélange de 51,6 ,0 de coton, de 19,4 c,Ó de fibres acryliques, de 19,4 cÓ de meche acrylique et de 9,6 % de fils de liage en polyester, - d'un mélange de 74 % de mèche acrylique, de 18,5 % de laine et -de 7,5 % de polyester. Les résultats etaient par contre moins interessant pour des fils de mélange de 66,2 %O de coton et de 33,8 % de polyester qui auraient necessité un agent mouillant. Ces essais ont été réalisés sur des fils isolés et sur des masses de fils y compris en bobine et les résultats ont été identiques. Pour ces essais, la durée du traitement était comprise entre cinq et sept minutes sauf pour la laine où cette durée était de l'ordre de quinze minutes. Pour plus de precision, les tests ont eté jugés bons lorsqu'un échantillon d'un mètre tenu par ses extrémités -à même hauteur ne se vrillait pas plus de trois fois. Bien entendu, les fils ne doivent pas être enroulés autour d'un axe métallique ni contenir des fibres ou particules métalliques qui se comporteraient comme des réflecteurs qui entraineraient des risques importants d'arcs électriques et donc d'i nfl anmat ion. Le générateur utilisé etant un générateur de marque "SAIREti 6 Kl, GMP 60 KE" avec circulateur et l'enceinte est une cavité multimode par exemple à plateau tournant reliée au générateur par un guide d'ondes 13 fermé par une plaque 14 par exemple en téflon évitant les retours de vapeur. Les fils sont places au dessus de la reserve d'eau mais sans contact avec celle-ci. Avec ce procédé, le mode d'echauffement apparait mixte chauffage in situ à coeur par le champ électromagnétique microonde et convection due à une faible mobilité de la vapeur d'eau à l'intérieur de la bobine ; l'ensemble de ces deux mécanismes crée une hétérogénéité dans la repartition de l'eau dans la bobine avec une concentration maximale au voisinage d'un tore éloigné au maximum des frontières de la bobine. Au cours des essais sur des échantillons de faible masse, la puissance dissipée a été de l'ordre de trois cent vingts kilojoules par kilogramme de matière traitée. Dans le système de traitement en baches de vapeur, la seule procédure de chauffage du textile est un phénomène de convection lente. Cette différence interprète le fait que le résultat du traitement lié aux microondes est obtenu plus rapidement et que sa qualité est meilleure. On peut donc prévoir que le résultat d'un système industriel sera tres économe en énergie à condition de porter une attention tres grande à la gestion de l'eau dans l'appareil; une extrapolation de la comparaison entre un échantillon de vingt cinq grammes et une bobine de masse moyenne de mille cinq cents grammes conduit d'après le système utilisé au laboratoire à une dépense de cinquante kilojoules par kilogramme pour un traitement simultané de dix bobines et à trente kilojoules par kilogramme pour un traitement de vingt à vingt cinq bobines. De préférence, l'énergie microonde doit etre amenee de manière à la rendre le plus homogène possible à l'intérieur de cette cavité. A ce titre, il y a lieu de prévoir le systeme de coupleurs-antennes en nombre élevé (le dispositif en prévoit seize) et éventuellement placés en quinconce. Le choix le plus raisonnable apparait être une configuration où l'énergie microonde est amenée sur les deux faces de la cavité. Du fait de l'intervention importante de l'eau sous formes vapeur ou liquide, les dispositifs de couplage doivent être positionnés sur les parois verticales de la cavité. Toute autre disposition aurait pour inconvénient de créer un déséquilibre de concentrjation autour des coupleurs qui entrainerait une hétérogénéité du champ microonde à l'intérieur de la cavité. Par ailleurs, un réglage du couplage entre les antennes doit être conduit de manière - à homogénéiser le champ stationnaire électromagnétique, - à eliminer les ondes réfléchies par la cavité vers les sources microondes. Afin de respecter la sécurite- des personnes et la non pollution électromagnétique de l'environnement (interférences avec les télécommunications civiles et militaires), dans l'appareil en fonctionnement, la puissance de fuite à quarante centimètres des parois exterieures de l'appareil doit être inférieure à un milliwatt par centimètre carré. I1 importe de munir les ouvertures de l'appareil de pièges à ondes efficaces, construit de manière très serieuse et de munir le pilote de tout appareil industriel en dérivant d'un dispositif interrompant instantanement ltemission de microondes des qu'une issue de l'appareil est ouverte pour quelque raison que ce soit. De preference, sera prevu un détecteur de métaux 15 afin de verifier que les bobines ne contiennent pas de traces métalliques. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique de produit textile en tratériau à teneur réduite en eau et se présentant notamment en forte épaisseur, lequel procédé met en oeuvre au moins un champ électrique (4) de haute frequence pour obtenir l'élévation souhaitee de température dans le matériau, ce procédé étant CARACTERISE en ce que, pour obtenir de manière précise l'élévation de température souhaitée dans une masse de matériau donné, lors du traitement, d'une part, on met en oeuvre une puissance électrique totale dissipée dans le champ au moins supérieure à celle nécessaire pour produire l'élévation de température recherchee et, d'autre part, pour- ajuster précisément la puissance absorbée par le matériau humide à traite, on place dans le champ, un élen,ent (5) fortement absorbant pour le champ electrique et on limite le volume de cet elellent à celui nécessaire pour absorber l'énergie électrique en surplus. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour fixer la valeur de la puissance électrique totale dite puissance majorée à dissiper lors d'un traitement, on majore dans des proportions predeterr,Snees, la puissance électrique totale théoriquement nécessaire au traitement de la masse de matériau à traiter. 3. Procéde selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que pour créer le champ électrique nécessaire au traitement thermique d'une quantité donnée de matériau, on calcule la puissance majorée, on fixe une duree prédéterminée de traitement puis on met en oeuvre au moins un élément gé.nerateur (6) de champ électrique, de puissance instantanée correspondant sensiblement à une fraction de la puissance instantanée à obtenir pour dissiper la puissance majorée dans la durée fixée. 4. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que pour effectuer le traitement thermique des materiaux, on enferme ceux-ci dans une enceinte (7) etanche à la vapeur d'eau et on crée le champ électrique (4) sensiblement entre deux parois (8, 9) globalement parallèles et notamment verticales entre lesquelles on place les matériaux (2). 5. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que c'est une réserve d'eau a l'état liquide dont on ajuste le volume que l'on place dans le champ électrique avec le matériau à traiter. 6. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caracterises en ce qu'ils comprennent principalement - un moyen (6) de production d'un champ électrique (4) de puissance totale dissipée dit puissance majorée et supérieure à celle nécessaire pour produire 1 'é-lévation de température recherchée dans le matériau (2) à traiter, - un moyen (5) d'absorption du champ électrique de capacité ajustable. 7. Moyens selon la revendication 6 caractérisés en ce qu'ils conprennent - une enceinte (7) étanche à la vapeur d'eau, - disposé sur au moins une paroi (8, 9) notamment verticale de l'enceinte, au moins un élément (6) générateur de champ électrique, d'une puissance égale à une fraction de la pusisance totale majoree, - au niveau de la paroi (11) de fond de l'enceinte (7) une réserve (5) d'eau ouverte et, - un moyen d'ajustement (12) du volume d'eau contenue dans cette reserve.