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La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de filaments crêpés continus, et concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de fils volumineux formés de filaments crêpés, à partir de filaments de polymères linéaires synthétiques thermoplastiques continus.
L'invention procure un procédé donnant un crêpage ou une frisure stable à des filaments polymères linéaires synthétiques thermoplastiques et permettant d'atteindre des vitesses de fabrication beaucoup plus élevées.
Suivant l'invention, on obtient des filaments de polymè- res linéaires synthétiques thermoplastiques continus potentiellement crêpés en chauffant d'une façon non uniforme des filaments continus en mouvement, pendant qu'ils passent sur une surface étroite portée
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à une température supérieure à la température de fusion des.fila- ments de telle sorte que ceux-ci soient chauffés d'un côté seule- ment et continuellement sur leur longueur tandis qu'ils sont soumis à une tension propre à leur imprimer un étirage ne dépassant pas
10%.
La frisure latente dans ces filaments se développe lorsque les filaments sont chauffés et relâchés en les soumettant à un traite- ment thermique tandis qu'ils sont sous une tension permettant un retrait libre ou déterminé . De préférence, ce chauffage est à une température supérieure à la température de transition de second or- dre,et inférieur par exemple d'au moins 40 , à la température de fusion des filaments.
Dans une forme de l'invention on chauffe les filaments non uniformément en les faisant passer rapidement sur un fil à résis- tance électrique porté à une température supérieure à la températu- re de fusion des filaments.
Dans le procédé de l'invention les filaments acquièrent une frisure latente par un effet thermique lorsqu'ils sont soumis au traitement thermique non uniforme dans le sens-transversal ef- fectué à une température supérieure à la température de fusion des filaments, à leur périphérie et d'un côté de l'axe du filament seulement. La frisure à ce stade n'est que peu marquée ou latente et devient clairement visible lorsque les filaments sont relâchés et chauffés.
Le procédé de l'invention permet d'atteindre des vitesses très élevées qu'on'n'a pu atteindre jusqu'à présent dans les procédés de crêpage connus. Des vitesses d'au moins 1000 mm par minute peuvent être utilisées, mais les vitesses préférées sont celles que on utilise pour étirer les filaments; des vitesses de 1.00 m par minute ont donné de bons résultats. Vu ces grandes vitesses, le procédé de l'invention peut être avantageusement utilisé dans le procédé d'étirage avant le bobinage des filaments.
Si l'on désire combiner le traitement de.l'invention avec l'étirage des filaments dàns une opération continue il estnécessaire que les filaments soient étirés avant le traitement sur la sur-
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face étroite chauffée.
L'invention comprend par conséquent un étirage de fila- ments polymères linéaires synthétiques thermoplastiques au moins de trois fois la longueur initiale entre, par exemple, une paire de rouleaux alimentaires et de rouleaux étireurs, suivi 'un passage des filaments sur une surface étroite portée à une température supé- rieure à la température de fusion des filaments tandis que ces der- nierssont sous une tension déterminant un étirage qui ne dépasse pas la%, de préférence un second chauffage des filaments à une tem- pérature supérieure à la température de transition de second'ordre des filaments et inférieure de préférence d'au moins 40 au point de fusion des filaments tandis qu'ils se trouvent sous une tension suffisamment réduite pour permettre un retrait libre ou déterminé.
Les filaments polymères linéaires synthétiques thermoplas- tiques qui peuvent être traités dans le procédé de l'invention com- prennent les polyamides et les téréphtalates polyméthyléniques à haut degré de polymérisation susceptibles de former des fibres ain- si que des copolymères de ces composés contenant de petites quanti- tés de polymère ne formant pas de fibres, comme l'isophtalate de polyéthylène.
Dans le cas du téréphtalate 'de polyéthylène etdu nylon, la température de la surface étroite chauffée peut être supérieure à 270 C et peut même atteindre 900 C. Le nombre de frisures par pou- ce obtenues dans les filaments après relâchement, augmente rapide- ment de 20 frisures au pouce (25,4 mm) à 300 C jusqu'à 45 frisures au pouce à 600 C tandis qu'il retombe rapidement à 20 frisures au pouce à 900 C.
Le chauffage des filaments pour la seconde fois et à 1' état exempt de tension détermine le relâchement et un retrait qui augmente la frisure et donne les meilleurs résultats s'il est -effec- tué à une température bien supérieure à la température de transition de second ordre du polymère synthétique thermoplastique, c'est-à-di- re entre 180' et 220 C dans le cas du téréphtalate de polyéthylène.
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L'invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit, comprenant un dispositif alimentaire pour les filaments, par exemple un rouleau alimentaire entraînée une ou plusieurs surfaces étroites telles qu'un fil, une aiguille ou un barreau chauffé électriquement, un dispositif pour chauffer ces surfaces étroites bien au-dessus de la température de fusion des filaments traités et un dispositif pour faire avancer les filaments sous tension de façon à les étirer de 10% ou plus en les faisant passer sur les surfaces chauffées, par exemple à l'aide d'un second rouleau entraîné placé de façon appropriée, et un dispositif de bobinage pour recueillir les filaments, ainsi que, de préférence, un dispositif pour relâcher et chauffer les filaments.
La surface étroite chauffée est de préférence convexe et présente une section circulaire ou semi-circulaire. Le rayon de cour*' bure affecte le nombre de frisures au pouce dans les filamments. Lors- qu'on utilise une section transversale circulaire des diamètres de 0,25 à 2,5 mm conviennent particulièrement. Un fil de résistance électrique relié à un rhéostat et à un transformateur peut être utilisé.
Le fil de résistance électrique est de préférence maintenu .au rouge par un courant électrique approprié tandis que les filaments passent transversalement en contact avec le fil porté au rouge à une vitesse choisie pour qu'ils soient chauffés de fa- çon non uniforme. Le fil métallique peut avancer lentement, par exemple transversalement au trajet des filaments pour éviter l'usure de la partie du fil sur laquelle passent les filaments.
Les filaments peuvent passer sur la surface étroite chauf. fée pendant qu'ils sont humides, mouillés par exemple d'un apprêt lubrifiant de filature, en prenant soin que la quantité de lubrifiant ne soit pas excessive parce que de grandes quantités de lubrifiant causent parfois des casses répétées des filaments.
Les filaments doivent passer sur la surface étroite chauf. fée avec aussi peu de changement de direction que possible pour 'évi- ter les casses. On a trouvé qu'un changement de direction de 45 ne
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doit pas être dépassé pour obtenir une opération ininterrompue sans casses. Les filaments, s'ils constituent un fil ou un câble doivent être de préférence étalés en un ruban tandis qu'ils passent sur la surface étroite chauffée, pour obtenir un chauffage continu d'un côté du filament. Lorsqu'on fait passer des filaments sur la surfa- ce chauffée, une certaine rotation des filaments peut se produire de telle sorte que la partie chauffée décrit un trajet hélicoïdal.
On obtiendra toutefois un crêpage régulier tant qu'un chauffage non' uniforme est appliqué continuellement à chaque filament en déplace... ment.
Le procédé de l'invention peut être également introduit dans un procédé de filature et d'étirage dans lequel on utilise des vitesses de bobinage très élevées, ce qui rend inutile une phase d'étirage séparée, les filaments passant sur la surface, chauffée étroite après l'étirage, sous une faible tension de façon à ne pas les étirer de plus de 10%.
Le relâchement peut être effectué immédiatement après le passage sur la 'surface chauffée étroite ou à un stade ultérieur de- la fabrication. Le relâchement et le second chauffage peuvent être assurés par tout moyen connu, par exemple un traitement par des .fluides inertes chauds comme des liquides ou des gaz, le chauffage par radiofréquence, le contact avec une surface métallique chauffée ou le séjour dans un four. Les filaments peuvent être relâchés à une tension zéro par exemple lors qu'ils sont enroulés.dans des boî- tes, ou sous un retrait contrôlé entre un dispositif alimentaire et un dispositif envideur. Si on le désire, les filaments traités de l'invention peuvent être découpés en -fibres courtes de la lon- gueur désirée.
Les filaments peuvent être relâchés avant ou après le découpage en fibres.
Les filaments ou le fil crêpé peuvent, si on le désire, être doublés avec d'autres fils traités ou avec un fil non traité.
Les filaments traités peuvent être tissés ou tricotés pour obtenir des articles textiles avant où après le traitement de relâchement,
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les meilleurs résultats étant toutefois obtenus en relâchant le fil avant le tricotage ou le tissage. Les filaments et les fils obtenus par le procédé de l'invention conviennent pour les applications textiles réclamant un plus grand volume et une plus forte élasticité.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans la limiter.
EXEMPLE 1. -
On étire des échantillons de fil de téréphtalate de polyéthylène à 35 filaments sous des rapports d'étirage de 1;3 et 1:4 entre des rouleaux alimentaires et des rouleaux étireurs tout en localisant le point d'étirage sur un doigt chauffé à 90 C. Les filaments étirés venant des rouleaux étireurs passent sur une surface étroite chauffée avec un changement.de direction du trajet des filaments de 30 d'arc à une vitesse de 600 m/min. La surface étroite chauffée est constituée par un fil de résistance de section transversale circulaire de 80 millièmes de pouce (1 mm) de diamètre, par lequel un transformateur fait passer des courants de 22 à 38 ampères par deux empères à la fois.
Les températures mesurées sur le fil métallique par un thermocouple, en dessous du point de contact avec le fil sont de 380 à 600 C. Les filaments passant sur la surface chauffée étroite sont étirés de 4% et bobinés. Les filaments bobinés de 2 deniers par filament ont une frisure latente qui se développe lorsque les filaments sont relâchés et chauffés par immersion dans de l'eau chaude à 90 C pendant 2 à 10 minutes.
EXEMPLE 2.- On traite un fil de filaments de téréphtalate de polyéthy- lène comme dans l'exemple 1 mais le traitement de chauffage et de relâchement final est effectué en une opération continue séparée, de la manière suivante.
Le fil de filament de 2 deniers bobiné est dévidé en pas-?* sant sur un rouleau alimentaire à une vitesse de 50 m/min. puis, pour le chauffer et le relâcher, passe en contact avec une plaque chaude plane de 20 cm de longueur, est chauffé à 170 - 200 C puis passe
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sur un rouleau envideur tournant plus lentement'qui permet un relâ- chement de 1,5:1 à 2:1 dans le fil, tandis qu'il passe dans la zone chaude ou sur la plaque chaude. La frisure latente du fil devient apparente à ce stade.
Après avoir quitté le rouleau envideur, le fil est enrou- lé sous une tension qui suffit à peine à tendre la frisure.
Deux ou trois fils peuvent être chauffés et relâchés si- multanément par doublage, avant de faire passer les fils sur le rou- leau alimentaire puis sur la plaque chaude plane.
Le fil simple ou doublé convient pour les applications textiles demandant des fils volumineux et frisés. La pleine frisure apparaît lorsque les.filaments passent à l'état relâché sur la pla- que chaude.
EXEMPLE 3. -
On file des filaments de téréphtalate de polyéthylène et on les étire en une seule opération en utilisant un gradient de tension fluide et une vitesse superficielle de 800 m/min. pour les rouleaux étireurs. Des rouleaux étireurs, les filaments passent sur une surface étroite chauffée, en l'occurrence une barre métallique d'une section transversale circulaire de 5 mm de diamètre. La barre métallique est chauffée à 400 C par un courant électrique à basse tension venant d'un transformateur relié au secteur. Les filaments sont étalés en un ruban tandis qu'ils passent sur la barre et sont tendus en les étirant de 3% de leur longueur tandis qu'on les en- roule sur une bobine tournant à la vitesse appropriée.
Les fila- ments enroulés, de deux deniers par filament, sont alors soumis à un traitement thermique en une opération séparée comme dans l'exem- ple 2, ce qui permet d'obtenir un fil frisé ayan un volume plus important qu'un fil non traité.
EXEMPLE 4.-
On soumet à un traitement thermique sur un fil à résistan- ce comme dans l'exemple 2, un fil de nylon de 100 deniers après éti- rage et 3 deniers par filaments, et on le relâche en une opération séparée comme dans l'exemple 2. On obtient un fil de filaments de nylon volumineux.
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The present invention relates to a process for manufacturing continuous crimped filaments, and more particularly relates to a process for manufacturing bulky threads formed of crimped filaments, from filaments of continuous thermoplastic synthetic linear polymers.
The invention provides a method of providing stable creping or crimping to thermoplastic synthetic linear polymeric filaments and allowing much higher manufacturing speeds to be achieved.
In accordance with the invention, filaments of potentially creped continuous thermoplastic synthetic linear polymers are obtained by non-uniform heating of moving continuous filaments as they pass over a narrow supported surface.
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at a temperature above the melting temperature of the filaments so that they are heated on one side only and continuously along their length while they are subjected to a tension such as to give them stretching not exceeding
10%.
Latent crimp in these filaments develops when the filaments are heated and released by subjecting them to heat treatment while under tension allowing free or determined shrinkage. Preferably, this heating is at a temperature above the second order transition temperature, and for example at least 40 below the melting temperature of the filaments.
In one form of the invention, the filaments are heated non-uniformly by passing them rapidly over an electrically resistant wire heated to a temperature above the melting temperature of the filaments.
In the process of the invention, the filaments acquire a latent crimp by a thermal effect when they are subjected to the non-uniform heat treatment in the transverse direction carried out at a temperature above the melting point of the filaments, at their periphery. and on one side of the filament axis only. The crimp at this stage is only weak or latent and becomes clearly visible when the filaments are released and heated.
The process of the invention makes it possible to achieve very high speeds which have so far not been achieved in known creping processes. Speeds of at least 1000mm per minute can be used, but the preferred speeds are those used to stretch the filaments; speeds of 1.00 m per minute have given good results. Given these high speeds, the process of the invention can be advantageously used in the drawing process before winding the filaments.
If it is desired to combine the treatment of the invention with the stretching of the filaments in a continuous operation it is necessary that the filaments be stretched prior to the treatment on the overlay.
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heated narrow face.
The invention therefore includes stretching thermoplastic synthetic linear polymeric filaments at least three times the original length between, for example, a pair of food rollers and draw rollers, followed by passing the filaments over a narrow supported surface. at a temperature above the melting temperature of the filaments while the latter are under a tension determining a stretching which does not exceed the%, preferably a second heating of the filaments at a temperature above the transition temperature second filament order and preferably at least 40 below the melting point of the filaments while in tension sufficiently reduced to allow free or determined shrinkage.
The thermoplastic synthetic linear polymeric filaments which can be treated in the process of the invention include polyamides and polymethylenic terephthalates with a high degree of polymerization capable of forming fibers as well as copolymers of these compounds containing small amounts of polymerization. amounts of non-fiber forming polymer, such as polyethylene isophthalate.
In the case of polyethylene-nylon terephthalate, the temperature of the heated narrow surface can be over 270 C and can even reach 900 C. The number of crimps per inch obtained in the filaments after relaxation increases rapidly. from 20 crimps per inch (25.4 mm) at 300 C up to 45 crimps per inch at 600 C while it quickly drops to 20 crimps per inch at 900 C.
Heating the filaments for the second time and to the tension-free state determines relaxation and shrinkage which increases crimp and gives the best results if done at a temperature well above the transition temperature of. second order of the thermoplastic synthetic polymer, that is to say between 180 ° and 220 ° C. in the case of polyethylene terephthalate.
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The invention also relates to an apparatus for carrying out the described method, comprising a food device for the filaments, for example a food roller driven one or more narrow surfaces such as a wire, a needle or an electrically heated bar, a device for heating these narrow surfaces well above the melting temperature of the treated filaments and a device for advancing the filaments under tension so as to stretch them by 10% or more by passing them over the heated surfaces, for example at using an appropriately positioned second driven roller, and a winding device for collecting the filaments, as well as, preferably, a device for releasing and heating the filaments.
The heated narrow surface is preferably convex and has a circular or semi-circular cross section. The bure radius affects the number of crimps per inch in the filaments. When using a circular cross section diameters of 0.25 to 2.5 mm are particularly suitable. An electrical resistance wire connected to a rheostat and a transformer can be used.
The electrical resistance wire is preferably held red by a suitable electric current as the filaments pass transversely in contact with the reddened wire at a rate selected so that they are non-uniformly heated. The metal wire can advance slowly, for example transversely to the path of the filaments to prevent wear of the part of the wire over which the filaments pass.
The filaments can pass over the narrow heated surface. fairy while they are damp, wet for example with a lubricating spinning primer, taking care that the amount of lubricant is not excessive because large amounts of lubricant sometimes cause repeated breakage of the filaments.
The filaments must pass over the narrow heated surface. fairy with as little change of direction as possible to avoid breakage. It was found that a change of direction of 45 does not
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must not be exceeded to obtain uninterrupted operation without breakages. The filaments, whether they constitute a yarn or a tow, should preferably be spread into a sliver as they pass over the heated narrow surface, to achieve continuous heating on one side of the filament. When passing filaments over the heated surface, some rotation of the filaments may occur such that the heated portion follows a helical path.
Even creping will be achieved, however, as long as non-uniform heating is continuously applied to each moving filament.
The process of the invention can also be introduced into a spinning and drawing process in which very high winding speeds are used, which makes unnecessary a separate drawing phase, the filaments passing over the narrow heated surface. after stretching, under low tension so as not to stretch them more than 10%.
Releasing can be effected immediately after passing over the narrow heated surface or at a later stage of manufacture. The relaxation and the second heating can be provided by any known means, for example treatment with hot inert fluids such as liquids or gases, radiofrequency heating, contact with a heated metallic surface or stay in an oven. The filaments can be released at zero tension, for example, when wound up in boxes, or under controlled shrinkage between a food device and a dispenser device. If desired, the treated filaments of the invention can be cut into short fibers of the desired length.
The filaments can be released before or after cutting into fibers.
The filaments or creped yarn may, if desired, be backed up with other treated yarns or with untreated yarn.
The treated filaments can be woven or knitted into textile articles before or after the relaxation treatment,
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the best results being obtained, however, by releasing the yarn before knitting or weaving. The filaments and threads obtained by the method of the invention are suitable for textile applications requiring greater volume and greater elasticity.
The examples which follow illustrate the invention without limiting it.
EXAMPLE 1. -
Samples of 35-filament polyethylene terephthalate yarn were stretched at draw ratios of 1; 3 and 1: 4 between food rolls and stretch rollers while locating the point of draw on a finger heated to 90 ° C. The drawn filaments from the draw rollers pass over a heated narrow surface with a change in direction of the arc filament path at a speed of 600 m / min. The heated narrow surface is a circular cross section resistance wire 80 thousandths of an inch (1 mm) in diameter, through which a transformer passes currents of 22 to 38 amps through two empes at a time.
The temperatures measured on the metal wire by a thermocouple, below the point of contact with the wire are 380 to 600 C. The filaments passing over the narrow heated surface are drawn by 4% and wound up. Filaments wound at 2 denier per filament have a latent crimp which develops when the filaments are released and heated by immersion in hot water at 90 C for 2-10 minutes.
EXAMPLE 2 A yarn of polyethylene terephthalate filaments was treated as in Example 1 but the heating and final relaxation treatment was carried out in a separate continuous operation, as follows.
The spooled 2 denier filament yarn is stepped on a food roll at a speed of 50 m / min. then, to heat it and release it, passes into contact with a flat hot plate 20 cm in length, is heated to 170 - 200 C then passes
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on a slower rotating feed roller which allows a slack of 1.5: 1 to 2: 1 in the thread as it passes through the hot zone or over the hot plate. Latent crimp in the yarn becomes apparent at this point.
After leaving the take-off roll, the thread is wound up under a tension which is barely sufficient to tighten the crimp.
Two or three threads can be heated and released simultaneously by doubling, before passing the threads on the food roll and then on the hot flat plate.
Single or doubled yarn is suitable for textile applications requiring bulky and crimped yarns. Full crimp occurs when the filaments pass into a relaxed state on the hot plate.
EXAMPLE 3. -
Polyethylene terephthalate filaments were spun and stretched in one operation using a fluid tension gradient and a surface speed of 800 m / min. for stretch rollers. From the draw rollers, the filaments pass over a narrow heated surface, in this case a metal bar with a circular cross section of 5 mm in diameter. The metal bar is heated to 400 C by a low voltage electric current coming from a transformer connected to the mains. The filaments are spread into a sliver as they pass over the bar and are stretched by stretching them 3% of their length as they are wound on a spool rotating at the appropriate speed.
The wound filaments, of two denier per filament, are then subjected to a heat treatment in a separate operation as in Example 2, which makes it possible to obtain a crimped yarn having a larger volume than a yarn. untreated.
EXAMPLE 4.-
On a resistance yarn as in Example 2, a nylon yarn of 100 denier after drawing and 3 denier per filament was heat treated, and released in a separate operation as in Example. 2. A bulky nylon filament yarn is obtained.