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Fils filamentaires continus,procédé et appareil pour leur fabrication,
La présente invention se rapporte à des fils contenant un ou plusieurs filaments continus d matière polymère, et à un procédé et un appareil pour la fabrication de ces fils.
Les filaments de matière polymère sont fabriqués le plus avantageusement sous la forme de filements continus par des procédés de filature au mouillé, à sec ou à l'État fondu.'Ces filaments continus fabriqués de la façon classique sont essentiel- lement droits avec une régularité marquée, Dans les fils provenant de ces filaments continus, ces qualités facilitent le tasse- ment des filaments adjacents et le fil a une structure relati- vement dense et compacte.
Cette compacité a pour conséquence plusieurs propriétés indésirables de ces fils filamentaires conti- nus, par exemple un faible pouvoir couvrant, un faible pouvoir
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désolation thermique.un faible degré de volume et un toucher assez froid qui réduisent l'intérêt de leurs caractéristiques .avantageuses comme, par exemple, leur tenacité souvent excellen- te.
Par opposition, avec les fils filamentaires continus ceux qui proviennent de fibres coupées ont une résistance mécanique ' relativement réduite mais un pouvoir couvrant mieux développé, un meilleur pouvoir isolant thermique et un meilleur volume et un toucher plus doux, et on attribue généralement ces propriétés à la présence dans ces fils de fibres de longueur irrégulière et de nombreuses discontinuités.
Au cours de ces dernières dix années environ,de nom- breuses recherches ont donné lieu à un grand nombre de publications y compris des demandes de brevets, pour l'obtention de certaines des qualités désirables d'un fil de fibres coupées filé dans un fil filamentaire continu,et de nombreux procédés et dispositifs ont été proposés pour modifier un fil fila.nentaire continu et atteihdre ce but.
Ces fils filamentaires continus modifiés sont fabriqués de façon typique par des procédés suivant lesquels on traite un faisceau de filaments pour crêper ,boucler ou disperser d'une autre manière des filaments Individuels contenus dans ce faisceau et cette opération n'est pas normalement exécutée de façon entière-' ment intégrée avec le procédé d'extrusion et la fabrication de filaments continus constituant le fil.
Une raison qui peut être avancée pour justifier ce phé- nomène est la vitesse linéaire élevée des filaments extrudés qui est de l'ordre de 1200 mètres/minute dans le cas des filaments de polyamide ou de polyester. Cette vitesse élevée rend difficile de traiter les filaments en déplacement de façon appropriée. Une autre raison est en rapport avec la nature de nombreux filaments i fraîchement filés qui, du fait de leur faible orientation molé - culaire, ont généralement une faible'ténacité et ne convlennent par conséquent pas pour de nombreuses applications textiles.
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Dans le brevet du 10 juin 1965 de la Demanderesse intitulé "Fils en matière pulymère, procédés et appareils pour leur fabrication", on a décrit et revendiqué entre autres, un procédé pour fabriquer des fils filamentaires continus nouveaux à partir d'un ou plusieurs filaments continus, procédé entière- ment intégré à l'extrusion et à la formation du filament ou des filaments continus constitutifs.
Dans ce procédé, on fait passer un ou plusieurs fila- , ments continus fraîchement filés sur un corps rotatif s'amincis- sant de préférence vers une extrémité de telle manière qu'un manchon approximativement tubulaire comprenant une série de couches interconnectées se formé autour de la surface du corps, on retire continuellement le manches, du corps*dans le sens de son axe de rotation, de préférence à son extrémité amincie et on recueille le fil obtenu de façon régulière. La vitesse à la- quelle le manchon est retiré du corps rotatif doit non seulement être inférieure à la vitesse périphérique du corps mais aussi à sa vitesse de rotation pour permettre l'introduction d'une torsion dans le fil.
Chaque couche dans le manchon formé autour de la sur- face du corps rotatif comprend deux hélices de pas opposés reliées en série et lorsque le manchon est retiré de la surface du corps les deux hélices reliées d'une couche s'effondrent dans une direc- tion et sont simultanément allongées dans la direction d'enlève- ment en formant ainsi une longue boucle de structure complexe, Par conséquent, le fil qui provient du manchon comprend une mul- tiplicité de boucles s'étendant essentiellement axialement dont la majorité sont contenues sur au moins une partie de leur Ion- gueur dans une autre boucle, parce que le manchon est enlevé d'une manière régulière et progressive ,les couches s'écar-
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tant de la surfacé dans l'ordre suivant lequel elles y ont été assemblées.
Cette disposition des boucles s'étendant axialement est un facteur qui confère aux fils leurs excellentes caractéris- tiques de volume. Cependant, en plus de ce nid de boucles s'éten- dant axialement, le fil contient toujours un nombre variable de boucles généralement plus courtes qui émergent du nid de boucles alignées et qui en dépassent souvent vers l'extérieur dans des directions radiales. Ces boucles plus courtes qui dépassent radialement sont considérées Comme étant dérivées principalement de tours d'hélice enroulés de manière lâche lors-* . qu'ils sont présents dans le manchon et qui, sous l'influence de la force centrifuge provenant de la rotation du corps, sont projetés' vers l'extérieur en s'écantant de sa surface.
Ces boucles qui dépassent radialement sont souvent si nombreuses qu'elles confèrent au fil une zone périphérique distincte et un aspect chevelu ou duveteux.
La présence dans le fil de ces boucles faisant saillie radialement, en particulier lorsqu'elles sont présentes en nom- bre relativement important,, confère au fil certaines carac- téristiques indésirables. Par exemple, des fils contenant un nombre relativement important de ces boucles qui font saillie radialement ont une surface irréguliàre à contour frangé et un certain manque d'uniformité en section transversale. En outre, les tissus obtenus à partir de ces fils ont une certaine tendance à boulocher et peuvent avoir un toucher qui "accroche" qui peut être attribué aux boucles qui accrochent dans les doigts.
S'il était possible de réduire la mesure dans laquelle ces boucles qui font saillie radialement apparaissent,tout en conservant la dispositioh de boucles interconnectées s'éten-' dant axialement, ce qui confère un volume avantageusement élevé, l'utilité des fils filamentaires continus serait augmentée de maniéré correspondante.
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Un but de la présente invention est de fournir un fil filamentaire continu qui comprend une multiplicité de boucles interconnectées s'étendant essentiellement axialement qui, sans être soumis à un traitement après.sa formation,contient un nombre réduit de boucles qui font saillie radialement et possède en coupe transversale une uniformité supérieure à celle des fils filamentaires continus obtenus par le procédé décrit et revendiqué dans le brevet précité.
La réduction du nombre de boucles qui font saillie radialement dans les fils de l'invention apparaît généralement à l'oeil et au toucher et il est possibl.e de déterminer le nom- bre réel de boucles qui font saillie radialement dans les deux types de fil et dès lors d'exprimer la réduction en termes abso- lus. Cependant, on remarquera qu'à cause de la finesse des bou- cles et de leur nombre, en particulier dans un type de fil., la détermination directe du nombre réel de boucles qui font saillie radialement est une opération fastidieuse qui demande beaucoup de temps et qui n'est pas utilisable pour une mesure rapide et pratique de longs tronçons de fil. Une manière très simple et pratique de déterminer le nombre de boucles qui font saillie radialement dans un fil donné consiste à mesurer le freinage par l'air du fil.
Ainsi, bien qu'il soit connu que le freinage par l'air d'un fil est un phénomène complexe influencé par de nombreux facteurs variables, outre le nombre de boucles qui font saillie radialement, la Demanderesse a découvert que,du moment qu'une correction appropriée est apportée pour compenser l'effet du denier, le freinage par l'air d'un fil fournit une indication sûre du nombre de boucles qui font saillie radialement.
Dans la description et les revendications, le nombre de boucles qui font saillie radialement est exprimé au moyen du facteur de freinage par l'air du fil dans lequel elles sont présentes.
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Dès lors, la présente invention fournit un fil fila- mentaire continu qui comprend une multiplicité de boucles inter- connectées qui sont disposées essentiellement parallèlement à l'axe longitudinal du fil,caractérisé en ce que le fil possède un facteur de freinage par l'air tel que défini ici d'au moins 7,5.
Le fil est en outre caractérisé par le fait qu'il possède un facteur de volume qui n'est pas inférieur à 1,3 et un facteur de torsion d'au moins 3/4.
Le fil filamentaire continu de la présente invention peut être constitué presque entièrement par un réseau de boucles interconnectées qui sont alignées essentiellement parallèlement à l'axe longitudinal de la structure,avec une majorité de bou- cles contenues sur au moins une partie de leur longueur à l'in- térieur d'une autre boucle. En variante, le fil peut comprendre un,réseau relativement compact de boucles interconnectées s'éten- dant axialement dont la majorité sont contenues sur au moins une partie de leur longueur à l'intérieur d'une autre boucle et un certain nombre de boucles généralement plus cour- tes qui émergent du réseau relativement compact et qui sont enrou- lées autour de celui-ci pour former une gaine discontinue.
Bien que le nombre de boucles qui font saillie radia- lement soit très réduit dans le fil de la présente invention par rapport aux fils obtenus par le procédé décrit et revendiqué dans le brevet précité, ces boucles sont généralement encore présentes quoique leur nombre ne soit jamais suffisant pour con- férer àu fil un facteur de freinage par l'air de moins de 1,5.
Définitions
Le facteur de freinage par l'air est dérivé du freinage par l'air mesuré du'fil en lui appliquant une correction appro- priée pour l'augmentation observée du freinage par l'air avec l'augmentation du denier, et est calculé par la formule suivante: '
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Facteur de freinage par l'air = Freinage par l'air mesuré),4 x denier
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Le freinage par l'air d'un fil peut êre mesuré de manière pratique en introduisantun tronçon du fil dans un dispo- sitif à pendule et en déterminant le nombre d'oscillation qui se produisent entre deux amplitudes d'un côté tandis quele mouve- ment oscillant du pendule s'amortit.
Le pendule comprend un tron- çon de 2 mètres de fil fixé à une extrémité avec un poids de 4 g attaché à son extrémité opposée. Le pendule est alors mis en mou- vement avec approximativement la même 'impulsion dans chaque cas et le nombre de fois que le pendule se balance d'un côté entre une amplitude de 30 et 20 est déterminé. Plus l'amortissement du pendule est efficace, plus réduit sera le nombre d'oscillations entre les deux amplitudes. Le nombre d'oscillations entre les deux amplitudes représente Le freinage par l'air mesuré. facteur de volume .
Ce facteur est défini comme le pourcentage de modifi- cation dans le diamètre du fil lorsqu'on y applique une charge donnée et il peut être déterminé,de manière pratique au moyen d'une jauge d'épaisseur calibrée classique. Dans la description et les revendications, les facteurs de volume indiqués sont déter-' minés de la manière suivante :
Cinq tours du fil sont enroulés sous une tension de
0,01 g par,denier autour d'une plaque plate de 1 mm d'épaisseur et 10 cm de long, les boucles de l'enroulement étant écartées d'une distance de 2,5 mm. La plaque est supportée sur la platine (3/4 pouce, de diamètre) d'une jauge d'épaisseur calibrée clas- sique, les boucles du fil étant disposées symétriquement en tra- vers de la platine.
La plaque supérieure de 3/4'pouce (19 mm) de diamètre de la jauge est alors abaissée sur le fil sous une charge de 10 g et on effectue une lecture de la jauge à une valeur stable. Cette lecture indique l'épaisseur initiale appro-
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ximative du fil,le faible poids ayant peu d'effet sur le fil, sauf qu'il' aplatit toute i@régularité de surface mais étant néces- saire pdur obtenir une lecture.
La charge est alors augmentée jusqu'à 50 g et on effec- tue à nouveau une lecture de la jauge lorsqu'elle est stable. On détermine par les deux lectures sur la jauge d'épaisseur le pour- cent'age de diminution de diamètre qui résulte de l'application de la charge de 50 g. Ce pourcentage de diminution est en rapport , avec le volume de vides présents dans le fil et est dès lors une indication de son volume car plus il y a de vides présents dans le fil, plus grandesera la diminution du diamètre lors de l'appli- cation de la charge de 50 g.
Le pourcentage de diminution du diamètre est relativement élevé pour les fils volumineux de la présente invention qui ont une structure complexe'et il est de loin inférieur' pour des fils filamentaires continus, dans les- quels les filaments individuels sont étroitement serrés et dans lesquels il y a, par conséquent, peu de volume de vides.
Facteur de torsion
Ce facteur est défini (voir par exemple "Textile Terms and Definitions", 4ème édition,publié par le Textile Institute, Manchester) comme la torsion réelle divisée par la racine carrée du numéro coton. Le rapport entre le nunéro coton et le ,denier du fil est bien connu et une valeur de denier peut être facilement convertie en numéro coton correspondant.
La présente invention fournit en outre un procédé pour fabriquer un fil filamentaire continu suivant lequel on forme un filament .continu par l'extrusion d'une matière polymère, on fait passer le filament continu ainsi formé vers un corps rotatif autour de la surface duquel le filament s'enroule et dont la vitesse périphérique est suffisante pour appliquer une tension au filament, et pour amincir ce filament tandis qu'il passe vers le corps, on communique au filament au cours de son passage
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vers le corps un mouvement alternatif qui a pour effet d'enrouler le filament autour du corps sous la forme,d'un manchon, on retire continuellement le manchon de la surface du corps rotatif à une vitesse qui est inférieure à la vitesse périphérique du corps, on ,
retourne le manchon et on recueille le fil ainsi formé de façon régulière.
Le manchon peut être retourné simultanément avec son enlèvement de la surface du corps ou ultérieurement à cet enlè- vement. Cependant, il est très pratique de retourner le manchon plus ou moins simultanément avec son enlèvement du corps et ceci peut être effectué en déplaçant le manchon le long de la surface du corps de manière que sa direction de mouvement vers l'avant soit essentiellement parallèle à l'axe de rotation du corps et ensuite,lorsque le manchon quitte la surface du corps, de le tirer dans la direction ôpposée au travers d'un passage contenu à l'in- térieur du corps.
Les boucles généralement assez courtes qui font saillie normalement 'lors l'extérieur à partir de la masse princi- pale du manchon et qui sont.provoquées par la force centrifuge due à la rotation du corps, sont transférées par le retourne- ment de la périphérie à l'intérieur et, par conséquent, le fil obtenu possède une surface plus régulière et lisse, un toucher plus attrayant, une plus grande uniformité en section transversale et un freinage par l'air réduit comparativement au fil dérivé d'un manchon qui n'est pas retourné comme un gant.
La vitesse à laquelle le manchon est retiré du corps rotatif doit être inférieure à la vitesse périphérique du corps pour permettre au manchon de s'y accumuler. En outre, l'introduc- tion d'une torsion qui est nécessaire pour la stabilisation et ,le raffermissement du fil obtenu implique que la vitesse d'enlèvement doit toujours être inférieure à la vitesse de rotation du corps.
Normalement, dans la mise en pratique du procédé de l'invention,
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comme le corps rotatif a avantageusement des dimensions assez réduites la vitesse périphérique est inférieure à la vitesse de rotation et, dans ce cas, la vitesse périphérique fixe une limite supérieure pour la vitesse d'enlèvement. Lorsque la, vitesse périphérique dépasse la vitesse de rotation, c'est cette dernière qui fixe une limite supérieure pour la vitesse d'enlèvement. vemant.
Bien que la formation d'un fil filamentaire continu volumineux à partir d'un seul filament soit un point intéressant du procédé de l'invention, et que l'emploi d'un seul filament puisse être désirable du point de Vue économique ou pour fournir un fil qui a un denier final désiré, beaucoup plus d'un filament peuvent simultanément passer vers le corps rotatif et être assemblés di- rectement pour former un.fil filamentaire continu.
Comme le denier du fil filamentaire continu augmente avec le nombre de filaments qui le constituent.il existe une limite supérieure au nombre des filaments qui.peuvent être assem- blés pour formel un fil acceptable pour les applications textiles normales.
Pour la plupart des applications, le nombre de filaments passant simultanément vers le corps rotatif ne dépasse pas 50, bien que ce nombre puisse varier dans une certaine mesure suivant le denier réel des filaments.
L'invention procure également un appareil de fabrication d'un fil qui comprend un dispositif pour extruder une matière poly. mèret former un ou plusieurs filaments continus, un mécanisme à mouvement alternatif placé à une certaine distance à l'écart du dispositif d'extrusion et destiné à.communiquer un mouvement alter- natif au filament, un corps disposé de façon à tourner avec une vitesse périphérique suffisamment élevée pour appliquer une ten- sion au filament et assembler le filament autour de sa surface sous la forme d'un manchon,et un dispositif pour enlever le man-
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chon plus lentement que la vitesse périphérique du corps rotatif,
un dispositif pour retourner le mancho simultanément avec son en- lèvement de la surface ou après son enlèvement et un dispositif pour recueillir le fil ainsi obtenu.
Suivant.une forme pratique de l'appareil conforme à l'invention, le corps rotatif contient un passage s'étendant axialement et le manchon est retourné en le tirant au travers de ce passage dans une direction opposée à la direction du mouve- ment vers l'avant du manchon lorsqu'il se déplace le long de la surface du corps rotatif pendant son enlèvement.. Le même dispo- sitif qui agit sur le manchon pour le retirer de la surface du corps peut servir à le tirer au travers du passage s'étendant axialement et peut, en outre, servir à recueillir le fil qui est formé.
Le terme "filaments continus" utilisé dans le présent contexte et dans les revendications désigne des filaments qui ont une longueur indéfinie et qui, dans la pratique du procédé de l'invention,sont continuellement formés par extrusion à partir d'une source de matière polymère. Le terme ne comprend pas les fibres courtes couramment appelées "fibres coupées".
Dans un mode d'exécution de l'invention,les filaments continus sont extrudés par les orifices d'une filière à partir d'une source de matière polymère et un ou plusieurs des filaments continus passent le long d'un trajet.pratiquement défini,le plus souvent vers le bas, jusqu'à ce qu'ils soient presque entièrement solidifiés puissont dirigés par un mécanisme à mouvement alter- natif sur un corps rotatif autour duquel les filaments s'enroulent sous la forme 'd'un manchon comprenant un certain nombre d'hélices superposées et interconnectées.
Le manchon est continuellement déplacé le long de la surface du corps rotatif de manière que la direction de son mou- vement vers l'avant soit essentiellement parallèle à l'axe de
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rotation et plus ou moins simultanément avec son écartement de la surface du corps, sa direction de mouvement vers l'avant est in- versée et il est tiré au travers d'un passage s'étendant axiale... ment contenu dans le corps rotatif.
L'inversion de la direction de déplacement ainsi obtenue retourne le manchon et fait passer les boucles qui font saillie vers l'extérieur de la masse prin- cipale du manchon,lorsqu'il est assemblé autour du corps rotatif, à l'intérieur de la structure qui est tirée au travers du passage.. , sage. L'enlèvement du manchon de la surface du corps et sa traction au travers du passage sont effectués commodément par un dispositif d'envidage à vitesse constante qui fonctionne à une vitesse inférieure à la vitesse périphérique du corps et qui recueille le fil formé à partir du manchon qui est tiré au travers' de ce dispositif.
Le manchon qui se développe continuellement par apport des filaments passant vers le corps rotatir est également continuellement dévidé de la surface du corps de façon progressive et régulière de telle sorte qu'il peut être considéré comme un . assemblage momentané de filaments enroulés.
Le corps rotatif peut présenter différentes formes mais il est préférable que son profil soit tel qu'il s'amincisse dans le sens où le manchon est enlevé,ce qui facilite l'enlèvement du manchon sous la forme d'une structure cohérente intégrée, chose importante pour donner au fil certaines de ses caractéristiques essentielles,, Des corps rotatifs particulièrement appropriés sont . ceux qui ont une forme décrite par une génératrice rectiligne. Des exemples sont des corps coniques ou tronconiques ou essentiellement cylindriques, En ce qui concerne les corps de forme cylindrique on a obtenu des résultats particulièrement bons avec un corps cylindrique qui s'amincit légèrement (angle d'environ 5 ) vers l'extrémité où le manchon est enlevé.
Des corps de forme essentiellement hémisphérique ou para-
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bolique peuvent être également utilisés dans le procédé de l'in- vention.
Le corps peut être construit en métal, en matière plastique, en céramique ou en toute autre matière appropriée.
Avantageusement, le corps comprend un arbre d'une pièce avec lui, 'qui peut être creux,pour le relier à un dispositif d'entraînement approprié.
Le passage, lorsqu'il est prévu 'dans le corps pour faciliter le retournement essentiel au manchon, est de préférence disposé axialement à l'intérieur du corps, c'est-à-dire qu'il s'étend au travers du corps dans le plan de son axe. Le passage doit avoir un diamètre suffisamment grand pour recevoir le man- chon qui est tiré au travers du passage.
La vitesse périphérique, c'est-à-dire la vitesse de la surface du corps rotatif autour duquel s'enroule le filament sous la forme d'hélices superposées et interconnectées doit être d'un ordre de grandeur tel que le corps communique une tension au filament qui se dirige vers lui, L'application de la tension au , filament par le corps rotatif l'amincit sur la distance entre la face de la filière "et le point où le filament est pratiquement entièrement solidifié.
En outre, sous la force imposée par le corps rotatir, le filament est' accéléré tandis qu'il se rapproche du corps, Par conséquent, la vitesse de filature du filament qui est la vitesse du filament en un point où sa solidificationest prati- quement terminée et où son amincissement avec réduction du denier du filament a pratiquement cessé dépend directement de la vitesse périphérique du corps rotatif. Par conséquent, la vitesse de fila- ture du filament peut être réglée de façon directe et efficace.
Des filaments de certaines matières polymères, particulièrement des filaments dérivés de matières polymères organiques synthétiques telles que par exemple des polyamides, des polyesters, des poly- hydrocarbures, des polyuréthannes, des polycarbonates, etc, sont
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macromuléculairement orientés ainsi qu'amincis et accélérés par le corps rotatif. Le degré d'orientation développé dans les filaments fraîchement filés est en rapport avec la vitesse de , rotation périphérique en ce Sens que l'orientation est d'autant plus efficace que la vitesse est pius grande jusqu'à une cer- taine limite variable.
Par conséquent, lorsqu'on utilise des matières polymères organiques synthétiques dans l'invention, la filature et l'étirage peuvent être exécutés en une seule opération et le fil formé à partir du manchon retiré du corps rotatif contient des filaments continus étirés.
L'effet de différentes vitesses périphériques sur l'amin- . cissement, l'accélération et éventuellement l'orientation macromo- léculaire des filaments passant vers le corps sera décrit en détail dans un des passages du mémoire, mais on peut indiquer à ce stade que des vitesses périphériques intérieures à 2100 mètres par minute sont généralement associées à des fils dont les proprié- tés sont relativement inférieure$ par rapport à celles qu'on obtient en utilisant des corps tournant à une vitesse plus grande et la vitesse de filature des filaments est également faible, ce qui a pour conséquence une productivité laissant généralement à désirer.
Quant au mécanisme à mouvement alternatif, on peut uti- liser n'importe quel dispositif susceptible de communiquer au filament en déplacement un mouvement alternatif accélérant les filaments sur la longueur du corps rotatif en une série d'hélices superposées et interconnectées. Des mécanismes à mouvement alter- natifs convenant particulièrement sont ceux dans lesquels le fila- ment passe par un guide-fil contenu dans une barre à va-et-vient à laquelle un mouvement alternatif est communiqué par des moyens mécaniques, hydrauliques, électromagnétiques ou autres.
Les vitesses périphériques avantageusement élevées du corps rotatif imposent une limite inférieure à la vitesse du mou-
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vement alternatif pour obtenir des résultats satisfaisants du procédé et la formation d'un fil possédant de bonnes propriétés.
Cette limite inférieure du mouvement alternatif varie dans une large garnie suivant un certain nombre de facteurs variables compre- nant notamment la vitesse périphérique du corps rotatif. Il est préférable d'utiliser des vitesses de mouvement alternatif élevées par rapport aux vitesses normalement utilisées pour renvider des filaments continus en enroulements dans un métier de filature pour filaments continus. Dans ce dernier rôle, la vitesse du mouvement alternatif ne dépasse généralement guère 500 cycles par minute.
Par opposition, les vitesses de mouvement alternatif que l'invention amené à créer pour que le procédé fonctionne de façon régulière et qu'on obtienne un fil d'une utilité maximum, . sont généralement supérieures à 600 cycles par minute et de pré- férence à 1000 cycles par minute lorsque les mécanismes à va-et- vient sont utilisés en association avec les corps rotatifs ayant des vitesses périphériques comprises entre 2100 et 600 mètres par minute. '
Des vitesses de mouvement alternatif un peu moins éle- vées sont acceptables lorsque la vitesse périphérique du corps rotatif est inférieure à 2100 mètres par minute.
L'invention sera bien comprise en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Les Fig, lA et B sont différentes représentations schématiques du même appareil utile pour ,la mise en pratique de l'invention;
Fig.2 à 4 sont des vues en perspective de corps de forme différente qui peuvent être utilisés comme corps rotatif dans l'appareil de la Fig.l; Fig.5 représente en plan un mécanisme à mouvement alter- natif qui peut être utilisé dans l'appareil de la Fig.l;
Fig. 6 est un autre mécanisme à mouvement alternatif qui
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peut être utilisé dans l'appareil de la Fig.1; .
Fig.? est une représentation schématique de la forme que prend un filament enroulé en une couche autour du corps rotatif;
Fig.8 est une vue développée de la forme de la Fig.7; ,
Fig. 9-10 sont des vues schématiques et idéalisées illus- trant la structure du manchon qui se forme autour du corps rota- tif et le rapport entre les différentes couches de celui-ci sur le corps et à mesure que le manchon est enlevé et est retourné en étant tiré au travers d'un passage s'étendant axialement dans le corps ;
Fig.11 est une vue schématique illustrant en détail et de façon plus ou moins idéalisée le rapport entre deux couches du manchon dans la région où le manchon se détache du corps rota- tif et est retourné ;
Fig. 12 est une vue schématique semblable à la Fig. 11 mais montrant comment les couches constituant le manchon peuvent être modifiées dans les conditions de travail et l'effet du retour- nement sur les couches lorsqu'elles sont enlevées. La vue repré- sentée se rapproche davantage de la structure qui est réellement celle existant dans le manchon ; Fig.13 est une vue schématique à beaucoup plus grande échelle d'une partie de la mèche de boucles provenant du manchon après qu'il a été détaché du corps rotatif et illustre le rapport entre les différentes boucles constituant Cette mèche et la struc- ture des boucles individuelles;
Fig. 14 est une vue schématique similaire à la Fig. 13 mais à une échelle réduite et montre comment les diverses boucles agissent entre elles pour produire une structure plus complexe et compacte que ceile indiquée dans la figure précédente;
Fig. 15 est une photographie d'un modèle d'une certaine longueur de fil fabriquée suivant l'invention observée au micro- scope ordinaire;
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Fig. 16 est une photographie d'un modèle d'une cer- taine longueur de fil obtenue suivant le procédé décrit et reven- diqué dans le brevet précité lorsqu'il est observé au microscope ordinaire et est incluse à titre de comparaison;
Fig. 17-19 sont des photomicrographies au grossissement de 10 fois de certaines longueurs de fil fabriquées suivant le procédé suivant le procédé indiqué dans les différents exemples qui suivent, et,
Fig. 20 est un graphique montrant comment le freinage par l'air mesuré de la manière décrite ici augmente avec le denier du fil et cette figure permet égalementune comparaison entre le freinage par l'air de fils conformes à l'invention, de fils de fibres coupées filés de manière correspondante et de fils obtenus par le procédé décrit et revendiqué dans le brevet précité.
Se référant aux Figs 1A et B ,un filament continu frai- che filé- désigne pa:.' le chiffre de référence 20 est extrudé par un orifice (non représenté) dans une filière 21, dans de l'air à la température ordinaire. Le filament extrudé après refroidissement et solidification au cours de son passage descendant à travers l'air est enroulé autour de la surface continue d'un corps 22 qui a la forme d'un cône tronqué . Le corps 22 contient un passage s'étendant axialement 23 qui est formé en forant un trou de 1/2 pouce (13 mm) de diamètre au travers du corps à partir du nez vers la partie la plus large dans le plan de son axe longitudinal.
Le corps contient également un arbre solidaire creux 24 qui est relié à un mécanisme d'entraînement approprié (non représenté) qui fait tourner le corps. La vitesse périphérique, c'est-à-dire la vitesse de la surface du corps rotatif, qui sera appelée dans la suite de la description,un rouet, est suffisamment élevée pour , appliquer une tension au filament et, par conséquent, pour l'amin- cir pendant son passage'entre la filière et le rouet.
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Le filament continu au cours de son mouvement descendant passe - par le guide-fil (non représenté) d'un mécanisme à va-et-vient généralement désigné par le chiffre de référence 25 placé à une faible distance au-dessus de la surface du rouet. Le mécanisme à va-et-Vient communique au filament en déplacement un mouvement alternatif dans un plan normal à la direction moyenne du dépla.: ement du filament et parallèle à l'axe longitudinal du rouet 22.
Par suite de de mouvement alternatif communiqué au filament, \ celui-ci est enroulé sur la surface du rouet depuis une extrémi- té jusqu'à l'autre sous la forme d'une série d'hélices inter- connectées qui s'accumulent en un manchon tubulaire aminci 26. Le manchon qui se développe par l'enroulement du filament avançant de façon continue est progressivement enlevé ,de la surface incli- née du rouet, et ensuite en travers du passage 23, sous l'effet de la force imposée par un dispositif d'enroulement classique.
L'inversion de la direction du mouvement vers l'avant qui se produit plus ou moins simultanément avec l'enlè- vement du manchon de la surface du rouet effectue le retournement du manchon. Grâce au retournement du manchon, les boucles de longueur relativement courte qui font saillie vers l'extérieur à partir de la masse principale du manchon lorsqu'il est sur le rouet et qui sont constituées principalement par l'action de la force centrifuge sur les tours enroulés de manière lâche des hélices sont transférées de la périphérie vers l'intérieur.
L'enlèvement du manchon de la surface du rouet et son mouvement vers le bas dans le passage est associé non seulement avec son retournement mais également avec son effondrement du fait qu'il cesse d'être supporté par la surface du rouet, et son allongement sous l'influence de la force de traction exercée par le dispositif d'envidage dans la direction axiale. La somme de ces effets four- nit une mèche 27 de boucles interconnectées qui comprend une masse de boucles relativement longues de structure complexe qui entou- rent une bande mince de boucles uniques généralement plus cour- tes qui sont situées le long du grand axe de la mèche ou
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parallèlement à cet axe et dont les éléments pénètrent dans les branches des boucles extérieures plus complexes.
Le mou. vement de rotation du rouet introduit une torsion dans la mèche entraînée suivant l'axe de rotation. L'introduction de la torsion. commence dans la région où la mèche s'écarte de la surface du roùet et descend le long de la mèche sur une distance variable souvent jusqu'à ce qu'une barrière de torsion soit rencontrée. L'anneau de guidage en céramique 28 par lequel passe la mèche 27 constitue une telle barrière et on observe que dans la plupart des cas la torsion est presque entièrement communiquée avant le passage de la ,mèche par cette barrière: Le fil 29 ainsi obtenu est enroulé sous la forme d'un bobinage à extrémités amincies sur un appareil de renvidage connu utilisant un .mécanisme à va-et-vient (non représenté).
Comme on l'a illustré, le fil est disposé sur une bobine 30 dont la surface est entraînée par un rouleau 31 pour former un enroulement . de fil 32.
La vitesse de la bobine d'envidage du fil qui règle pra- tiquement la vitesse à laquelle le manchon est entraide hors du rouet 22 est toujours bien inférieure à la vitesse de rotation du rouet. Cette vitesse est toujours maintenue constante au cours d'une opération déterminée et en rapport avec la vitesse de rota- , tion du rouet suivant les caractéristiques désirées pour le fil, . par exemple le degré de torsion.
Le rouet autour duquel, le filament est enroulé sous la forme d'un manchon et qui applique une tension au filament, l'allon- geant ainsi continuellement à une vitesse plus grande que la vitesse ,d'extrusion est généralement profilé de façon à s'amincir dans le . sens où le manchon est enlevé afin que celui-ci puisse être enlevé régulièrement sous la forme d'une structure cohérente et intégrale.
Les Fig. 2 à 4 sont des représentations en perspective .de rouets utilisés en pratique avec succès dans l'invention dans l'appareil de la Fig. 1.
Chacun dès rouets a.une construction creuse légère avec une surface continue et est exécuté en alliage d'aluminium à grande
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ténacité.
L'arbre creux d'une pièce avec le rouet sert-à le relier à .un dispositif d'entraîmement approprié; avantageusement un moteur électrique, qui le fait.tourner,
Le rouet tronconique de la Fig. 2 présente les dimen- sions suivantes:
EMI20.1
<tb> Diamètre <SEP> maximum: <SEP> 3 <SEP> 1/4 <SEP> pouces <SEP> (82,5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> minimum <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1/4 <SEP> pouce <SEP> (32 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Longueur <SEP> le <SEP> long <SEP> de <SEP> l'axe: <SEP> :.3 <SEP> 1/8 <SEP> pouces <SEP> (79,5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Angle.de <SEP> déclinaison:
<SEP> ' <SEP> 19
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> déclinaiso <SEP> 19 <SEP> pouce <SEP> (13
<tb>
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> interne <SEP> passage <SEP> 1/2 <SEP> pouce <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Le <SEP> rouet <SEP> en <SEP> forme <SEP> de <SEP> balle <SEP> de <SEP> fusil <SEP> de <SEP> la <SEP> Fig. <SEP> 3
<tb>
présente les dimensions suivantes:
EMI20.2
<tb> Diamètre <SEP> maximum: <SEP> 3 <SEP> pouces <SEP> (76 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> minimum: <SEP> ' <SEP> 1 <SEP> 1/8 <SEP> pouce(28,5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Longuéur <SEP> le <SEP> long <SEP> de <SEP> l'axe: <SEP> 2 <SEP> pouces <SEP> (51 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> déclinaison:
<SEP> 3
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> interne <SEP> du <SEP> passage <SEP> 1/2 <SEP> pouce <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb> Le <SEP> rouet <SEP> essentiellement <SEP> cylindrique <SEP> légèrement <SEP> coni-
<tb>
que de la Fig. 4 présente les dimensions suivantes :
EMI20.3
<tb> Diamètre <SEP> maximum: <SEP> 2..7/8 <SEP> pouces <SEP> (73 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> minimum: <SEP> 2 <SEP> 5/8 <SEP> pouces <SEP> (66,5 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Longueur <SEP> le <SEP> long <SEP> de <SEP> liaxe: <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> pouce <SEP> (38 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> déclinaison:
<SEP> 4
<tb> Diamètre <SEP> interne <SEP> du <SEP> passage, <SEP> 1/2 <SEP> pouce <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb> L'emplacement <SEP> du <SEP> rouet <SEP> par <SEP> rapport <SEP> à <SEP> la <SEP> filière <SEP> n'est
<tb>
pas critique et le procédé peut fonctionner avec le rouet sur la même ligne verticale que la filière ou décalé par rapport à celle-ci
En termes de distance de la filière, le rouet doit être placé au delà du point où le filament descendant s'est pratique- ment solidifié, sans cela le filament peut se rompre en fibres discontinues lorsqu'il:
entre en contact avec le rouet et lorsque plusieurs filaments sont attirés sur le rouet, les'filaments. adjacents peuvent se souder parce que ladurée de refroidissement
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est insuffisante.'Dans le cas particulier des filaments provenant de polymères filés à l'état fondu, par exemple de polymères orga- niques synthétiques tels que les polyamides, les polyesters, les polyhydrocarbures, etc, le rouet doit être placé au delà de la .région de la longueur du filament extradé où le filament en voie de solidification est dans un état de transition entre l'état solide et l'état liquide.
L'amincissement du filament est effec- tué principalement dans cette région car l'effort imposé par le rouet remonte le long du filament et localise l'amincissement , dans cette région. Dans cette région de transition, on peut voir le filament accélérer et se tendre en se déplaçant dans le sens de sa longueur à grande vitesse. L'emplacement idéal pour le rouet est déterminé par des expériences simples au cours desquelles on'modifie sa position jusqu'à ce qu'il amincisse bien les filaments mais ne les sasse pas et ne les soude pas.
Dans le cas de filaments de polyhexaméthylène adipamide, de téré. phtalate de polyéthylène 'et de polypropylène, le rouet peut être placé à un endroit-quelconque entre 18 pouces (450 mm) et 10 pieds '(3m) en dessous de la face de la filière*
Lorsqu'on utilise des filaments provenant de poly- mères organiques synthétiques tels que les polymères énumérés ' plus haut, la vitesse périphérique du rouet est suffisamment élevée pour orienter macromoléculairement les filaments aussi bien que pour les amincir.
La vitesse périphérique nécessaire pour amincir et orienter les filaments dans la mesure voulue, vitesse en rapport avec les caractéristiques constructives du rouet, ses dimensions et sa vitesse de rotation, varie suivant le polymère filé et les conditions de traitement telles que la viscosité du poly- mère à la'sortie, en d'autres mots la viscosité à l'état fondu au moment de l'extrusion, la vitesse d'extrusion'et la distance linéaire entre la'face de la filière et le rouot.
En ce qui concerne les filaments de polyhexaméthylène
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adipamide, de, téréphtalate de polyéthylène et de polypropylène, un degré raisonnable d'orientation macromoléculaire,mis en évidence par des mesures de biréfringence et des propriétés telles que la té- nacité. et l'extensibilité pa@ent êtreobtenues des vitesses périphériques supé' rieures à 2100mmètres par minute. Les vitesses périphériques
Inférieures à 2100 mètres par minute donnent des filaments de faible ténacité et d'utilité limitée.
Là ténacité des filaments peut être améliorée en étirant les fils qui les contiennent mais comme ceci exige une opération supplémentaire, on préfère utiliser des vitesses périphériques plus élevées et recueillir les fila- . ments étirés sous forme de fil. A plus de 2100 mètres par minute, . la vitesse périphérique peut être augmentée jusqu'à ce que des casses excessives de filament se produisent. La vitesse périphérique maximum qui peut être utilisée sans.casse excessive de filaments : , est principalement déterminée par la vitesse d'extrusion. Lorsque des casses excessives de filaments à la filière se produisent pour une vitesse périphérique donnée, on peut les réduire et rendre possible cette vitesse périphérique en utilisant des vitesses d'extrusion plus élevées.
L'orientation macromoléculaire bien développée prove- 'nant des vitesses périphériques élevées est assooiée à une ré-., duction du denier des filaments et par conséquent on doit attein- dre un compromis entre l'orientation et le denier des filaments, Avec des polymères comme le polyhexaméthylène adipamide, le poly- ' éthylène téréphtalate et le polypropylènè, des vitesses périphé- riques de 2.700 à 6. 000 méfies par minute donnent des deniers de filament compris entre 1,2 et 6 principalement suivant la vitesse d'extrusion. Comme les filaments qui ont un denier infé- 'rieur à 1 ne sont pas très utiles, cette réduction du denier impose également une limite supérieure à la vitesse périphérique ! du rouet, ,' .
Des vitesses périphériques plus élevées .du rouet , essentielles pour un -fonctionnement satisfaisant du
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procédé lorsqu'on utilise comme source de filaments des poly- mères organiques synthétiques macromoléculairement orientables filés à l'état fondu, sunt également,avantageusement utilisées avec d'autres matières polymères. Et ce, en raison de l'équi- valence entre la vitesse périphérique et la vitesse de filature.
Dès lors,des vitesses périphériques élevées sont associées à une plus grande productivité et à des conditions de procédé 'économiquement favorables.
Comme la vitesse périphérique du rouet est déterminée par ses dimensions, en particulier son diamètre dans la région où. le filament est amené autour du rouet et sa vitesse de rota- tion, une vitesse périphérique peut être atteinte soit en faisant tourner un rouet relativement petit à une vitesse relativement grande ou en faisant tourner plus lentement un grand rouet.
Considérons par exemple le rouet représenté à la Fig. 4. A une vitesse de rotation de 20. 000 tours par minute ,sa vitesse périphérique au bord où son diamètre est 2 7/8 pouces (73 mm) est d'environ 4.500 mètres par minute. Une vitesse périphé- rique équivalente peut être obtenue en utilisant un rouet de .. .,forme cylindrique semblable mais ayant un diamètre de 6 pouces (150mm) en le faisant tourner à 9500 tours par .minute. L'emploi d'un ,rouet relativement grand pour atteindre une grande vitesse péri- phérique entraîne ---.-certaines difficultés.
Par exemple, comme la longueur des segments s'étendant dans le sens de l'axe,du fil est directement en rapport aveo la longueur des filaments enrou- lés autour du rouet en un seul mouvement alternatif, le fil qui provient du manchon dévidé d'un rouet de grande dimension (grande longueur et/ou grand diamètre) tend à contenir de longues boucles ce qui exerce un effet nuisible sur la structure du, fil et ses propriétés. En outre, des difficultés, peuvent être rencontrées lorsqu'on tente d'enlever le manchot du rouet de façon régulière ,et progressive. En outre, un corps de grandesdimensionsa une vitesse d'éclatement plus basse et occupe une plus grande partie
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de l'espace limité en dessous d'une cellule de filature qu'un , rouet plus petit.
Pour ces raisons et pour d'autres, il est préférable d'obtenir les vitesses périphériques élevées désirées en faisant tourner un rouet relativement petit à grande vitesse. L'emploi de' grandes vitesses de rotation pour le rouet est également avanta- geux d'une façon qui sera décrite plus en détail dans la suite au point de vue de l'introduction nécessaire de la torsion dans , la mèche de boucles provenant du manchon enlevé du rouet.
Pour bien faire-comprendre l'expression !'rouet relati- vement petit" on trouvera ci-après les dimensions des rouets représentés aux Fig. 2 à 4..
La rotation de ces rouets à 18.000 tours par minute donne des vitesses de rotation périphériques au bord de 4.587 ,
4.239 et 4.071 mètres par minute respectivement, ce qui suffit lorsque des polymères organiques synthétiques filés à l'état fondu sont traités pour obtenir un degré utile d'orientation' macromoléculaire.
Ces rouets conviennent pour accumuler sous la forme d'un manchon jusqu'à 25 filaments ayant des deniers jusqu'à 6 et le manchon peut être facilement enlevé du rouet 'de façon régu- lière et progressive .
La limite supérieure des dimensions du rouet compati- ble avec l'enlèvement régulier et progressif du manchon et la formation du fil le plus satisfaisant dépend de facteurs tels que le profil du rouet, la vitesse de rotation et la vitesse du mouvement alternatif, mais dans le cas de rouets de grand diamètre on assiste à une plus forte tendance du fil à s'arra- cher dU manchon par à-coups au cours de son entraînement;
cet arrachement par à-ooups entraîne la formation d'un fil boutonné de denier irrégulier et par conséquent d'utilité limitée et également entraîne des casses fréquentes de filaments avec interruption du prooédé..
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comme on l'a déjà mentionné, le filament descendant est guidé à travers un mécanisme de va-et-vient qui anime le filament d'un mouvement alternatif de façon à l'étaler sur la surface du rouet sous la forme d'un manchon comprenant une ,série d'hélices superposées et interconnectées, un mécanisme à va-et-vient étant placé à une faible distance au-dessus du rouet.
S'il est placé trop loin du rouet, le dispositif à va-et-- vient perd un certain-degré de son efficacité et étale moins bien le filament sur la surface du rouet tandis que s'il est trop proche du rouet, on peut rencontrer des difficultés lors- qu'on désire enfiler le fil-dans l'appareil.
L'endroit optimum pour le mécanisme à va-et-vient est déterminé en l'écartant du rouet jusqu'à ce que l'enfilage puisse être effectué sans difficulté Lorsqu'on travaille aveo des mécanismes à va-et- ' vient du type dans lequel le filament passe par un guide-fil contenu dans une barre à va-et-vient commandée par un dispositif mécanique, hydraulique, électromagnétique ou autres et qu'on utilise le rouet représenté aux Fig. 2-4, la distance optimum est comprise entre 25 et 150 mm. au-dessus du rouet et . le plus souvent 37 à 100 mm.. au-dessus de lui.
Pour une mise en oeuvre particulièrement satisfaisante du prucédé de l'invention, il est désirable que la mécanisme à va-et-vient ait une vitesse de va-et-vient élevée par rapport aux vitesses de va-et-vient couramment utilisées pour le renvi- dage de filaments continus en enroulements sur un métier de filature de filaments continus. Un dispositif à va-et-vient qui peut déplacer le filament dans les deux sens le long du rouet à grande vitesse et qui convient pour l'appareil de la
Fig. 1 est représenté en plan à la Fig. 5, , .
Se référant à cette figure, le mécanisme à va-et-vient comprend une barre de métal mince 33, dont une extrémité 34 est . serrée sur l'extrémité d'un bloc de fer en forme.de U 35 et l'au- tre extrémité 36 porte un guide-filament léger à deux-branches 37
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exécuté en doigts de matière céramique de 1,6 mm de diamètre et 13 mm. de longueur. Le bloc de fer 35 sert de noyau pour un électro-aimant désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 38 et sa partie 39 est entourée d'un fil métallique formant un bobinage 40 qui est relié par '' un transformateur variable à une source ('non représentés) four.... nissant 50 cycles de courant alternatif par seconde.
Un redresseur ! à diode au silicium 41 est monté en série avec le bobinage de
1'électro-aimant de façon à ne laisser passer qu'un demi-cycle de courant sur deux. Le flux induit dans le noyau de fer 35 com- munique un mouvement alternatif à la barre 33 qui est équilibrée de façon à se déplacer vers l'avant et vers l'arrière à la vitesse désirée de 50 cycles par seconde en réglant sa longueur libre.
Le mouvement alternatif est sinusoïdal avec une amplitude (sommet à sommet) d'environ 38 mm.
La Fig. 6 représente un autre mécanisme à va-et-vient à grande vitesse qui est mécanique plutôt qu'électrique et qui peut être utilisé dans l'appareil de la Fig. 1.
Dans sa forme essentielle, ce mécanisme à va-et-vient comprend un dispositif pour transformer le mouvement rotatif d'une bielle en un mouvement reotiligne, ce dernier étant appli- qué à une barre à va-et-vient par une articulation et utilisant . une fourchette' pour éliminer l'irrégularité du mouvement commune à tous les dispositifs ordinaires à embiellage. Se référant à cette figure, le filament passant vers le rouet traverse un guide- fil en céramique 42 attaché à une extrémité d'une barre de va-et- vient 43 en tube d'acier léger qui pivote à son autre extrémité , sur un support 44. La barre à va-et-vient est également fixée sur un barreau 45 par une goupille 46 qui peut se déplacer dans une fente longitudinale 47 de la barre à va-et-vient.
Il ressort de l'examen de la figure que si l'on anime d'un mouvement aller-. natif la barre 45, un mouvement semblable se communique à la barre à va-et-vient. Pour obtenir ce mouvement alternatif, la
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barre 45 est fixée sur une tête transversale 48 ,dans laquelle est ménagée une fente 49 où coulisse un bloc 50. Le bloc est relié par une goupille 51 à une bielle 52 attachée à une extré- mité d'un axe 53 qui tourne à une vitesse uniforme sous l'in- fluence d'un moteur électrique commandé par un transformateur variac (non représentés). Ainsi, grâce à cet embiellage rotatif, on transmet un mouvement alternatif continu par le barreau à la barre de va-et-vient qui se déplace d'avant en arrière en décri- vant un arc.
Du fait de sa simplicité, ce mécanisme de va-et- vient est d'un fonctionnement sûr et oapable d'atteindre des vitesses de va-et-vient pouvant atteindre 100 cycles par seconde.
Le mouvement est essentiellement sinusoïdal et sa vitesse peut être facilement modifiée et l'amplitude réglée, cette dernière suivant la longueur du rouet sur lequel s'enroule le filament.
En fonctionnement, la barre à va-et-vient dans les mécanismes représentés aux Fig. 5 et 6 est placée dans un plan horizontal essentiellement perpendiculaire au grand axe du rouet de façon que le filament passant par le guide-fil soit animé d'un mouvement alternatif sur la longueur du rouet.
Des mécanismes à va-et-vient autres que les deux méoa- nismes représentés peuvent être utilisés et il n'est pas nécessai- re que le mouvement alternatif soit communiqué au filament par son passage par un guide-fil contenu dans une barre mobile. Par exemple, le mécanisme à va-et-vient peut être pneumatique, le filament passant par un dispositif où il est soumis à un jet d'air transversal.dont le sens est rapidement et continuellement inversé.
Un effet semblable peut être obtenu éleotrostatiquement en faisant passer le filament entre deux plaques dont la polarité est rapidement et continuellement inversée.
Comme le mécanisme à va-et-vient communique au fila- ment un mouvement axial et du fait du mouvement rotatif du rouet, le filament s'enroule autour du rouet en une série d'hélices
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interconnectées et superposées qui forment un manchon approxi- mativement tubulaire autour du rouet,
La Fig. 7 est une représentation schématique de la configuration adoptée par un filament enroulé autour du rouet en un cycle de va-et-vient complet. Initialement, le filament avance le long du rouet dans un sens bous la forme d'une hélice à droite 54.
Au point X qui correspond à l'extrémité d'extrême droite du cycle à va-et-vient se présente une inversion du sens de déplacement du filament le long du,rouet et une seconde hélice
55, dans ce cas une.. hélice à gauche, qui recouvre la première se forme. Les deux hélices contiennent le même nombre de spires , et ont la même longueur qui correspond approximativement à l'am- plitude du mouvement alternatifs La structure résultant d'un seul mouvement de va-et-vient complet comprend les deux hélices inter- .
oonneotées et superposées 54 et 55 de.pas contraire bien qu'en- gendrées dans le même sens de rotation. Cette double structure en hélice constitue une couche du manchon qui s'accumule sur le rouet et pour la facilité de la description le terme "couche" sera utilisé pour désigner la double structure en hélice formée par un mouvement de va-et-vient complet.
Une couche projetée sur une surface plane comme dans le plan développé de la Fig. 8 décrit une série de courbes en- chaînées dont la configuration est semblable à certaine types de "figures de lissajou" connues en mathématique. La configu- ration du filament dans une couche se retrouve dans la structure de segments s'étendant dans le sens de l'axe du fil comme on l'expliquera en détail plus loin.
La structure caractéristique du fil de l'invention ' et les propriétés qu'il possède dépendent de la formation sur le rouet d'un assemblage transitoire boue la forme d'un manchon constitué d'un grand nombre de couches provenant chacune d'un , seul mouvement alternatif de l'enlèvement régulier et pro- , gressif du manchon du rouet, et de son retournement d'une manière contrôlée.
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Lorsqu'on utilise les grandes vitesses périphériques avantageuses pour le rouet, la formation de ce manchon en suppo- sant la vitesse d'enlèvement réduite habituelle,dépend d'une grande vitesse du mouvement de va-et-vient du mécanisme à mou- , vement alternatif.
En outre, l'angle d'hélice dans la couche est déterminé par la vitesse périphérique du rouet,par le profil du rouet et par la vitesse du mouvement alternatif du mécanisme à va-et-vient et une grande vitesse de va-et-vient se traduit par un angle d'hélice relativement grand. Lorsqu'on utilise le mécanisme à va-et-vient de la Fig. 6 avec une vitesse de va-et-vient de
80 cycles par seconde et le rouet de la Fig.
4 avec une vitesse périphérique de 4.500 mètres par minute les filaments au point -intermédiaire du va-et-vient se croisent sous un angle de 18 ,
Une valeur élevée pour l'angle d'hélice augmente l'inter- connexion par frottement entre les couches successives et entre les deux hélices de la même couche et aligne les termes de l'hé- lice dans des positions convenant mieux pour l'enlèvement.
La vitesse de va-et-vient minimum compatible avec la formation d'un fil satisfaisant et le fonctionnement régulier du procédé dépend des caractéristiques de construction du rouet, de ses dimensions, de sa vitesse périphérique, de la vitesse à la- quelle le manchon est enlevé du rouet et d'autres facteurs varia- bles semblables.
En ce qui concerne le mécanisme à va-et-vient des Fig. 5 et 6 lorsqu'on l'utilise avec les rouets représentés aux Fig. 2-4 et d'autres rouets de dimensions semblables fonction- nant à des vitesses périphériques comprises entre 1.500 et 6.000 mètres par minute ,le manchon ét'ant enlevé à une vitesse pouvant atteindre 500 pieds (150 m) par minute la vites- se de va-et-vient peut varier dans une large gamme supérieure à
600 cycles par minute et de préférence supérieure à 1000 cycles
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par minute.Des vitesses de va-et-vient inférieures à 600 cycles par 'minute sont associées à des casses fréquentes dans le procédé et fournissent un fil boutonné de denier irrégulier et, par conséquent, d'utilité limitée.
Avec des Vitesses périphériques inférieures à
7000 pieds (2100 m) par,minute la'vitesse de va-et-vient peut être inférieure à 600 cycles par minute dans une mesure correspondante et fournir encore un fil raisonnablement uniforme dont les propriétés sont bonnes.
Pour obtenir le fil désiré à partir du manchon approxi- mativement tubulaire qui se forme autour du rouet,il est nécessaire . tout d'abord d'enlever progressivement les couches de l'intérieur du manchon et ensuite de retourner les couches comme un gant de manière,' contrôlée,On y arrive en tirent à l'aide du dispositif d'envidage le bout étroit du manchon le long de la surface inclinée du rouet et ensuite le long du passage prévu dans le rouet,Les couches à l'inté- rieur du manchon sont généralement enlevées dans l'ordre où elles ont été assemblées autour du rouet.Toutefois,par suite de l'interaction due au frottement et par suite de la cohérence entre les couches .adjacentes attribuable aux grandes vitesses de va-et-vient uti- lisées ,
un effort de traction est exercé par une couche donnée à mesure qu'elle se déplace sur les couches successives de telle sorte que le manchon tout entier descende le long de'la surface inclinée du rouet et'se déplace le long du passage sous la forme d'une structure d'une seule pièce.
Pendant l'inversion de la direction du mouvement vers l'avant provoqué par cette suite d'opérations, les couches sont retour- nées et comme le manchon se déplace sous la forme d'une struc- ture d'une seule pièce, ce retournement est effectué d'une manière contrôlée. Le manchon est essentiellement ùn assemblage transitoire puisqu'il se développe continuellement par dépôt de couches sup- plémentaires à sa surface extérieure et est simultanément et continuellement réduit par enlèvement des couches de sa surface intérieure.
Lorsque l'enlèvement des Couches a commencé et à
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.condition de maintenir une vitesse de renvidage constante, on atteint un état d'équilibre entre l'accumulation des couches dans le manchon et leur enlèvement sous la forme d'une mèche de boucles.
Le manchon présent sur le rouet après le début de l'en. lèvement des couches comprend un certain nombre de couches disposées en superposition mais avec des couches successives décalées les unes par rapport aux autres,
Les fig. 9 et 10 représentent de façon schématique et idéalisée le rapport entre los couches enchaînées successives sur le rouet et illustrent les phénomènes qui se produisent au cours de l'enlèvement du manchon du rouet de son retournement et de son effondrement en une mèche de boucles lorsqu'il se déplace dans le passage.
Dans la coupe schématique 'le la fig. 9, une couche 56 qui vient d'être déposée recouvre la couche 57 déposée immédia- tement avant mais qui dans l'intervalle de temps depuis sa forma- tion est descendue le long de la surface inclinée du rouet sous l'effort de traction exercé par la couche 58 qui s'est complète- ment détachée de la surface du rouet.
L'extrémité antérieure de la couche 57 est attirée pour se déplacer le long du passage sous l'effort de traction exercé par la couche 59 qui s'est complètement écartée de la surface du rouet et,du fait de l'inversion au mouvement vers l'avant qui se produit plus ou moins simultanément avec le mouvement d'écarte- ment de la surface, a été retournée . Les boucles relativement cour- tes dont aucune n'est représentée mais qui sont toujours présentes dans n'importe quelle couche et qui en dépassent vers l'extérieur lorsque celle-ci se trouve a la surface du rouet sont ramenées, du fait du retournement, à l'intérieur de la mèche de boucles.
Dans la coupe transversale de la fig. 9, le manchon dans lequel on n'a représenté que deux couches est une structure tégulée avec les couches interconnectées disposées l'une sur
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-l'autre Nais avec un décalage entre les couches. Comme chaque couche comprend deux hélices interconnectées et superposées engen- drées autour du rouet servant de châssis, la structure réelle du manchon ressemble plus étroitement à celle qui est représentée en vue de côté à la fig. 10, chaque couche étant contenue sur une partie variable de sa longueur dans la couche assemblée immé- diatement après et à laquelle elle est enchainée.
Ainsi, la couche 27 est contenue sur une partie de sa longueur dans la couche 56, les deux couches étant entrainées par la continuation d'une hélice constituant la couche 57 sous la forme d'une des hélices de sens opposé de là couche 56.
De façon semblable, la coucha 59 est contenue sur une partie de sa longueur dans la couche 58.Un agencement du type représenté aux figs. 9 et 10 assure une bonne interaction de frottement entre les couches superposées qui facilite le détachement du manchon sous la forme d'une structure solidaire maintenant des rapports de décalage entre les couches successives et son retournement d'une manière contrôlée.
L'absence du support offert par le rouet chaque fois qu'une couche s'en écarte provoque l'effondrement des hélices reliées en série qui la constituent. Simultanément, les hélices dans la couche s'allongent dans le sens axial sous la force exer- cée par l'action de traction du dispositif de renvidage. La somme de cet allongement axial et de l'effondrement des hélices fournit . une structure comprenant deux branches, chacune dérivée d'une hélice constituant la couche; qui sont entrelacées et par consé- quent stabilisées parce que les branches se croisent en un nombre .variable de points de leur longueur.
Une structure de ce type général sera appelée dans la suite de la description des boucles complexes pour la distinguer des boucles généralement plus courtes, généralement moins com- plexes qui, par retournement du manchon, sont ramenées de la
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périphérie à l'intérieur du manchon,
Les figs. 11 et 12 représentent la structure des couche$ assemblées autour du rouet, le rapport entre deux couches et leretour- nement d'une d'entre elles qui se détache du rouet au travers du passage, son effondrement et son allongement simultané en une boucle qui constitue une boucle s'étendant dans le sens de l'axe du fil obtenu.
Se référant à la fig. 11, une couche 61 qui vient d'être déposée comprend deux hélices 62 et 63 étalées sur la longueur du rouet, l'hélice à gauche 63 recouvrant l'hélice à droite 62 et les hélices étant reliées en série à l'extrême gauche du rouet par la corde commune 64 qui constitue la dernière partie de la couche 61
Chacune des reliées @ontient 5 tours et 2 tours 65 et 66 à l'extrémité antérieure de la première hélice 62 qui se sont déta -chés du rouet sous l'influence de la force de traction exercée par la couche 68 déposée sur le rouet immédiatement avant la couche 61, '
La couche 61 est reliée par son extrémité 67 à la couche 68.
La couche 68 qui de même comprend deux hélices reliées en série à 5 tours, s'est entièrement détachée de la surface du rouet et est entrée dans le passage sauf pour le bout qui la termine.
En se détachant de la surface du rouet et en passant par le passage la couche 68 est retournée comme un 'gant et comme elle perd le support de la surface du rouet, elle s'effondra dans le ses verti- cal, Simultanément avec son effondrement, la couche s'allonge dans le sens longitudinal, formant ainsi un longue boucle avec des branches entrelacées du fait des crois res des branches qui se présentent aux cinq points nodaux (a - e) correspondant aux points de la couche initiale où une hélice a croisé l'autre.
La fig. 11 est une représentation très idéalisée du
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manchon et ne sert qu'à illustrer le rapport-entre les'couches successives et les phénomènes qui se produisent au cours de leur enlèvement. La Fig. 12 illustre plus précisément la forme des couchée à.la surface du rouet et l'influence du retournement sur la structure de la mèche de boucles formées à partir des couches enlevées. Se référant à cette figure, l'extrémité postérieure de la couche 68 dépasse vers l'extérieur de la surface du rouet sous , la forme d'une boucle relativement courte 69. Cette boucle rela- . tivement courte est obtenue par l'action de la force.centrifuge produite par la rotation du rouet sur une spire individuelle en.. roulée de façon lâche d'une hélice de la couche 68.
Lors du re- tournement de la couche, cette boucle 69 se place a l'intérieur ' et occupe une position approximativement centrale dans la mèche de boucles et alignée de façon essentiellement parallèle a son grand axe. Deux boucles alignées de ce type qui, précédemment dépassaient vers l'extérieur de la surface du rouet,' sont indi- quées par le chiffre de référence 70, cette boucle comprenant l'extrémité antérieure 67 de la couche 6i, et par le.chiffre de . référence 71, cette boucle prévenant d'une spire de l'hélice exté- - rieure de la couche 68.
Bien que la Fig. 12 soit probablement plus proche que la Fig. 11 de la structure réelle du manchon et des évènements qui se produisent au cours de son enlèvement, comme les'Fig, 9 à 11, elle est plus ou moins,idéalisée parce que, en fonctionnement réel, lé manchon qui s'accumule autotir du rouet contient normale- ment beaucoup plus de. couches et, du fait de leur nombre, de la finesse des filaments et des vitesses qui-entrent en jeu, il est impossible de déterminer avec une précision complète ou d'enre- gistrer la structure du manchon et la série complexe des phénomènes qui, se produisent.
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Toutefois, les photographies à grande vitesse et les expériences avec des modèles bien qu'elles mettent en lumière la complexité confirment la validité essentielle de l'analyse de la structure du manchon et l'explication des phénomènes qui se pro- duisent au cours de son enlèvement et de son retournement, En par- ticulier, elles confirment qu'un grand nombre de couches s'accu- mulent sur le rouet pour former un manchon, qu'il existe un avan- cement progressif et généralement régulier du manchon qui descend et tombe du rouet, les couches se déplaçant approximativement dans l'ordre où elles ont été déposées mais que l'ensemble tout entier se déplace comme une structure solidaire et cohérente.
Les photographies à grande vitesse et les expériences sur des modèles confirment'également que, au cours du retournement qui.se produit plus ou moins en même temps que la séparation entre les couches et la surface du rouet, les boucles qui dépassent vers l'extérieur sont amenées à l'intérieur de la structure et que les hélices qui forment les couches s'effondrent et s'allongent axia- lement en longues boucles de structure complexe.
L'enlèvement du manchon de façon régulière et progres- sive implique que les couches sont disposées dans ce manchon en superposition mais avec un décalage et que c'est le maintien de cet agencement pendant l'enlèvement et après l'enlèvement et le . retournement qui donne au fil sa structure caractéristique et cer- taines de ses propriétés avantageuses.
Vu la rapidité des événements, un certain , nombre de couches se détachent de la surface du rouet presque ,instantanément mais dans l'ensemble ce rapport de décalage est maintenu de telle sorte qu'on obtient une mèche de boucles inter- connectées plus ou moins axiales, un grand nombre des boucles étant contenues sur une partie variable de leur longueur dans une autre boucle.
La Fig. 12, est une vue schématique à beaucoup plus grande échelle d'une petite partie d'une mèche de boucles provenant
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d'un manchon contenant des couches semblables aux deux couches re- présentées avec'référence à la Fig. 12,
La structure représentée comprend une couche formée d'un enchevêtrement de boucles complexes interconnectées s'éten- dant essentiellement dans l'axe dé la mèche qui entoure une bande centrale composée de boucles qui sont alignées parallèlement au grand axe de la structure, les branches de ces boucles se fondant dans l'une ou l'autre des branches des boucles complexes,
Une boucle 72 dont l'extrémité fermée 73 se trouve à' l'extrême gauche ,
de la vue s'étend la long de celle-ci pour se terminer à l'extrémité 74. Une branche 75 de la boucle, parce qu'elle provient d'une hélice se trouant à la partie inférieure de la couche, s'étend un peu plus en avant que l'autre branche 76 de la boucle. Les deux branches de cette boucle complexe sont entrelacées du fait de la croisure des branches qui se prouuit aux cinq points nodaux.(a - e). Cet entrelacement enchevêtre les branches et stabilise ainsi les bbucles complexes et est attribué à la formation de la boucle à partir d'une couche qui comprend deux hélices superposées reliées en série et de sens opposés. Le nombre de points nodaux présents correspond au nombre de tours dans chaque hélice de la couche.
Le maintien au cours de l'enlèvement et du retournement et après l'enlèvement et le retournement du rapport de superposi- tion avec décalage entre les couches du manchon se retrouve dans la structure de la mèche de boucles. Ainsi, la boucle 72 est contenue dans une autre boucle complexe axiale 79 provenant de la couche immédiatement suivante dans le manchon et les deux bou- cles sont interconnectées à l'extrémité antérieure 80 de la boucle 72. Les branches de la boucle 79 sont entrelacées de façon sem- blable à celles de la boucle 68.
En outre) la boucle 72 elle-même enveloppe une autre boucle complexe 81 dont l'extrémité fermée
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se trouve approximativement à mi-distance de la boucle 72Gette boucle contient également une autre boucle complexe 82 dont une partie seulement est représentée. L'agencement général de cette couche extérieure est celui d'un nid de boucles interconnectées ; axiales à structure complexe.
Dans ce nid de boucles se trouvent deux boucles 77 et
83 disposées le long de l'axe de la mèche en position plus ou moins centrale. Initialement, c'est-à-dire lorsque les couches se trou- vent sur le rouet) ces boucles dépassent vers l'extérieur de la masse principale mais du fait du retournement ont été amenées à . l'intérieur et sont donc noyées dans la mèche. La boucle 77 dont l'extrémité 78 s'étend jusqu'à l'extrémité fermée 73 de la boucle complexe 72 provient du tour intermédiaire de l'hélice extérieure de la couche dans laquelle la boucle 72 a trouvé son origine. Les branchas de la boucle 77 se confondent en deux endroits avec la ' branche 74 de la boucle complexe.
La boucle 83 dont une partie vers son extrémité fermée 84 est contenue dans la boucle 77, est dérivée de la partie d'une couche constituant la corde commune entre les hélices constituantes et, par conséquent, les branches de la boucle se transforment en différentes branches de la boucle complexe 82.
Les deux boucles sont représentées avec la torsion qui y est introduite ainsi que dans les boucles complexes, bien que pour la clarté la torsion présente dans ces boucles ait été supprimée,à l'endroit où les couches quittent la surface du rouet,
La Fig. 14 est une représentation schématique à très grande échelle de la mèche-de boucles'représentée à la Fig. 13 lorsque la mèche est descendue plus bas dans le passage et a été raffermie en lui donnant le degré de torbion désiré . pour former un fil stable. Cette figure,dans laquelle les chiffres de référence désignent les mêmes parties que dans la figure précé- dente,fournit une indication de la complexité de la structure et du rapport entre les différents éléments.
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Les boucles dans la mèche sont rarement disposées de façon aussi uniforme que le montrent les Fig. 13 et 14 car ces boucles sont toujours déplacées et enchevêtrées dans une mesure variable. En particulier, après le. raffermissement de la mèche par l'introduction de la torsion, il est rarement possible du fait de ia complexité de la structure'de distinguer entre les deux types de boucles qui agissent les unes sur les autres pour former un ensemble de boucles axial relativement compact. Mal- gré cette cdmpacité, l'ensemble des boucles est volumineux du fait de sa structure complexe contenant de nombreux vides entre les branches des nombreuses boucles.
Malgré les complexités de la structure, les configura- tions adoptées par les- boucles représentées aux F'ig. 13 et 14 se présentent avec une régularité suffisante pour que des coupes pratiqùées au hasard sur la longueur du fil contiennent approxi- mativemerit le même nombre de filaments.
Le nombre de filaments dans la section transversale correspond au rapport entra la vitesse périphérique du rouet et la vitesse linéaire à laquelle le manchon en est enlevé, multiplié par le nombre de filaments passant sur le rouet. Par exemple, si la vitesse périphérique du rouet est de 10. 000 pieds : par!minute et que le manchon en est enlevé à une vitesse liné- air+ de 250 pieds par minute, (1 pied = 30cm) on aura en supposant qu'un seulfilament soit dirigé sur le rouet, 10.000/250 ou environ 40 filaments en un point quelconque de la mèche.
Un certain nombre de filaments de ia mèche peuvent ne pas être limités à la disposition distincte formée par les bou- cles axiales interconnectées mais peuvent s'en échapper sur une partie de leur longueur. Le nombre de ces boucles est toujours moindre que dans une boucle provenant d'un manchon qui est enlevé du rouet suivant son axe de rotation et qui n'est pas retourné.
Tandis que le manchon se détache du rouet et descend
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dans le passage, une torsion y est introduite et cette torsion condense la mèche de boucles formée à partir du manchon pour obtenir un fil volumineux.
L'introduction de la torsion est un résultat de la rotation du rouet par rapport au mouvement linéaire de la mèche de boucles et résulte du fait qu'à un certain stade de l'enlève- ment du rouet, les couches à l'intérieur du manchon se trouvent en partie sur le rouet et en partie dans la mèche de boucles qui s'en est écartée sous l'influence du dispositif de renvidage. Une extrémité étant ainsi retenue dans la mèche qui est elle-même main- tenue par le dispositif de renvidage, l'autre extrémité tourne avec le rouet et, par conséquent, une torsion est introduite dans la mèche. Cette torsion introduite descend dans la mécne jusqu'à ce qu'elle rencontre une barrière de torsion.
La Fig. 15, comme on l'a indiqué plus haut, est une photo- graphie d'un modèle qui reproduit en fait la structure d'une faible longueur de fil obtenue suivant l'invention et observée au micro- scope.
Le fil comprend une âme relativement compacte 91 autour de laquelle un certain nombre de boucles relativement courtes 92 sont enroulées sur un nombre variable de tours d'hélice, formant ainsi une gaine mince discontinue 93. Le fil ne contient que quel- ques boucles dépassant radialement.
L'âme 91 comprend un enchaînement de boucles interconnec- tées alignées de façon essentiellement parallèle au grand axe du. fil mais ces boucles sont tordues ensemble en hélices plus ou moins régulières avec un angle d'hélice d'environ 70 .
Des sections transversales pratiquées au hasard sur la lon- gueur du fil indiquent un nombre approximativement constant de fila-, ments dans l'âme. Le nombre de filaments trouvé est en rapport ,avec la vitesse linéaire (E) à laquelle les filaments arrivent sur le rouet, leur nombre (N) et la vitesse linéaire (W) à laquelle les
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boucles sont enlevées du rouet , Le nombre peut être trouvé en multipliant le rapport 1 x N. Les sections transversales révèlent souvent en plus des filaments parallèles qui représentent les branches de la boucle l'extrémité incurvée d'une ou plusieurs boucles.
De nombreuses boucles a l'intérieur de l'âme, du fait de l'enlèvement progressif et régulier du mahchon du rouet,sont disposées de telle sorte qu'elles sont contehues sur au moins une partie de leur longueur dans une autre boucle,formant ainsi un nid de boucles avançant de façon générale le long du fil. Les- boucles à l'intérieur du nid sont stabilisées par l'entrelacement des branches qui les constituent. En plus de ce nid de boucles, on relève également la présence d'un certain nombre de boucles qui sont placées plus ou moins au centre de l'âme et essentielle- ment parallèles à son grand axe. Cet boucles disposées au centre proviennent de boucles qui, lorsque le manchon se trouvait sur le rouet, dépassaient vers l'extérieur de celui-ci.
Il faut noter que, du fait de la complexité de la Structure de l'âme, il est rarement possible de distinguer entre les deux types de boucles qui la composent, bien que leur présence puisse être déduite par observation au moment de la formation du fil. En outre, la disposition axiale des boucles à l'intérieur de l'âme est plus complexé que la.description ci-dessu ne l'indique et, en parti- culier, il existe un enchevêtrement Considérable entre des boucles adjacentes qui peuvent déformer le nid de boucles interconnectées tout en conservant dans son ensemble l'agencement du nid.
La re- .présentation d'ensemble est celle d'une disposition de boucles interconnectées contenant chacune un segment aligné essentielle- ment parallèlement au grand axe mais tordu en hélice dans ce sens.
Les boucles 92 qui sont enroulées autour de l'âme pour former une gaine discontinue 93 proviennent probablement de bou- cles dépassant vers l'extérieur du manchon initial qui n'ont pas
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été ramenées de la périphérie a l'intérieur au cours du retourne- ment du manchon.
'Le fil représenté a la Fig.'15 a une structure caracté- ristique de nombreux fils obtenus suivant l'invention. Toutefois, bien que certaines boucles dépassent toujours de l'âme et s'enrou- lent autour d'elle, elles ne doivent pas nécessairement être aussi nombreuses que dans la structure représentée à la Fig. 15, et la gaine peut être aiscontinue au point de perdre en grande partie l'aspect d'une gaine.
La Fig. 16 fournie à titre de comparaison est une photo-- graphie d'un,segment d'un fil fabriqué suivant le procédé décrit et revendiqué dans la demande de brevet précitée où le manchon assemblé autour du rouet en est enlevé suivant l'axe de rotation et n'est pas retourné. Le fil comprend une âme relativement compac- te et une région périphérique importante comprenant un grand nom- bre de boucles faisant saillie radialement. Ces boucles radiales donnent au fil un aspect duveteux ou chevelu bien marqué. Dans les fils de la présente invention, la plupart de ces boucles ra- diales,du fait du retournement au manchon, sont noyées a l'inté.. rieur du fil.
Le nombre moins important de bouclas radiales dans les fils de l'invention se traduit pas une valeur plus élevée du facteur de freinage par l'air qui est toujours d'au moins 7,5.
Cette valeur élevée provient de l'amortissement réduit d'un pen- dule contenant le fil et, par conséquent, la valeur relativement élevée déterminée pour le nombre d'oscillations entre une ampli- tude de 30 et 20 , La réduction du nombre de ces boucles donne au fil un aspect plus régulier et plus uniforme et rend son utili- sation, par exemple, par les métiers à tisser ou a tricoter, plus facile parce que le fil a moins tendance à s'accrocher dans les organes des machines et que les tissus qui en sont formés ont moins de tendance au boulochage. , '
Une caractéristique essentielle du fil représenté à la
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Fig, 15, comme de tous les autres fils de l'invention, .est son volume, c'est-à-dire le volume relatif occupé par un poids déter- miné.
Ce volume est le résultat non seulement des boucles facile-'' ment visibles qui enveloppent l'âmè ou en dépassent vers l'exté- rieur mais également de la structure de l'âme dans laquelle des boucles de structure complexe et comparables aux fibres coupées d'un filé sont nichées l'une dans l'autre en s'enchevêtrant. Du fait de leur nature volumineuse, les fils ont un excellent pouvoir couvrant et les tissus qui en sont faits sont chauds. La surface des fils' bien que plus régulière que le fil représenté à la Fig.
16 est encore itrégulière et cette irrégularité leur donne un tou- cher semblable à celui des filés formés de fibres coupées compara-0 bles :
Comme la torsion introduite dans la mèche de boucles est une fonction du mouvement rotatif du rouet par rapport à la vitesse linéaire avec laquelle le faisceau est entraîné par le dispositif de renvidage, elle est déterminée par les conditions de fonctionnement de l'appareil.
Ainsi, par exemple si les fila- ments passent sur le rouet à une vitesse de 10.000 pieds (3.000 m) par minute et que le manchon formé sur celui-ci tourne ensuite à 15.000 Pieds(4-500 m) par minute par rotation du rouet à cette vitesse,avant d'en être enlevé et renvidé à une vitesse de 250 pieds(75 mètres) par minute, le taux de torsion intro- duite est 15.000 tours par pouce ou 5 tours par pouce (25 mm).
250x12
Par conséquent, le degré de torsion Introduit qui donne au fil la cohérence et la stabilité nécessaires peut être réglé .d'une aon simple et efficace. La torsion optimum pour obtenir les meilleures propriétés dans le fil dépend de son denier et la rapport entre ces deux paramètres est exprimé de façon concise par le facteur de torsion.
Les fils les plus satisfaisants de l'invention ont un facteur de torsion compris entre 3/4 et 10 et le plus souvent
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entre 1 et 4. Le sens de la torsion introduite dépend du 'sens de rotation du rouet..
A des taux de torsion très faibles, le fil peut être étiré à un denier plus réduit par des moyens classiques.
L'appareil décrit avec référence à la Fig. 1 est du point de vue technique un appareil à fausse torsion puisque ni la filière ni l'enroulement sur lequel le fil est bobiné ne tournent autour de l'axe du fil et cependant le fil enroulé doit être considéré comme possédant une torsion vraie, Il est certain qu'il est virtuellement impossible d'éliminer un degré apprécia- ble de torsion du fil par application d'une tension à celui-ci, et que le fil est un produit stable qui peut être enroulé pour former un bobinage classique et conservé indéfinement.
L'invention sera illustrée par les exemples spécifiques qui suivent qui ne peuvent en limite, la portée.
Dans ces exemples, l'expression "fil correspondant" désigne un fil obtenu par un procédé semblable au procédé de l'invention mais sans le retournement du manchon.
EXEMPLE 1.-
On extrude du polyhexaméthylène adipamide ayant une viscosité relative de 35 par des orifices d'un diamètre de 0,009 . pouce (0,225 mm) dans la filière 13 à une température de filature mesurée à la filière de 273 C et un débit de 0,05 livre heure et par orifice.
Un de ces filaments passe à travers le guide de filament dans le mécanisme à va-et vient sinusoïdal représenté à la Fig.5 qui fonctionne à la vitesse de 50 cycles par seconde et à une ' amplitude de 1,5 pouce (38 mm) puis est enroulé autour du rouet tronconique dont les dimensions sont les mêmes que celles du rouet de la Fig.'2. Le rouet qui est entraîné par un moteur électrique à une vitesse de 18.000 tours par minute, ce qui lui donne une vitesse périphérique de 9200 pieds (2750 m) par minute est placé
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à 26 pbuces (650 mm) en àessous de la face de la filière et à 2 pouces (50 min)
en dessous du mécanisme à va-et-vient.Le filament est enroulé autdur du rouet sous la forme d'une succession de couches dont chacune dans cet exemple particulier a la forme repré- sentée à la Fig, 7, c'est-à-dire deux hélices reliées en série en- roulées en sens opposés sur une longueur de 1,5 pouce (38 mm) de la surface du rouet, l'une'recouvrant l'autre. Chaque hélice contient
3'tours de filament de telle sorte que 6 tours sont disposés pour un mouvement de va-et-vient complet.
Le diamètre du manchon tubu- laire Conique obtenu est de 2,5 pouces (63 mm) dans sa partie la plus large et 1,9 pouce (48 mm) dans sa partie la plus étroite,
Bien que la vitesse périphérique du roet varie tandis que le filament parcourt les 38 mm de sa longueur d'un bord à l'autre, on a trouvé que le dernier et la biréfringence du fila- ment qui a parcouru'ce trajet restent pratiquement constants en tous points de sa longueur.
L'absence de variations cycliques de denier et de biré- fringence des filaments enroulés sur le rouet s'explique probable- ment par le fait que les fluctuations'de la vitesse périphérique maximum à minimum le long du rouet se produisent si rapidement qu'elles sont annulées par l'élasticité inhérente du filament utilisé et n'affectent ni l'amincissement ni l'orientation qui sont principalement localisées dans la région où le filament est à l'état plastique fortement transitoire. Les mesures de biré- . fringence montrent que le.filament enroulé sur le rouet est:rai-. sonnablement bien orienté.
On dispositif de renvidage à vitesse constante enlève continuellement le manchon de la surface du rouet et l'entraîne par le passage axial de 1/2 pouce (13 mm) de diamètre à l'inté- rieur du rouet. Plus ou moins simultanément avec cet enlèvement, ' ; le manchon,du ±dit de l'inversion,du sens d'avancement,est re- tourné et, n'étant plus soutenu par le rouet,s'effondre. La mèche
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de boucles ainsi obtenue est tordue en un fil et, sous cette forme, est renvidée à 130 pieds (39 m) par minute.
Le manchon est enlevé du rouet et descend dans le passage sans l'assistance de dispositifs mécaniques autres que le renvideur.
Le fil qui présente 11,5 tours de torsion par pouce possède les propriétés suivantes;
EMI45.1
<tb> Denier <SEP> . <SEP> 206 <SEP>
<tb>
<tb> Charge <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 300 <SEP> g
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 30%
<tb>
Facteur de freinage dans l'air 12
Les filaments individuels dans le fil présents sous la forme de boucles ont une longueur variable jusqu'à 18 pouces' (450mm) et une biréfringence de 0,036 et un denier de 1,4.
L'importance du retournement du manchon comme un doigt de gant et son influence sur le fil obtenu est mise en évidence par l'aspect agréable régulier et fin et le toucher doux du fil.
Ces propriétés.sont mieux développées dans le fil que dans le fil obtenu sans retournement.
Le fil qui a l'aspect d'un fil de coton tordu possède un bon pouvoir couvrant et peut être facilement teint, et les tissus lui en sont formés ont un toucher doux et agréable et ne jaunissent pas sensiblement lorsqu'ils sont thermofixés. En
EMI45.2
outre, ils possèdent d'excellenteJcaractérist1queS de volume.
EXEMPLE 2.-
On extrude du polyhexaméthylène adipamide ayant une viscosité inhérente de 0,882 (mesurée dans un mélange phénol/eau à 90% à 25 C à une concentration de 0,5%) et contenant 0,03% d'oxydé de titane par des orifices de 0,009 pouce (0,225 mm) de diamètre d'une filière avec un débit de 0,05 livre (22,5g) par heure par orifice à une température de filière mesurée à la filière de 273 C dans de l'air ambiant a 20 C.
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Un des filaments de polyhexaméthylène adipamide passe suivant un trajet généralement descendant vers un rouet légère- ment décalé par rapport à la filière et à une distance de 38 pouces (950 mm) de sa face. Le rouet est profile de façon à res- sembler au rouet en forme de balle de fusil de la Fig. 3 et ses . dimensions sont les suivantes:
EMI46.1
<tb> Diamètre <SEP> maximum <SEP> 3,5 <SEP> pouces <SEP> (88 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> minimum <SEP> 3/4 <SEP> pouce <SEP> (19 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Longueur <SEP> axiale <SEP> 2,5 <SEP> pouces <SEP> (63 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> déclinaison <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> du <SEP> passage <SEP> axial <SEP> 1/2 <SEP> pouce <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb>
Le rouet est fixé par son arbre sur un moteur électrique qui l'entra!ne à 18.000 tours par minute, sa vitesse périphérique étant donc de 2820 mètres par minute.Avant de passer sur le rouet, le filament passe par le guide-fil de la barre à va-et-vient du , mécanisme alternatif représenté à la Fig.6 cette barre se trou,
vant dans un plan horizontal normal à un plan vertical passant par l'axe longitudinal du rouet. Le mécanisme à va-etivient est placé à 2 pouces (50 mm) au-dessus de la surface du rouet et fonctionne avec uno fréquence de 2000 cycles par minute et une amplitude de 1,5pouce (38 mm).
Benfilage est exécuté de la manière suivante.
Le filament après extrusion par la filière et après s'être presque entièrement solidifié est introduit dans une tuyère aspiratice de type classique et l'élan qui est communique* au fi- lament a pour effet de$le tendre. La tuyère est ensuite abaissée jusqu!à une position située en dessous du rouet tournant à sa vitesse normale et le filament entraîné par la tuyère est amené à travers le guide-fil, dans la barre de va-et-vient qui est au repos. 'Le filament est ensuite enroulé manulelement autour Le filament est ensuite enroulé manuellement autour de la surface du rouet, ce qui casse le filament au-dessus de la tuyère aspiratrice et le mécanisme à va-et-vient est simultané.. ment mis en mouvement.
Ensuite, le rouet enroule le filament
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sur lui-même et sous l'action du mécanisme à va-et-vient un man- chon approximativement tubulaire se fore autour du rouet, La périphérie du manchon à son extrémité étroite est entraînée à travers le passage axial, L'enlèvement du manchon de cette manie- re peut être obtenu en poussant un fil métallique dans et à tra- vers le passage, en laissant le manchon se condenser autour de lui, en écartant le fil de la mèche de boucles, et en dirigeant cette mèche vers un dispositif de renvidage.
Le dispositif de renvidage qui tourne à 80 pieds (24 m) par minute communique une tension pratiquement constante au manchon et, par conséquent, on atteint rapidement un équilibre entre la formation du manchon sur le rouet et son enlèvement sous la forme d'une mèche de bou- cles. Aucun dispositif mécanique autra que le dispositif de renvi- dage n'est nécessaire pour enlever le manchon du rouet. La tor- sion est introduite dans la mèche de boucles pour la'condenser en un fil et donner à ce fil la cohésion et la stabilité néces- saires. Le fil est ensuite enroulé sur une bobine.
Quelques-unes des propriétés du fil qui ont été déter- ' minées sont énumérées ci-dessous:
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<tb> Denier <SEP> 167 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Torsion(tours <SEP> par <SEP> pouce) <SEP> 18,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> torsion <SEP> 3,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ténacité <SEP> (g/denier) <SEP> 1,68 <SEP> ,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> (%) <SEP> 70,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> freinage <SEP> dans <SEP> l'air' <SEP> 10,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> volume <SEP> (%) <SEP> 3,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> d'enroulement <SEP> (g/cm3) <SEP> 0,88
<tb>
Les filaments individuels du fil ont un denier moyen de .
1,5 et une biréfringence de 0,038.
Le fil dont une photomicrographie est représentée à la Fig, 17 rappelle, par son aspect et son toucher, un fil filé de
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fibres coupée$ de polyhexaméthyléne adipamide et son volume, exprimé par le fauteur de volume, est plus grand. La photomicro- graphie montre que le fil contient un certain nombre de boucles radiales mais que le nombre de ces boucles est beaucoup plus gran4 dans le fil correspondant. On peut s'en assurer à la vue et au toucher et par mesure du freinage dans 1$air. Le freinage dans l'air du fil correspondant est beaucoup plus grand que.celui du fil de l'exemple 6 et le facteur de freinage est de 1,63.
EXEMPLES 3 à 6. -
En utilisant l'appareil de l'exemple 2, fonctionnant à même vitesse, on prépare des fils à partir de plusieurs filaments dérivés dû même polyhexaméthylène adipamide utilisé dans cet exemple, Le nombre.de filaments passât sur le rouet dans chaque cas et cert aines des propriétés des fils obtenus sont indiqués au tableaul,
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EMI49.1
' TABLEAU "."
EMI49.2
<tb> Exem- <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> Deniers <SEP> Propriétés <SEP> du <SEP> fil <SEP> Propriétés <SEP> du <SEP> filament
<tb>
EMI49.3
ple filaments ... .¯ ' ¯ ¯¯ . ¯ .
EMI49.4
<tb>
Torsion <SEP> Facteur <SEP> Ténacité <SEP> Allongement <SEP> Facteur <SEP> Deniers <SEP> Biréfringence
<tb> tours <SEP> de <SEP> g/denier <SEP> de
<tb> par <SEP> torsion <SEP> volume <SEP> % <SEP>
<tb> pouce
<tb>
EMI49.5
bzz 3 2 296 18. 75 , . 4.4 ¯ 1.13 61. lu 5.4 1.3 0.039
EMI49.6
<tb> 642 <SEP> 18.75 <SEP> 6. <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 19 <SEP> 84.2. <SEP> 3. <SEP> 1 <SEP> 1.1 <SEP> 0.037
<tb> 5 <SEP> 6 <SEP> 947 <SEP> 18.75 <SEP> 8.14 <SEP> 1.16 <SEP> 87. <SEP> 3 <SEP> 3.5' <SEP> 1.3 <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> 0.038
<tb>
EMI49.7
z - .. , 8 1223 18.75 8.92 0. 64 86.1 bzz.2 1.4 0.039
<Desc/Clms Page number 50>
Notes sur le Tableau I EXEMPLE 3. -
Le fil a le toucher d'un filé de fibres coupées de polyhexmaéthlène adipamide et peut .être tissé pour fournir un tissu chaud.
Le facteur de freinage dans l'air du fil correspon- dant est de 1,21.
EXEMPLE 4. -
La Fig. 18 est une microphotographie d'un morceau. de ce fil. Au microscope, le fil consiste en une âme relative- ment compacte et une gaine discontinue formée de nombreuses boucles généralement courtes enroulées autour de l'âme. On y .'trouve également un certain nombre de bouclesradiales dont certaines sont visibles sur la microphotographie mais le nombre de ces boucles est beaucoup moins important que dans le fil cor- respondant. Du fait du nombre moins élevé de boucles dépassant ' radialement, le fil a un aspect plus régulier, plus fin et un moindre freinage dans l'air (par conséquent, une valeur plus élevée du facteur de freinage. Le;facteur de freinage dans l'air pbur le fil correspondant est de 2.2,4 comparé à 67 pour le fil de l'invention.
EXEMPLE 5.-
Le fil de cet exemple a l'aspect d'un fil de coton .doux,¯possède un bon pouvoir couvrant et peut être transformé en tissus dont le toucher est dhaud et doux. Le facteur de freina- ge dans l'air pour le fil correspondant est de 1,33, EXEMPLE' 6.-
On a représentée une microphotographie d''un morceau de ce fil à la Fig, 19. A nouveau, le fil contient moins de boucles radiales.que le fil correspondant, ce qui se traduit par les valeurs obtenues pour le facteur de freinage dans l'air.
Le fil correspondant a un facteur de freinage dans l'air de le.35 tandis que le fil de l'exemple 6 a un facteur de freinage dans l'air de 34.
<Desc/Clms Page number 51>
La Fig. 20 montre sous forme d'un graphique la diffé- rence entre le freinage dans l'air des fils ae l'invention et le freinage dans l'air des fils correspondants et montre également l'effet de l'augmentation du denier sur le freinage dans l'air.
Le freinage dans l'air est mesuré de la façon décrite plus haut en montant une certaine longueur du fil dans un pen- dule et en mettant le pendule en mouvement, Le nombre ou la fraction d'oscillations qui se produit'entre une amplitude de 30 et de 20 est déterminé de façon appropriée, Le nombre représen- 'te le freinage dans.l'air mesuré. Ce nombre est ensuite porté sur un graphique pour le comparer au denier du fil,
Les trois points situés le long de la courbe A sont obtenus pour les fils des exemples 4, 5 et 6 respectivement, tandis que les trois points le long d@ la courbe B sont obtenus pour les fils corresponaants.
Le nombre moins important de boucles radiales dans les fils de l'exemple 4-6 (courbe A) comparé aux fils correspon-- dants (courbe B) leur donne un freinage dans l'air moins impor- tant et,.par conséquent, une valeur plus élevée pour le nombre d'oscillations entre les deux amplitudes. Les fils de la courbe A ont une valeur plus élevée pour le freinage dans.l'air mesuré parce que ce paramètre est exprimé ici par le nombre d'oscilla- tions mais ils ont en fait un freinage dans l'air réel moins élevé.
La ligne interrompue entre les courbes A et B indique la division en termes de freinage dans l'air mesuré entre les fils de l'invention et les fils correspondants obtenus dans les conditions de fabrication identiques mais en enlevant le manchon assemblé sur le rouet suivant-son axe de rotation,dans un sens, . sans le retourner. Les fils ayant un freinage,dans l'air mesuré se situant dans la région supérieure du graphique ont des fac- teurs de freinage dans l'air de 7,5 ou plus.
Le point C sur le graphique est le freinage dans l'air mesuré d'un fil de fibres coupées de téréphtalate de polyéthylène
<Desc/Clms Page number 52>
de 208 deniers. Lè facteur de freinage dans lair pour ce fil ainsi que pour de nombreux autres fils de fibres coupées est supérieur à la valeur de 7,5 et ces fils sont équivalents sous ce rapport aux fils de l'invention.
Les points D et E représen- tent le freinage dans l'air mesuré d'un filament continu de téréphtalate de polyéthylène de 159 deniers et d'un filament continu de polypropylène de 192 deniers,respectivement. Comme la surface de ces filaments est lisse avec très peu d'éléments qui font saillie, le freinage dans'l'air mesuré est élevé, c'est- à-dire que le freinage dans l'air réel est faible par suite de l'amortissement réduit.
EXEMPLE 7.-
L'appareil de l'exemple 2 est utilisé pour préparer des fils composés de filaments de téréphtalate de polyéthylène,
Les.dimensions importantes et la distance sont les mêmes que dans cet exemple.
On extrude en filaments à une températurede 280-
290 C, du téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité in- hérente de 0,675 (mesurée dans l'orthochlorophénol à 25 C,à une concentration de 0,8%) et contenant 0,3% de dioxyde de titane comme délustrant.
Trois des filaments de téréphtalate de poly- éthylène sont dirigés par le mécanisme à va-et-vient fonction- nant à 2000 cycles par minute et qui aune amplitude de 1,5 pouce (38 mm) sur le rouet tournant à 24.000 tours/minute.Le manchon formé sur ie rouet qui est constitué d'un grand nombre d'hélices interconnectées disposées en oouches superposées est continuel- lement détaché du rouet par un dispositif de renvidage à vitesse constante le long de son axe et s'effondre et est simultanément allongé dans le sens de l'axe pour former une mèche de boucles,
Cette mèche'de boucles est tordue en un fil et sous cette forme est renvidée à la vitesse de 36 mètres/minuter
Le fil ainsi obtenu a les propriétés suivantes.
<Desc/Clms Page number 53>
EMI53.1
<tb>
Denier <SEP> 29,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Torsion <SEP> (tours/pouce) <SEP> 16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> torsion <SEP> 1,28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ténacité <SEP> (g/denier) <SEP> 1,01
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> (%) <SEP> 104 <SEP> '
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> freinage <SEP> dans <SEP> l'air <SEP> 9,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> volume <SEP> (%) <SEP> 4,7
<tb>
Les filaments individuels du fil ont un denier de 1,22 et une biréfringence de 0,139.
EXEMPLES 8 à 11.-
En utilisant l'appareil de l' xemple 2, on prépare des fils à partir des différents polymè es filables à l'état fonaus indiqués au tableau II qui mentionne également les 'condi- tions importantes de la fabrication et certaines des.propriétés du fil. i
Tous les polymères contiennent 0,3% d'oxyde de titane comme délustrant, et les viscosités inhérentes des polymères .sont mesurées de la même manière que pour le polyhexaméthylène adipamide de l'exemple 2.
Notes sur le Tableau II EXEMPLE 8.-
Le fil est plus scintillant parce que les filaments qui le constituent sont trilobés, Le fil correspondant a un facteur de freinage dans l'air de 3,0.
EXEMPLES9 et 10.-
Les fils ont le toucher d'un filé formé de fibres coupées équivalentes et présentant un volume comparable. Les fils correspondants ont des facteurs de freinage dans l'air de 3,10 et de 1,88 respectivement.
EXEMPLE 11. -
Le filament composite de polyamide est composé de pro- portions égales en poids de polyhexaméthylène adipamide pour un des constituants et d'un copolymère aléatoire 80/20 de polyhexa-
<Desc/Clms Page number 54>
méthylène adipamide et de polyopsilon caprolactame pour l'autre .constituant;, Les deux constituants sont disposés cote à côte sur toute la longueur des filaments.
<Desc/Clms Page number 55>
TABLEAU 2.
EMI55.1
<tb>
Exem- <SEP> Polymère <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> Forme <SEP> Nombre <SEP> Fréqun- <SEP> Vites- <SEP> Vites- <SEP> Propriétés <SEP> du <SEP> fil <SEP> Propriétés <SEP> du
<tb> ple <SEP> filature <SEP> du <SEP> de <SEP> ce <SEP> du <SEP> se <SEP> pé- <SEP> de <SEP> ren- <SEP> filament
<tb> fila- <SEP> fila- <SEP> mouve- <SEP> riphé- <SEP> vidage
<tb> ment <SEP> ment <SEP> ment <SEP> de <SEP> rique <SEP> pieds/
<tb> va-et- <SEP> du <SEP> minute
<tb> vient <SEP> rouet
<tb>
EMI55.2
V1sto2 Tem-' v3tes= cycles/ pieds/' Denier Fàc- Ténâ- Allon -' fac':
fac- ' Den:ter Biréi'ri1
EMI55.3
<tb> sité <SEP> péra- <SEP> se <SEP> minute- <SEP> minute <SEP> teur <SEP> cité <SEP> gement <SEP> teur <SEP> teur <SEP> gence.
<tb> intrin <SEP> ture <SEP> livre$/ <SEP> de <SEP> g/de- <SEP> de <SEP> ou
<tb> sèque <SEP> de <SEP> heure <SEP> tor- <SEP> nier <SEP> frei-volufila- <SEP> orifi- <SEP> sion <SEP> nage <SEP> me
<tb> @ <SEP> ture <SEP> ce <SEP> dans
<tb> C <SEP> .
<SEP> l'air
<tb> 8 <SEP> Polyhe- <SEP> 0,982 <SEP> 290 <SEP> 0,05 <SEP> Tri- <SEP> 4 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 590 <SEP> 6,0 <SEP> 0,64 <SEP> 64,5 <SEP> 29,8 <SEP> 4,6 <SEP> 3,5 <SEP> 0,036
<tb> xaméthy- <SEP> lobée
<tb> lène <SEP> adipamide
<tb> 9 <SEP> Polyepsi- <SEP> 0,810 <SEP> 270 <SEP> 0,06 <SEP> Circu- <SEP> 3 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 455 <SEP> 5,4 <SEP> 1,12 <SEP> 58,5 <SEP> 20 <SEP> 3,2 <SEP> 1,6 <SEP> 0,037
<tb> lon <SEP> capro- <SEP> lai-
<tb> ¯¯¯¯¯lactame <SEP> re
<tb> 10 <SEP> Polyhe- <SEP> 0,851 <SEP> 280 <SEP> 0,06 <SEP> Circu- <SEP> 5 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 718 <SEP> 7,1 <SEP> 1,2 <SEP> 92,7 <SEP> 20,5 <SEP> 4,4 <SEP> 1,4 <SEP> 0,036
<tb> xaméthy- <SEP> .
<SEP> laire
<tb> lène <SEP> subéramide <SEP> C
<tb>
EMI55.4
Vnfila- o'8i 290 o,06 ci¯ 3 2,000 9,200 80 '406 52 o,96' Ç,4 26,6 3,5 1,9 ' 0 03 11 Un fila- p88 290 OiO6 Circu- 3 2,000 9,200 80 406 5,2 0,96 4le4 26,6 3,5 1.9 0,03
EMI55.5
<tb> ment <SEP> de <SEP> ' <SEP> laire
<tb> polyes- <SEP> laire
<tb> téramide
<tb>
<tb>
<Desc/Clms Page number 56>
EXEMPLE 1?..-
EMI56.1
On filament de.polyheaméth1)ède adipamide fabriqué comme dans l'exemple 2 est transformé en un fil en utilisant l'appareil de cet exemple.
Le rouet tourne à une vitesse cons- tante de 18.000 tours par minute et le manchon formé sur celui-ci est retiré suivant l'axe de rotation e enroulé en un fil à une vitesse de 80 pieds (24 m) par minutât Au cours de l'opération, , la fréquence du mouvement de va-et-vient est réduite par stades successifs en modifiant la vitesse de rotation du moteur entra!,.
nant l'embiellage et l'effet des différences vitesses de va-et- vient sur le procédé et le fil obtenu est déterminé, Les conclu- sions sbnt résumées au tableau III ci-dessous, T A B L E A @ III
EMI56.2
<tb> Fréquence <SEP> du <SEP> Procédé <SEP> Nature <SEP> du <SEP> fil
<tb>
<tb>
<tb> mouvement <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> va-et-vient
<tb>
<tb>
<tb> .
<SEP> Cycles/
<tb>
EMI56.3
' minuter ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI56.4
<tb> 4500 <SEP> Fonctionnement <SEP> régulier <SEP> - <SEP> Bonne <SEP> régularité
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> enlèvement <SEP> satisfaisant <SEP> avec <SEP> peu <SEP> de <SEP> bou-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> manchon <SEP> de <SEP> façon <SEP> régu- <SEP> clés <SEP> dépassant
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> libre <SEP> et <SEP> progressive <SEP> radialement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3500 <SEP> idem <SEP> Encore <SEP> régulier <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> avec <SEP> peu <SEP> de <SEP> boucles
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> dépassant <SEP> radiale-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ment
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2500 <SEP> idem <SEP> idem
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1000 <SEP> Enlèvement <SEP> par <SEP> à-coups <SEP> Le <SEP> fil <SEP>
commence <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> enlèvement <SEP> moins <SEP> régulier <SEP> Prendre <SEP> un <SEP> aspect <SEP> d'
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> . <SEP> un <SEP> fil <SEP> a <SEP> boutons,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> beaucoupmoins
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> régulier-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 650 <SEP> A-coups <SEP> très <SEP> fréquents <SEP> et <SEP> Fil <SEP> presentant <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fonctionnement <SEP> continu <SEP> nombreux <SEP> boutons
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> difficile <SEP> . <SEP> et <SEP> (futilité <SEP> limitée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> suite <SEP> de <SEP> son
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> irrégularité
<tb>
De nombreux types de filaments conviennent pour le fil de l'invention et le procédé décrit a été appliqué avec succès pour obtenir des fils filamentaires continus volumineux .
à partir de matières polymères très diverses, Par exemple, des filaments appropriés sont préparés à partir de polyamides formant
<Desc/Clms Page number 57>
des fibres tels que le polyhexaméthylène adipamide, le poly-
EMI57.1
epsilon caprolactbze et 1,'acide poly-oméga-aminoundécanoqust les polyesters tels que le téréphtalate de polyéthylène, les dérivés de cellulose comme 1'acétate ou le triacétate de cellu- lose, les composés polyacryliques, les polymères vinyliques, les polymères de vinylidène, les polyuréthannes, les polyhydrocar- bures, etc, Des filaments composites et des filaments provenant de mélanges de matières polymères peuvent être également utilisés.
On préfère utiliser parmi ces polymères ceux qui sont filables à l'état fondu et qui sont étirés lors de la filature et au cours de la même opération qui sert à les attirer vers le corps rotatif.
Bien que l'appareil et le procédé de l'invention con- viennent pour des filaments présentant une section transversale normale, tels que ceux obtenus lorsqu'une filière à orifices circulaires est utilisée pour la filature, aes filaments aYant une section transversale non circulaire conviennent également, par exemple les filaments de polyhexaméthylène à section trilobée de l'exemple 10, et peuvent communiquer des propriétés désira- bles aux tissus qui en sont formés.
Un fil acceptable possédant de bonnes caractéristiques de volume peut être dérivé d'un filament unique, bien que des filaments beaucoup plus nombreux, généralement ne dépassant pas 50, puissent être également utilisés. ,
Il résulte de ce qui précède que les avantages de l'in- vention sont nombreux. Les fils volumineux et les tissus qui en sont constitués ont tendance à posséder les propriétés, notamment le toucher, le pouvoir couvrant et la chaleur normalement associés aux structures formées de filés de fibres coupées. En outre, les propriétés inhérentes à la matière formant les filaments continus se retrouvent dans les produits obtenus, par exemple les caracté- ristiques de résistance à l'usure, de ténacité et d'imputrescibilité
<Desc/Clms Page number 58>
associées par exemple aux fils et tissus de polyamide.
Les fils peuvent être facilement manipulés dans les métiers textiles clas- siques et ont été tissés et tricotés pour fournir des tissus utiles. Les tissus, du fait du volume des fils qui les constituent, sont chauds et ont un bon pouvoir couvrant.
Le fil volumineux est fabriqué de façon simple et économique par un procédé qui n'exige que des appareils extrême- mentsimples et qui s'intègre entièrement à la filature des filaments continus à partir d'une source de matière première.
Le procédé utilise des filaments continus de denier extrêmement fin pour produire un fil volumineux de denier beaucoup plus important contenant de nombreux filaments dans sa section trans.. versale et dont le volume est inhérent à la structure et est stable au cours des traitements ultérieurs des fils pour les transformer en tissus sans qu'il soit nécessaire de les thermo- fixer.
Les termes acteur de freinage dans l'air", "facteur de volume et "facteur de torsion" utilises dans les revendica- tions ont été définis plus haut.
REVENDICATIONS 1.- Fil filamentaire continu comprenant un grand nombre de boucles interconnectées disposées de façon essentiellement parallèle à l'axe longitudinal du fil, caractérisé en ce que le -fil possède un facteur de freinage dans l'air d'au moins 7,5, un facteur de volume d'au moins 1,3 et un facteur de torsion d'au ' moins 3/4.
<Desc / Clms Page number 1>
Continuous filament yarns, method and apparatus for their manufacture,
The present invention relates to yarns containing one or more continuous filaments of polymeric material, and to a method and apparatus for making such yarns.
The filaments of polymeric material are most preferably made as continuous yarns by wet, dry or melt spinning processes. These conventionally made continuous filaments are essentially straight with regularity. In yarns from these continuous filaments these qualities facilitate the settling of adjacent filaments and the yarn has a relatively dense and compact structure.
This compactness results in several undesirable properties of these continuous filament yarns, for example low covering power, low power.
<Desc / Clms Page number 2>
thermal desolation, a low degree of volume and a fairly cold feel which reduce the interest of their advantageous characteristics such as, for example, their often excellent tenacity.
In contrast, with continuous filament yarns those originating from staple fibers have relatively reduced mechanical strength but better covering power, better thermal insulating power and better bulk and softer feel, and these properties are generally attributed to. the presence in these yarns of fibers of irregular length and numerous discontinuities.
During the last ten years or so much research has given rise to a large number of publications, including patent applications, to obtain some of the desirable qualities of a staple fiber yarn spun in a yarn. filamentary continuous filament, and numerous methods and devices have been proposed for modifying a continuous filamentary yarn and achieving this goal.
These modified continuous filament yarns are typically made by processes in which a bundle of filaments is treated to creep, curl, or otherwise disperse individual filaments contained in that bundle and this operation is not normally performed properly. fully integrated with the extrusion process and the manufacture of continuous filaments constituting the yarn.
One reason which can be put forward to justify this phenomenon is the high linear speed of the extruded filaments which is of the order of 1200 meters / minute in the case of polyamide or polyester filaments. This high speed makes it difficult to process the moving filaments properly. Another reason has to do with the nature of many freshly spun filaments which, due to their low molecular orientation, generally have low tenacity and are therefore unsuitable for many textile applications.
<Desc / Clms Page number 3>
In the patent of June 10, 1965 of the Applicant entitled "Yarns of pulymeric material, methods and apparatus for their manufacture", has been described and claimed, inter alia, a method for making new continuous filament yarns from one or more filaments. continuous, a process fully integrated with the extrusion and formation of the constituent filament or continuous filaments.
In this process, one or more freshly spun continuous filaments are passed over a rotating body preferably tapering towards one end such that an approximately tubular sleeve comprising a series of interconnected layers is formed around it. the surface of the body, the sleeve is continuously withdrawn from the body * in the direction of its axis of rotation, preferably at its thinned end, and the yarn obtained is collected in a regular manner. The speed at which the sleeve is withdrawn from the rotating body must not only be less than the peripheral speed of the body but also its speed of rotation to allow the introduction of a twist in the wire.
Each layer in the sleeve formed around the surface of the rotating body comprises two helices of opposite pitch connected in series and when the sleeve is withdrawn from the surface of the body the two helices connected in one layer collapse in a direction. tion and are simultaneously elongated in the direction of removal, thus forming a long loop of complex structure. Therefore, the yarn which comes from the sleeve comprises a multiplicity of loops extending essentially axially the majority of which are contained on at least a part of their longevity in another loop, because the sleeve is removed in a regular and gradual manner, the layers separate
<Desc / Clms Page number 4>
both of the surfaced in the order in which they were assembled there.
This arrangement of the axially extending loops is a factor which gives the yarns their excellent bulk characteristics. However, in addition to this nest of axially extending loops, the yarn still contains a varying number of generally shorter loops which emerge from the nest of aligned loops and often protrude outwardly in radial directions. These shorter, radially protruding loops are considered to be derived primarily from loosely wound helix turns when *. that they are present in the sleeve and which, under the influence of the centrifugal force coming from the rotation of the body, are projected outwards by flowing from its surface.
These loops which project radially are often so numerous that they give the wire a distinct peripheral zone and a hairy or downy appearance.
The presence in the yarn of these radially projecting loops, particularly when they are present in relatively large number, confers on the yarn certain undesirable characteristics. For example, yarns containing a relatively large number of such radially protruding loops have an irregular surface with a fringed outline and some lack of uniformity in cross section. In addition, fabrics obtained from these threads have a certain tendency to pilling and may have a "catch" feel which can be attributed to the loops which catch in the fingers.
While it was possible to reduce the extent to which these radially protruding loops appear, while still retaining the arrangement of axially extending interconnected loops, thereby providing a desirably high bulk, the utility of continuous filament yarns. would be correspondingly increased.
<Desc / Clms Page number 5>
An object of the present invention is to provide a continuous filamentary yarn which comprises a multiplicity of interconnected loops extending essentially axially which, without being subjected to treatment after its formation, contains a reduced number of loops which protrude radially and have in cross-section a uniformity greater than that of the continuous filament yarns obtained by the process described and claimed in the aforementioned patent.
The reduction in the number of loops which protrude radially in the yarns of the invention is generally apparent to the eye and to the touch and it is possible to determine the actual number of loops which protrude radially in the two types of yarns. yarn and therefore express the reduction in absolute terms. However, it will be noted that because of the fineness of the loops and their number, particularly in one type of yarn, the direct determination of the actual number of loops which protrude radially is a tedious operation which takes a great deal of time. and which cannot be used for quick and convenient measurement of long stretches of wire. A very simple and convenient way to determine the number of loops that protrude radially in a given wire is to measure the air lock of the wire.
Thus, although it is known that the air braking of a yarn is a complex phenomenon influenced by many variable factors, besides the number of loops which protrude radially, the Applicant has discovered that, as long as an appropriate correction is made to compensate for the effect of the denier, the air braking of a yarn provides a sure indication of the number of loops which are protruding radially.
In the description and claims the number of radially protruding loops is expressed by means of the air braking factor of the yarn in which they are present.
<Desc / Clms Page number 6>
Therefore, the present invention provides a continuous filamentary yarn which comprises a multiplicity of interconnected loops which are arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the yarn, characterized in that the yarn has an air brake factor. as defined herein at least 7.5.
The yarn is further characterized by having a volume factor of not less than 1.3 and a twist factor of at least 3/4.
The continuous filament of the present invention may consist almost entirely of an array of interconnected loops which are aligned substantially parallel to the longitudinal axis of the structure, with a majority of loops contained for at least part of their length to inside another loop. Alternatively, the wire may comprise a relatively compact network of axially extending, interconnected loops the majority of which are contained for at least part of their length within another loop and a number of loops generally. shorter ones which emerge from the relatively compact network and which are wound around it to form a discontinuous sheath.
Although the number of radially protruding loops is very small in the yarn of the present invention compared to the yarns obtained by the process described and claimed in the aforementioned patent, these loops are generally still present although their number is never sufficient to give the wire an air braking factor of less than 1.5.
Definitions
The air braking factor is derived from the measured air braking of the yarn by applying an appropriate correction to it for the observed increase in air braking with increasing denier, and is calculated by the following formula: '
<Desc / Clms Page number 7>
Air braking factor = Measured air braking), 4 x denier
102
The air braking of a wire can be conveniently measured by feeding a section of the wire into a pendulum device and determining the number of oscillations that occur between two amplitudes on one side as it moves. swinging of the pendulum is damped.
The pendulum consists of a 2 meter section of wire attached to one end with a 4 g weight attached to its opposite end. The pendulum is then set in motion with approximately the same momentum in each case and the number of times the pendulum swings to one side between an amplitude of 30 and 20 is determined. The more efficient the pendulum damping, the smaller the number of oscillations between the two amplitudes. The number of oscillations between the two amplitudes represents the measured air braking. volume factor.
This factor is defined as the percentage change in the diameter of the wire when a given load is applied to it and it can be determined, conveniently using a conventional calibrated feeler gauge. In the description and the claims, the indicated volume factors are determined as follows:
Five turns of the wire are wound under a tension of
0.01 g per, denier around a flat plate 1 mm thick and 10 cm long, the loops of the winding being spaced at a distance of 2.5 mm. The plate is supported on the platen (3/4 inch in diameter) of a conventional calibrated feeler gauge, the loops of the wire being arranged symmetrically across the platen.
The 3/4 inch (19mm) diameter top plate of the gauge is then lowered onto the wire under a 10g load and a gauge reading is taken at a stable value. This reading indicates the initial approximate thickness.
<Desc / Clms Page number 8>
As to the yarn, the low weight has little effect on the yarn except that it flattens any surface smoothness but is necessary to obtain a reading.
The load is then increased to 50 g and a reading of the gauge again is taken when stable. The percent decrease in diameter which results from the application of the 50 g load is determined by the two readings on the feeler gauge. This percentage reduction is related to the volume of voids present in the wire and is therefore an indication of its volume because the more voids there are in the wire, the greater the decrease in diameter during the application. cation of the 50 g charge.
The percentage decrease in diameter is relatively high for the bulky yarns of the present invention which have a complex structure, and it is far less for continuous filament yarns, in which the individual filaments are tightly packed and in which they are formed. there is, therefore, little void volume.
Torsion factor
This factor is defined (see for example "Textile Terms and Definitions", 4th edition, published by the Textile Institute, Manchester) as the actual twist divided by the square root of the cotton number. The ratio of cotton number to yarn denier is well known and a denier value can be easily converted to a corresponding cotton number.
The present invention further provides a process for making a continuous filamentary filament wherein a continuous filament is formed by extruding a polymeric material, passing the continuous filament thus formed to a rotating body around the surface of which the filament. filament is wound up and whose peripheral speed is sufficient to apply tension to the filament, and to thin this filament as it passes through the body, the filament is communicated during its passage
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towards the body a reciprocating motion which has the effect of winding the filament around the body in the form of a sleeve, the sleeve is continuously withdrawn from the surface of the rotating body at a speed which is lower than the peripheral speed of the body , we ,
the sleeve is turned over and the wire thus formed is collected in a regular manner.
The sleeve may be turned over simultaneously with its removal from the body surface or subsequent to such removal. However, it is very convenient to turn the sleeve more or less simultaneously with its removal from the body and this can be done by moving the sleeve along the surface of the body so that its direction of forward movement is essentially parallel to the sleeve. the axis of rotation of the body and then, when the sleeve leaves the surface of the body, pulling it in the opposite direction through a passage contained within the body.
The generally quite short loops which normally protrude outward from the main mass of the sleeve and which are caused by the centrifugal force due to the rotation of the body are transferred by the overturning of the periphery. internally and, therefore, the resulting yarn has a more regular and smooth surface, a more attractive feel, greater uniformity in cross-section and reduced air lock compared to yarn derived from a sleeve which does not did not return like a glove.
The speed at which the sleeve is withdrawn from the rotating body must be less than the peripheral speed of the body to allow the sleeve to accumulate therein. Further, the introduction of a twist which is necessary for stabilization and firming of the resulting yarn implies that the removal speed must always be lower than the rotational speed of the body.
Normally, in the practice of the method of the invention,
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as the rotary body advantageously has fairly small dimensions, the peripheral speed is lower than the speed of rotation and, in this case, the peripheral speed sets an upper limit for the speed of removal. When the peripheral speed exceeds the speed of rotation, it is the latter which sets an upper limit for the removal speed. vemant.
Although the formation of a bulky continuous filament from a single filament is an advantageous point of the process of the invention, and the use of a single filament may be desirable economically or to provide a yarn which has a desired final denier, many more than one filament can simultaneously pass to the rotating body and be joined directly to form a continuous filament yarn.
As the denier of the continuous filamentary filament increases with the number of filaments constituting it, there is an upper limit to the number of filaments which can be assembled to form a yarn acceptable for normal textile applications.
For most applications, the number of filaments passing simultaneously to the rotating body does not exceed 50, although this number may vary to some extent depending on the actual denier of the filaments.
The invention also provides an apparatus for making a wire which comprises a device for extruding a poly material. mother form one or more continuous filaments, a reciprocating mechanism placed at a distance away from the extrusion device and intended to impart reciprocation to the filament, a body arranged to rotate with a speed device high enough to apply tension to the filament and assemble the filament around its surface in the form of a sleeve, and a device for removing the sleeve.
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chon slower than the peripheral speed of the rotating body,
a device for turning the mancho simultaneously with its removal from the surface or after its removal and a device for collecting the yarn thus obtained.
In a practical form of the apparatus according to the invention, the rotating body contains an axially extending passage and the sleeve is turned over by pulling it through this passage in a direction opposite to the direction of movement towards. the front of the sleeve as it moves along the surface of the rotating body during removal. The same device that acts on the sleeve to remove it from the body surface can be used to pull it through the passageway. extending axially and may further serve to collect the wire which is formed.
The term "continuous filaments" used in the present context and in the claims denotes filaments which have an indefinite length and which, in the practice of the process of the invention, are continuously formed by extrusion from a source of polymeric material. . The term does not include short fibers commonly referred to as "staple fibers".
In one embodiment of the invention, the continuous filaments are extruded through the orifices of a spinneret from a source of polymeric material and one or more of the continuous filaments pass along a substantially defined path. most often downwards, until they are almost completely solidified, can be directed by a reciprocating mechanism on a rotating body around which the filaments are wound in the form of a sleeve comprising a certain number of superimposed and interconnected propellers.
The sleeve is continuously moved along the surface of the rotating body so that the direction of its forward movement is substantially parallel to the axis of the sleeve.
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rotation and more or less simultaneously with its separation from the surface of the body, its direction of forward movement is reversed and it is pulled through an axially extending passage ... contained in the rotating body .
The reversal of the direction of travel thus obtained reverses the sleeve and causes the loops which project outwardly from the main mass of the sleeve, when assembled around the rotating body, to pass inside the sleeve. structure that is pulled through the passage .., wise. The removal of the sleeve from the surface of the body and its pulling through the passage is conveniently effected by a constant speed winding device which operates at a speed lower than the peripheral speed of the body and which collects the formed wire from the body. sleeve which is pulled through 'this device.
The sleeve which is continuously developed by the supply of the filaments passing towards the rotating body is also continuously unwound from the surface of the body in a gradual and regular fashion so that it can be regarded as one. momentary assembly of coiled filaments.
The rotating body can have different shapes but it is preferable that its profile is such that it tapers in the direction that the sleeve is removed, which facilitates the removal of the sleeve as a cohesive integrated structure. important to give the wire some of its essential characteristics, Particularly suitable rotating bodies are. those which have a shape described by a rectilinear generator. Examples are conical or frustoconical or essentially cylindrical bodies. As regards cylindrical shaped bodies, particularly good results have been obtained with a cylindrical body which tapers slightly (angle of about 5) towards the end where the sleeve is removed.
Bodies of essentially hemispherical or para-
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bolique can also be used in the process of the invention.
The body can be constructed from metal, plastic, ceramic or any other suitable material.
Advantageously, the body comprises a one-piece shaft with it, which may be hollow, to connect it to a suitable drive device.
The passage, when provided in the body to facilitate turning essential to the sleeve, is preferably disposed axially within the body, i.e. it extends through the body into the body. the plane of its axis. The passage should have a diameter large enough to accommodate the sleeve which is pulled through the passage.
The peripheral speed, that is, the speed of the surface of the rotating body around which the filament is wound in the form of superimposed and interconnected helices, should be of an order of magnitude such that the body imparts tension As the filament moves towards it, the application of tension to the filament by the rotating body thins it over the distance between the face of the spinneret and the point where the filament is almost fully solidified.
Further, under the force imposed by the rotating body, the filament is accelerated as it approaches the body. Hence, the spinning speed of the filament which is the speed of the filament at a point where its solidification is practically completed and where its thinning with reduction of filament denier has practically ceased depends directly on the peripheral speed of the rotating body. Therefore, the spinning speed of the filament can be directly and efficiently adjusted.
Filaments of certain polymeric materials, particularly filaments derived from synthetic organic polymeric materials such as, for example, polyamides, polyesters, polyhydrocarbons, polyurethanes, polycarbonates, etc., are
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macromulecularly oriented as well as thinned and accelerated by the rotating body. The degree of orientation developed in freshly spun filaments is related to the speed of peripheral rotation in that the orientation is more effective the higher the speed is up to some variable limit.
Therefore, when using synthetic organic polymeric materials in the invention, the spinning and drawing can be performed in one operation and the yarn formed from the sleeve withdrawn from the rotating body contains drawn continuous filaments.
The effect of different peripheral speeds on the amin-. slowing, acceleration and possibly the macromolecular orientation of the filaments passing towards the body will be described in detail in one of the passages of the brief, but it can be indicated at this stage that internal peripheral speeds of 2100 meters per minute are generally associated. to yarns whose properties are relatively lower than those obtained by using bodies rotating at a higher speed and the spinning speed of the filaments is also low, which results in a productivity generally leaving to be desired.
As to the reciprocating mechanism, any device can be used which can impart to the moving filament a reciprocating motion accelerating the filaments along the length of the rotating body in a series of superimposed and interconnected helices. Particularly suitable reciprocating mechanisms are those in which the filament passes through a wire guide contained in a reciprocating bar to which reciprocating motion is imparted by mechanical, hydraulic, electromagnetic or other means. .
The advantageously high peripheral speeds of the rotating body impose a lower limit on the speed of the movement.
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alternative method to obtain satisfactory results of the process and the formation of a yarn having good properties.
This lower limit of the reciprocating motion varies widely depending on a number of variable factors including, in particular, the peripheral speed of the rotating body. It is preferred to use high reciprocating speeds over the speeds normally used to wind up continuous filaments in a continuous filament spinning machine. In the latter role, the speed of the reciprocating motion generally hardly exceeds 500 cycles per minute.
In contrast, the reciprocating motion speeds that the invention has to create for the process to operate smoothly and to obtain a wire of maximum utility,. are generally greater than 600 cycles per minute and preferably 1000 cycles per minute when the reciprocating mechanisms are used in conjunction with rotary bodies having peripheral speeds between 2100 and 600 meters per minute. '
Slightly lower reciprocating speeds are acceptable when the peripheral speed of the rotating body is less than 2100 meters per minute.
The invention will be clearly understood by referring to the accompanying drawings, in which:
Figures 1A and B are different schematic representations of the same apparatus useful in practicing the invention;
Figs. 2-4 are perspective views of differently shaped bodies which can be used as a rotating body in the apparatus of Fig. 1; Fig.5 shows a plan of a reciprocating mechanism which may be used in the apparatus of Fig.l;
Fig. 6 is another reciprocating mechanism which
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can be used in the apparatus of Fig.1; .
Fig.? is a schematic representation of the shape of a filament wound in a layer around the rotating body;
Fig.8 is a developed view of the form of Fig.7; ,
Fig. 9-10 are schematic and idealized views illustrating the structure of the sleeve that forms around the rotating body and the relationship between the different layers of it on the body and as the sleeve is removed and turned over. by being pulled through an axially extending passageway in the body;
Fig. 11 is a schematic view illustrating in detail and in a more or less idealized fashion the ratio between two layers of the sleeve in the region where the sleeve detaches from the rotating body and is inverted;
Fig. 12 is a schematic view similar to FIG. 11 but showing how the layers constituting the sleeve can be changed under working conditions and the effect of overturning on the layers when they are removed. The view shown is closer to the structure which is actually that existing in the sleeve; Fig. 13 is a schematic view on a much larger scale of part of the loop strand coming from the sleeve after it has been detached from the rotating body and illustrates the relationship between the various loops constituting this drill bit and the structure individual loops;
Fig. 14 is a schematic view similar to FIG. 13 but on a reduced scale and shows how the various loops act together to produce a more complex and compact structure than that shown in the previous figure;
Fig. 15 is a photograph of a model of a certain length of wire made in accordance with the invention observed under the ordinary microscope;
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Fig. 16 is a photograph of a model of a certain length of wire obtained by the method described and claimed in the aforementioned patent when viewed under an ordinary microscope and is included for comparison;
Fig. 17-19 are photomicrographs at 10 times magnification of certain lengths of wire produced according to the process according to the process indicated in the various examples which follow, and,
Fig. 20 is a graph showing how the air braking measured as described herein increases with the denier of the yarn and this figure also allows a comparison between the air braking of yarns according to the invention, of staple fiber yarns. correspondingly spun yarns and yarns obtained by the process described and claimed in the aforementioned patent.
Referring to Figs 1A and B, fresh continuous filament spun denotes pa :. the reference numeral 20 is extruded through an orifice (not shown) in a die 21, in air at room temperature. The extruded filament after cooling and solidifying during its downward passage through air is wound around the continuous surface of a body 22 which has the shape of a truncated cone. Body 22 contains an axially extending passage 23 which is formed by drilling a 1/2 inch (13 mm) diameter hole through the body from the nose to the widest part in the plane of its longitudinal axis. .
The body also contains an integral hollow shaft 24 which is connected to a suitable drive mechanism (not shown) which rotates the body. The peripheral speed, that is to say the speed of the surface of the rotating body, which will be called in the following description, a spinning wheel, is high enough to apply a tension to the filament and, therefore, to 'thinned during its passage' between the die and the spinning wheel.
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The continuous filament in its downward motion passes through the yarn guide (not shown) of a reciprocating mechanism generally designated by the reference numeral 25 placed at a small distance above the surface of the wire. spinning wheel. The reciprocating mechanism communicates a reciprocating motion to the moving filament in a plane normal to the mean direction of movement of the filament and parallel to the longitudinal axis of the spinning wheel 22.
As a result of the reciprocating motion imparted to the filament, it is wound on the surface of the impeller from one end to the other in the form of a series of interconnected helices which accumulate in a thinned tubular sleeve 26. The sleeve which develops by winding the continuously advancing filament is gradually removed, from the inclined surface of the impeller, and then across passage 23, under the effect of the imposed force by a conventional winding device.
Reversing the direction of forward movement which occurs more or less simultaneously with the removal of the sleeve from the surface of the impeller causes the sleeve to turn over. Thanks to the turning of the sleeve, the loops of relatively short length which protrude outward from the main mass of the sleeve when it is on the impeller and which are formed mainly by the action of centrifugal force on the towers Loosely wound helices are transferred from the periphery to the interior.
Removal of the sleeve from the surface of the impeller and its downward movement in the passage is associated not only with its overturning but also with its collapse as it ceases to be supported by the surface of the impeller, and its elongation. under the influence of the tensile force exerted by the winding device in the axial direction. The sum of these effects provides a strand 27 of interconnected loops which comprises a mass of relatively long loops of complex structure which surround a thin strip of generally shorter single loops which are located along the major axis of the loop. wick or
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parallel to this axis and the elements of which penetrate into the branches of the more complex outer loops.
Soft. The impeller rotation element introduces a torsion into the drill bit driven along the axis of rotation. The introduction of torsion. begins in the region where the bit departs from the surface of the rod and descends along the bit a varying distance often until a torsion barrier is encountered. The ceramic guide ring 28 through which the wick 27 passes constitutes such a barrier and it is observed that in most cases the twist is almost entirely communicated before the passage of the wick through this barrier: The wire 29 thus obtained is wound in the form of a winding with thinned ends on a known winding apparatus using a reciprocating mechanism (not shown).
As illustrated, the wire is placed on a spool 30, the surface of which is driven by a roller 31 to form a winding. of wire 32.
The speed of the wire-take-off spool which practically regulates the speed at which the sleeve is helped out of the impeller 22 is always well below the speed of rotation of the impeller. This speed is always kept constant during a determined operation and in relation to the speed of rotation of the impeller according to the desired characteristics for the wire. for example the degree of twist.
The spinning wheel around which the filament is wound in the form of a sleeve and which applies tension to the filament, thus continually elongating it at a speed greater than the extrusion speed, is generally shaped so as to s 'to slim in the. sense that the sleeve is removed so that it can be removed regularly as a cohesive and integral structure.
Figs. 2-4 are perspective representations of impellers successfully used in practice in the invention in the apparatus of FIG. 1.
Each of the spinning wheels has a lightweight hollow construction with a continuous surface and is executed from high-grade aluminum alloy.
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tenacity.
The one piece hollow shaft with the impeller serves to connect it to a suitable driving device; advantageously an electric motor, which turns it,
The frustoconical spinning wheel of FIG. 2 has the following dimensions:
EMI20.1
<tb> Diameter <SEP> maximum: <SEP> 3 <SEP> 1/4 <SEP> inches <SEP> (82.5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Diameter <SEP> minimum <SEP>: <SEP> 1 <SEP> 1/4 <SEP> inch <SEP> (32 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Length <SEP> on <SEP> long <SEP> of <SEP> axis: <SEP>: .3 <SEP> 1/8 <SEP> inches <SEP> (79.5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Angle.de <SEP> declination:
<SEP> ' <SEP> 19
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> of <SEP> declination <SEP> 19 <SEP> inch <SEP> (13
<tb>
<tb>
<tb> Diameter <SEP> internal <SEP> passage <SEP> 1/2 <SEP> inch <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb>
<tb> The <SEP> spinning wheel <SEP> in <SEP> shape <SEP> of <SEP> ball <SEP> of <SEP> rifle <SEP> of <SEP> the <SEP> Fig. <SEP> 3
<tb>
has the following dimensions:
EMI20.2
<tb> Diameter <SEP> maximum: <SEP> 3 <SEP> inches <SEP> (76 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Diameter <SEP> minimum: <SEP> ' <SEP> 1 <SEP> 1/8 <SEP> inch (28.5 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Length <SEP> on <SEP> long <SEP> of <SEP> axis: <SEP> 2 <SEP> inches <SEP> (51 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> of <SEP> declination:
<SEP> 3
<tb>
<tb> Diameter <SEP> internal <SEP> of <SEP> passage <SEP> 1/2 <SEP> inch <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb> The <SEP> spinning wheel <SEP> essentially <SEP> cylindrical <SEP> slightly <SEP> coni-
<tb>
than in FIG. 4 has the following dimensions:
EMI20.3
<tb> Diameter <SEP> maximum: <SEP> 2..7 / 8 <SEP> inches <SEP> (73 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Diameter <SEP> minimum: <SEP> 2 <SEP> 5/8 <SEP> inches <SEP> (66.5 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Length <SEP> on <SEP> long <SEP> of <SEP> line: <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> inch <SEP> (38 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Angle <SEP> of <SEP> declination:
<SEP> 4
<tb> Diameter <SEP> internal <SEP> of <SEP> passage, <SEP> 1/2 <SEP> inch <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb> The location <SEP> of <SEP> spinning wheel <SEP> by <SEP> report <SEP> to <SEP> the <SEP> sector <SEP> is not
<tb>
not critical and the process can operate with the impeller on the same vertical line as the die or offset from the die
In terms of distance from the spinneret, the spinning wheel should be placed beyond the point where the descending filament has practically solidified, otherwise the filament may break into staple fibers when:
comes into contact with the spinning wheel and when several filaments are attracted to the spinning wheel, the filaments. adjacent ones can weld together because the cooling time
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is insufficient. 'In the particular case of filaments derived from melt-spun polymers, for example synthetic organic polymers such as polyamides, polyesters, polyhydrocarbons, etc., the impeller should be placed beyond the .a region along the length of the extruded filament where the solidifying filament is in a state of transition between the solid state and the liquid state.
The thinning of the filament is carried out mainly in this region because the force imposed by the spinning wheel goes up along the filament and localizes the thinning in this region. In this transition region, the filament can be seen to accelerate and stretch as it moves lengthwise at high speed. The ideal location for the spinning wheel is determined by simple experiments in which its position is changed until it thins the filaments well but does not squeeze or weld them.
In the case of polyhexamethylene adipamide filaments, téré. polyethylene 'and polypropylene phthalate, the spinning wheel can be placed anywhere between 18 inches (450 mm) and 10 feet' (3m) below the face of the die *
When using filaments from synthetic organic polymers such as the polymers listed above, the peripheral speed of the impeller is high enough to macromolecularly orient the filaments as well as to thin them.
The peripheral speed necessary to thin and orient the filaments to the desired extent, speed in relation to the constructive characteristics of the impeller, its dimensions and its speed of rotation, varies according to the spun polymer and the processing conditions such as the viscosity of the poly- mother to output, in other words the melt viscosity at the time of extrusion, the extrusion speed and the linear distance between the die face and the rouot.
Regarding polyhexamethylene filaments
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adipamide, polyethylene polypropylene terephthalate, a reasonable degree of macromolecular orientation as evidenced by measurements of birefringence and properties such as toughness. and extensibility can be achieved at peripheral speeds in excess of 2100mmeters per minute. Peripheral speeds
Less than 2100 meters per minute results in filaments of low tenacity and of limited utility.
The tenacity of the filaments can be improved by stretching the yarns which contain them, but since this requires an additional operation, it is preferred to use higher peripheral speeds and collect the yarns. elements drawn in the form of wire. At more than 2100 meters per minute,. the peripheral speed can be increased until excessive filament breakage occurs. The maximum peripheral speed that can be used without excessive filament breakage :, is primarily determined by the extrusion speed. When excessive die breakage occurs for a given peripheral speed, it can be reduced and this peripheral speed made possible by using higher extrusion speeds.
The well-developed macromolecular orientation resulting from the high peripheral velocities is associated with a reduction in filament denier and therefore a compromise between orientation and filament denier must be achieved. like polyhexamethylene adipamide, polyethylene terephthalate and polypropylene, peripheral speeds of 2,700 to 6,000 mefs per minute give filament deniers of between 1.2 and 6 mainly depending on the extrusion speed. Since filaments which have a denier less than 1 are not very useful, this reduction in denier also places an upper limit on the peripheral speed! spinning wheel,, '.
Higher peripheral speeds of the impeller, essential for satisfactory operation of the
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A process which uses as the source of filaments macromolecularly orientable synthetic organic polymers melt spun, also advantageously used with other polymeric materials. This is because of the equivalence between the peripheral speed and the spinning speed.
Therefore, high peripheral speeds are associated with higher productivity and economically favorable process conditions.
As the peripheral speed of the spinning wheel is determined by its dimensions, in particular its diameter in the region where. the filament is brought around the impeller and its rotational speed, a peripheral speed can be achieved either by rotating a relatively small impeller at a relatively high speed or by rotating a large impeller more slowly.
Consider for example the spinning wheel shown in FIG. 4. At a rotational speed of 20,000 revolutions per minute, its peripheral speed at the edge where its diameter is 2 7/8 inches (73 mm) is about 4,500 meters per minute. Equivalent peripheral speed can be obtained by using an impeller of ..., similar cylindrical shape but having a diameter of 6 inches (150mm) by rotating it at 9500 revolutions per minute. The use of a relatively large impeller to achieve a high peripheral speed causes some difficulties.
For example, since the length of the axially extending segments, yarn is directly related to the length of the filaments wound around the spinning wheel in a single reciprocating motion, the yarn which originates from the unwound sleeve. A large spinning wheel (large length and / or large diameter) tends to contain long loops which has a detrimental effect on the structure of the wire and its properties. In addition, difficulties may be encountered when attempting to remove the penguin from the spinning wheel on a regular and progressive basis. In addition, a large body has a lower burst rate and occupies a larger portion
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limited space below a spinning cell than a smaller, spinning wheel.
For these and other reasons, it is preferable to achieve the desired high peripheral speeds by rotating a relatively small impeller at high speed. The use of high rotational speeds for the impeller is also advantageous in a manner which will be described in more detail hereinafter from the point of view of the necessary introduction of the twist into the bit of loops from the loop. sleeve removed from the spinning wheel.
To make clear the expression "relatively small spinning wheel", the dimensions of the spinning wheels shown in Figures 2 to 4 are given below.
The rotation of these wheels at 18,000 revolutions per minute gives peripheral speeds of rotation at the edge of 4,587,
4,239 and 4,071 meters per minute, respectively, sufficient when melt spun synthetic organic polymers are processed to achieve a useful degree of macromolecular orientation.
These spinning wheels are suitable for accumulating in the form of a sleeve up to 25 filaments having deniers up to 6 and the sleeve can be easily removed from the impeller in a regular and gradual fashion.
The upper limit of impeller dimensions compatible with the smooth and gradual removal of the sleeve and the formation of the most satisfactory wire depends on factors such as the profile of the impeller, the speed of rotation and the speed of the reciprocating motion, but in in the case of large diameter spinning wheels, there is a greater tendency for the wire to snag from the sleeve jerkily during its training;
this tear-off leads to the formation of a buttoned yarn of irregular denier and therefore of limited utility and also leads to frequent breakage of the filaments with interruption of the process.
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as already mentioned, the descending filament is guided through a reciprocating mechanism which drives the filament in a reciprocating motion so as to spread it on the surface of the spinning wheel in the form of a sleeve comprising a series of superimposed and interconnected propellers, a reciprocating mechanism being placed a short distance above the spinning wheel.
If it is placed too far from the spinning wheel, the reciprocating device loses a certain degree of its effectiveness and spreads the filament less well on the surface of the spinning wheel, while if it is too close to the spinning wheel, it is necessary to may encounter difficulties when trying to thread the wire through the device.
The optimum location for the reciprocating mechanism is determined by moving it away from the spinning wheel until threading can be done without difficulty When working with reciprocating mechanisms of the type in which the filament passes through a wire guide contained in a reciprocating bar controlled by a mechanical, hydraulic, electromagnetic or other device and that the spinning wheel shown in FIGS. 2-4, the optimum distance is between 25 and 150 mm. above the spinning wheel and. most often 37 to 100 mm .. above him.
For a particularly satisfactory implementation of the process of the invention, it is desirable that the reciprocating mechanism has a high reciprocating speed compared to the reciprocating speeds commonly used for the reciprocating. Winding continuous filaments into windings on a continuous filament spinning machine. A reciprocating device which can move the filament back and forth along the spinning wheel at high speed and which is suitable for the apparatus of the
Fig. 1 is shown in plan in FIG. 5,,.
Referring to this figure, the reciprocating mechanism comprises a thin metal bar 33, one end of which 34 is. clamped onto the end of a U-shaped iron block 35 and the other end 36 carries a lightweight two-pronged filament guide 37
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executed in ceramic fingers 1.6 mm in diameter and 13 mm. length. The iron block 35 serves as a core for an electromagnet generally designated by the reference numeral 38 and its part 39 is surrounded by a metal wire forming a coil 40 which is connected by a variable transformer to a source ('not shown) furnace .... netting 50 cycles of alternating current per second.
A rectifier! silicon diode 41 is connected in series with the winding of
The electromagnet so as to allow only half a current of two cycles to pass. The flux induced in the iron core 35 communicates a reciprocating motion to the bar 33 which is balanced to move forward and backward at the desired rate of 50 cycles per second by adjusting its free length. .
The reciprocating movement is sinusoidal with an amplitude (top to top) of approximately 38 mm.
Fig. 6 shows another high speed reciprocating mechanism which is mechanical rather than electrical and which may be used in the apparatus of FIG. 1.
In its essential form, this reciprocating mechanism comprises a device for transforming the rotary motion of a connecting rod into a reotilinear motion, the latter being applied to a reciprocating bar by a joint and using . a fork 'to eliminate the irregularity of movement common to all ordinary linkage devices. Referring to this figure, the filament passing to the impeller passes through a ceramic wire guide 42 attached to one end of a reciprocating bar 43 of light steel tubing which pivots at its other end on a support 44. The reciprocating bar is also fixed to a bar 45 by a pin 46 which can move in a longitudinal slot 47 of the reciprocating bar.
It emerges from the examination of the figure that if one animates of a forward movement. native to bar 45, a similar movement is communicated to the bar back and forth. To obtain this reciprocating movement, the
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bar 45 is fixed to a transverse head 48, in which is formed a slot 49 where a block 50 slides. The block is connected by a pin 51 to a connecting rod 52 attached to one end of an axis 53 which rotates at a uniform speed under the influence of an electric motor controlled by a variac transformer (not shown). Thus, thanks to this rotary linkage, a continuous reciprocating movement is transmitted by the bar to the reciprocating bar which moves back and forth in an arc.
Due to its simplicity, this reciprocating mechanism is reliable in operation and capable of achieving reciprocating speeds of up to 100 cycles per second.
The movement is essentially sinusoidal and its speed can be easily modified and the amplitude adjusted, the latter depending on the length of the spinning wheel on which the filament is wound.
In operation, the reciprocating bar in the mechanisms shown in Figs. 5 and 6 is placed in a horizontal plane essentially perpendicular to the major axis of the spinning wheel so that the filament passing through the thread guide is driven in a reciprocating motion along the length of the spinning wheel.
Reciprocating mechanisms other than the two mechanisms shown can be used and it is not necessary that the reciprocating motion be imparted to the filament as it passes through a yarn guide contained in a movable bar. For example, the reciprocating mechanism can be pneumatic, with the filament passing through a device where it is subjected to a transverse air jet. The direction of which is rapidly and continuously reversed.
A similar effect can be obtained eleotrostatically by passing the filament between two plates whose polarity is rapidly and continuously reversed.
As the reciprocating mechanism imparts axial movement to the filament and due to the rotary motion of the impeller, the filament winds around the impeller in a series of helices.
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interconnected and superimposed which form an approximately tubular sleeve around the impeller,
Fig. 7 is a schematic representation of the configuration adopted by a filament wound around the impeller in a complete reciprocating cycle. Initially, the filament advances along the spinning wheel in a direction in the form of a right-hand helix 54.
At point X, which corresponds to the far right end of the reciprocating cycle, there is a reversal of the direction of movement of the filament along the impeller and a second helix
55, in this case a .. left helix, which covers the first is formed. The two helices contain the same number of turns, and have the same length which corresponds approximately to the amplitude of the reciprocating motion. The structure resulting from a single full reciprocating motion comprises the two inter propellers.
oonneotées and superimposed 54 and 55 de.not contrary although generated in the same direction of rotation. This double helical structure constitutes a layer of the sleeve which accumulates on the impeller and for ease of description the term "layer" will be used to denote the double helical structure formed by a full reciprocating movement.
A layer projected onto a flat surface as in the developed plane of FIG. 8 describes a series of chained curves the configuration of which is similar to certain types of "lissajou figures" known in mathematics. The configuration of the filament in a layer is reflected in the structure of segments extending in the direction of the axis of the yarn as will be explained in detail later.
The characteristic structure of the wire of the invention 'and the properties which it possesses depend on the formation on the impeller of a transient assembly in the form of a sleeve made up of a large number of layers each originating from one, only reciprocating movement of the regular and progressive removal of the sleeve of the impeller, and its turning over in a controlled manner.
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When using the high peripheral speeds advantageous for the impeller, the formation of this sleeve, assuming the usual reduced removal speed, depends on a high speed of the reciprocating movement of the spinning mechanism. alternative event.
In addition, the helix angle in the layer is determined by the peripheral speed of the impeller, the profile of the impeller and the speed of the reciprocating motion of the reciprocating mechanism and a high reciprocating speed. comes results in a relatively large helix angle. When using the reciprocating mechanism of FIG. 6 with a reciprocating speed of
80 cycles per second and the impeller of FIG.
4 with a peripheral speed of 4,500 meters per minute, the filaments at the intermediate point of the to-and-fro intersect at an angle of 18,
A high value for the helix angle increases the frictional interconnection between successive layers and between the two helices of the same layer and aligns the terms of the helix in positions more suitable for removal. .
The minimum reciprocating speed compatible with the formation of a satisfactory wire and the smooth operation of the process depends on the constructional characteristics of the impeller, its dimensions, its peripheral speed, the speed at which the sleeve is removed from the spinning wheel and other similar variable factors.
With regard to the reciprocating mechanism of Figs. 5 and 6 when used with the spinning wheels shown in Figs. 2-4 and other spinning wheels of similar dimensions operating at peripheral speeds of between 1,500 and 6,000 meters per minute, the sleeve being removed at a speed of up to 500 feet (150 m) per minute. back and forth motion may vary over a wide range greater than
600 cycles per minute and preferably greater than 1000 cycles
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per minute. Reciprocating speeds of less than 600 cycles per minute are associated with frequent breakage in the process and provide buttoned yarn of irregular denier and therefore of limited utility.
With peripheral speeds lower than
7000 feet (2100 m) per minute the reciprocating speed can be less than 600 cycles per minute to a corresponding extent and still provide a reasonably uniform wire with good properties.
To get the desired wire from the roughly tubular sleeve that forms around the impeller, it is necessary. first of all to gradually remove the layers from the inside of the sleeve and then to turn the layers upside down like a glove in a controlled way. along the inclined surface of the impeller and then along the passage provided in the impeller, The layers inside the sleeve are usually removed in the order in which they were assembled around the impeller. However, as a result of the interaction due to friction and as a result of the coherence between the adjacent layers attributable to the high reciprocating speeds used,
a tensile force is exerted by a given layer as it travels over successive layers so that the entire sleeve descends along the inclined surface of the impeller and moves along the passage as of a one-piece structure.
During the reversal of the direction of forward movement caused by this sequence of operations, the layers are turned over and as the sleeve moves as a one-piece structure, this reversal is carried out in a controlled manner. The sleeve is essentially a transient assembly since it continuously develops by depositing additional layers on its exterior surface and is simultaneously and continuously reduced by removing layers from its interior surface.
When diaper removal has started and
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Under the condition of maintaining a constant winding speed, a state of equilibrium is reached between the accumulation of layers in the sleeve and their removal in the form of a strand of loops.
The sleeve present on the spinning wheel after the start of the in. layer lifting comprises a number of layers arranged in superposition but with successive layers offset from each other,
Figs. 9 and 10 represent schematically and idealized the relationship between the successive chained layers on the spinning wheel and illustrate the phenomena which occur during the removal of the wheel sleeve from its turning and collapse into a wick of loops when he moves in the passage.
In the schematic section of FIG. 9, a layer 56 which has just been deposited covers the layer 57 deposited immediately before but which in the time interval since its formation has descended along the inclined surface of the impeller under the tensile force exerted. by layer 58 which has completely detached from the surface of the impeller.
The front end of the layer 57 is attracted to move along the passage under the tensile stress exerted by the layer 59 which has moved completely away from the surface of the impeller and, due to the reversal to the movement towards the front, which occurs more or less simultaneously with the spreading movement of the surface, has been reversed. The relatively short loops, none of which are shown but which are always present in any layer and which protrude from it outwards when this is on the surface of the spinning wheel, are brought back, due to the turning over, inside the strand of curls.
In the cross section of FIG. 9, the sleeve in which only two layers have been shown is a tegulated structure with the interconnected layers arranged one on top of the other.
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-the other Nais with a shift between the layers. As each layer comprises two interconnected and superimposed propellers generated around the impeller serving as the frame, the actual structure of the sleeve more closely resembles that shown in side view in FIG. 10, each layer being contained over a variable part of its length in the layer assembled immediately after and to which it is chained.
Thus, the layer 27 is contained over a part of its length in the layer 56, the two layers being driven by the continuation of a helix constituting the layer 57 in the form of one of the opposite direction helices of the layer 56.
Likewise, couch 59 is contained over part of its length in diaper 58. An arrangement of the type shown in Figs. 9 and 10 ensures a good frictional interaction between the superimposed layers which facilitates the detachment of the sleeve in the form of an integral structure maintaining offset ratios between the successive layers and its inversion in a controlled manner.
The absence of the support offered by the spinning wheel each time a layer deviates from it causes the collapse of the helices connected in series which constitute it. At the same time, the helices in the layer elongate in the axial direction under the force exerted by the tensile action of the winding device. The sum of this axial elongation and the collapse of the propellers provides. a structure comprising two branches, each derived from a helix constituting the layer; which are intertwined and therefore stabilized because the branches intersect at a varying number of points along their length.
A structure of this general type will be referred to in the remainder of the description as complex loops to distinguish it from loops which are generally shorter, generally less complex which, by turning the sleeve over, are brought back from the sleeve.
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periphery inside the sleeve,
Figs. 11 and 12 show the structure of the layers $ assembled around the spinning wheel, the ratio between two layers and the turn-around of one of them which detaches from the spinning-wheel through the passage, its collapse and its simultaneous elongation in a loop which constitutes a loop extending in the direction of the axis of the yarn obtained.
Referring to fig. 11, a layer 61 which has just been deposited comprises two propellers 62 and 63 spread over the length of the impeller, the left propeller 63 covering the right propeller 62 and the propellers being connected in series to the extreme left of the wheel. spinning wheel by the common cord 64 which constitutes the last part of the layer 61
Each of the connected @ contains 5 turns and 2 turns 65 and 66 at the front end of the first propeller 62 which are detached from the impeller under the influence of the tensile force exerted by the layer 68 deposited on the impeller immediately. before layer 61, '
Layer 61 is connected by its end 67 to layer 68.
Layer 68, which likewise comprises two propellers connected in series with 5 turns, has completely detached from the surface of the impeller and has entered the passage except for the end which ends it.
By detaching itself from the surface of the spinning wheel and passing through the passage layer 68 is turned upside down like a glove and as it loses the support of the surface of the spinning wheel it collapsed in its vertical, Simultaneously with its collapse , the layer elongates in the longitudinal direction, thus forming a long loop with intertwined branches due to the crossings of the branches which present themselves at the five nodal points (a - e) corresponding to the points of the initial layer where a helix a crossed each other.
Fig. 11 is a very idealized representation of
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sleeve and serves only to illustrate the relationship between the successive layers and the phenomena which occur during their removal. Fig. 12 illustrates more precisely the shape of the layers on the surface of the impeller and the influence of the turning over on the structure of the wick of loops formed from the layers removed. Referring to this figure, the posterior end of layer 68 protrudes outwardly from the surface of the impeller in the form of a relatively short loop 69. This rela-. very short is obtained by the action of the centrifugal force produced by the rotation of the impeller on an individual coil loosely rolled from a helix of the layer 68.
When the diaper is turned over, this loop 69 sits inside and occupies an approximately central position in the strand of loops and aligned substantially parallel to its major axis. Two such aligned loops which previously protruded outwardly from the surface of the spinning wheel are indicated by the reference numeral 70, this loop comprising the anterior end 67 of the layer 6i, and by the numeral of. reference 71, this loop preventing a turn of the outer helix of layer 68.
Although Fig. 12 is probably closer than FIG. 11 of the actual structure of the sleeve and of the events which occur during its removal, such as' Figs, 9 to 11, it is more or less idealized because, in actual operation, the sleeve which accumulates autotir from the sleeve. spinning wheel normally contains much more. layers and, owing to their number, the fineness of the filaments and the speeds involved, it is impossible to determine with complete precision or to record the structure of the sleeve and the complex series of phenomena which, occur.
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However, high-speed photographs and experiments with models although they highlight the complexity confirm the essential validity of the analysis of the structure of the sleeve and the explanation of the phenomena which occur during its In particular, they confirm that a large number of layers accumulate on the impeller to form a sleeve, that there is a gradual and generally regular advancement of the sleeve which descends and falls from the spinning wheel, the layers moving approximately in the order in which they were deposited, but the whole assembly moves as a solid, coherent structure.
High speed photographs and model experiments also confirm that, during the overturning which occurs more or less simultaneously with the separation between the layers and the surface of the spinning wheel, the loops protruding outwards are brought inside the structure and the helices that form the layers collapse and lengthen axially in long loops of complex structure.
The removal of the sleeve in a regular and gradual fashion implies that the layers are arranged in this sleeve in superposition but with an offset and that it is the maintenance of this arrangement during the removal and after the removal and the. turning which gives the yarn its characteristic structure and some of its advantageous properties.
Considering the rapidity of the events, a certain number of layers detach from the surface of the spinning wheel almost instantaneously but on the whole this shift ratio is maintained such that one obtains a wick of more or less interconnected loops axial, a large number of the loops being contained over a variable part of their length in another loop.
Fig. 12, is a schematic view on a much larger scale of a small portion of a strand of loops from
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of a sleeve containing layers similar to the two layers shown with reference to FIG. 12,
The structure shown comprises a layer formed by a tangle of complex interconnected loops extending essentially along the axis of the wick which surrounds a central band composed of loops which are aligned parallel to the major axis of the structure, the branches of these loops merging into one or other of the branches of the complex loops,
A loop 72, the closed end 73 of which is on the extreme left,
of the view extends along it to end at the end 74. A branch 75 of the loop, because it comes from a helix in the lower part of the diaper, extends a little more forward than the other branch 76 of the loop. The two branches of this complex loop are intertwined due to the crossing of the branches which occurs at the five nodes (a - e). This interlacing entangles the branches and thus stabilizes the complex bbucles and is attributed to the formation of the loop from a layer which comprises two superimposed helices connected in series and in opposite directions. The number of nodes present corresponds to the number of turns in each helix of the layer.
The retention during removal and inversion and after removal and inversion of the offset overlap ratio between the layers of the sleeve is reflected in the structure of the loop strand. Thus, loop 72 is contained within another complex axial loop 79 originating from the immediately next layer in the sleeve and the two loops are interconnected at the front end 80 of loop 72. The branches of loop 79 are intertwined. similarly to those of loop 68.
In addition) the loop 72 itself envelops another complex loop 81 whose closed end
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is approximately halfway through loop 72 This loop also contains another complex loop 82 of which only a part is shown. The general arrangement of this outer layer is that of a nest of interconnected loops; axial with complex structure.
In this nest of loops are two loops 77 and
83 arranged along the axis of the bit in a more or less central position. Initially, ie when the layers are on the spinning wheel) these loops protrude outwards from the main mass but due to the turning over have been brought to. inside and are therefore embedded in the wick. The loop 77, the end 78 of which extends to the closed end 73 of the complex loop 72, originates from the intermediate turn of the outer helix of the layer in which the loop 72 found its origin. The branches of loop 77 merge in two places with branch 74 of the complex loop.
The loop 83, a part of which towards its closed end 84 is contained in the loop 77, is derived from the part of a layer constituting the common chord between the constituent helices and, consequently, the branches of the loop are transformed into different branches of the complex loop 82.
Both loops are shown with the twist introduced in them as well as in the complex loops, although for clarity the twist present in these loops has been removed, where the layers leave the surface of the spinning wheel,
Fig. 14 is a very large-scale schematic representation of the lock-of-loops shown in FIG. 13 when the bit has descended lower in the passage and has been firmed up giving it the desired degree of twisting. to form a stable wire. This figure, in which the reference numerals denote the same parts as in the previous figure, provides an indication of the complexity of the structure and the relationship between the different elements.
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The loops in the wick are seldom so uniformly arranged as shown in Figs. 13 and 14 because these loops are always displaced and entangled to a varying extent. In particular, after the. By strengthening the wick by the introduction of the twist, it is seldom possible due to the complexity of the structure to distinguish between the two types of loops which act on each other to form a relatively compact axial loop set. Despite this efficiency, the set of loops is bulky due to its complex structure containing many voids between the branches of the many loops.
Despite the complexities of the structure, the configurations adopted by the loops shown in F'ig. 13 and 14 are presented with sufficient regularity that random cuts along the length of the wire contain approximately the same number of filaments.
The number of filaments in the cross section is the ratio of the peripheral speed of the impeller to the linear speed at which the sleeve is removed, multiplied by the number of filaments passing over the impeller. For example, if the peripheral speed of the spinning wheel is 10,000 feet per minute and the sleeve is removed at a linear air speed of + 250 feet per minute, (1 foot = 30cm) we will have, assuming that a single filament is directed onto the spinning wheel, 10,000/250 or about 40 filaments at any point on the wick.
A number of strand filaments may not be limited to the distinct arrangement formed by the interconnected axial loops but may escape part of their length. The number of these loops is always less than in a loop coming from a sleeve which is removed from the impeller along its axis of rotation and which is not returned.
As the sleeve comes off the spinning wheel and goes down
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in the passage, a twist is introduced therein and this twist condenses the strand of loops formed from the sleeve to obtain a bulky thread.
The introduction of the twist is a result of the rotation of the impeller with respect to the linear movement of the bit of loops and results from the fact that at some stage of the removal of the impeller the layers inside the sleeve are located partly on the spinning wheel and partly in the loop strand which has moved away from it under the influence of the winding device. One end thus being retained in the wick which is itself held by the winding device, the other end rotates with the impeller and, therefore, a twist is introduced into the wick. This introduced twist descends into the mechanism until it meets a torsion barrier.
Fig. 15, as indicated above, is a photograph of a model which in fact reproduces the structure of a short length of wire obtained according to the invention and observed under the microscope.
The wire comprises a relatively compact core 91 around which a number of relatively short loops 92 are wound in a varying number of helix turns, thereby forming a thin, discontinuous sheath 93. The wire contains only a few radially protruding loops. .
The core 91 comprises a series of interconnected loops aligned essentially parallel to the major axis of the. wire but these loops are twisted together in more or less regular helices with a helix angle of about 70.
Random cross sections along the length of the wire indicate an approximately constant number of filaments in the core. The number of filaments found is related to the linear speed (E) at which the filaments arrive on the spinning wheel, their number (N) and the linear speed (W) at which the
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loops are removed from the spinning wheel, The number can be found by multiplying the ratio 1 x N. Cross sections often reveal in addition to parallel filaments which represent the branches of the loop the curved end of one or more loops.
Many loops inside the core, due to the gradual and regular removal of the mahchon from the spinning wheel, are arranged such that they are tucked over at least part of their length in another loop, forming thus a nest of loops advancing generally along the wire. The loops inside the nest are stabilized by the intertwining of the branches that constitute them. In addition to this nest of loops, there is also the presence of a certain number of loops which are placed more or less in the center of the core and essentially parallel to its major axis. These loops arranged in the center come from loops which, when the sleeve was on the spinning wheel, protruded outwards from the latter.
It should be noted that, due to the complexity of the Structure of the core, it is rarely possible to distinguish between the two types of loops that compose it, although their presence can be deduced by observation at the time of the formation of the wire. . In addition, the axial arrangement of the loops within the core is more complex than the above description indicates and, in particular, there is considerable entanglement between adjacent loops which can deform the core. nest of interconnected loops while maintaining the overall arrangement of the nest.
The overall representation is that of an arrangement of interconnected loops each containing a segment aligned essentially parallel to the major axis but twisted helically in that direction.
The loops 92 which are wound around the core to form a discontinuous sheath 93 probably originate from loops protruding outwardly from the initial sleeve which have not.
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been brought from the periphery to the inside during the turning of the sleeve.
The yarn shown in Fig. 15 has a structure characteristic of many yarns obtained according to the invention. However, although some loops always protrude from the core and wrap around it, they do not necessarily have to be as numerous as in the structure shown in FIG. 15, and the sheath may be so continuous that it largely loses the appearance of a sheath.
Fig. 16 provided by way of comparison is a photograph of a segment of a wire produced according to the process described and claimed in the aforementioned patent application where the sleeve assembled around the impeller is removed along the axis of rotation and is not returned. The wire comprises a relatively compact core and a large peripheral region comprising a large number of radially projecting loops. These radial loops give the yarn a well-marked fluffy or hairy appearance. In the yarns of the present invention, most of these radial loops, due to the turning over at the sleeve, are embedded within the yarn.
The smaller number of radial loops in the cords of the invention results in a higher value of the air braking factor which is always at least 7.5.
This high value arises from the reduced damping of a pendulum containing the yarn and, therefore, the relatively high value determined for the number of oscillations between an ampli- tude of 30 and 20. The reduction in the number of these loops gives the yarn a smoother and more uniform appearance and makes its use, for example, by weaving or knitting looms, easier because the yarn has less tendency to catch in the parts of the machines and fabrics formed therefrom have less tendency to pilling. , '
An essential characteristic of the wire shown in
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Fig, 15, like all the other yarns of the invention, is its volume, that is to say the relative volume occupied by a determined weight.
This volume is the result not only of the easily visible loops which envelop the soul or protrude outwards, but also of the structure of the core in which loops of complex structure and comparable to cut fibers of a yarn are nestled into each other by entangling. Due to their bulky nature, the threads have excellent hiding power and the fabrics made from them are warm. The surface of the threads, although more regular than the thread shown in FIG.
16 is still irregular and this irregularity gives them a feel similar to that of yarns formed from comparable staple fibers:
As the twist introduced into the loop strand is a function of the rotational movement of the impeller with respect to the linear speed with which the bundle is driven by the winding device, it is determined by the operating conditions of the apparatus.
Thus, for example, if the filaments pass over the spinning wheel at a speed of 10,000 feet (3,000 m) per minute and the sleeve formed thereon then rotates at 15,000 feet (4-500 m) per minute per rotation of the spinning wheel at this speed, before being removed and returned at a speed of 250 feet (75 meters) per minute, the rate of twist introduced is 15,000 revolutions per inch or 5 revolutions per inch (25 mm).
250x12
Therefore, the degree of twist introduced which gives the wire the necessary consistency and stability can be easily and effectively adjusted. The optimum twist for obtaining the best properties in the yarn depends on its denier and the relationship between these two parameters is expressed concisely by the twist factor.
The most satisfactory yarns of the invention have a twist factor of between 3/4 and 10 and most often
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between 1 and 4. The direction of the introduced torsion depends on the direction of rotation of the impeller.
At very low twist rates, the yarn can be drawn to a lower denier by conventional means.
The apparatus described with reference to FIG. 1 is technically a false-twist apparatus since neither the spinneret nor the winding on which the wire is wound revolve around the axis of the wire and yet the coiled wire must be regarded as having a true twist. is certain that it is virtually impossible to remove an appreciable degree of twist from the yarn by application of tension thereto, and that the yarn is a stable product which can be wound into a conventional coil and retained indefinitely.
The invention will be illustrated by the specific examples which follow which cannot limit the scope.
In these examples, the expression “corresponding yarn” denotes a yarn obtained by a process similar to the process of the invention but without the turning of the sleeve.
EXAMPLE 1.-
Polyhexamethylene adipamide having a relative viscosity of 35 was extruded through orifices with a diameter of 0.009. inch (0.225 mm) through die 13 at a measured spinneret temperature of 273 ° C and a flow rate of 0.05 lb.hours per orifice.
One of these filaments passes through the filament guide into the sinusoidal reciprocating mechanism shown in Fig. 5 which operates at the rate of 50 cycles per second and at an amplitude of 1.5 inches (38 mm). then is wound around the frustoconical spinning wheel, the dimensions of which are the same as those of the spinning wheel in Fig.'2. The spinning wheel which is driven by an electric motor at a speed of 18,000 revolutions per minute, which gives it a peripheral speed of 9,200 feet (2,750 m) per minute is placed
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26 pbuces (650 mm) below the face of the die and 2 inches (50 min)
below the reciprocating mechanism. The filament is wound around the spinning wheel in the form of a succession of layers, each of which in this particular example has the shape shown in Fig. 7, that is to say ie two propellers connected in series wound in opposite directions a length of 1.5 inches (38 mm) from the surface of the impeller, one covering the other. Each propeller contains
3 turns of filament so that 6 turns are arranged for a full back and forth motion.
The diameter of the Conical tubular sleeve obtained is 2.5 inches (63 mm) in its widest part and 1.9 inches (48 mm) in its narrowest part,
Although the peripheral speed of the roet varies as the filament travels the 38 mm of its length from edge to edge, it has been found that the last and the birefringence of the filament which has traveled this path remain practically constant. at all points along its length.
The absence of cyclical variations in denier and birefringence of the filaments wound on the impeller is probably due to the fact that the fluctuations from maximum to minimum peripheral speed along the impeller occur so rapidly that they are canceled out by the inherent elasticity of the filament used and do not affect the thinning or orientation which is mainly localized in the region where the filament is in a highly transient plastic state. The measures of bire-. fringence show that the filament wound on the spinning wheel is: rai-. soundly well oriented.
A constant speed rewinder continuously removes the sleeve from the surface of the impeller and drives it through the 1/2 inch (13 mm) diameter axial passage within the impeller. More or less simultaneously with this abduction, '; the sleeve, from the ± said of the inversion, of the direction of advance, is turned over and, no longer being supported by the spinning wheel, collapses. The wick
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of loops thus obtained is twisted into a thread and, in this form, is wound up at 130 feet (39 m) per minute.
The sleeve is removed from the spinning wheel and descends into the passage without the assistance of mechanical devices other than the winder.
Yarn which exhibits 11.5 turns of twist per inch has the following properties;
EMI45.1
<tb> Denarius <SEP>. <SEP> 206 <SEP>
<tb>
<tb> Load <SEP> to <SEP> the <SEP> break <SEP> 300 <SEP> g
<tb>
<tb> Elongation <SEP> 30%
<tb>
Braking factor in air 12
The individual filaments in the yarn present in the form of loops have a variable length of up to 18 inches (450mm) and a birefringence of 0.036 and a denier of 1.4.
The importance of turning the sleeve like a thermowell and its influence on the resulting yarn is evidenced by the pleasant, regular and fine appearance and the soft feel of the yarn.
These properties are better developed in the yarn than in the yarn obtained without turning over.
The yarn which has the appearance of a twisted cotton yarn has good hiding power and can be easily dyed, and fabrics formed therefrom have a soft and pleasant feel and do not noticeably yellow when heat set. In
EMI45.2
in addition, they have excellent volume characteristics.
EXAMPLE 2.-
Polyhexamethylene adipamide having an inherent viscosity of 0.882 (measured in a 90% phenol / water mixture at 25 C at a concentration of 0.5%) and containing 0.03% titanium oxide is extruded through orifices of 0.009 inch (0.225 mm) diameter of a die at a flow rate of 0.05 lb (22.5 g) per hour per orifice at a die temperature measured at the die of 273 C in ambient air at 20 C.
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One of the polyhexamethylene adipamide filaments passes in a generally downward path to a spinning wheel slightly offset from the die and at a distance of 38 inches (950 mm) from its face. The spinning wheel is profiled to resemble the bullet-shaped spinning wheel of FIG. 3 and its. dimensions are as follows:
EMI46.1
<tb> Diameter <SEP> maximum <SEP> 3.5 <SEP> inches <SEP> (88 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Diameter <SEP> minimum <SEP> 3/4 <SEP> inch <SEP> (19 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Length <SEP> axial <SEP> 2.5 <SEP> inches <SEP> (63 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> of <SEP> declination <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Diameter <SEP> of <SEP> passage <SEP> axial <SEP> 1/2 <SEP> inch <SEP> (13 <SEP> mm)
<tb>
The spinning wheel is fixed by its shaft on an electric motor which drives it at 18,000 revolutions per minute, its peripheral speed being 2820 meters per minute. Before passing over the spinning wheel, the filament passes through the wire guide of the reciprocating bar of the reciprocating mechanism shown in Fig. 6 this bar has a hole,
vant in a horizontal plane normal to a vertical plane passing through the longitudinal axis of the spinning wheel. The reciprocating mechanism is placed 2 inches (50 mm) above the surface of the impeller and operates at a frequency of 2000 cycles per minute and an amplitude of 1.5 inches (38 mm).
Benfilage is carried out as follows.
The filament after extrusion through the die and after having almost completely solidified is introduced into a conventional type suction nozzle and the momentum which is imparted to the filament has the effect of stretching it. The nozzle is then lowered to a position below the impeller rotating at its normal speed and the filament driven by the nozzle is fed through the yarn guide into the reciprocating bar which is at rest. The filament is then manually wound around The filament is then manually wound around the surface of the impeller, which breaks the filament above the suction nozzle and the reciprocating mechanism is simultaneously set in motion .
Then the spinning wheel winds the filament
<Desc / Clms Page number 47>
on itself and under the action of the reciprocating mechanism an approximately tubular sleeve is drilled around the impeller, The periphery of the sleeve at its narrow end is drawn through the axial passage, Removal of the sleeve in this way can be achieved by pushing a metal wire in and through the passage, allowing the sleeve to condense around it, pulling the wire of the wick away from loops, and directing this wick to a device. winding.
The winding device which rotates at 80 feet (24 m) per minute imparts almost constant tension to the sleeve and therefore a balance is quickly achieved between forming the sleeve on the impeller and removing it as a wick of loops. No mechanical device other than the winding device is required to remove the sleeve from the impeller. The twist is introduced into the lock of loops to condense it into a thread and give that thread the necessary cohesion and stability. The wire is then wound on a spool.
Some of the properties of the wire which have been determined are listed below:
EMI47.1
<tb> Denarius <SEP> 167 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Torsion (turns <SEP> by <SEP> inch) <SEP> 18.75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> twist <SEP> 3.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tenacity <SEP> (g / denier) <SEP> 1.68 <SEP>,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elongation <SEP> (%) <SEP> 70.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> braking <SEP> in <SEP> air ' <SEP> 10.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> volume <SEP> (%) <SEP> 3.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Density Winding <SEP> <SEP> (g / cm3) <SEP> 0.88
<tb>
The individual filaments of the yarn have an average denier of.
1.5 and a birefringence of 0.038.
The yarn of which a photomicrograph is shown in Fig, 17 is reminiscent, by its appearance and its feel, of a yarn spun from
<Desc / Clms Page number 48>
chopped fibers $ of polyhexamethylene adipamide and its volume, expressed by the volume mover, is greater. Photomicrograph shows that the yarn contains a number of radial loops but that the number of such loops is much larger in the corresponding yarn. This can be ascertained by sight and touch and by measuring the braking in 1 $ air. The braking in air of the corresponding yarn is much greater than that of the yarn of Example 6 and the braking factor is 1.63.
EXAMPLES 3 to 6. -
Using the apparatus of Example 2, operating at the same speed, yarns are prepared from several filaments derived from the same polyhexamethylene adipamide used in this example. The number of filaments passed over the spinning wheel in each case and some the properties of the yarns obtained are indicated in the table,
<Desc / Clms Page number 49>
EMI49.1
' BOARD "."
EMI49.2
<tb> Exem- <SEP> Number <SEP> of <SEP> Deniers <SEP> Properties <SEP> of <SEP> thread <SEP> Properties <SEP> of <SEP> filament
<tb>
EMI49.3
ple filaments ... .¯ '¯ ¯¯. ¯.
EMI49.4
<tb>
Torsion <SEP> Factor <SEP> Tenacity <SEP> Elongation <SEP> Factor <SEP> Deniers <SEP> Birefringence
<tb> towers <SEP> of <SEP> g / denier <SEP> of
<tb> by <SEP> twist <SEP> volume <SEP>% <SEP>
<tb> inch
<tb>
EMI49.5
bzz 3 2 296 18. 75,. 4.4 ¯ 1.13 61. lu 5.4 1.3 0.039
EMI49.6
<tb> 642 <SEP> 18.75 <SEP> 6. <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 19 <SEP> 84.2. <SEP> 3. <SEP> 1 <SEP> 1.1 <SEP> 0.037
<tb> 5 <SEP> 6 <SEP> 947 <SEP> 18.75 <SEP> 8.14 <SEP> 1.16 <SEP> 87. <SEP> 3 <SEP> 3.5 ' <SEP> 1.3 <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> 0.038
<tb>
EMI49.7
z - .., 8 1223 18.75 8.92 0. 64 86.1 bzz.2 1.4 0.039
<Desc / Clms Page number 50>
Notes on Table I EXAMPLE 3. -
The yarn has the feel of a staple polyhexmaethlene adipamide staple yarn and can be woven to provide a warm fabric.
The braking factor in air of the corresponding wire is 1.21.
EXAMPLE 4. -
Fig. 18 is a photomicrograph of a piece. of this thread. Under the microscope, the wire consists of a relatively compact core and a discontinuous sheath formed of numerous generally short loops wound around the core. A number of radial loops are also found there, some of which are visible in the photomicrograph, but the number of these loops is much less than in the corresponding yarn. Due to the less number of loops protruding radially, the wire has a smoother, finer appearance and less braking in air (hence a higher value of the braking factor. The braking factor in the air). 'air pbur the corresponding wire is 2.2.4 compared to 67 for the wire of the invention.
EXAMPLE 5.-
The yarn in this example looks like a soft cotton yarn, has good hiding power, and can be made into fabrics with a warm, soft feel. The air brake factor for the corresponding wire is 1.33, EXAMPLE '6.-
A photomicrograph of a piece of this yarn is shown in Fig, 19. Again, the yarn contains fewer radial loops than the corresponding yarn, which results in the values obtained for the braking factor in the yarn. 'air.
The corresponding wire has an air braking factor of 31.35 while the wire of Example 6 has an air braking factor of 34.
<Desc / Clms Page number 51>
Fig. 20 shows in graphical form the difference between the braking in air of the yarns of the invention and the braking in air of the corresponding yarns and also shows the effect of the increase in denier on the braking. in the air.
Braking in air is measured as described above by mounting a certain length of wire in a pendulum and setting the pendulum in motion, The number or fraction of oscillations that occur between an amplitude of 30 and 20 is appropriately determined. The number represents the braking in the measured air. This number is then plotted on a graph to compare it to the denier of the yarn,
The three points along curve A are obtained for the yarns of Examples 4, 5 and 6 respectively, while the three points along curve B are obtained for the corresponding yarns.
The lower number of radial loops in the yarns of Example 4-6 (curve A) compared to the corresponding yarns (curve B) gives them less air braking and, consequently, a higher value for the number of oscillations between the two amplitudes. The wires in curve A have a higher value for measured air braking because this parameter is expressed here as the number of oscillations but they actually have lower actual air braking.
The broken line between curves A and B indicates the division in terms of braking in air measured between the wires of the invention and the corresponding wires obtained under identical manufacturing conditions but by removing the sleeve assembled on the following spinning wheel- its axis of rotation, in one direction,. without returning it. Yarns having a braking in air measured in the upper region of the graph have air braking factors of 7.5 or more.
Point C on the graph is the measured air braking of a yarn of chopped polyethylene terephthalate fibers
<Desc / Clms Page number 52>
of 208 denier. The braking factor in the air for this yarn as well as for many other staple fiber yarns is greater than the value of 7.5 and these yarns are equivalent in this respect to the yarns of the invention.
Points D and E represent the measured air braking of a 159 denier continuous polyethylene terephthalate filament and a 192 denier continuous polypropylene filament, respectively. Since the surface of these filaments is smooth with very few protruding elements, the braking in measured air is high, that is, the braking in actual air is low as a result of the 'reduced damping.
EXAMPLE 7.-
The apparatus of Example 2 is used to prepare threads composed of filaments of polyethylene terephthalate,
Important dimensions and distance are the same as in this example.
It is extruded into filaments at a temperature of 280-
290 C, polyethylene terephthalate having an inherent viscosity of 0.675 (measured in orthochlorophenol at 25 C, at a concentration of 0.8%) and containing 0.3% titanium dioxide as a delustrant.
Three of the polyethylene terephthalate filaments are directed by the reciprocating mechanism operating at 2000 cycles per minute and which has an amplitude of 1.5 inches (38 mm) on the impeller rotating at 24,000 rpm. The sleeve formed on the impeller which consists of a large number of interconnected propellers arranged in superimposed layers is continuously detached from the impeller by a winding device at constant speed along its axis and collapses and is simultaneously. lengthened in the direction of the axis to form a lock of loops,
This lock of loops is twisted into a thread and in this form is wound up at the speed of 36 meters / minute.
The yarn thus obtained has the following properties.
<Desc / Clms Page number 53>
EMI53.1
<tb>
Denier <SEP> 29.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Twist <SEP> (turns / inch) <SEP> 16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> twist <SEP> 1.28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tenacity <SEP> (g / denier) <SEP> 1.01
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elongation <SEP> (%) <SEP> 104 <SEP> '
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> braking <SEP> in <SEP> air <SEP> 9.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Factor <SEP> of <SEP> volume <SEP> (%) <SEP> 4.7
<tb>
The individual filaments of the yarn have a denier of 1.22 and a birefringence of 0.139.
EXAMPLES 8 to 11.-
Using the apparatus of Example 2, yarns were prepared from the various spunable polymers in the form shown in Table II which also mentions the important conditions of manufacture and some of the properties of the yarn. . i
All of the polymers contain 0.3% titanium oxide as a delustrant, and the inherent viscosities of the polymers are measured in the same manner as for the polyhexamethylene adipamide of Example 2.
Notes on Table II EXAMPLE 8.-
The yarn is more scintillating because its constituent filaments are trilobed. The corresponding yarn has a braking factor in air of 3.0.
EXAMPLES9 and 10.-
The yarns have the feel of a yarn formed from equivalent staple fibers and having a comparable volume. The corresponding wires have air braking factors of 3.10 and 1.88 respectively.
EXAMPLE 11. -
The composite polyamide filament is composed of equal proportions by weight of polyhexamethylene adipamide for one of the constituents and of an 80/20 random copolymer of polyhexa-
<Desc / Clms Page number 54>
methylene adipamide and polyopsilon caprolactam for the other .constituent ;, The two constituents are arranged side by side along the entire length of the filaments.
<Desc / Clms Page number 55>
TABLE 2.
EMI55.1
<tb>
Exem- <SEP> Polymer <SEP> Conditions <SEP> of <SEP> Shape <SEP> Number <SEP> Frequn- <SEP> Hurry <SEP> Hurry <SEP> Properties <SEP> of <SEP> thread <SEP> Properties <SEP> of
<tb> ple <SEP> spinning <SEP> of <SEP> of <SEP> this <SEP> of <SEP> se <SEP> p- <SEP> of <SEP> meet <SEP> filament
<tb> fila- <SEP> fila- <SEP> move- <SEP> riph- <SEP> dump
<tb> lying <SEP> lie <SEP> lie <SEP> of <SEP> rique <SEP> feet /
<tb> go-and- <SEP> of <SEP> minute
<tb> comes <SEP> spinning wheel
<tb>
EMI55.2
V1sto2 Tem- 'v3tes = cycles / feet /' Denier Fàc- Ténâ- Allon - 'fac':
fac- 'Den: ter Biréi'ri1
EMI55.3
<tb> sity <SEP> pera- <SEP> se <SEP> minute- <SEP> minute <SEP> tor <SEP> cited <SEP> gement <SEP> tor <SEP> tor <SEP> gency.
<tb> intrin <SEP> ture <SEP> book $ / <SEP> of <SEP> g / de- <SEP> of <SEP> or
<tb> squeeze <SEP> of <SEP> time <SEP> tor- <SEP> deny <SEP> frei-volufila- <SEP> orifi- <SEP> sion <SEP> swimming <SEP> me
<tb> @ <SEP> ture <SEP> this <SEP> in
<tb> C <SEP>.
<SEP> air
<tb> 8 <SEP> Polyhe- <SEP> 0.982 <SEP> 290 <SEP> 0.05 <SEP> Sort- <SEP> 4 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 590 <SEP> 6.0 <SEP> 0.64 <SEP> 64.5 <SEP> 29.8 <SEP> 4.6 <SEP> 3.5 <SEP> 0.036
<tb> xamethy- <SEP> lobed
<tb> lene <SEP> adipamide
<tb> 9 <SEP> Polyepsi- <SEP> 0.810 <SEP> 270 <SEP> 0.06 <SEP> Circu- <SEP> 3 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 455 <SEP> 5.4 <SEP> 1.12 <SEP> 58.5 <SEP> 20 <SEP> 3.2 <SEP> 1.6 <SEP> 0.037
<tb> lon <SEP> capro- <SEP> lai-
<tb> ¯¯¯¯¯lactam <SEP> re
<tb> 10 <SEP> Polyhe- <SEP> 0.851 <SEP> 280 <SEP> 0.06 <SEP> Circu- <SEP> 5 <SEP> 2,000 <SEP> 9,200 <SEP> 80 <SEP> 718 <SEP> 7.1 <SEP> 1,2 <SEP> 92.7 <SEP> 20.5 <SEP> 4.4 <SEP> 1.4 <SEP> 0.036
<tb> xamethy- <SEP>.
<SEP> laire
<tb> lene <SEP> suberamide <SEP> C
<tb>
EMI55.4
Vnfila- o'8i 290 o, 06 cī 3 2,000 9,200 80 '406 52 o, 96' Ç, 4 26,6 3,5 1,9 '0 03 11 A fila- p88 290 OiO6 Circu- 3 2,000 9,200 80 406 5.2 0.96 4le4 26.6 3.5 1.9 0.03
EMI55.5
<tb> lying <SEP> of <SEP> ' <SEP> laire
<tb> polyes- <SEP> laire
<tb> teramide
<tb>
<tb>
<Desc / Clms Page number 56>
EXAMPLE 1? ..-
EMI56.1
A filament of polyheameth1) adipamide made as in Example 2 is made into a yarn using the apparatus of this Example.
The impeller rotates at a constant speed of 18,000 revolutions per minute and the sleeve formed thereon is withdrawn along the axis of rotation and wound into a wire at a speed of 80 feet (24 m) per minute. the operation,, the frequency of the reciprocating movement is reduced in successive stages by modifying the speed of rotation of the motor entered!,.
ning the crankshaft and the effect of the different reciprocating speeds on the process and the yarn obtained is determined, The conclusions are summarized in Table III below, T A B L E A @ III
EMI56.2
<tb> Frequency <SEP> of <SEP> Process <SEP> Nature <SEP> of <SEP> thread
<tb>
<tb>
<tb> movement <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> back and forth
<tb>
<tb>
<tb>.
<SEP> Cycles /
<tb>
EMI56.3
'timer ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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<tb> 4500 <SEP> Operation Regular <SEP> <SEP> - <SEP> Good <SEP> regularity
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kidnapping <SEP> satisfactory <SEP> with <SEP> little <SEP> of <SEP> bou-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> from <SEP> sleeve <SEP> of <SEP> way <SEP> regular <SEP> keys <SEP> exceeding
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> free <SEP> and Progressive <SEP> <SEP> radially
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3500 <SEP> same <SEP> Again Regular <SEP> <SEP> and
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> with <SEP> little <SEP> of <SEP> loops
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> exceeding <SEP> radial-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lying
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2500 <SEP> same <SEP> same
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1000 <SEP> Abduction <SEP> by <SEP> jerks <SEP> The <SEP> thread <SEP>
begin <SEP> to
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> and <SEP> kidnapping <SEP> less Regular <SEP> <SEP> Take <SEP> a <SEP> aspect <SEP> of
<tb>
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<tb>. <SEP> a <SEP> thread <SEP> a <SEP> buttons,
<tb>
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<tb> much less
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<tb> regular-
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<tb> 650 <SEP> Jolts <SEP> very <SEP> frequent <SEP> and <SEP> Wire <SEP> presenting <SEP> of
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<tb>
<tb> operation <SEP> continuous <SEP> many <SEP> buttons
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<tb> difficult <SEP>. <SEP> and <SEP> (futility <SEP> limited
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> continued <SEP> of <SEP> sound
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> irregularity
<tb>
Many types of filaments are suitable for the yarn of the invention and the method described has been successfully applied to obtain bulky continuous filament yarns.
from a wide variety of polymeric materials, For example, suitable filaments are prepared from polyamides forming
<Desc / Clms Page number 57>
fibers such as polyhexamethylene adipamide, poly-
EMI57.1
epsilon caprolactbze and 1, poly-omega-aminoundécanoqust polyesters such as polyethylene terephthalate, cellulose derivatives such as cellulose acetate or triacetate, polyacrylic compounds, vinyl polymers, vinylidene polymers, polyurethanes, polyhydrocarbons, etc. Composite filaments and filaments from mixtures of polymeric materials can also be used.
It is preferred to use among these polymers those which are spinnable in the molten state and which are stretched during spinning and during the same operation which serves to attract them towards the rotating body.
Although the apparatus and method of the invention is suitable for filaments having a normal cross section, such as those obtained when a circular orifice spinneret is used for spinning, filaments having a non-circular cross section are suitable. also, for example, the tri-lobed polyhexamethylene filaments of Example 10, and can impart desirable properties to the tissues formed therefrom.
An acceptable yarn having good bulk characteristics can be derived from a single filament, although much more filaments, generally not exceeding 50, can also be used. ,
It follows from the foregoing that the advantages of the invention are numerous. Bulky yarns and fabrics made from them tend to possess the properties including feel, hiding power and warmth normally associated with structures formed from staple fiber yarns. In addition, the properties inherent in the material forming the continuous filaments are found in the products obtained, for example the characteristics of wear resistance, toughness and imputrescibility.
<Desc / Clms Page number 58>
associated, for example, with polyamide yarns and fabrics.
The yarns can be easily handled in conventional textile looms and have been woven and knitted to provide useful fabrics. The fabrics, due to the volume of the threads which constitute them, are warm and have good covering power.
The bulky yarn is manufactured in a simple and economical manner by a process which requires only extremely simple apparatus and which integrates completely with the spinning of the continuous filaments from a source of raw material.
The process uses extremely fine denier continuous filaments to produce a much larger denier bulk yarn containing many filaments in its cross section and the bulk of which is inherent in the structure and is stable during subsequent treatment of the yarns. to transform them into fabrics without the need to heat-fix them.
The terms air brake actuator "," volume factor and "torsion factor" used in the claims have been defined above.
CLAIMS 1.- Continuous filament yarn comprising a large number of interconnected loops arranged essentially parallel to the longitudinal axis of the yarn, characterized in that the yarn has a braking factor in air of at least 7.5 , a volume factor of at least 1.3 and a twist factor of at least 3/4.