Procédé continu de fabrication d'un fil
à texture filamenteuse et fil obtenu par ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé continu de fabrication d'un fil à texture filamenteuse et un fil obtenu par ce procédé. bulle concerne la fabrication d'un fil à partir de fibres discontinues sans qu'il soit nécessaire d'envisager les opérations de mise en moche ou d'étirage utilisées dans les procédés connus.
Le procédé qui va être décrit ne dépend pas seulement des forces de cohésion entre les fibres mais aussi des forces d'adhésion des à un agent de liaison résineux introduit dans le but de faire adhérer les fibres les unes aux autres pour former un fil présentant une torsion per manette,
Ce procédé élimine dans la plupart des cas la traction et dans tous les cas les stades complexes et nécessairement lents de la mise en mèche et de l'étirage des procédés connus. I1 est possible ainsi d'envisager des vitesses de fabrication beaucoup plus élevées de même que l'automation de tout le traitement des fibres discontinues par une suite continue de stades à partir des nappes de fibres jus < 'au fil terminé.
Cette élimination des stades coûteux de laminage, de la mise en mèche et de l'étirage, l'augmentation des vitesses de fabrication, la simplicité et l'universalité du nouveau procédé de fabrication d'un fil à partir de n'importe quelles fibres discontinues représentent de grandes économies.
En plus de ses avantages économiques, le présent procédé fournit des fils composés de filaments qui présentent beaucoup d'avantages sur les types connus de fil filamenteux.
Dans l'industrie textile, on définit le filament comme un toron individuel de longueur indéfinie. Les filaments formés artificellement sont d'une longueur indéfinie et peuvent atteindre plusieurs kilomètres. Un fil filamenteux peut comprendre des monofilaments ou des multifilaments, avec ou sans torsion, cette dernière étant ordinairement légère si elle existe. L'expression "fil à texture filamentueuse est générique pour désigner tout fil filamenteux modi fid de façon à changer ses propriétés physiques et superficielles initiales. L'expression implique une texture différente imposée à la masse extrudée du filament.
La production de fils texturés implique la formation d'un filament, puis le traitement de ce dernier sur des machines compliquées et coûteuses pour former des fils filamenteux. Pour ces raisons, les fils filamenteux texturés du commerce sont parmi les plus chers. Des fils en fibres discontinues, obtenus à partir de fibres artificielles ou de mélanges de fibres artificielles et naturelles, nécessitent aussi avant tout la formation d'un filament, après quoi le traitement dz fibres discontinues et le mélange avec d'autres fibres doit comprendre les nombreux stades coûteux de la fabrication habituelle des fils à fibres courtes, comme l'ouverture, le mélange, l'épluchage, le cardage, lié- tirage, la mise en mèche, la torsion et l'enroulement, avant d'obtenir le fil terminé.
Dans les deux cas, la production implique donc deux stades de traitement distincts, différents, séparés et discontinus et des équipements différents.
On a donc cherché à rendre possible la production
composé d'un fil filamenteux/présentant une texture qui élimine tous les inconvénients connus d'un fil filamenteux rectiligne et lisse et dans laquelle, si et quand on le désire, toute torsion fixée à chaud normale ou toute faussetorsion fixée à chaud peut être impartie pour augmenter le caractère texturé et/ou l'allongement du fil.
Dans le nouveau procédé, des fils filamenteux texturés peuvent être produits à partir de tous matériaux thermoplastiques susceptibles d'être extrudés tels que, par exemple, le nylon, le polypropylène, l'acrylonitrile, le polyéthylène, les composés caoutchouteux ou leurs mélanges (qui peuvent comprendre des agents thermodurcissables), à l'aide de tout type de fibres discontinues, courtes ou longues, sous forme de nappes de fibres lâches ou préformées,
les fibres étant parallèles ou disposées au hasard dans une succes
première sion continue d'opérations à partir d'une matire/appropriée jusqu'aux paquets de fil filamenteux prêts à l'emplois
Le brevet belge NO 537.158 décrit un procédé de fabrication de fils formés de fibres liées à un noyau continu de matière plastique, L'introduction de la résine se fait sous forme pulvérisée, 1n résine étant fondue ensuite, ce qui présente un inconvénient sur le procédé objet de la présente invention dans lequel la résine est amenée depuis un appareil à extruder sous forme continue, en ce sens qu'il peut se produire des dicontinuités longitudinales de la matière polymérique de liaison entre les deux nappes,
à moins que la poudre ne soit amenée en quand tités très importantes. En outre, le brevet belge ne fait aucune allusion à un étirage ou un allongement de la matière polymérique quand elle est introduite dans les deux nappes, étirage qui assure une orientation favorable des channes moléculaires dans le polymère, augmentant la résistance de ce dernier.
Le brevet USA NO 2.743.573 concerne la fabrication de fils formés de fibres liées à un noyau continu en une matière thermoplastique ou thermodurcissable, et le brevet USA NU 2.745.572 décrit des appareils pour l'exécution d'un tel procédé. La présente invention présente les avantages suivants par rapport à celles décrites dans ces deux brevets :
elle ne nécessite pas l'emploi de colle pour former des rubans destinés à être tordus pour constituer des fils, elle tissure l'allongement et l'orientation des channes moléculaires dans la matière polymérie ayant l'addition des fibres discontinues, ce qui permet d'augmenter la résistance du fil et d'améliorer son maintien, elle produit une nappe composée de largeur uniforme en associant une première nappe fibreuse à une face d'une couche d'un polymère étiré et orienté et une deuxième nappe fibreuse à la face opposée de la même couche, elle utilise une matière polymérique obtenue par extrusion directe sous forme d'un film ou d'une feuille,
elle permet de compter sur une mise en parallèle et une cristallisation des chatnes moléculaires dans la matière polymérique avant la réunion avec les nippes de fibres discontinues, sans brossage sDécial, elle permet d'obtenir le fil par torsion d'un ruban dont les deux faces sont couvertes de fibres, les fibres faisant saillie depuis la surface intériure du ruban tordu et formant un noyau suppléinentaire élastique et insistant, et elle permet de traiter la couche pelliculaire continue du polymère dans la direction verticale vers le bas, ce qui permet de régler facilement la longueur de la couche de résine exposée à l'atmosphère entre la matrice d'extrusion et les rouleaux de pincement et d'obtenir le contrôle complet du conditionnement de ladite couche.
La figure unique du dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une mise en oeuvre du procédé objet de l'invention et représente schématiquement en perspective une machine utilisée dans cette mise en oeuvre,
La machine représentée comprend un dispositif à extruder un comportant une trémie 2 et une chxmbre de chauffage 3. Une résine synthétique est placée dns la trémie 2, à partir de laquelle elle passe dans la chambre de chauffage 3 pour être fondue. La résine fondue passe à travers un raccord 4 dans une tête d'extrusion 5 > 2où elle est extrudée sous forme d'une couche 6 constitue par un film plastique continu.
De chaque côtd de la couche 6 est disposé un dispositif 7, par exemple de cardage, bien connu dans la fabri- cation des nappes de fibres alignées. Les dispositifs 7 sont utilisés dans le but de former des nappes fibreuses 8 et 9 à partir de fibres discontinues, chacune de ces nappes présentant des fibres disposées parallèlement à la dimension longitudinale de la nappe. Les nappes 8 et 9 sont amenées par des rouleaux de guidage 10 et 11 de chatlue côté de la couche résineuse 6.
La nappe composée 13 formée à partir de la couche 6 et des nappes 8 et 9, est alors envoyée entre deux rouleaux refroidis 12 qui sont entradnés à une vitesse telle qu'ils entraient la couche à une vitesse supérieure à sa vitesse d'extrusion de la tête 5, de sorte que la couche 6 est maintenue sous tension.
Les rouleaux refroidis assurent encore d'autres fonctions. En premier lieu, ils exercent une pression qui assure un écoulement de la matière résineuse dans les nappes 8 et 9. Secondement, ils exercent une action de refroidissement sur la matière résineuse qui amène celle-ci à coaguler.
Enfin, ils produisent une nappe composée 13 dans laquelle les fibres des nappes 8 et 9 sont liées fortement à la couche résineuse 6 aux points de contact avec celle-ci.
La nappe composée 13 passe autour d'un guide 14 et pénètre dans un dispositif découpeur 15 dans lequel elle est découpée en plusieurs rubans 16
Du dispositif découpeur 15, les rubans 16 sont envoyés dans une tordeuse 17 comprenant plusieurs broches 18
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forment des paquets 19 dans des crapaudines 20. Les broches 18 pourraient être remplacées par des broches à anneau conventionnelles0
L'espacement entre les rouleaux refroidis 12 est réglé de manière à exercer une ferme pression de grippage sur la
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composée
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et la vitesse d'extrusion de la tête 5 est réglée de façon à maintenir la couche 6 sous tension. Cet arrangement constitue un moyen de régler l'épaisseur de la couche résineuse 6 et par conséquent le rapport de la résine aux fibres dans le produit fini.
En outre, la
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sur la couche 6 est suffisante pour assurer un allongement avantageux de façon que lorsque la couche 6 atteint la zone de pincement entre les rouleaux 12, l'orientation des molécules de résine dans la feuille chaude a été effectuée. I1 est bien connu que les films ou les filaments de nombreuses résines synthétiques peuvent être considérablement renforcés s'ils sont soumis à un allongement suffisamment fort pour produire l'orientation des molécules de la résine dans la direction longitudinale du film ou du filament. Cette augmentation de résistance s'accompagne d'une augmentation de la longueur du film ou du filament. Par conséquent, la couche résineuse 6 qui est envoyée dans la zone de pincement des rouleaux 12 présente une résistance considérable due à l'allongement qu'elle a subi.
Le refroidissement exercé sur la couche résineuse 6 par les rouleaux 12 sert à fixer les molécules de cette couche dans leurs positions orientées, de sorte que la nappe composée 13 comprend une couche de liaison d'une résistance considérable. Cette situation contraste avec celle qui prévaudrait si, au lieu d'introduire entre les nappes 8 et 9 une couche résineuse 6 extrudée directement, cette dernière couche était remplacée par un film ou un filament de résine préfabriqué. Dans ce dernier cas, dans le but d'obtenir une adhésion satisfaisante des nappes fibreuses 8 et 9 au film ou au filament, les rouleaux refroidis 12 devraient être remplacés par des rouleaux chauffés afin d'amollir la surface du film ou du filament pré-fabriqué. Cette application de chaleur altérerait l'orientation des molécules dans le produit pré-fabriqué, ce qui diminuerait sa résistance.
Les nappes composées obtenues par ce procédé ne sont donc pas aussi résistantes que celles obtenues par le nouveau procédé décrit. De même, la résistance des fils formés à partir de telles nappes serait inférieure à celle des fils formés à partir de la nappe 13.
Dans une mise en oeuvre particulière du procédé décrit à l'aide de la machine représentée, deux nappes 8 et 9 de fibres de coton sont appliquées su les deux côtés d'une couche de polypropylène d'une épaisseur de 0,025 mm. La température de la tête d'extrusion 5 est d'environ 2900C.
Les nappes 8 et 9 viennent en contact avec la couche 6 à une distance d'environ 7,5 cm au-dessous de la tête 5, la température de la couche 6 dans la zone de contact étant tombée entre 175 et 2000C environ. La vitesse d'extrusion de la résine à partir de la tête 5 est telle qu'elle donne à la couche 6 une vitesse linéaire d'environ 3 m/minute tandis que les rouleaux 12 tournent à une vitesse telle qu'ils tirent la couche 6 avec une vitesse d'environ 30 m/minute, exerçant ainsi une tension sur 1e couche 6 entre la tête 5 et les rouleaux 12. La nappe composée 13 obtenue ainsi est découpée en rubans et ceux-ci sont tordus en fils. Les fils produits ont le toucher et l'apparence d'un fil de coton habituel tout en présentant une résistance beaucoup plus grande qu'un fil de coton.
L'examen microscopique montre que les fils comprennent un noyau continu de polypropylène entouré d'une gaine de fibres de coton dont certaines portions sont noyées dans le noyau de polypropylène et certaines portions exemptes de résine s'étendent à partir du noyau.
On peut noter en outre que le noyau présente uns configuration hilicoidale due à la torsion et que le.
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portions des fibres de coton exemptes de résine sont maintenues entre les spires adjacentes du noyau.
Indépendamment de la résistance améliorée des nappes et des fils obtenus par le procédé décrit, l'emploi d'une couche résineuse produite par des techniques d'extrusion directes assure d'autres avantages par rapport à l'emploi d'un film ou filament pré-fabriqué. Dans la formation de fils et filaments pour les méthodes habituelles, des efforts considérables ont été faits pour obtenir un produit commercialement satisfaisant. Le critère permettant de juger si un produit est satisfaisant ou non est basé sur une variété de considérations dont la plupart ne jouent aucun rôle quand le film ou le filament est destiné à être utilisé dans la production de fils liés par une résine. Par exemple, quand on produit un film pour le vendre comme tel, il faut faire soigneusement attention à obtenir une surface lisse.
On l'obtient généralement par un calandrage qui nécessite un °contrôle soigné. Par ailleurs, quand on produit des filaments, une nécessité normale importante est que ce filament soit d'une section transversale uniforme avec de très faibles tolérances. Une conséquence naturelle du soin à apporter dans la production des films ou des filaments pour l'usage commercial normal est que le coat de ces films et filaments est relativement élevé par comparaison avec celui des produits obtenus par une extrusion directe, comme dans le procédé décrit. Les films ou filaments directement extrudés sont nécessaires pour avoir des propriétés physiques acceptables et pour l'uniformité de la fabrication, mais l'apparence nta que peu d'intérêt.
Par conséquent, en adoptant une technique d'extrusion directe de l'agent de liaison résineux entre les nappes fibreuses, on réalise une économie considérable sans sacrifier la qualité.
Un autre avantage du produit décrit, comparativement à la technique généralement similaire dans laquelle un film ou un filament pré-fabriqué est utilisé à la place d'une matière extrudée directement, est que la nature de la résine peut entre facilement réglée pour répondre à des exigences particulières. Les films et filaments du commerce contiennent souvent des ingrédients qui sont importants pour une raison ou pour une autre dans les produits qui doivent être utilisés sous cette forme. Ces ingrédients sont, par exemple, des agents de délustrage ou des composants constituant des mordants pour des colorants. Ces matières n'ont aucune valeur particulière pour la formation d'un fil lié par une résine et peuvent être nocives.
Avec le produit décrit, la résine utilisée pour lier les fibres les unes aux autres peut avoir sans difficulté la composition jugée la plus appropriée pour le matériel particulier à produire0 Les ingrédients non nécessaires peuvent être laissés de côté. Ce qui est plus important encore, c'est que des ingrédients utiles dans les matières textiles liées par une résine et qui sont cependant indésirables dans la plupart des films ou filaments du commerce, peuvent être ajoutés. Par exemple, l'inclusion d'une résine thermodurcissable dans le mlange résineux n'offre aucune difficulté. Des films et filaments de résine thermodurcissables telles que les résines phénol-formaldéhyde et urée-formaldéhyde ne sont pas aans le commerce.
L'addition de ces résines peut être recherchée dans le but d'augmenter la résistance et la rigidité du produit fibreux lié par la résine. En outre, il peut être avantageux d'opérer avec une teneur de plastifiant supérieur à celle communément utilisée dans les films ou filaments. Cela peut se faire sans difficulté avec le procédé décrit.
Un autre avantage important du procédé décrit réside dans la possibilité d'utiliser des résines ou des mélanges de résines présentant un point de fusion élevé sans nuire à la qualité des fibres dans les nappes fibreuses0 Au moment où la résine vient en contact avec les nappes fibreuses, l'ensemble est inLnlédiatement soumis à l'action de refroidissement exercée par les rouleaux 12o Les fibres des nappes 8 et 9 ne sont ainsi pas soumisses à des températures qui peuvent nuire à leurs propriétés. Dans une méthode ou la couche résineuse 6 directement extrudée est remplacée par une couche de films ou filaments pré-fabriqués et les rouleaux 12 sont remplacds par des rouleaux de chauffage,
il se produit en général un endommagement des fibres dans les nappes si ls matière résineuse en cause présente un point de fusion élevé.
Cela provient du fait ue pour amener la couche résineuse à l'état d'amollissement permettant une bonne adhésion entre la résine et les nappes fibreuses, la température de la couche résineuse doit évidemment être supérieure au point d'7a- mollissement de la résine. Dans ce but, la chaleur doit être transmise depuis les rouleaux chauffés à travèrs les nappes fibreuses à la couche résineuse. I1 s'ensuit que les nappes sont amenées à une température supérieure au point d'mollis- sement de la résine. Beaucoup de résines, par exemple le nylon, ont des points d'amollissement si élevés qutil existe peu de matières fibreuses qui puissent résister quand elles sont amenées aux températures nécessaires pour assurer une liaison satisfaisante entre la résine et les fibres.
Dans le procédé décrit, une dégradation des fibres ne pourrait tout au plus se produire que dans les parties de la nappe fibreuse immédiatement adjacentes à la couche résineuse, la masse de la nappe étant maintee à une température inférieure par suite de l'action des rouleaux refroidis 12. Par cette particularité que présente le présent procédé de permettre une liaison satisfaisante entre les fibres et la matière résineuse sans exposer les fibres à des températures trop élevées, il est possible de fabriquer des produits fibreux liés par une résine à partir de combinaisons de fibres et de résines qui ne pourraient être traitées de manière satisfaisante si les résines étaient utilisées sous forme d'un film ou d'un filament pré-fabriQjé.
Le procédé décrit comprend essentiellement la formation d'une c Acne dlrectement extrudée une matière résineuse et
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nappe fibreuse dr;
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les fibres ont été amenées parallèlement les unes aux autres et à la dimension longitudinale des nappes à amener la couche résineuse et les nappes fibreuses en contact, et à les soumettre à un refroidissement et à une pression pour former une nappe composée dans laquelle les fibres sont liées les unes aux autres au moyen de la matière résineuse. Les deux nappes fibreuses formant la nappe composée peuvent être identiques. Par ailleurs, l'une des nappes fibreuses 8 et 9 peut être une couche de papier ou de pulpe.
La production de fils à partir d'une telle nappe est effectuée par torsion des rubans coupés dans la nappe, de manière à disposer le papier ou la pulpe à l'intérieur du filo De cette manière, on peut obtenir économiquement un fil massif 0 Des résultats similaires pourraient être obtenus en utilisant à la place du papier ou de la pulpe une nappe dont les fibres sont disposées au hasard, par exemple une nappe de linters,
D'autres arrangements sont également possibles.
Par exemple, on peut produire une nappe composée en extrudant une couche de résine entre une couche de papier et une nappe de fibres en brins, qui ont été amenées parallèlement l'une à l'autre, et ensuite extruder une seconde couche résineuse entre la première nappe composée et une seconde nappe de fibres discontinues disposées parallèlement l'une à l'autre de manière b produire une seconde nappe composée présentant des fibres sur ses deux cotés et un intérieur composé de papier entre deux couches résineuses,
On a remarqué que la liaison des nappes fibreuses les unes aux autres peut s'effectuer au moyen d'une couche résineuse qui peut être un film continua La nature de la résine employée n'est pas critique.
Cette résine peut être par exemple une polyamide, un polyacrilate, un ester cellulosique, spdoialement l'acétate de cellulose, une cellulose régénérée, un polyéthylène, un polypropylène ou un polyester.
La nature is fibres dont sont faites les nappes fibreuses peut également varier. I1 peut s'agir de fibres animales telles que la laine, de fibres végétales telles que le coton, des fibres de liber telles que les fibres de tiges non écorcées, de jute, de chanvre ou de kenaf, de fibres dures telles que l'agave, de fibres de verre, de fibres minérales telles que l'amiante, et de fibre synthétiques telles que les fibres de polyamide, de polyester ou de polyacrylonitrile, par exemple.
La formation des nappes fibreuses peut être effec- tuée par tout dispositif d'alignement et de mise en parallélisme connu dans la pratique, en utilisant par exemple des cardes, des cadres d'étirage, des grilles, des machines à fabriquer le papier, etc. De plus, quand les fibres discontinues sont trop courtes pour être formées en nappes présen
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tant par elles-mEmes un
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suffisant, les fibres peuvent être dispersées dans un courant d'air et soufflées sur la surface collante d'une couche résineuse par une soufflerie
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de manière à former une nappe de fibres sur la surface de la couche résineuse.
Le procédé décrit rend possible la production de fils qui possèdent la résistance d'un fil de filament ordi- naire et présentent un noyau continu d'une résine synthétique et en même temps les caractéristiques superficielles d'un fil texturé par suite de la présence d'une gaine extérieure de fibres discontinues. Ces fils diffèrent des fils produits par l'imprégnation de fibres discontinues par une résine; dans ces derniers fils, la résine est diffusée à travers la masse des fibres de manière à obtenir un fil plus dur.
Les fils obtenus par le procédé décrit peuvent facilement être fabriqués d'une grande égalité, tandis qu'avec les fils produits par les méthodes textiles conventionnelles, il est plus difficile d'obtenir cette égalité parce que chaque série de stades impliquée dans une rlléthode usuelle de production du fil -peut entraîner une inégalité dans le fil.
Le procédé décrit conduit donc à des fils nouveaux comprenant un noyau continu d'une résine et une matière fibreuse ancrée à ce noyau, des portions de la matière fibreuse étant noyées dans le noyau tandis que d'autres portions de cette matière fibreuse, qui sont sensiblement exemptes de résine, s'étendent à partir du noyau pour former une gaine présentant les caractéristiques superficielles normales de cette matière fibreuse. L'ancrage de la matière fibreuse au noyau est favorisé de préférence en communiquant au fil une tension qui donne au noyau une forme hélicoidale et sert à emprisonner des portions de fibres exemptes de résine entre les spires adjacentes du noyau hélicoïdal ainsi formé.
Continuous process for making a wire
with filamentous texture and yarn obtained by this process
The subject of the present invention is a continuous process for manufacturing a thread with a filamentous texture and a thread obtained by this process. bubble relates to the manufacture of a yarn from staple fibers without it being necessary to consider the operations of mossing or drawing used in the known methods.
The process which will be described does not only depend on the cohesion forces between the fibers but also on the adhesion forces of the resinous bonding agent introduced in order to adhere the fibers to each other to form a yarn having a twist per lever,
This process eliminates in most cases the traction and in all cases the complex and necessarily slow stages of the wicking and stretching of the known processes. It is thus possible to envisage much higher manufacturing speeds as well as the automation of the whole treatment of staple fibers by a continuous series of stages from the layers of fibers to the finished yarn.
This elimination of the costly stages of rolling, roving and drawing, the increase in manufacturing speeds, the simplicity and universality of the new process for manufacturing a yarn from any fiber discontinuities represent great savings.
In addition to its economic advantages, the present process provides yarns composed of filaments which have many advantages over the known types of filamentary yarn.
In the textile industry, the filament is defined as an individual strand of indefinite length. Artificially formed filaments are of indefinite length and can reach several kilometers. A filamentary yarn can comprise monofilaments or multifilaments, with or without twisting, the latter being usually light if it exists. The expression "filamentous texture yarn is generic to designate any filamentary yarn modified in such a way as to change its initial physical and surface properties. The expression implies a different texture imposed on the extruded mass of the filament.
The production of textured yarns involves the formation of a filament, then the treatment of the latter on complicated and expensive machines to form filamentary yarns. For these reasons, commercial textured filament yarns are among the most expensive. Yarn of staple fibers, obtained from artificial fibers or mixtures of artificial and natural fibers, also requires above all the formation of a filament, after which the treatment of staple fibers and the mixture with other fibers must include many costly stages of the usual manufacture of short fiber yarns, such as opening, mixing, peeling, carding, tied-pulling, wicking, twisting and winding, before obtaining the yarn completed.
In both cases, production therefore involves two distinct, different, separate and discontinuous processing stages and different equipment.
So we tried to make production possible
composed of a filamentary yarn / having a texture which eliminates all the known drawbacks of a straight and smooth filamentary yarn and in which, if and when desired, any normal hot-set twist or any hot-fixed distortion can be imparted to increase the textured character and / or the elongation of the thread.
In the new process, textured filament yarns can be produced from any thermoplastic material capable of being extruded such as, for example, nylon, polypropylene, acrylonitrile, polyethylene, rubber compounds or mixtures thereof (which may include thermosetting agents), using any type of staple fibers, short or long, in the form of sheets of loose or preformed fibers,
the fibers being parallel or randomly arranged in a success
first continuous operation from material / suitable to ready-to-use bundles of filament yarn
Belgian patent NO 537.158 describes a process for manufacturing threads formed from fibers linked to a continuous plastic core. The resin is introduced in spray form, the resin then being melted, which has a drawback on the process. object of the present invention in which the resin is brought in from an apparatus for extruding in continuous form, in the sense that longitudinal dicontinuities of the polymeric material connecting between the two layers can occur,
unless the powder is brought in when very large. In addition, the Belgian patent makes no allusion to stretching or elongation of the polymeric material when it is introduced into the two layers, stretching which ensures a favorable orientation of the molecular chains in the polymer, increasing the resistance of the latter.
The patent US NO 2,743,573 relates to the manufacture of yarns formed of fibers linked to a continuous core in a thermoplastic or thermosetting material, and the patent US NU 2,745,572 describes apparatuses for carrying out such a process. The present invention has the following advantages over those described in these two patents:
it does not require the use of glue to form ribbons intended to be twisted to constitute threads, it weaves the elongation and the orientation of the molecular chains in the polymer material having the addition of staple fibers, which allows '' increase the resistance of the wire and improve its maintenance, it produces a sheet composed of uniform width by associating a first fibrous sheet with one side of a layer of stretched and oriented polymer and a second fibrous sheet on the opposite side of the same layer, it uses a polymeric material obtained by direct extrusion in the form of a film or a sheet,
it makes it possible to count on a paralleling and crystallization of the molecular rods in the polymeric material before the meeting with the nipples of staple fibers, without special brushing, it allows the yarn to be obtained by twisting a ribbon, the two faces of which are covered with fibers, the fibers protruding from the inner surface of the twisted ribbon and forming an elastic and insistent additional core, and it allows to treat the continuous film layer of the polymer in the vertical downward direction, which makes it easy to adjust the length of the resin layer exposed to the atmosphere between the extrusion die and the pinch rollers and to obtain complete control of the conditioning of said layer.
The single figure of the appended drawing illustrates, by way of example, an implementation of the process which is the subject of the invention and schematically shows in perspective a machine used in this implementation,
The machine shown comprises an extruding device comprising a hopper 2 and a heating chamber 3. A synthetic resin is placed in the hopper 2, from which it passes into the heating chamber 3 to be melted. The molten resin passes through a connector 4 in an extrusion head 5> 2 where it is extruded in the form of a layer 6 constituted by a continuous plastic film.
On each side of the layer 6 is disposed a device 7, for example of carding, well known in the manufacture of sheets of aligned fibers. The devices 7 are used for the purpose of forming fibrous sheets 8 and 9 from staple fibers, each of these sheets having fibers arranged parallel to the longitudinal dimension of the sheet. The plies 8 and 9 are brought by guiding rollers 10 and 11 on the side of the resinous layer 6.
The composite ply 13 formed from layer 6 and plies 8 and 9 is then sent between two cooled rollers 12 which are driven through at a speed such that they enter the layer at a speed greater than its extrusion speed of the head 5, so that the layer 6 is kept under tension.
The cooled rollers perform other functions as well. Firstly, they exert a pressure which ensures a flow of the resinous material in the layers 8 and 9. Secondly, they exert a cooling action on the resinous material which causes the latter to coagulate.
Finally, they produce a composite sheet 13 in which the fibers of the sheets 8 and 9 are strongly linked to the resinous layer 6 at the points of contact with the latter.
The composite sheet 13 passes around a guide 14 and enters a cutting device 15 in which it is cut into several ribbons 16
From the cutting device 15, the ribbons 16 are sent to a clipper 17 comprising several pins 18
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form bundles 19 in crimps 20. The pins 18 could be replaced by conventional ring pins 0
The spacing between the cooled rollers 12 is adjusted so as to exert a firm seizing pressure on the
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composed
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and the speed of extrusion of the head 5 is adjusted so as to keep the layer 6 under tension. This arrangement constitutes a means of adjusting the thickness of the resinous layer 6 and therefore the ratio of the resin to the fibers in the finished product.
In addition, the
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on the layer 6 is sufficient to ensure an advantageous elongation so that when the layer 6 reaches the nip between the rollers 12, the orientation of the resin molecules in the hot sheet has been carried out. It is well known that the films or filaments of many synthetic resins can be considerably strengthened if they are subjected to a sufficiently strong elongation to produce the orientation of the molecules of the resin in the longitudinal direction of the film or the filament. This increase in strength is accompanied by an increase in the length of the film or filament. Consequently, the resinous layer 6 which is sent to the pinching zone of the rollers 12 has considerable resistance due to the elongation which it has undergone.
The cooling exerted on the resinous layer 6 by the rollers 12 serves to fix the molecules of this layer in their oriented positions, so that the composite sheet 13 comprises a bonding layer of considerable resistance. This situation contrasts with that which would prevail if, instead of introducing between the plies 8 and 9 a resinous layer 6 extruded directly, this last layer was replaced by a film or a prefabricated resin filament. In the latter case, in order to obtain satisfactory adhesion of the fibrous webs 8 and 9 to the film or to the filament, the cooled rollers 12 should be replaced by heated rollers in order to soften the surface of the film or of the pre-filament. made. This application of heat would alter the orientation of the molecules in the pre-manufactured product, which would decrease its resistance.
The composite plies obtained by this process are therefore not as resistant as those obtained by the new process described. Likewise, the resistance of the wires formed from such plies would be lower than that of the wires formed from ply 13.
In a particular implementation of the method described using the machine shown, two layers 8 and 9 of cotton fibers are applied on both sides of a layer of polypropylene with a thickness of 0.025 mm. The temperature of the extrusion head 5 is around 2900C.
The plies 8 and 9 come into contact with the layer 6 at a distance of approximately 7.5 cm below the head 5, the temperature of the layer 6 in the contact zone having fallen between 175 and 2000C approximately. The speed of extrusion of the resin from the head 5 is such that it gives the layer 6 a linear speed of approximately 3 m / minute while the rollers 12 rotate at a speed such that they pull the layer 6 with a speed of approximately 30 m / minute, thus exerting a tension on the first layer 6 between the head 5 and the rollers 12. The composite ply 13 thus obtained is cut into ribbons and these are twisted into wires. The yarns produced have the feel and appearance of a usual cotton yarn while exhibiting much greater resistance than a cotton yarn.
Microscopic examination shows that the yarns comprise a continuous core of polypropylene surrounded by a sheath of cotton fibers, some portions of which are embedded in the polypropylene core and certain portions free of resin extend from the core.
It may further be noted that the core has a hiloidal configuration due to torsion and that the.
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portions of the resin-free cotton fibers are held between the adjacent turns of the core.
Regardless of the improved resistance of the plies and yarns obtained by the process described, the use of a resinous layer produced by direct extrusion techniques provides other advantages compared to the use of a pre-film or filament. -made. In the formation of yarns and filaments for the usual methods, considerable efforts have been made to obtain a commercially satisfactory product. The criterion for judging whether a product is satisfactory or not is based on a variety of considerations, most of which play no role when the film or filament is intended to be used in the production of resin bonded yarns. For example, when producing a film for sale as such, you have to be careful to get a smooth surface.
It is generally obtained by calendering which requires careful control. On the other hand, when producing filaments, an important normal requirement is that this filament be of a uniform cross section with very small tolerances. A natural consequence of the care to be taken in the production of films or filaments for normal commercial use is that the cost of these films and filaments is relatively high compared with that of the products obtained by direct extrusion, as in the process described. . Directly extruded films or filaments are necessary for acceptable physical properties and for uniformity of manufacture, but the appearance is of little interest.
Consequently, by adopting a technique of direct extrusion of the resinous bonding agent between the fibrous layers, a considerable saving is achieved without sacrificing quality.
Another advantage of the product described, compared to the generally similar technique in which a pre-made film or filament is used in place of a directly extruded material, is that the nature of the resin can easily be adjusted to respond to specific requirements. Commercial films and filaments often contain ingredients that are important for one reason or another in the products to be used in this form. These ingredients are, for example, delustering agents or components constituting mordants for colorants. These materials have no particular value for the formation of a wire bound by a resin and can be harmful.
With the product described, the resin used to bond the fibers together can easily have the composition deemed most suitable for the particular material to be produced. Unnecessary ingredients can be left out. What is even more important is that ingredients useful in textile materials bound by a resin and which, however, are undesirable in most commercial films or filaments, can be added. For example, the inclusion of a thermosetting resin in the resinous mixture does not present any difficulty. Thermosetting resin films and filaments such as phenol-formaldehyde and urea-formaldehyde resins are not commercially available.
The addition of these resins can be sought in order to increase the strength and rigidity of the fibrous product bound by the resin. In addition, it may be advantageous to operate with a plasticizer content higher than that commonly used in films or filaments. This can be done without difficulty with the process described.
Another important advantage of the process described resides in the possibility of using resins or mixtures of resins having a high melting point without adversely affecting the quality of the fibers in the fibrous layers. When the resin comes into contact with the fibrous layers. , the assembly is immediately subjected to the cooling action exerted by the rollers 12o The fibers of the plies 8 and 9 are thus not subjected to temperatures which can harm their properties. In a method where the resinous layer 6 directly extruded is replaced by a layer of pre-fabricated films or filaments and the rollers 12 are replaced by heating rollers,
fibers in the webs are generally damaged if the resinous material in question has a high melting point.
This is due to the fact that in order to bring the resinous layer to the softening state allowing good adhesion between the resin and the fibrous layers, the temperature of the resinous layer must obviously be higher than the softening point of the resin. For this purpose, heat must be transmitted from the heated rollers through the fibrous layers to the resinous layer. It follows that the sheets are brought to a temperature higher than the softening point of the resin. Many resins, for example nylon, have softening points so high that there are few fibrous materials which can withstand when brought to the temperatures necessary to provide a satisfactory bond between the resin and the fibers.
In the process described, degradation of the fibers could at most only occur in the parts of the fibrous web immediately adjacent to the resinous layer, the mass of the web being kept at a lower temperature as a result of the action of the rollers. Cooled 12. By this particular feature of the present process of allowing a satisfactory bond between the fibers and the resinous material without exposing the fibers to excessively high temperatures, it is possible to manufacture fibrous products bound by a resin from combinations of fibers and resins which could not be treated satisfactorily if the resins were used in the form of a film or of a pre-manufactured filament.
The process described essentially comprises the formation of a directly extruded resinous material and
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fibrous web dr;
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the fibers were brought parallel to each other and to the longitudinal dimension of the sheets to bring the resinous layer and the fibrous sheets into contact, and to subject them to cooling and to pressure to form a composite sheet in which the fibers are linked to each other by means of the resinous material. The two fibrous sheets forming the composite sheet can be identical. Furthermore, one of the fibrous sheets 8 and 9 can be a layer of paper or pulp.
The production of yarns from such a ply is carried out by twisting the ribbons cut in the ply, so as to arrange the paper or the pulp inside the filo. In this way, a solid yarn can be obtained economically. similar results could be obtained by using instead of paper or pulp a tablecloth whose fibers are arranged at random, for example a tablecloth of linters,
Other arrangements are also possible.
For example, a composite web can be produced by extruding a layer of resin between a layer of paper and a web of stranded fibers, which have been brought parallel to each other, and then extruding a second resinous layer between first composite web and a second batch of staple fibers arranged parallel to each other so as to produce a second composite web having fibers on both sides and an interior made of paper between two resinous layers,
It has been noted that the bonding of the fibrous sheets to each other can be carried out by means of a resinous layer which can be a continuous film. The nature of the resin used is not critical.
This resin can be for example a polyamide, a polyacrilate, a cellulose ester, especially cellulose acetate, a regenerated cellulose, a polyethylene, a polypropylene or a polyester.
The nature and fibers of the fibrous webs can also vary. They can be animal fibers such as wool, vegetable fibers such as cotton, bast fibers such as fibers from unpeeled stems, jute, hemp or kenaf, hard fibers such as agave, glass fibers, mineral fibers such as asbestos, and synthetic fibers such as polyamide, polyester or polyacrylonitrile fibers, for example.
The formation of fibrous webs can be carried out by any alignment and parallelization device known in the art, using for example cards, drawing frames, grids, paper-making machines, etc. . In addition, when the staple fibers are too short to be formed into layers
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both by themselves a
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sufficient, the fibers can be dispersed in an air stream and blown on the sticky surface of a resinous layer by a blower
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so as to form a sheet of fibers on the surface of the resinous layer.
The process described makes it possible to produce yarns which have the resistance of an ordinary filament yarn and have a continuous core of synthetic resin and at the same time the surface characteristics of a textured yarn as a result of the presence of '' an outer sheath of staple fibers. These threads differ from the threads produced by impregnating staple fibers with a resin; in these latter threads, the resin is diffused through the mass of the fibers so as to obtain a harder thread.
The yarns obtained by the process described can easily be made of great equality, while with the yarns produced by conventional textile methods, it is more difficult to obtain this equality because each series of stages involved in a usual method wire production - may cause unevenness in the wire.
The method described therefore leads to new threads comprising a continuous core of a resin and a fibrous material anchored to this core, portions of the fibrous material being embedded in the core while other portions of this fibrous material, which are substantially free of resin, extend from the core to form a sheath having the normal surface characteristics of this fibrous material. The anchoring of the fibrous material to the core is preferably promoted by imparting to the wire a tension which gives the core a helical shape and serves to trap portions of resin-free fibers between the adjacent turns of the helical core thus formed.