EP0271418B1

EP0271418B1 - Procédé d'obtention sur continu à filer à anneaux de fils composites à âme en filés de fibres longues entourée d'une enveloppe extérieure

Info

Publication number: EP0271418B1
Application number: EP87420328A
Authority: EP
Inventors: Jean Guevel; Guy Bontemps; Marc François
Original assignee: "sa Schappe" SA
Current assignee: "sa Schappe" SA
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1991-08-21
Anticipated expiration: 2007-12-03
Also published as: ES2025690T3; DE3772346D1; JPS63152421A; FR2607835A1; GR3002611T3; JP2726666B2; FR2607835B1; EP0271418A1; ATE66500T1

Description

La présente invention concerne un procédé d'obtention sur continu à filer à anneaux de fils composites à âme en filés de fibres longues entourée d'une enveloppe extérieure.
On sait que la fabrication de fils composites à âme entourée d'une enveloppe extérieure, plus couramment dénommés "Core-spun", peut être réalisée selon trois procédés de filature :

le procédé de filature sur continu à filer fibres longues à anneaux,
le procédé de filature sur continu à filer fibres courtes à anneaux,
et le procédé de filature à friction.

Alors que le procédé de filature à friction peut utiliser aussi bien des filaments continus, multi ou mono-filaments que des filés de fibres et ne communique aucune torsion au fil d'âme, les procédés sur continu à filer à anneaux, qu'ils utilisent des fibres longues ou des fibres courtes, ne peuvent utiliser, comme fil constituant l'âme, que des filaments continus, multifilaments ou monofilaments étirés.
Il faut, par ailleurs, noter que ces procédés sur continu à filer à anneaux, de par leur conception même, communiquent au fil d'âme une torsion équivalente à celle que reçoit l'ensemble du fil composite.
L'utilisation de filés de fibres comme âme dans les systèmes de réalisation de fils Core-spun sur continu à filer à anneaux était donc jusqu'à présent totalement exclu, comme on va le démontrer dans ce qui suit en référence au dessin schématique annexé dans lequel :

Figure 1 représente, de façon très schématique, un fil composite avant que n'ait été impartie aucune torsion ni à l'âme ni à la couverture ;
Figures 2 et 3 représentent, de façon également très schématique, plusieurs types de torsion appliqués à un fil composite dont l'âme a reçu une torsion Z.
Figure 4 est une courbe représentant le résistance du filé composite en fonction du coefficient de torsion du fil d'âme.

Sur les figures, l'âme est désignée par 2 et la couverture par 3.
La figure 1 représente un élément de fil composite constitué d'une âme 2 et de fibres de couverture 3, aucun de ces éléments n'ayant reçu de torsion.
Si l'on applique à l'ensemble du fil une torsion de coefficient α soit T = α √Nm (T = nombre de tours/mètre ; Nm = numéro métrique), la couverture et l'âme, après application de la torsion, auront la même torsion T. Or, lorsque l'on tord un fil, il se produit un effet de raccourt qui est une fonction non linéaire de la torsion.
Par conséquent, les éléments 2 et 3 de longueur initiale lo, auront une longueur l < lo après application de la torsion. L'expérience montre que la diminution de largeur a une valeur voisine de 5 % pour un α= 80. Cette variation est naturellement indépendante du sens de la torsion.
Prenons le cas (Figure 2) où les fils d'âme 2 sont des filés de fibres (longues ou contonnières), dont la torsion de sens Z a un coefficient de torsion compris dans l'intervalle 60<α<90.
Cet intervalle couvre la gamme des coefficients couramment utilisés sur les continus à filer à anneaux qu'il s'agisse de fibres longues ou de fibres courtes.
Si l'on applique à l'ensemble une torsion de même sens que la torsion appliquée au fil d'âme, donc une torsion Z d'un coefficient αʹ, compris dans l'intervalle précédemment défini, l'âme 2 va se trouver surtordue par rapport à la couverture 3, et la réduction de longueur Δl de l'âme 2 sera supérieure à la réduction de longueur Δʹl de la couverture 3.
Il y aura donc excès de longueur de la couverture 3 par rapport à l'âme 2 et il apparaîtra ainsi des "zones découvertes".
Dans la situation représentée à la figure 3, on applique à l'ensemble une torsion en sens inverse de celle appliquée au fil d'âme, soit une torsion S, d'un coefficient également compris dans l'intervalle défini ci-avant. On constate alors le phénomène inverse : en effet, le filé de l'âme 2 se détord, et voit donc sa longueur augmenter. Dans le même temps, la couverture 3 voit sa longueur se réduire sous l'effet de la torsion. Dans cette situation, il y a excès de longueur de l'âme 2 par rapport à la couverture 3, et apparition de parties découvertes, comme dans le cas précédent.
Outre le type de défaut décrit ci-avant, on peut estimer que, dans les deux cas, la résistance du fil d'âme 2 se détériorera très rapidement.
En effet, dans le cas représenté à la figure 3, cette détérioration se produira par détorsion et passage par le point "0" du fil d'âme. En effet, les fibres discontinues (longues et à fortiori courtes des cotonniers) sont liées mécaniquement par la cohésion fibres à fibres donnée par la torsion.
Ces liaisons sont, en fait, la conséquence des forces de frottement inter-libre. La détorsion conduit donc à une dislocation du filé de fibres placé en âme.
Dans le cas représenté à la figure 2, on constate que la résistance du filé diminue très rapidement, lorsque le coefficient de torsion du fil d'âme dépassa la valeur critique α $\binom{"}{o}$
. Il existe, en effet, une caractéristique propre à chaque famille de fibre que l'on peut représenter par la courbe de la figure 4, dans laquelle la résistance en décanewtons est portée en ordonnée, le coefficient de torsion étant porté en abscisse. L'équation de cette courbe F = f (α") possède un maximum. La valeur αő` correspondant à ce maximum est appelée coefficient critique. Pour toute valeur telle que α">α $\binom{"}{o}$
, on constate une diminution de la résistance.
Il est bien évident que ce coefficient critique dépend du type de fibre et de fil utilisé et est donc une caractéristique propre à chaque produit textile.
Le but de l'invention est de fournir un fil composite à âme en filé de fibres longues entourée d'une couverture en fibres longues ou en fibres courtes, dans lequel la couverture revête parfaitement l'âme sans aucune partie découverte de celle-ci, possède une bonne résistance, et dans lequel il existe une bonne liaison entre l'âme et la couverture.
A cet effet, le procédé qu'elle concerne consiste à partir d'une âme réalisée en filé de fibres longues, dont le coefficient de torsion est sensiblement inférieur à son coefficient de torsion critique, et d'une couverture de l'âme réalisée en fibres longues ou en fibres courtes, et à réaliser le montage en torsion de l'âme pendant l'opération même de filature réalisée sur continu à filer à anneaux, cette torsion étant telle que le coefficient total de torsion du fil d'âme soit inférieur à son coefficient de torsion critique.
Un autre but de l'invention est de déterminer un mode de calcul du coefficient total de torsion du fil d'âme, de façon à pouvoir optimiser le coefficient de torsion du filé de fibres à utiliser comme fil d'âme afin d'obtenir une résistance optimum.
C'est ainsi que si :
α' est le coefficient du fil complet,
N'm est le titre du fil complet,
Nm est le titre du fil d'âme et
α est le coefficient du fil d'âme,
la torsion du fil d'âme est de :

$T = α√Nm (1)$
(loi de Koechlin)

la torsion du fil complet est de :

$Tʹ =αʹ√Nʹm (2)$

la torsion totale du fil d'âme est de :

$Tʺ = T + Tʹ (3)$

Soit, par ailleurs, le pourcentage de l'âme par rapport au fil complet :

en posant

le titre du fil d'âme devient :
La torsion du fil d'âme, en fonction de Nʹm et de h est de :

et la torsion totale du fil d'âme de :
On peut alors calculer comme suit le coefficient total α ʺ du fil d'âme :
Or, d'après l'équation (5) :
Si l'on porte cette valeur dans l'équation (8), on a :
On constate donc que αʺ est fonction de trois variables : α, αʹ et h, et est indépendant du numéro métrique des filés.
On a vu plus haut que le coefficient de torsion au-dessus duquel on constate une diminution de la résistance doit être tel que :

${α ≦ α"}_{o}$
Si l'on se place à la limite, et en fixant les valeurs de h et de αʹ, (qui peuvent être prédéterminées), il est possible de calculer la valeur de α, c'est-à-dire du coefficient de torsion du filé de fibres à utiliser pour le fil d'âme pour obtenir la résistance optimum. Cette valeur est donnée par l'équation (10) :
On sait, par ailleurs, et par expérience que pour avoir une couverture totale de l'âme, il faut avoir:
Par exemple, si l'on choisit 90 comme valeur de '(il s'agit d'une valeur courante en filature pour obtenir du fil à structure fermée) ; on aura :

$α = 80 - 90 √0,3 = 30,7$
En technique fibres longues craquées, un tel fil est tout à fait réalisable, et apte à entrer comme fil d'âme dans un fil composite Corespun.
Ainsi, le coefficient de torsion du filé de fibres longues destiné à former l'âme du fil composite est égal à la valeur du coefficient de torsion critique de ce fil, diminuée du produit de la valeur du coefficient total de torsion du fil composite et de la racine carrée de la proportion de fil d'âme dans le fil composite.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le coefficient de torsion du fil d'âme se situe entre 20 et 85.
On peut noter que, avec le fil "Core-spun" ainsi obtenu, les inconvénients précités : excès de longueur de l'âme par rapport à la couverture, ou excès de longueur de la couverture par rapport à l'âme, disparaissent avec la possibilité de réaliser par exemple un fil dont le coefficient de torsion est voisin de 30, donc à fibres très peu inclinées par rapport à l'âme du fil.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront bien de l'exemple qui suit qui l'illustre sans nullement la limiter.
Le matériau prévu pour constituer l'âme est constitué d'un filé de fibres longues en aramide haut module, Nm 90.
Le coefficient de torsion critique pour ce matériau est de : ${αʺ}_{o} = 80$

la valeur h étant de 0,3 on a k = 30 %.
Le numéro métrique (Nʹm) de la couverture constituée d'un mélange de fibres courtes de coton et de viscose ignifugée, qui représente 70 % de l'ensemble du filé "Core-spun" est de Nʹm = 27.
Le coefficient de torsion αʹ déterminé sur le fil complet et nécessaire en filature fibres courtes est de 90.
Le calcul du coefficient α du fil d'âme (équation 10) donne:

α = α $\binom{"}{o}$
- α √h ; α = 80 - 90 √0,3 = 30,7
Le fil d'âme aura donc pour torsion :

$T = α √Nm ; T = 30,7 √90 = 291 t/m sens Z$
Le fil complet aura pour torsion

$Tʹ = αʹ √Nʹm ; Tʹ = 90 √27 = 467 t/m sens Z$
La torsion totale du fil d'âme sera de

$Tʺ = T + Tʹ ; Tʺ = 291 + 467 = 758 t/m$
Le fil d'âme après remontée de la torsion a donc un coefficient

et l'on retrouve donc le coefficient critique ${αʺ}_{o} = 80$
précédemment déterminé.
On peut, par ailleurs, déterminer la résistance tout à fait remarquable des fils "Core-Spun" ainsi obtenus.
La résistance d'un fil composite couverture fibres courtes n'est fonction que de la résistance du fil d'âme.
Si :
RʹKm est la résistance kilométrique du fil complet en Km,
RKm est la résistance kilométrique du fil d'âme,
Fʹ est la résistance de rupture du fil complet,
et F la résistance de rupture du fil d'âme,
Le fil d'âme après remontée en torsion a une RKm = 120, donc
Cette résistance est tout à fait remarquable pour un fil dont la couverture fibres courtes en fibres cellulosiques représente 70 % Un tel fil réalisé en 100 % fibres courtes aurait une RKm de l'ordre de 18 Km.
En couverture fibres longues, on obtient un léger dopage de la résistance totale du fil.
On conçoit tout l'intérêt du procédé selon l'invention qui permet d'obtenir, sur matériel de filature à anneaux classique des fils composites Core-spun dont l'âme est réalisée en filés de fibres synthétiques longues de toutes provenances et dont la couverture peut être réalisée en toute fibre, synthétique, artificielle ou naturelle connue, que ce soit en système fibres courtes ou en système fibres longues. On ne constate aucune partie découverte.
Les fils ainsi obtenus, qui peuvent être obtenus dans un plate de numéros métriques entre 1 et 100 présentent, par ailleurs, et comme dit plus haut, une résistance tout à fait remarquable.

Claims

Procédé d'obtention d'un fil composite à âme entourée d'une enveloppe extérieure, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'une âme (2) réalisée en filé de fibres longues, dont le coefficient de torsion est sensiblement inférieur à son coefficient de torsion critique, et d'une ouverture (3) de l'âme (2) réalisée en fibres longues ou en fibres courtes, et à réaliser le montage en torsion de l'âme pendant l'opération même de filature réalisée sur continu à filer à anneaux, cette torsion étant telle que le coefficient total de torsion du fil d'âme soit inférieur à son coefficient de torsion critique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de torsion du filé de fibres longues destiné à former l'âme du fil composite est égal à la valeur du coefficient de torsion critique de ce fil, diminuée du produit de la valeur du coefficient total de torsion du fil composite et de la racine carrée de la proportion de fil d'âme dans le fil composite.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coefficient de torsion du filé de fibres longues destiné à former l'âme du fil composite est de l'ordre de 30.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la proportion de fil d'âme dans le fil composite est inférieure ou égale à 0,3.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme du fil composite est constituée par un filé de fibres longues en aramide haut module.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres constitutives de l'âme sont obtenues par craquage.