EP0616055B1 - Procédé et dispositif de formation d'un fil composite - Google Patents

Procédé et dispositif de formation d'un fil composite Download PDF

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EP0616055B1
EP0616055B1 EP94400498A EP94400498A EP0616055B1 EP 0616055 B1 EP0616055 B1 EP 0616055B1 EP 94400498 A EP94400498 A EP 94400498A EP 94400498 A EP94400498 A EP 94400498A EP 0616055 B1 EP0616055 B1 EP 0616055B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filaments
thermoplastic
glass
sheet
glass filaments
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94400498A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP0616055A1 (fr
Inventor
Dominique Loubinoux
Giordano Roncato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Adfors SAS
Original Assignee
Vetrotex France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Vetrotex France SA filed Critical Vetrotex France SA
Publication of EP0616055A1 publication Critical patent/EP0616055A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0616055B1 publication Critical patent/EP0616055B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/082—Melt spinning methods of mixed yarn
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
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    • D01D5/08—Melt spinning methods
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    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D01D5/16—Stretch-spinning methods using rollers, or like mechanical devices, e.g. snubbing pins
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
    • D02G3/16—Yarns or threads made from mineral substances
    • D02G3/18—Yarns or threads made from mineral substances from glass or the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2929—Bicomponent, conjugate, composite or collateral fibers or filaments [i.e., coextruded sheath-core or side-by-side type]
    • Y10T428/2931—Fibers or filaments nonconcentric [e.g., side-by-side or eccentric, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for manufacturing a composite yarn formed by the association of a multiplicity of continuous glass filaments and continuous filaments of thermoplastic organic material.
  • the manufacture of such a composite wire is described in patent application EP-A-0 367 661.
  • This document describes installations comprising a die, from which continuous filaments of glass are drawn, and a spinning head, supplied under pressure by a thermoplastic organic material, delivering continuous organic filaments.
  • the two types of filaments can be in the form of sheets, or of sheet and thread, during assembly.
  • An advantageous embodiment described in this document consists in surrounding the filaments or the glass wire with the organic filaments when they are joined.
  • a composite wire thus produced has the advantage of protecting the glass filaments from friction on the solid surfaces with which the composite wire comes into contact.
  • this arrangement does not promote perfect homogenization of the mixture of the two types of filaments. Indeed, a straight cut of the composite yarn shows preferred areas for each type of filament, which can be a sought-after method of assembly, for certain
  • these composite wires have a corrugation. This is obvious when the sons are in the form of coils because the coils undulate over their entire periphery. This undulation of the composite wire is in fact due to a phenomenon of withdrawal of the organic filaments which results in an undulation of the glass filaments. This phenomenon has various drawbacks. First of all, it requires thick cuffs for the production of the coils so that they support the hooping exerted by the composite wire. In addition, the unwinding of the reel becomes very delicate due to the geometry modifications. This presentation of the wire can however be advantageous when, for example, it enters the structure of a fabric which will later be used to reinforce a curved piece.
  • the subject of the invention is a process for manufacturing a composite wire which does not have any ripple during its formation and which remains stable over time.
  • thermoplastic filaments within a composite wire which contains glass filaments are solved by a manufacturing process, of a composite wire formed by the association of continuous glass filaments coming from a die. and continuous filaments of thermoplastic organic material from a spinning head in which the thermoplastic filaments are mixed in the form of a sheet with a bundle or sheet of glass filaments after having been heated to a temperature above their transformation temperature , stretched and then cooled very quickly. The stretching thus carried out hot makes it possible to modify the structure of the thermoplastic filaments which are cooled in this new state. After the association of the thermoplastic filaments thus treated, with the glass filaments, the thermoplastic filaments do not no longer show any withdrawal. According to a preferred embodiment of the invention, the thermoplastic filaments are guided in the form of a sheet up to the glass filaments and are mixed with them at identical speeds on the generator of a roller.
  • thermoplastic filaments It is also possible to impart a higher speed to the thermoplastic filaments. To mix the two types of filaments, it is then preferable to spray the thermoplastic filaments in the form of a sheet in the bundle or sheet of glass filaments.
  • thermoplastic filaments are projected with a speed greater than the drawing speed of the glass filaments
  • an entanglement of corrugated thermoplastic filaments is obtained in the middle of linear glass filaments. It is thus possible to obtain a more or less bulky composite yarn which can in particular be used for the manufacture of fabrics.
  • Another advantage of this process is to ensure a homogeneity of the composite yarn greater than that obtained by manufacturing processes consisting in drawing a glass fiber or a sheet of glass filaments surrounded by thermoplastic filaments.
  • the invention also proposes a device allowing the implementation of this method.
  • this device comprises on the one hand an installation comprising at least one die, supplied with glass, the lower face of which is provided with a multiplicity orifices, this die being associated with a coating roller, on the other hand another installation comprising at least one spinning head supplied under pressure with molten thermoplastic material, the lower face of which is provided with a multiplicity of orifices, this spinning head being associated with a stretcher, of the drum type, with heating and cooling means and with a means making it possible to mix the thermoplastic filaments with the glass filaments, finally means common to the two installations allowing the assembly and the winding of the composite wire.
  • the drum stretcher has at least three groups of drums ensuring an increasing linear speed of the thermoplastic filaments.
  • the first group composed for example of two drums, corresponds to a heating zone.
  • the second group is composed for example of two drums driven at speeds higher than those of the previous drums.
  • the third group composed for example of two drums driven at speeds identical to those of the last drum of the second group, corresponds to a cooling zone.
  • thermoplastic filaments remain in contact with them for a sufficiently long time to modify their structure.
  • temperature rise obtained must be uniform and identical for all the filaments so that their structure is identical after passing over the stretcher.
  • the in particular electric heating means are placed at least in the first drum of the stretcher encountered by the thermoplastic filaments. In this way, the heating of the thermoplastic filaments is done by contact on at least one heating drum. It is thus fast and uniform.
  • the cooling means must also act very quickly so as to freeze the thermoplastic filaments in their new structure.
  • thermoplastic filaments Their size, number and arrangement are chosen such that the thermoplastic filaments remain in contact long enough to freeze their structure.
  • thermoplastic filaments are preferably done by circulation of a fluid at least in the last drum of the stretcher.
  • the means for mixing the two types of filament can be constituted by the association of two rollers.
  • a first “guide” roller optionally a motor, directs the sheet of thermoplastic filaments towards a second roller.
  • the thermoplastic filaments mix with the glass filaments, also in the form of a sheet.
  • This device has the advantage of creating an intermingling of the filaments, the latter arriving with identical speeds.
  • the mixture of filaments obtained then contains only linear filaments.
  • thermoplastic filaments are linear and whose thermoplastic filaments have an undulation.
  • a device implementing the properties of fluids which can be liquids or gases such as pulsed or compressed air. It may for example be a venturi device, which makes it possible to project the thermoplastic filaments into a sheet or bundle of glass filaments, even if the thermoplastic filaments have a speed greater than that of the glass filaments.
  • the drum stretcher In order to obtain a higher speed of the thermoplastic filaments, the drum stretcher must communicate with the filaments thermoplastics a speed higher than the drawing speed of the glass filaments.
  • the devices thus described allow the production of composite yarns, from glass filaments and thermoplastic filaments, which do not present any deformation thereafter, that is to say that there is no longer any withdrawal of the thermoplastic filaments .
  • Such devices also have the advantage of being able to be produced on the same level, unlike certain installations of the prior art. For this, it is possible to have a deflection element such as a roller between the spinning head of organic material and the drum stretcher.
  • FIG. 1 is shown a schematic view of a complete installation according to the invention.
  • a die 1 supplied with glass either from the front of a furnace which directly carries the molten glass to its top, or by a hopper containing cold glass, for example in the form of balls, which falls by simple gravity.
  • the die 1 is usually made of platinum-rhodium alloy and heated by the Joule effect so as to melt the glass or to maintain it at a high temperature.
  • the molten glass then flows in the form of a multitude of threads drawn in the form of a bundle 2 of filaments, by a device, not shown which also makes it possible to form the coil 3, on which it will be returned by the after.
  • These filaments 2 then pass over a coating roller 4 which deposits a primer or sizing on glass filaments.
  • This size may include compounds, or their derivatives, constituting the thermoplastic filaments 5 which will come to associate with the glass filaments to form a composite yarn 6.
  • FIG. 1 is also shown schematically a spinning head 7 from which the thermoplastic filaments 5 are extruded.
  • the spinning head 7 can be supplied with a thermoplastic material, for example of the polypropylene type, stored for example in the form of granules which is melted and then flows under pressure through multiple orifices placed under the spinning head 7, to form the filaments 5 by drawing and cooling.
  • the filaments are cooled by forced convection, by a conditioning device 8 of shape adapted to that of the spinning head 7 and which generates a laminar air flow perpendicular to the filaments.
  • the cooling air has a constant flow, temperature and humidity.
  • the filaments 5 then pass over a roller 9 which makes it possible on the one hand to gather them in the form of a sheet 10 and on the other hand, to deflect their trajectory.
  • a roller 9 which makes it possible on the one hand to gather them in the form of a sheet 10 and on the other hand, to deflect their trajectory.
  • the die 1 and the spinning head 7 on the same level and therefore to be able to produce composite wires on sites where hitherto only glass wires were produced, without requiring large modifications if not the installation of a wiring position for thermoplastic.
  • the devices already proposed for the production of composite yarns generally require an arrival of the yarn or the sheet of glass filaments above the thermoplastic die and therefore an installation of the glass die on a higher level. This generally leads to a total modification of the structures.
  • thermoplastic filaments After passing over the roller 9, the sheet 10 of thermoplastic filaments passes over a drum stretcher 11 formed for example of six drums 12, 13, 14, 15, 16, 17.
  • drums 12, 13, 14, 15, 16, 17 have different speeds so that they create an acceleration in the direction of travel of the thermoplastic filaments.
  • These drums are also associated with the heating and cooling which are not shown in the figures. In the case shown, the drums can for example operate in pairs.
  • the drums 12, 13 are then associated with a heating device. This device is for example an electrical system which provides a homogeneous and rapid rise in temperature of the thermoplastic filaments because the heating takes place by contact.
  • These drums 12, 13 are driven at a speed, identical for both, which allows the stretching of the thermoplastic filaments from the spinning head 7.
  • the second pair of drums 14, 15 is driven at a speed greater than that of the first pair.
  • the thermoplastic filaments heated during their passage over the first pair of drums to a temperature defined by the nature of the thermoplastic material undergo an acceleration due to the difference in speeds between the two pairs of drums. This acceleration leads to an elongation of the thermoplastic filaments which modifies their structure.
  • the last pair of drums 16, 17 is driven at a speed identical to that of the previous one and includes a cooling device for example of the "water-jacket" type which allows the filaments to be frozen in their new state.
  • thermoplastic filaments must be carried out quickly and uniformly.
  • the choice of means contributes to this as we saw above.
  • the invention consists of a treatment of filaments and not of threads as is customary to do.
  • the heating and cooling of the filaments can be carried out more quickly and more homogeneously than if it were the treatment of a wire, due to the heat exchange surface per greater quantity of material.
  • the stretcher 11 can also consist of more drums while respecting the three zones previously described: heating, stretching, cooling.
  • each of these zones can consist of a single drum. It is also possible that these three areas are repeat several times, that is to say that the thermoplastic filaments after having undergone the treatment described above can again be treated one or more times by successive passages in zones of the same type by renewing each time the process: heating , stretching, cooling.
  • thermoplastic filaments slide between the rollers of the stretcher, on which the thermoplastic filaments slide. It is thus possible to increase the contact times allowing the heat exchanges either for the heating stage or for the cooling stage.
  • thermoplastic filaments then passes over a “guide” roller 18, optionally a motor, and a “presser” roller 19.
  • the thermoplastic filaments are then mixed with the glass filaments so that the junction of the two plies takes place on a generator of the “presser” roller 19.
  • This mixing device makes it possible to clearly define the geometry of the sheet of thermoplastic filaments and therefore allows very homogeneous mixing.
  • All of the glass and thermoplastic filaments then pass over a device 20 which allows the assembly of these filaments to form a composite wire 6.
  • This composite wire 6 is then immediately formed into a coil 3 by a device not shown which allows the drawing of glass filaments at a given linear speed, kept constant to guarantee the desired linear mass.
  • FIG. 2 This other device is shown in Figure 2. This figure only shows the device for mixing the two types of filaments. The rest of the device remains identical to FIG. 1. An essential difference, but not shown, is that the speed communicated to the ply of thermoplastic filaments, by the stretcher 11 and more precisely by the drums 14, 15, is no longer identical to the speed of drawing of the glass filaments. Indeed, in order to obtain corrugated thermoplastic filaments in the composite yarn, their speed must be greater than the drawing speed of the glass filaments, during mixing.
  • FIG. 2 shows the ply 10 of thermoplastic filaments after it has passed over the stretcher 11 which is not shown: the ply 10 which has therefore already undergone a treatment on the stretcher and which has the desired speed, passes on a deflection roller 21 then through a venturi system 22.
  • This device ensures the projection of the sheet 10 of thermoplastic filaments in the sheet 23 of glass filaments, while maintaining the individualized thermoplastic filaments.
  • the venturi device does not communicate any additional speed to the sheet 10 so that a minimum of compressed air is projected onto the glass filaments. In this way, the risks of disturbance in the glass filaments, due to the sending of compressed air in addition to the projection of thermoplastic filaments are minimized.
  • An element 27 can also be added to this device. It is a tray comprising a recess having a dimension allowing the passage of the sheet of glass filaments. This element 27 makes it possible in particular to preserve the geometry in the form of a sheet 10 of the filaments. thermoplastics after spraying and avoids the divergence of the thermoplastic filaments.
  • This element 27 is preferably made of a composite material of textile fabric and phenolic resin of the bakelite type, allowing the filaments to slide.
  • thermoplastic filaments are projected into a sheet of glass filaments after it has passed over the sizing roller 4. It is also possible to project the thermoplastic filaments into the bundle 2 of glass filaments, that is to say that is to say before passage of these on the sizing roller 4. The homogeneity of the mixture of filaments obtained may be greater in the latter case.
  • thermoplastic filaments being projected into the sheet or bundle of glass filaments, the two types of filaments mix to form a composite wire on a device 20 identical to that of FIG. 1.
  • FIGS. 3 a, b, c are diagrammatically shown straight sections of composite wires obtained by different methods.
  • Figure 3a is a representation of a section of a composite wire obtained according to the invention. A homogeneous distribution of the thermoplastic filaments 25 and the glass filaments 26 is observed. Good homogenization of the composite yarn leads to better cohesion of the composite yarn.
  • FIGS. 3b and 3c represent straight sections of composite yarns obtained by other methods such as the use of an annular thermoplastic die, or by association of yarn with ply (figure 4b), or by tablecloth to tablecloth association (Figure 4c).
  • the distribution of the filaments is less homogeneous and the core of the wire is a privileged area for the glass filaments 26 ', 26''while the thermoplastic filaments 25', 25 '' are more on the periphery. Note that the tablecloth to tablecloth assembly results in better homogenization.
  • the sizing solution can contain a photo-initiator, capable of initiating a chemical transformation of the sizing under the action of actinic radiation.
  • a photo-initiator capable of initiating a chemical transformation of the sizing under the action of actinic radiation.
  • Such a size makes it possible to further increase the cohesion of the composite yarn.
  • It can also be a thermal initiator which is implemented by a heat treatment.

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Description

  • L'invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'un fil composite formé par l'association d'une multiplicité de filaments continus de verre et de filaments continus de matière organique thermoplastique. La fabrication d'un tel fil composite est décrite dans la demande de brevet EP-A-0 367 661. Ce document décrit des installations comprenant une filière, à partir de laquelle sont étirés des filaments continus de verre, et une tête de filage, alimentée sous pression par une matière organique thermoplastique, délivrant des filaments continus organiques. Les deux types de filaments peuvent être sous forme de nappes, ou de nappe et de fil, lors de l'assemblage. Un mode de réalisation avantageux décrit dans ce document consiste à entourer les filaments ou le fil de verre par les filaments organiques lors de leur réunion. Un fil composite ainsi réalisé présente l'avantage de protéger les filaments de verre des frottements sur les surfaces solides avec lesquelles le fil composite vient en contact. Par contre, cet arrangement ne favorise pas une parfaite homogénéisation du mélange des deux types de filaments. En effet, une coupe droite du fil composite montre des zones privilégiées pour chaque type de filaments, ce qui peut être un mode d'assemblage recherché, pour certaines applications.
  • Par ailleurs, ces fils composites présentent une ondulation. Celle-ci est flagrante lorsque les fils se présentent sous forme de bobines car les bobines ondulent sur toute leur périphérie. Cette ondulation du fil composite est due en fait à un phénomène de retrait des filaments organiques qui entraîne une ondulation des filaments de verre. Ce phénomène présente différents inconvénients. Tout d'abord, il nécessite des manchettes épaisses pour la réalisation des bobines de façon à ce qu'elles supportent le frettage exercé par le fil composite. De plus, le dévidage de la bobine devient très délicat du fait des modifications de géométrie. Cette présentation du fil peut cependant être avantageuse lorsque, par exemple, elle entre dans la structure d'un tissu qui servira ultérieurement à renforcer une pièce galbée. La souplesse du tissu, conférée à la fois par l'aptitude à la déformation des filaments organiques et l'ondulation des filaments de verre, favorise la mise en place dans un moule. Par contre, pour la réalisation de fils composites destinés à la fabrication de pièces planes renforcés dans une direction, cette présentation est un handicap. Les filaments n'étant pas alignés dans le composite final, leur capacité de renforcement dans une direction déterminée est amoindrie.
  • L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un fil composite qui ne présente aucune ondulation lors de sa formation et qui reste stable dans le temps.
  • Ce problème posé par le retrait des filaments thermoplastiques au sein d'un fil composite qui contient des filaments de verre est résolu par un procédé de fabrication, d'un fil composite formé par l'association de filaments continus de verre issus d'une filière et de filaments continus de matière organique thermoplastique issus d'une tête de filage dans lequel les filaments thermoplastiques sont mêlés sous forme d'une nappe à un faisceau ou nappe de filaments de verre après avoir été chauffés à une température supérieure à leur température de transformation, étirés puis refroidis très rapidement. L'étirement ainsi réalisé à chaud permet de modifier la structure des filaments thermoplastiques qui sont refroidis dans ce nouvel état. Après l'association des filaments thermoplastiques ainsi traités, aux filaments de verre, les filaments thermoplastiques ne présentent plus aucun retrait. Selon un mode préféré de l'invention, les filaments thermoplastiques sont guidés sous forme d'une nappe jusqu'aux filaments de verre et leur sont mélangés à vitesses identiques sur la génératrice d'un rouleau.
  • Il est également possible de conférer une vitesse supérieure aux filaments thermoplastiques. Pour effectuer le mélange des deux types de filaments, il est alors préférable de procéder à une projection des filaments thermoplastiques sous la forme d'une nappe dans le faisceau ou la nappe de filaments de verre.
  • Dans un tel cas, c'est-à-dire lorsque les filaments thermoplastiques sont projetés avec une vitesse supérieure à la vitesse d'étirage des filaments de verre, on obtient un enchevêtrement de filaments thermoplastiques ondulés au milieu de filaments de verre linéaires. Il est ainsi possible d'obtenir un fil composite plus ou moins volumineux qui peut notamment être utilisé pour la fabrication de tissus.
  • Grâce à l'invention, il est possible d'utiliser non plus des manchettes épaisses qui devaient pouvoir supporter les compressions dues au frettage occasionné par le retrait, mais des manchettes ordinaires qu'il est même possible d'enlever après formation des bobines qui deviennent alors des pelotes. Ceci est intéressant car il est donc possible d'utiliser les fils composites selon le principe de la déroulée ou bien de la défilée, par l'intérieur comme par l'extérieur.
  • Il est également possible dans ce cas de réutiliser ces manchettes plusieurs fois, ce qui représente une économie.
  • Un autre avantage de ce procédé est d'assurer une homogénéité du fil composite supérieure à celle obtenue par des procédés de fabrication consistant à étirer une fibre de verre ou une nappe de filaments de verre entourée de filaments thermoplastiques.
  • L'invention propose également un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
  • Selon l'invention, pour permettre la fabrication d'un fil composite formé par l'association de filaments continus de verre et de filaments continus de matière organique thermoplastique, ce dispositif comprend d'une part une installation comprenant au moins une filière, alimentée en verre, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices, cette filière étant associée à un rouleau enducteur, d'autre part une autre installation comprenant au moins une tête de filage alimentée sous pression en matière thermoplastique fondue, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices, cette tête de filage étant associée à un étireur, du type à tambours, à des moyens de chauffage et de refroidissement et à un moyen permettant de mêler les filaments thermoplastiques aux filaments de verre, enfin des moyens communs aux deux installations permettant l'assemblage et le bobinage du fil composite.
  • De façon préférée, l'étireur à tambours possède au moins trois groupes de tambours assurant une vitesse linéaire croissante des filaments thermoplastiques.
  • Le premier groupe composé par exemple de deux tambours correspond à une zone de chauffage. Le second groupe est composé par exemple de deux tambours animés de vitesses supérieures à celles des précédents tambours. Le troisième groupe composé par exemple de deux tambours animés de vitesses identiques à celles du dernier tambour du deuxième groupe, correspond à une zone de refroidissement.
  • La dimension des moyens de chauffage, leur nombre et leur disposition sont tels que les filaments thermoplastiques restent à leur contact un temps suffisamment long pour modifier leur structure. D'autre part, l'élévation de température obtenue doit être uniforme et identique pour tous les filaments de façon à ce que leur structure soit identique après passage sur l'étireur.
  • Selon un mode préféré de l'invention, les moyens de chauffage notamment électriques sont placés au moins dans le premier tambour de l'étireur rencontré par les filaments thermoplastiques. De cette façon, le chauffage des filaments thermoplastiques se fait par contact sur au moins un tambour chauffant. Il est ainsi rapide et uniforme.
  • Il est également possible de disposer un autre moyen de chauffage notamment du type infra-rouge au moins face au premier tambour de l'étireur.
  • Les moyens de refroidissement doivent également agir très rapidement de façon à figer les filaments thermoplastiques dans leur nouvelle structure.
  • Leur dimension, leur nombre et leur disposition sont choisis tels que les filaments thermoplastiques restent en contact un temps suffisamment long pour figer leur structure.
  • Le refroidissement des filaments thermoplastiques se fait de préférence par circulation d'un fluide au moins dans le dernier tambour de l'étireur.
  • Le moyen permettant de mêler les deux types de filament peut être constitué par l'association de deux rouleaux. Un premier rouleau-"guide", éventuellement moteur, oriente la nappe de filaments thermoplastiques vers un second rouleau. Sur ce second rouleau, les filaments thermoplastiques se mêlent aux filaments de verre, également sous la forme d'une nappe. Ce dispositif a l'avantage de créer un entremêlement des filaments, ceux-ci arrivant avec des vitesses identiques. Le mélange de filaments obtenu ne contient alors que des filaments linéaires.
  • Dans une variante, il peut être intéressant d'obtenir des fils composites dont les filaments de verre sont linéaires et dont les filaments thermoplastiques présentent une ondulation. De cette façon, il est possible d'obtenir un fil plus ou moins volumineux qui peut notamment être utilisé pour la fabrication de tissus. Pour cette réalisation, il peut être intéressant d'utiliser un dispositif mettant en oeuvre les propriétés des fluides qui peuvent être des liquides ou des gaz tels que de l'air pulsé ou comprimé. Il peut s'agir par exemple d'un dispositif venturi, qui permet de projeter les filaments thermoplastiques dans une nappe ou un faisceau de filaments de verre, même si les filaments thermoplastiques ont une vitesse supérieure à celle des filaments de verre. Afin d'obtenir une vitesse supérieure des filaments thermoplastiques, l'étireur à tambours doit communiquer aux filaments thermoplastiques une vitesse supérieure à la vitesse d'étirage des filaments de verre.
  • Les dispositifs ainsi décrits permettent la réalisation de fils composites, à partir de filaments de verre et de filaments thermoplastiques, qui ne présentent aucune déformation par la suite, c'est-à-dire qu'il ne se produit plus aucun retrait des filaments thermoplastiques.
  • De tels dispositifs présentent également l'avantage de pouvoir être réalisés sur un même niveau, contrairement à certaines installations de l'art antérieur. Pour cela, il est possible de disposer un élément de déviation tel qu'un rouleau entre la tête de filage de matière organique et l'étireur à tambours.
  • D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent ci-après de la description des exemples de dispositifs mettant en oeuvre l'invention décrit en références aux figures qui représentent :
    • figure 1 : une représentation schématique d'une installation selon l'invention,
    • figure 2 : une représentation schématique d'un second mode de réalisation,
    • figure 3 a,b,c : des représentations schématiques de coupes droites de fils composites obtenus selon l'invention et selon les techniques antérieures.
  • Sur la figure 1 est représentée une vue schématique d'une installation complète selon l'invention. Une filière 1, alimentée en verre soit depuis l'avant-corps d'un four qui achemine directement le verre en fusion jusqu'à son sommet, soit par une trémie contenant du verre froid, par exemple sous forme de billes, qui tombe par simple gravité. Selon l'une ou l'autre de ces alimentations, la filière 1 est habituellement en alliage platine-rhodium et chauffée par effet joule de façon à refondre le verre ou à le maintenir à une température élevée. Le verre fondu s'écoule alors sous la forme d'une multitude de filets étirés sous la forme d'un faisceau 2 de filaments, par un dispositif, non représenté qui permet également de former la bobine 3, sur lequel il sera revenu par la suite. Ces filaments 2 passent ensuite sur un rouleau enducteur 4 qui dépose un apprêt ou ensimage sur les filaments de verre. Cet ensimage peut comprendre des composés, ou leurs dérivés, constituant les filaments thermoplastiques 5 qui vont venir s'associer aux filaments de verre pour former un fil composite 6.
  • Sur cette figure 1, est également représentée schématiquement une tête de filage 7 d'où sont extrudés les filaments thermoplastiques 5. La tête de filage 7 peut être alimentée par un matériau thermoplastique, par exemple du type polypropylène, stocké par exemple sous forme de granulés qui est fondu puis qui s'écoule sous pression par de multiples orifices placés sous la tête de filage 7, pour former les filaments 5 par étirage et refroidissement. Le refroidissement des filaments est réalisé par convection forcée, par un dispositif de conditionnement 8 de forme adaptée à celle de la tête de filage 7 et qui génère un écoulement d'air laminaire perpendiculaire aux filaments. L'air de refroidissement a un débit, une température et une hygrométrie maintenus constants. Les filaments 5 passent ensuite sur un rouleau 9 qui permet d'une part de les rassembler sous la forme d'une nappe 10 et d'autre part, de dévier leur trajectoire. De cette façon, il est possible de disposer la filière 1 et la tête de filage 7 sur un même niveau et donc de pouvoir réaliser des fils composites sur des sites où jusque là n'étaient réalisées que des fils de verre, sans nécessiter de grosses modifications si ce n'est l'installation d'une position de filage pour thermoplastique. En effet, les dispositifs déjà proposés pour la réalisation de fils composites nécessitent en général une arrivée du fil ou de la nappe de filaments de verre au-dessus de la filière thermoplastique et donc une installation de la filière de verre sur un niveau plus élevé. Cela conduit généralement à une totale modification des structures.
  • Après passage sur le rouleau 9, la nappe 10 de filaments thermoplastiques passe sur un étireur à tambours 11 formé par exemple de six tambours 12, 13, 14, 15, 16, 17.
  • Ces tambours 12, 13, 14, 15, 16, 17 ont des vitesses différentes de sorte qu'ils créent une accélération dans le sens du défilement des filaments thermoplastiques. Ces tambours sont également associés aux dispositifs de chauffage et de refroidissement qui ne sont pas représentés sur les figures. Dans le cas représenté, les tambours peuvent par exemple fonctionner par paire. Les tambours 12, 13 sont alors associés à un dispositif de chauffage. Ce dispositif est par exemple un système électrique qui procure une élévation de température des filaments thermoplastiques homogène et rapide car le chauffage se fait par contact. Ces tambours 12, 13 sont animés d'une vitesse, identique pour les deux, qui permet l'étirage des filaments thermoplastiques depuis la tête de filage 7.
  • La seconde paire de tambours 14, 15 est animée d'une vitesse supérieure à celle de la première paire. Les filaments thermoplastiques chauffés lors de leur passage sur la première paire de tambours à une température définie par la nature du matériau thermoplastique, subissent une accélération due à la différence de vitesses entre les deux paires de tambours. Cette accélération entraîne une élongation des filaments thermoplastiques qui modifie leur structure.
  • La dernière paire de tambours 16, 17 est animée d'une vitesse identique à celle de la précédente et comporte un dispositif de refroidissement par exemple du type "water-jacket" qui permet de figer les filaments dans leur nouvel état.
  • Le chauffage et le refroidissement des filaments thermoplastiques doivent être exécutés rapidement et de façon homogène. Le choix des moyens y contribuent comme nous l'avons vu précédemment. D'autre part, l'invention consiste en un traitement de filaments et non de fils comme il est usuel de le faire. Le chauffage et le refroidissement des filaments peuvent être réalisés plus rapidement et de façon plus homogène que s'il s'agissait du traitement d'un fil, du fait de la surface d'échange thermique par quantité de matière plus importante.
  • L'étireur 11 peut également être constitué de plus de tambours tout en respectant les trois zones précédemment décrites : chauffage, étirage, refroidissement. D'autre part, chacune de ces zones peut se composer d'un unique tambour. Il est également possible que ces trois zones se répètent plusieurs fois, c'est-à-dire que les filaments thermoplastiques après avoir subi le traitement précédemment décrit peuvent à nouveau être traités une ou plusieurs fois par des passages successifs dans des zones du même type en renouvelant à chaque fois le processus : chauffage, étirage, refroidissement.
  • Pour contribuer aux étapes de chauffage ou de refroidissement, il est également possible d'intercaler des dispositifs fixes, chauffants ou permettant un refroidissement, entre les rouleaux de l'étireur, sur lesquels viennent glisser les filaments thermoplastiques. Il est ainsi possible d'augmenter les temps de contact permettant les échanges thermiques soit pour l'étape de chauffage, soit pour l'étape de refroidissement.
  • La nappe 10 de filaments thermoplastiques passe ensuite sur un rouleau "guide" 18 éventuellement moteur et un rouleau "presseur" 19. Les filaments thermoplastiques sont alors mêlés aux filaments de verre de façon à ce que la jonction des deux nappes se fasse sur une génératrice du rouleau "presseur" 19. Ce dispositif de mélange permet de bien définir la géométrie de la nappe de filaments thermoplastiques et permet donc un mélange très homogène.
  • L'ensemble des filaments de verre et thermoplastiques passe ensuite sur un dispositif 20 qui permet l'assemblage de ces filaments pour former un fil composite 6. Ce fil composite 6 est alors immédiatement mis sous forme d'une bobine 3 par un dispositif non représenté qui permet l'étirage des filaments de verre à une vitesse linéaire donnée, maintenue constante pour garantir la masse linéique recherchée.
  • Cette vitesse linéaire qui permet l'étirage des filaments de verre doit être identique à celle que communique les tambours 14, 15 à la nappe de filaments thermoplastiques. De cette façon, tous les filaments ont la même vitesse lors du mélange et le fil composite ne présente aucune ondulation lors de sa formation.
  • Il est également possible de fabriquer un fil composite à haute capacité de remplissage, c'est-à-dire qui comporte des filaments de verre linéaires et des filaments thermoplastiques ondulés. Ce type de fil composite est notamment intéressant pour certaines applications de tissage car il apporte une épaisseur au tissu.
  • Pour réaliser un tel fil composite, il est préférable de modifier le dispositif représenté sur la figure 1 et plus particulièrement le système permettant le mélange des filaments thermoplastiques aux filaments de verre.
  • Cet autre dispositif est représenté sur la figure 2. N'apparaît sur cette figure que le dispositif de mélange des deux types de filaments. Le reste du dispositif reste identique à la figure 1. Une différence essentielle mais non représentée est que la vitesse communiquée à la nappe de filaments thermoplastiques, par l'étireur 11 et plus précisément par les tambours 14, 15, n'est plus identique à la vitesse d'étirement des filaments de verre. En effet, de façon à obtenir des filaments thermoplastiques ondulés dans le fil composite, leur vitesse doit être supérieure à la vitesse d'étirement des filaments de verre, lors du mélange.
  • Sur cette figure 2, est représentée la nappe 10 de filaments thermoplastiques après son passage sur l'étireur 11 qui n'est pas représenté : la nappe 10 qui a donc déjà subi un traitement sur l'étireur et qui a la vitesse désirée, passe sur un rouleau de déviation 21 puis au travers d'un système venturi 22. Ce dispositif assure la projection de la nappe 10 de filaments thermoplastiques dans la nappe 23 de filaments de verre, en maintenant les filaments thermoplastiques individualisés. Par contre, le dispositif venturi ne communique aucune vitesse supplémentaire à la nappe 10 de sorte qu'un minimum d'air comprimé soit projeté sur les filaments de verre. De cette façon, les risques de perturbation dans les filaments de verre, dus à l'envoi d'air comprimé en plus de la projection de filaments thermoplastiques sont limités au maximum.
  • Un élément 27 peut également être ajouté à ce dispositif. Il s'agit d'un plateau comportant un renfoncement ayant une dimension permettant le passage de la nappe de filaments de verre. Cet élément 27 permet notamment de conserver la géométrie en forme de nappe 10 des filaments thermoplastiques après la projection et évite la divergence des filaments thermoplastiques.
  • Cet élément 27 est de préférence réalisé en une matière composite de tissu textile et de résine phénolique du type bakélite, permettant le glissement des filaments.
  • Sur la figure 2, les filaments thermoplastiques sont projetés dans une nappe de filaments de verre après son passage sur le rouleau ensimeur 4. Il est également possible de réaliser une projection des filaments thermoplastiques dans le faisceau 2 de filaments de verre, c'est-à-dire avant passage de ceux-ci sur le rouleau ensimeur 4. L'homogénéité du mélange de filaments obtenue peut être supérieure dans ce dernier cas.
  • Les filaments thermoplastiques étant projetés dans la nappe ou faisceau de filaments de verre, les deux types de filaments se mélangent pour former un fil composite sur un dispositif 20 identique à celui de la figure 1.
  • Ces techniques conduisent donc à la formation de bobines de fils composites qui contrairement à celles obtenues jusque là, ne présentent plus d'ondulations dues aux filaments de verre et peuvent être déroulées sans problèmes. Il est également possible, les bobines ne se déformant plus, d'enlever la manchette, qui peut alors être réutilisée, et de les dévider par l'intérieur. D'autre part, les filaments de verre restent linéaires et peuvent jouer pleinement leur rôle de renfort unidirectionnel, lorsqu'il est recherché, dans les pièces réalisées à partir de ces fils composites.
  • Sur les figures 3 a,b,c sont représentées schématiquement des coupes droites de fils composites obtenus par différents procédés. La figure 3a est une représentation d'une coupe d'un fil composite obtenu selon l'invention. On observe une répartition homogène des filaments thermoplastiques 25 et des filaments de verre 26. Une bonne homogénéisation du fil composite conduit à une meilleure cohésion du fil composite. Les figures 3b et 3c représentent des coupes droites de fils composites obtenus par d'autres procédés tels que l'utilisation d'une filière thermoplastique annulaire, soit par association fil à nappe (figure 4b), soit par association nappe à nappe (figure 4c). Dans ces deux cas, la répartition des filaments est moins homogène et le coeur du fil est une zone privilégiée pour les filaments de verre 26', 26'' alors que les filaments thermoplastiques 25', 25'' sont plus en périphérie. Notons que l'assemblage nappe à nappe aboutit à une meilleure homogénéisation.
  • Il est possible d'apporter quelques modifications aux dispositifs décrits. Tout d'abord, la solution d'ensimage peut contenir un photo-amorceur, susceptible d'initier une transformation chimique de l'ensimage sous l'action d'un rayonnement actinique. Un tel ensimage permet d'augmenter encore la cohésion du fil composite. Pour le mettre en oeuvre, il suffit de disposer sur le parcours du fil composite une source de rayonnements du type ultra-violets entre le dispositif d'assemblage et le dispositif permettant la réalisation d'une bobine. Il peut également s'agir d'un amorceur thermique qui est mis en oeuvre par un traitement thermique.
  • Il est également possible d'associer l'invention à la réalisation de fils composites complexes, c'est à dire de fils composites comportant différentes matières organiques thermoplastiques. Pour cela, il est possible de projeter des filaments de différentes natures obtenus par exemple à partir de plusieurs têtes de filage et préassemblés avant la projection sur les filaments de verre.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication d'un fil composite (6) formé par l'association de filaments continus de verre (2, 23) issus d'une filière (1) et de filaments continus de matière organique thermoplastique (5, 10) issus d'au moins une tête de filage (7) caractérisé en ce que les filaments thermoplastiques (5,10) sont mêlés sous forme d'une nappe (10) à un faisceau (2) ou nappe (23) de filaments de verre et en ce qu'avant leur pénétration dans le faisceau (2) ou nappe (23) de filaments de verre, les filaments thermoplastiques (10) sont chauffés à une température supérieure à leur température de transformation, étirés puis refroidis.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mélange avec des vitesses identiques les filaments thermoplastiques (5, 10) et les filaments de verre (2, 23) sur la génératrice d'un rouleau (19).
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments thermoplastiques sont projetés sous forme d'une nappe (10) sur un faisceau (2) ou une nappe (23) de filaments de verre.
  4. Dispositif pour la fabrication d'un fil composite formé par l'association de filaments continus de verre (2, 23) et de filaments continus de matière organique thermoplastique (5, 10) comprenant d'une part au moins une filière (1) alimentée en verre dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices, associée à un dispositif enducteur (4), d'autre part au moins une tête de filage (7) alimentée en matière thermoplastique fondue, dont la face inférieure est munie d'une multiplicité d'orifices, et des moyens (3, 20), communs à la filière (1) et à la tête de filage (7), permettant l'assemblage et l'étirage du fil composite (6) caractérisé en ce que la filière thermoplastique (7) est associée à au moins un étireur (11) du type à tambours et des moyens de chauffage et de refroidissement et à un moyen permettant de mêler des filaments thermoplastiques (5, 10) à des filaments de verre (2, 23).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étireur (11) possède au moins trois groupes de tambours (12, 13, 14, 15, 16, 17) assurant une vitesse croissante des filaments thermoplastiques (5,10).
  6. Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont électriques et sont placés au moins dans le premier tambour (12) de l'étireur (11).
  7. Dispositif selon les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que des moyens de chauffage notamment du type infra-rouge sont placés sur la trajectoire des filaments thermoplastiques au moins au niveau du premier tambour (11).
  8. Dispositif selon les revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le refroidissement se fait par circulation de fluide froid au moins dans le dernier tambour (17) de l'étireur (11).
  9. Dispositif selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le moyen permettant le mélange des filaments thermoplastiques à des filaments de verre se compose d'un rouleau guide (18) et d'un rouleau presseur (19).
  10. Dispositif selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le moyen permettant le mélange des filaments thermoplastiques à des filaments de verre est un dispositif venturi (22).
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