EP1190132B1 - Dispositif pour le traitement de materiaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression - Google Patents

Dispositif pour le traitement de materiaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression Download PDF

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EP1190132B1
EP1190132B1 EP00931334A EP00931334A EP1190132B1 EP 1190132 B1 EP1190132 B1 EP 1190132B1 EP 00931334 A EP00931334 A EP 00931334A EP 00931334 A EP00931334 A EP 00931334A EP 1190132 B1 EP1190132 B1 EP 1190132B1
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EP
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water
injector
treatment
channel
perforated plate
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EP00931334A
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Laurent Schmit
Bruno Roche
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Rieter Perfojet SAS
Original Assignee
Rieter Perfojet SAS
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H18/00—Needling machines
    • D04H18/04—Needling machines with water jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet

Definitions

  • the present invention relates to an improvement made to the installations for treating sheet materials with water jets under pressure, which act on the structure in the manner of needles, used especially for treating non-woven structures in order to give them cohesion and / or change its appearance.
  • One of the essential elements of such facilities is the training system jets or water needles, commonly referred to as "injector”.
  • the invention relates more particularly to a new type of injector.
  • such injectors are therefore in the form of a ramp, continuous, extending transversely to the direction of travel of the sheet material (F) to treated, for example, non-woven, and whose length is adapted to the width of said material.
  • This ramp can either consist of a single elementary module or a plurality of modules juxtaposed to each other.
  • Such a ramp consists of a main body (1), making it possible to withstand any deformation under the pressure of the water, at the top of which is made a chamber (2), generally of cylindrical shape, fed with water under pressure through a pipe (3) fed by a pump (no shown).
  • a cartridge (4) constituted by example by a perforated cylinder lined with a filter cloth, which not only plays the filter role, but also serves as a dispatcher.
  • the pressurized water introduced inside the chamber (2) then flows through cylindrical holes (5), spaced with a regular pitch over the entire width of the injector, a hole whose diameter is generally between 4 mm and 10 mm, the thickness of the wall between two consecutive holes being of the order of 3 to 5 mm.
  • These cylindrical bores (5) whose exit end can possibly be of conical shape, then open into a lower chamber (6) at the base of which is positioned a plate (7) provided with micro-perforations, of which the diameter may be between 50 and 500 ⁇ m and preferably between 100 and 200 ⁇ m, for forming jets of water or needles (8) which act directly against the surface of the material (F), nonwoven web for example, to treat.
  • Holding the perforated plate (7) against the main body of the injector is obtained for example according to the teachings of EP 400249 by intermediate longitudinal jaws (9) subjected to the action of hydraulic cylinders which make it possible to exert a clamping action through a set of pedals and tie rods arranged along the injector.
  • a seal (not shown) is disposed between the perforated plate (7) and the base of the main body (1).
  • Such a system for dispensing water under pressure against the micro-perforated plate intended to form the water needles and which therefore uses holes (5) which open into a lower chamber (6), distributes the water correctly over the entire length of the injector, the same flow of water passing through through each orifice.
  • FIG. 2 schematically illustrates the reasons for such defects.
  • the space between the two side walls defining the distribution channel is advantageously between 2 mm and at most 10 mm, the height of the walls being, for its part, between 5 mm and 100 mm, the jets produced through micro-perforations having, thanks to such a structure, an identical energy output and this, over the entire treatment width.
  • the injector according to the invention consists, in a manner similar to this state of the art, of a main body (1) made of steel, having a length of 3500 mm, a total width of 200 mm, and a height of 200 mm.
  • this body In the upper part of this body is made a cylindrical chamber (2) having a diameter of 70 mm. This room is supplied with pressurized water. through a pipe (3).
  • the water supply is illustrated as being done laterally, but it could be done from the top of the body or the back.
  • a cartridge (4) constituted by a perforated cylinder coated with a filter cloth.
  • a micro-perforated plate (7) produced, in the present case, by a steel strip 1 mm thick, 25 mm wide and with at least a row of orifices, the diameter of which is preferably between 100 and 200 ⁇ m and which are spaced from a distance between centers in general between 0.6 and 1.2 mm.
  • Sealing means joints (23) for example, are of course provided between the base (20) of the upper body and the surface of the micro-perforated plate (7).
  • the transfer of water under pressure to the plate (7) formation of water jets is obtained through a channel (22) extending from the periphery of the chamber (2) to the surface of the micro-perforated plate (7).
  • This split channel consists of two opposite parallel walls (21) spaced apart each other by a distance of between 1 mm and a maximum of 10 mm, the height being, meanwhile, between 5 mm and 100 mm. This split channel is closed laterally.
  • the injectors of the prior art as illustrated in FIG. 1 have the following characteristics: diameter of the upper chamber (4) 50 mm diameter of the ducts (5) 6 mm distance between two consecutive ducts (5) 10 mm height of ducts (5) 35 mm height of the lower chamber (6) 10 mm micro-perforated plate having a single row of micro-perforations of 120 ⁇ m, spaced from each other by 0.6 mm
  • the micro-perforated plate is also constituted by a plate comprising 120 ⁇ m orifices, spaced from each other by 0.6 mm.
  • This veil is subjected to the action of two injectors acting successively against both sides of the veil.
  • Water is fed inside the upper chamber of each type injector by gradually increasing the supply pressure.
  • the injector according to the invention makes it possible to obtain a tablecloth perfectly bonded, without apparent defect, for a supply pressure reach 400 bars.

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Description

Domaine Technique
La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux installations, permettant de traiter des matériaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression, qui agissent sur la structure à la manière d'aiguilles, utilisées notamment pour traiter des structures non-tissées en vue de leur donner de la cohésion et/ou en modifier l'aspect.
Une telle technique, proposée depuis des décennies, comme cela ressort notamment des brevets US 3 214 819 et 3 485 706, consiste à soumettre la structure en feuille à l'action de jets d'eau provenant d'une ou plusieurs rampes successives, la nappe étant supportée par un tapis transporteur ou cylindre rotatif poreux ou perforé, soumis à une source d'aspiration permettant la récupération de l'eau.
L'un des éléments essentiels de telles installations est le système de formation des jets ou aiguilles d'eau, couramment désigné par l'expression « injecteur ».
L'invention porte plus particulièrement sur un nouveau type d'injecteur.
Techniques antérieures
Les injecteurs utilisés de nos jours et qui, concrètement, peuvent être réalisés conformément aux enseignements de la figure 42 du brevet US-A-3 485 706 et des passages correspondants de la description de ce document, ainsi que des réalisations concrètes beaucoup plus détaillées ressortant notamment du brevet US 3 613 999 et de l'EP 400249 (correspondant à l'US 5 054 349), ce dernier document décrivant un type d'injecteur qui, non seulement permet une arrivée d'eau sous pression très élevée (supérieure à 100 bars) a une structure telle qu'elle permet de mettre en place et de retirer la plaque perforée au travers de laquelle se font les microjets de manière aisée.
Si l'on se reporte à la figure 1 annexée, d'une manière générale, de tels injecteurs se présentent donc sous la forme d'une rampe, continue, s'étendant transversalement par rapport au sens de défilement de la matière en feuille (F) à traiter, non-tissé par exemple, et dont la longueur est adaptée à la largeur de ladite matière. Cette rampe peut soit être constituée par un seul module élémentaire ou une pluralité de modules juxtaposés les uns aux autres.
Une telle rampe se compose d'un corps principal (1), permettant de résister à toute déformation sous la pression de l'eau, à la partie supérieure duquel est réalisée une chambre (2), en général de forme cylindrique, alimentée en eau sous pression au travers d'une tuyauterie (3) alimentée par une pompe (non représentée).
A l'intérieur de la chambre (2), est disposée une cartouche (4) constituée par exemple par un cylindre perforé garni d'un tissu filtrant, qui non seulement, joue le rôle de filtre, mais également, sert de répartiteur.
L'eau sous pression introduite à l'intérieur de la chambre (2) s'écoule ensuite au travers de perçages cylindriques (5), espacés avec un pas régulier sur toute la largeur de l'injecteur, trou dont le diamètre est en général compris entre 4 mm et 10 mm, l'épaisseur de la paroi entre deux trous consécutifs étant de l'ordre de 3 à 5 mm.
Ces perçages cylindriques (5), dont l'extrémité de sortie peut éventuellement être de forme conique, débouchent ensuite dans une chambre inférieure (6) à la base de laquelle est positionnée une plaque (7) munie de micro-perforations, dont le diamètre peut être compris entre 50 et 500 µm et de préférence entre 100 et 200 µm, permettant de former des jets d'eau ou aiguilles (8) qui agissent directement contre la surface de la matière (F), nappe non-tissée par exemple, à traiter.
Le maintien de la plaque perforée (7) contre le corps principal de l'injecteur, est obtenu par exemple conformément aux enseignements de l'EP 400249 par l'intermédiaire de mors longitudinaux (9) soumis à l'action de vérins hydrauliques qui permettent d'exercer une action de serrage par l'intermédiaire d'un ensemble de palonniers et de tirants disposés le long de l'injecteur.
Un joint (non représenté) est disposé entre la plaque perforée (7) et la base du corps principal (1).
Un tel système de distribution de l'eau sous pression contre la plaque micro-perforée destinée à former les aiguilles d'eau, et qui fait donc appel à des perçages (5) qui débouchent dans une chambre inférieure (6), permet de répartir l'eau correctement sur toute la longueur de l'injecteur, le même débit d'eau passant au travers de chaque orifice.
Cependant, il a été constaté qu'une telle solution, notamment dans le cas de traitement de nappes non-tissées, pouvait entraíner des défauts dans le produit traité lorsque la pression d'eau dans l'injecteur dépassait 50 bars.
La figure 2 illustre de manière schématique les raisons de tels défauts.
En se reportant à cette figure, on a constaté, que lorsque l'on augmentait la pression d'alimentation en eau à l'intérieur de l'alésage cylindrique (2), ce qui est impératif lorsque l'on souhaite augmenter les vitesses de production et/ou traiter des produits lourds, qu'il se produisait des zones de turbulences dans la chambre inférieure (6) au niveau des zones (10) situées immédiatement en dessous des parois séparant deux perçages consécutifs (5). Ces turbulences se transmettent aux jets d'eau, ce qui entraíne une perte importante et rapide de leur énergie, les jets (J1) devenant diffus et blanchâtres en dessous desdites zones de turbulences, alors que, sous les perçages (5), l'écoulement des jets (J2) reste unidirectionnel, stable et sans turbulence.
Lors du traitement des nappes non-tissées, une telle disparité d'écoulement se répercute immédiatement sur l'efficacité de liage des fibres et entraíne sur le produit une hétérogénéité de l'enchevêtrement des fibres avec en particulier une variation de densité.
En conséquence, tel que cela a été schématisé à la figure 1, on obtient sur le produit fini des bandes (B) de faible densité et très irrégulières en surface, qui coïncident exactement avec les zones d'écoulement turbulents entre les perçages.
Exposé de l'invention
Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un perfectionnement apporté à un tel type d'injecteur, qui permet de résoudre ce problème et autorise une alimentation en eau sous haute pression pouvant atteindre jusqu'à 400 bars et plus, et qui permet d'obtenir un écoulement de l'eau sous pression, stable, sans turbulence entre la chambre d'alimentation en eau sous pression et la plaque perforée de formation de jets/aiguilles de traitement, lesdits jets étant parfaitement homogènes et ayant tous une action identique sur le produit à traiter.
D'une manière générale, l'injecteur conforme à l'invention permettant donc le traitement d'une matière en feuille (non-tissée, complexe textile, film, papier...) au moyen de jets/aiguilles d'eau se compose :
  • d'un corps d'alimentation en eau sous pression comprenant une chambre d'alimentation s'étendant sur toute la longueur dudit corps, et à l'intérieur de laquelle est amenée, au travers d'un filtre, l'eau sous pression ;
  • une zone de répartition, distribuant l'eau sous pression sur toute la largeur de traitement contre une plaque munie de micro-perforations, dont les trous définissent des aiguilles d'eau dirigées contre la surface de la matière à traiter, matière supportée par un élément transporteur (tambour ou tapis), soumis à une source d'aspiration permettant l'élimination de l'eau de traitement, et il se caractérise en ce que le transfert de l'eau depuis la chambre d'alimentation jusqu'à la plaque perforée, est réalisé par l'intermédiaire d'un canal de section rectangulaire s'étendant sur toute la longueur de l'injecteur, depuis la périphérie de la chambre d'alimentation jusqu'à la surface de la plaque perforée, l'écartement entre les parois latérales de ce canal ainsi que sa hauteur produisant un écoulement d'eau unidirectionnel, stable et sans turbulence.
Pour obtenir un tel écoulement laminaire de l'eau sous pression, l'espace entre les deux parois latérales définissant le canal de répartition, est avantageusement compris entre 2 mm et au maximum 10 mm, la hauteur des parois étant, quant à elle, comprise entre 5 mm et 100 mm, les jets produits au travers des micro-perforations ayant, grâce à une telle structure, une énergie identique en sortie et ce, sur toute la largeur de traitement.
Description sommaire des dessins
L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif, mais non limitatif, et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels :
  • comme indiqué précédemment, la figure 1 illustre, de manière schématique, vu en coupe selon son plan de symétrie vertical, la structure d'un injecteur conforme à l'art antérieur, la figure 2 illustrant, quant à elle, de manière schématique, les turbulences et formations de jets irréguliers que cela entraíne lorsque l'on augmente la pression de l'eau introduite dans le corps de l'injecteur ;
  • la figure 3 illustre également, de manière schématique, en perspective et en coupe selon son plan de symétrie vertical, la structure générale d'un injecteur conçu conformément à l'invention et ;
  • la figure 4 est une vue schématique de l'écoulement de l'eau sous pression à l'intérieur d'un injecteur réalisé conformément à l'invention.
Manière de réaliser l'invention
En se reportant à la figure 3 annexée, et en reprenant les mêmes références pour les éléments communs que ceux utilisés pour décrire l'état de la technique illustré à la figure 1, l'injecteur conforme à l'invention se compose, d'une manière similaire à cet état de la technique, d'un corps principal (1) en acier, ayant une longueur de 3500 mm, une largeur totale de 200 mm, et une hauteur de 200 mm.
Dans la partie supérieure de ce corps, est réalisée une chambre (2) cylindrique ayant un diamètre de 70 mm. Cette chambre est alimentée en eau sous pression au travers d'une conduite (3).
A la figure annexée, l'arrivée d'eau est illustrée comme se faisant latéralement, mais elle pourrait se faire par le dessus du corps ou l'arrière.
A l'intérieur de l'alésage (2), est disposée une cartouche (4) constituée par un cylindre perforé revêtu d'un tissu filtrant.
A la base (20) de ce corps supérieur, est fixée, par exemple au moyen de mors latéraux (9),une plaque micro-perforée (7) réalisée, dans le cas présent, par une bande en acier ayant 1 mm d'épaisseur, 25 mm de largeur et comportant au moins une rangée d'orifices, dont le diamètre est de préférence compris entre 100 et 200 µm et qui sont espacés d'une distance entraxe en général comprise entre 0,6 et 1,2 mm.
Des moyens d'étanchéité, joints (23) par exemple, sont bien entendu prévus entre la base (20) du corps supérieur et la surface de la plaque micro-perforée (7).
Conformément à l'invention, le transfert de l'eau sous pression à la plaque (7) de formation des jets d'eau, est obtenu au travers d'un canal (22) s'étendant depuis la périphérie de la chambre (2) jusqu'à la surface de la plaque micro-perforée (7). Ce canal fendu est constitué de deux parois opposées parallèles (21), espacées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 1 mm et au maximum 10 mm, la hauteur étant, quant à elle, comprise entre 5 mm et 100 mm. Ce canal fendu est fermé latéralement.
Grâce à cette nouvelle forme de réalisation, et ainsi que cela est illustré par la figure 4, on obtient un écoulement laminaire de l'eau sous pression, sans aucune turbulence comme cela ressort de la figure 4, les jets (8) produits au travers des orifices de la plaque (7) ayant tous la même énergie.
Pour illustrer les avantages apportés par l'invention, des essais comparatifs ont été réalisés sur une machine du type « Jetlace 2000 » du Demandeur équipée d'injecteurs réalisés selon l'art antérieur tel qu'illustré à la figure 1 pour une série d'essais, et d'injecteurs réalisés conformément à l'invention pour une seconde série d'essais réalisés dans les mêmes conditions de pression d'eau.
Dans ces essais comparatifs, les injecteurs de l'art antérieur tel qu'illustré à la figure 1, présente les caractéristiques suivantes :
diamètre de la chambre supérieure (4) 50 mm
diamètre des conduits (5) 6 mm
distance entraxe de deux conduits (5) consécutifs 10 mm
hauteur des conduits (5) 35 mm
hauteurde la chambre inférieure (6) 10 mm
   plaque micro-perforée comportant une seule rangée de micro-perforations de 120 µm, espacées les unes des autres de0,6 mm
L'autre série d'essais est réalisée sur la même machine, avec des injecteurs réalisés conformément à l'invention, dont la chambre supérieure a le même diamètre que les injecteurs conventionnels, et qui, par rapport à ces derniers, comporte un canal fendu (22) sur une hauteur de 36 mm, s'étendant depuis la chambre d'admission (4) jusqu'à la plaque micro-perforée (7), et dont les parois parallèles sont espacées l'une de l'autre de 3 mm.
La plaque micro-perforée est également constituée par une plaque comportant des orifices de 120 µm, espacés les uns des autres de 0,6 mm.
Dans ces essais comparatifs, on traite un voile non-tissé pesant 250 g/m2 à base de fibres de polyester ayant un titre de 1,7 dtex et de largeur 38 mm.
Ce voile est soumis à l'action de deux injecteurs agissant successivement contre les deux faces du voile.
L'eau est alimentée à l'intérieur de la chambre supérieure de chaque type d'injecteur en augmentant progressivement la pression d'alimentation.
On constate que, pour une même vitesse de passage du voile non-tissé en dessous des jets de traitement, que jusqu'à une pression de l'ordre de 50 bars, les produits obtenus avec chaque type d'injecteur présentent une bonne homogénéité et des caractéristiques mécaniques comparables.
En revanche, au-dessus de 50 bars, en utilisant un injecteur conventionnel tel qu'illustré à la figure 1, il apparaít des défauts de liage sur le produit formé, défauts qui augmentent lorsque l'on augmente la pression, et conduisent à la formation de bandes parallèles irrégulières, tel qu'illustré à la figure 1.
En revanche, l'injecteur conforme à l'invention permet d'obtenir une nappe parfaitement liée, sans défaut apparent, pour une pression d'alimentation pouvant atteindre 400 bars.
En conséquence, il peut être envisagé, grâce au dispositif conforme à l'invention, soit d'augmenter les vitesses de production sans détériorer les caractéristiques du produit, soit de traiter des nappes beaucoup plus épaisses, voire même différents types de complexes pour lesquels les injecteurs conventionnels ne peuvent pas être utilisés.

Claims (2)

  1. Injecteur pour le traitement de matériaux en feuille au moyen de jets/aiguilles d'eau comprenant :
    un corps (1) d'alimentation en eau sous pression comprenant une chambre d'alimentation (2) s'étendant sur toute la longueur dudit corps, et à l'intérieur de laquelle est amenée, au travers d'un filtre (4), l'eau sous pression ;
    une zone de répartition, distribuant l'eau sous pression sur toute la largeur de traitement contre une plaque (7) munie de micro-perforations, dont les trous définissent des aiguilles d'eau (8) dirigées contre la surface de la matière (S) à traiter, matière supportée par un élément transporteur soumis à une source d'aspiration permettant l'élimination de l'eau de traitement,
    caractérisé en ce que le transfert de l'eau depuis la chambre d'admission (2) jusqu'à la plaque perforée (7), est réalisé par l'intermédiaire d'un canal (22) de section rectangulaire s'étendant sur toute la longueur de l'injecteur, depuis la périphérie de la chambre d'alimentation (2) jusqu'à la surface de la plaque perforée (7), l'écartement entre les parois latérales (21) de ce canal ainsi que sa hauteur produisant un écoulement d'eau unidirectionnel, stable et sans turbulence.
  2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace entre les deux parois latérales (21) définissant le canal de répartition (22) est compris entre 1 mm et au maximum 10 mm, la hauteur des parois étant quant à elle comprise entre 5 mm et 100 mm.
EP00931334A 1999-06-17 2000-05-22 Dispositif pour le traitement de materiaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression Expired - Lifetime EP1190132B1 (fr)

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