ITMI20001740A1

ITMI20001740A1 - COMPOSITE WIRE WITH HIGH MECHANICAL AND LIGHT RESISTANCE.

Info

Publication number: ITMI20001740A1
Application number: IT2000MI001740A
Authority: IT
Inventors: Andrea Ferrari; Renato Ferrari
Original assignee: L C T Di Ferrari Andrea & C S
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-01-28
Also published as: ITMI20001740A0; IT1318270B1

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione Description of an invention patent

L'invenzione ha per oggetto un filo composito avente elevate resistenze meccanica ed alla luce e concerne anche i manufatti tessili ottenuti con tale filo. The invention relates to a composite thread having high mechanical and light resistances and also concerns the textile articles obtained with this thread.

Sono noti fili compositi formati da fibre naturali, sintetiche od artificiale, in cui le fibre sono filate parallelamente l'una all'altra ed in cui un filo centrale è ricoperto da uno o più fili avvolti a spirale su di esso: la resistenza meccanica allo strappo di tali fili compositi noti dipende essenzialmente dalla natura e dimensioni del filo centrale che di esso fa parte. Composite yarns formed by natural, synthetic or artificial fibers are known, in which the fibers are spun parallel to each other and in which a central yarn is covered by one or more yarns wound in a spiral on it: the mechanical resistance to tearing of such known composite yarns essentially depends on the nature and size of the central yarn which forms part of it.

Sono noti dei fili costituiti da fibre aramidiche che hanno resistenza meccanica ed allo strappo eccezionalmente elevate: tali fibre sono utilizzate come filo continuo o come fiocco per produrre fili tessili che sono utilizzati in molti settori industriali sia tal quali (cioè come fili) che per formare manufatti tessili ad elevatissime caratteristiche di resistenza meccanica (ad esempio, per produrre giubbotti antiproiettile, ppure per nastri ad alta resistenza, o per realizzare manufatti di rinforzo per strutture resistenti) . Yarns consisting of aramidic fibers are known which have exceptionally high mechanical and tear strength: these fibers are used as a continuous yarn or as a staple to produce textile yarns that are used in many industrial sectors both as they are (i.e. as yarns) and to form textile products with very high mechanical resistance characteristics (for example, to produce bulletproof vests, for high resistance tapes, or to create reinforcement products for resistant structures).

I fili aramidici hanno però l'inconveniente di essere sensibili ai raggi ultravioletti della luce, diventando estremamente fragili e quindi perdendo tutte le loro caratteristiche in tempi relativamente ed inaccettabilmente brevi. Per superare questo inconveniente, i presenti richiedenti hanno provato a ricoprire i fili aramidici con fili di fibre naturali avvolti a spirale su di essi ed aventi la funzione di proteggerli dalla luce: i risultati ottenuti sono stati però insoddisfacenti, perché i fili esterni hanno scarsa resistenza all'usura e si logorano rapidamente rompendosi con grande facilità quando sono sottoposti ad una violenta azione di sfregamento. However, aramidic threads have the drawback of being sensitive to ultraviolet rays of light, becoming extremely fragile and therefore losing all their characteristics in a relatively and unacceptably short time. To overcome this drawback, the present applicants have tried to cover the aramid yarns with threads of natural fibers wound in a spiral on them and having the function of protecting them from light: the results obtained, however, were unsatisfactory, because the external yarns have poor resistance. wear and wear quickly, breaking with great ease when subjected to a violent rubbing action.

Si è allora tentato di ricoprire un filo centrale formato da fibre aramidiche continue con fili esterni, avvolti su di esso a spirale, realizzati con fibre chimiche sintetiche ed artificiali: siccome le fibre aramidiche possono avere lunghezza infinita, si sono avvolti i fili esterni di protezione sui fili interni formati dalle fibre aramidiche continue e tra di loro sostanzialmente parallele. An attempt was then made to cover a central thread formed by continuous aramid fibers with external threads, wound on it in a spiral, made with synthetic and artificial chemical fibers: since aramidic fibers can have infinite length, the external protective threads were wound on the internal threads formed by the continuous aramid fibers and substantially parallel to each other.

Si è però riscontrato che quando il filo composito così ottenuto viene sottoposto ad un violento urto o sfregamento esterno, i fili di protezione avvolti a spirale sul filo di fibre aramidiche continue scivolano lungo lo stesso filo centrale, lasciandolo facilmente scoperto e quindi deteriorabile sia da parte della luce che da azioni di sfregamento trasmesse al filo. However, it has been found that when the composite yarn thus obtained is subjected to a violent impact or external rubbing, the protective yarns wound in a spiral on the continuous aramid fiber yarn slide along the same central yarn, leaving it easily uncovered and therefore perishable on both sides. of the light that gives rubbing actions transmitted to the wire.

Si è sorprendentemente trovato che se si realizza un filo composito in cui un filo centrale è formato da fibre aramidiche che, anziché essere continue, sono tagliate in fiocchi e se tale filo centrale viene totalmente ricoperto da due fili di protezione avvolti a spirale compatta, uno con torsione S ed uno con torsione Z, e se tali fili di protezione sono formati da fibre chimiche sintetiche tali da costituire un efficace schermatura ai raggi ultravioletti, si ottiene un filo composito avente eccezionali caratteristiche di resistenza meccanica ed alla luce. It has surprisingly been found that if a composite yarn is made in which a central yarn is formed by aramidic fibers which, instead of being continuous, are cut into flakes and if this central yarn is totally covered by two protective yarns wound in a compact spiral, one with S twist and one with Z twist, and if these protective yarns are formed of synthetic chemical fibers such as to constitute an effective shield against ultraviolet rays, a composite yarn is obtained having exceptional characteristics of mechanical and light resistance.

Il fatto che il filo centrale sia ottenuto da un filo aramidico non continuo, ma in fiocco, evita che i fili esterni di copertura scorrano sullo stesso filo centrale (come invece avverrebbe se le fibre aramidiche fossero continue): ciò, non solo impedisce che il filo aramidico centrale venga facilmente esposto alla luce, ma in qualche modo "lega" i fili esterni di copertura al filo aramidico centrale dando un contributo importante alla resistenza del filo composito allo strappo. The fact that the central yarn is obtained from a non-continuous aramid yarn, but in staple, prevents the external covering yarns from sliding on the same central yarn (as it would happen if the aramid fibers were continuous): this not only prevents the central aramid yarn is easily exposed to light, but somehow "binds" the outer covering yarns to the central aramid yarn, making an important contribution to the resistance of the composite yarn to tearing.

Va osservato che il filo aramidico è poco estendibile e che, se sottoposto a sollecitazioni di trazione molto grandi, esso può strapparsi: se i fili di copertura avvolti a spirale su di esso non scorrono o scorrono con difficoltà lungo di esso, oltre una certa sollecitazione il filo aramidico centrale può spezzarsi, mentre i fili sintetici che lo ricoprono hanno maggiore elasticità e potrebbero non spezzarsi o comunque si spezzerebbero dopo che il filo composito avesse superato un allungamento limite dipende dalla natura e dimensioni dei fili di copertura. It should be noted that the aramidic thread is not very extensible and that, if subjected to very large tensile stresses, it can tear: if the covering threads wound in a spiral on it do not slide or slide with difficulty along it, beyond a certain stress the central aramid yarn can break, while the synthetic yarns that cover it have greater elasticity and may not break or in any case would break after the composite yarn has exceeded a limit elongation depending on the nature and size of the covering yarns.

I fili di copertura ottenuti con fibre chimiche sintetiche tendono a fondere superficialmente, senza rompersi, quando sottoposti a violente sollecitazioni di abrasione. The covering threads obtained with synthetic chemical fibers tend to melt superficially, without breaking, when subjected to violent abrasion stresses.

Per comprendere cosa ciò possa significare, si supponga che un filo composito secondo l'invenzione sia utilizzato per formare il tessuto di una tuta da motociclista: se il motociclista cade, si ha (in pochi istanti) un violento sfregamento tra la superficie ruvida (ad esempio l'asfalto) di una pista o di una strada ed il tessuto formante la tuta che viene rapidamente abraso, con sviluppo di calore che può provocare la fusione superficiale della fibra sintetica (ad esempio in nylon od in poliestere) che però non si rompe e non si sfilaccia: il filo esterno di fibra sintetica protegge il filo aramidico evita contro l'abrasione, ed il filo aramidico evita che il calore del filo sintetico fuso ustioni la pelle del motociclista che indossa la tuta. To understand what this can mean, suppose that a composite thread according to the invention is used to form the fabric of a motorcycle suit: if the motorcyclist falls, there is (in a few moments) a violent rubbing between the rough surface (for example for example the asphalt) of a track or a road and the fabric forming the suit which is quickly abraded, with the development of heat that can cause the surface fusion of the synthetic fiber (for example nylon or polyester) which, however, does not break and does not fray: the external thread of synthetic fiber protects the aramid thread prevents against abrasion, and the aramid thread prevents the heat of the melted synthetic thread from burning the skin of the motorcyclist wearing the suit.

Preferibilmente, per aumentare l'adesione tra il filo interno in fibra aramidica ed i fili di protezione su di essi avvolti a spirale, la superficie esterna di questi fili sintetici di protezione è realizzata in modo da risultare "non scivolosa", cioè ruvida, il che può essere ottenuto in molti modi, ad esempio sottoponendo il filo sintetico al trattamento noto col nome di taslanizzazione. Preferably, to increase the adhesion between the internal aramid fiber yarn and the protective yarns wound on them in a spiral, the external surface of these synthetic protective yarns is made in such a way as to be "non-slippery", i.e. rough, the which can be obtained in many ways, for example by subjecting the synthetic yarn to the treatment known as taslanization.

Riassumendo, quindi, l'invenzione riguarda un filo composito avente elevate resistenze meccanica ed alla luce, comprendente un filo interno sul quale sono avvolti due fili esterni formanti due spirali sovrapposte una all'altra, con torciture opposte, S e rispettivamente Z, caratterizzato dal fatto che il filo interno è ricavato da fibre aramidiche tagliate in fiocchi, che detti fili esterni sono avvolti a spire compatte in modo che ciascuna spira di filo sia a contatto con la spira dello stesso filo ad essa adiacente e che detti fili esterni sono realizzati con fibre chimiche sintetiche aventi elevate caratteristiche di schermatura contro i raggi ultravioletti della luce . Summarizing, therefore, the invention relates to a composite wire having high mechanical and light resistances, comprising an internal wire on which two external wires are wound forming two spirals superimposed on each other, with opposite twists, S and Z respectively, characterized by the fact that the internal thread is obtained from aramidic fibers cut into flakes, that said external threads are wound in compact coils so that each coil of thread is in contact with the coil of the same thread adjacent to it and that said external threads are made with synthetic chemical fibers with high shielding characteristics against ultraviolet rays of light.

Preferibilmente le fibre chimiche sintetiche utilizzate per la copertura del filo centrale aramidico sono fibre poliammidiche o fibre poliesteri (ma si potrebbero utilizzare anche fibre poliviniliche, poliolefiniche, poliuretaniche, od altre, purché aventi le caratteristiche qui sopra menzionate); ancora preferibilmente, le fibre chimiche sintetiche sono costituite da nylon ad alta tenacità sottoposto ad un trattamento di taslanizzazione . Preferably, the synthetic chemical fibers used for covering the aramid core yarn are polyamide fibers or polyester fibers (but polyvinyl, polyolefin, polyurethane or other fibers could also be used, provided they have the characteristics mentioned above); still preferably, the synthetic chemical fibers consist of high tenacity nylon subjected to a taslanization treatment.

Ovviamente l'invenzione riguarda anche i manufatti tessili, in particolare i tessuti, ottenuti col filo composito sopra indicati. Obviously, the invention also relates to textile articles, in particular fabrics, obtained with the composite yarn indicated above.

Al fine di rendere più chiara la composizione della struttura e delle caratteristiche del filo composito secondo l'invenzione, ne sarà ora descritta una realizzazione data con riferimento agli uniti disegni in cui: In order to clarify the composition of the structure and the characteristics of the composite yarn according to the invention, an embodiment will now be described with reference to the accompanying drawings in which:

- la Figura 1 rappresenta, in scala fortemente ingrandita, una porzione di un filo composito la cui parte superiore rappresenta il filo interno, la cui parte intermedia rappresenta lo stesso filo ricoperto dalle spire di uno dei due fili di copertura, e la cui parte inferiore mostra ancora lo stesso filo sul quale è stata avvolta la seconda spirale dell'altro filo di copertura; e - Figure 1 represents, on a greatly enlarged scale, a portion of a composite wire whose upper part represents the internal wire, the intermediate part of which represents the same wire covered by the coils of one of the two covering wires, and whose lower part it still shows the same thread on which the second spiral of the other covering thread was wound; And

la Figura 2 mostra schematicamente un torcitoio a doppio fuso utilizzato nella fase di produzione del filo composito. Figure 2 schematically shows a double spindle twisting machine used in the production phase of the composite yarn.

Si faccia anzitutto riferimento alla Fig. 1 in cui è rappresentata una porzione di un filo composito secondo l'invenzione, formato da un filo interno 1 ricavato da fibre aramidiche tagliate in fiocchi e da due fili esterni di copertura, indicati coi numeri 2 e rispettivamente 3, che sono avvolti a spire compatte sul filo interno, formando due spirali, indicate coi numeri 4 e rispettivamente 5, con torciture opposte (S e rispettivamente Z), la spirale 5 essendo sovrapposta alla spirale 4. First of all, reference is made to Fig. 1 in which a portion of a composite yarn according to the invention is represented, formed by an internal yarn 1 obtained from aramidic fibers cut into staples and by two external covering yarns, indicated with the numbers 2 and respectively 3, which are wound in compact coils on the internal thread, forming two spirals, indicated by the numbers 4 and 5 respectively, with opposite twists (S and Z respectively), the spiral 5 being superimposed on the spiral 4.

Il filo composito della Fig. 1 può essere facilmente realizzato con un torcitoio a doppio fuso cavo di tipo ben noto nell'industria tessile (ad esempio, come quelli prodotti dalla ditta Ratti) schematizzato in Fig. 2 dalla quale si può vedere che un filo 1 ricavato da fiocco di fibre aramidiche tagliate e provenienti da una bobina 6 viene alimentato in modo positivo (il che significa che esso non viene tirato dal basso, rispetto al disegno, ma viene spinto verso il basso da rulli motorizzati 7) in modo da spostarsi attraverso i fusi cavi, 8 e rispettivamente 9, del torcitoio a doppio fuso cavo. The composite thread of Fig. 1 can be easily made with a hollow double spindle twisting machine of the type well known in the textile industry (for example, such as those produced by the Ratti company) schematized in Fig. 2 from which it can be seen that a thread 1 made from staple of cut aramid fibers and coming from a reel 6 is fed in a positive way (which means that it is not pulled from below, with respect to the design, but is pushed downwards by motorized rollers 7) in order to move through the hollow spindles, 8 and 9 respectively, of the double hollow spindle twisting machine.

Sul fuso cavo 8 è montata una bobina 10 dalla quale si svolge il filo 2 che viene avvolto a spire compatte sul filo interno 1, formando su di esso una prima spirale 4 con torcitura S. Sul fuso cavo 9 è montata una bobina 11 dalla quale si svolge il filo 3 che viene avvolto con spire compatte in modo da ricoprire la spirale 4 con una spirale 5 con torcitura Z. A coil 10 is mounted on the hollow spindle 8 from which the wire 2 unwinds and is wound in compact turns on the internal wire 1, forming on it a first spiral 4 with twisting S. On the hollow spindle 9 a coil 11 is mounted from which the wire 3 is unwound and wound with compact coils so as to cover the spiral 4 with a spiral 5 with Z twisting.

All'uscita del secondo fuso cavo del torcitoio si ottiene così il filo composito che è già stato descritto e che solo per chiarezza di disegno è stato rappresentato in scala molto ingrandita nella parte inferiore della Fig. 2 e che viene quindi avvolto su una bobina di raccolta 12. At the exit of the second hollow spindle of the twisting machine, the composite wire is thus obtained which has already been described and which, for the sake of clarity of drawing, has been represented on a much enlarged scale in the lower part of Fig. 2 and which is then wound on a reel of collection 12.

Non vengono qui date ulteriori spiegazioni sul funzionamento del torcitoio a doppio fuso cavo, appunto perché tale macchina è ben nota nel campo tessile: ovviamente, il tecnico del ramo che azionerà il torcitoio dovrà regolare la macchina in modo che il filo composito sia ben bilanciato, cioè in modo che le torsioni dei due fili di copertura assicurino il mantenimento di un assetto rettilineo (cioè "bilanciato") del filo composito ottenuto. No further explanations are given here on the functioning of the double hollow spindle twisting machine, precisely because this machine is well known in the textile field: obviously, the technician in the art who will operate the twisting machine will have to adjust the machine so that the composite yarn is well balanced, that is, in such a way that the twists of the two covering yarns ensure the maintenance of a straight (ie "balanced") arrangement of the composite yarn obtained.

Ad esempio, il filo aramidico in fiocco (del tipo prodotto dalla ditta Dupont col nome registrato "kevlar" o del tipo prodotto della ditta Enka col nome registrato "twaron") può avere un titolo di 50 nm ed i fili esterni 2 e 3 sono vantaggiosamente realizzati con filati di nylon ad alta tenacità (ad esempio del tipo noto col nome registrato "cordura") aventi titolo di 180 DTEX; i fusi cavi 8 e 9 possono ruotare a 9000 giri/minuto in modo che il filo composito subisca una torsione finale di 2000 giri/metro. For example, the aramidic staple yarn (of the type produced by the Dupont company with the registered name "kevlar" or of the type produced by the Enka company with the registered name "twaron") can have a fineness of 50 nm and the external yarns 2 and 3 are advantageously made with high tenacity nylon yarns (for example of the type known with the registered name "cordura") having a count of 180 DTEX; hollow spindles 8 and 9 can rotate at 9000 rpm so that the composite wire undergoes a final twist of 2000 rpm.

La superficie esterna dei fili di nylon ad alta tenacità è ruvida, il che favorisce l'accoppiamento per attrito tra ì vari fili formanti il filo composito. The outer surface of the high tenacity nylon threads is rough, which promotes frictional coupling between the various threads forming the composite thread.

L'aumento della ruvidità superficiale dei fili sintetici costituenti i fili esterni del filo composito può essere ottenuta facilmente con metodi ben noti, ad esempio tramite un processo di taslanizzazione . The increase in the surface roughness of the synthetic yarns constituting the outer yarns of the composite yarn can be easily obtained with well-known methods, for example by means of a taslanization process.

Per la realizzazione dei fili esterni di copertura si possono utilizzare le più svariate fibre chimiche sintetiche (sia continue che discontinue), preferibilmente le fibre poliammidiche e le fibre poliesteri, purché realizzate in modo da essere protettive ai raggi ultravioletti della luce. The most varied synthetic chemical fibers (both continuous and discontinuous) can be used to make the external covering threads, preferably polyamide fibers and polyester fibers, provided they are made in such a way as to be protective against ultraviolet rays of light.

E' noto che i fili aramidici hanno una notevole stabilità termica ed un alto punto di carbonizzazione (circa 500°C) ed una notevole rigidità, mentre i fili sintetici utilizzati per la sua copertura sono elastici pur essendo anch'essi molto tenaci. Ne consegue che quando il filo composito viene sottoposto ad una violenta sollecitazione di strappo, si spezza anzitutto il filo aramidico, mentre i due fili sintetici che lo ricoprono si rompono solo dopo che il filo composito si è allungato oltre un certo limite (dopo la rottura del filo aramidico). It is known that aramidic yarns have a remarkable thermal stability and a high carbonization point (about 500 ° C) and a considerable rigidity, while the synthetic yarns used for its covering are elastic even though they are also very tough. It follows that when the composite thread is subjected to a violent tearing stress, the aramid thread breaks first, while the two synthetic threads that cover it break only after the composite thread has stretched beyond a certain limit (after breaking of the aramid thread).

Se il filo è utilizzato per realizzare un qualsiasi manufatto tessile (ad esempio un tessuto), tale manufatto rimarrà compatto e resistente anche dopo che si saranno spezzati i fili aramidici che di esso fanno parte: i fili sintetici avvolti a spirale sul filo interno contribuiscono a resistere alle sollecitazioni di trazione (strappo) trasmesse al filo composito prima che il filo aramidico si spezzi e forniscono una buona resistenza allo strappo anche dopo la rottura del filo aramidico: quest'ultimo, oltre alla resistenza meccanica, fungerà da schermo protettivo al calore sviluppato dai fili sintetici su di esso avvolti, nel caso in cui il filo composito sia sottoposto ad una veloce azione abrasiva che può anche provocare la fusione della porzione più esterna del filo sintetico. If the yarn is used to make any textile product (for example a fabric), this product will remain compact and resistant even after the aramid yarns that are part of it are broken: the synthetic yarns spirally wound on the internal yarn contribute to resist the tensile stresses (tearing) transmitted to the composite yarn before the aramid yarn breaks and provide good tear resistance even after the aramid yarn breaks: the latter, in addition to mechanical strength, will act as a protective shield against the heat developed by the synthetic threads wound on it, in the case in which the composite thread is subjected to a fast abrasive action which can also cause the fusion of the outermost portion of the synthetic thread.

Claims

CLAIM 1) Composite wire with high mechanical and light resistances, comprising an internal wire on which two external wires are wound forming two spirals superimposed on each other, with opposite twists, S and Z respectively, characterized by the fact that the internal wire is obtained from aramidic fibers cut into flakes, that said external threads are wound in compact coils so that each coil of thread is in contact with the coil of the same thread adjacent to it and that said external threads are made with synthetic chemical fibers having high characteristics of shielding against ultraviolet rays of light.

2) Composite thread according to claim 1, characterized in that the surface of said external threads is rough.

3) Composite yarn according to claim 2, characterized in that the surface of said external yarns is taslanized.

4) Composite yarn according to claims 1 to 3, characterized in that said synthetic chemical fibers are selected from the group consisting of polyamide fibers and polyester fibers.

5) Composite yarn according to claim 4, characterized in that said polyamide fibers are constituted by high tenacity nylon.

6) Textile product obtained with the use of the composite thread according to the preceding claims.