Appareil pour friser un fil thermoplastique La présente invention a pour objet un ap pareil pour friser un fil thermoplastique.
On a compris depuis longtemps qu'il se rait extrêmement intéressant de pouvoir modi fier l'apparence physique ou les caractéristi ques des fils synthétiques, de manière qu'ils ressemblent davantage aux fils frisés ou ondu lés constitués par des fibres naturelles, et de leur donner en outre une élasticité que ne pos sèdent pas les fils en matière naturelle. Pour atteindre ces buts, on a proposé de stabiliser par la chaleur un fil à grande torsion de ma nière qu'il conserve sensiblement sa configu ration en hélice. On a suggéré également de refouler la matière formant le fil entre des en grenages en prise de manière que les filaments se solidifient avec la configuration désirée.
De même, on a proposé de faire passer des fila ments continus entre des engrenages en prise, en présence de chaleur et d'agents ramollis sants. D'autre part, de nombreux traitements chimiques ayant pour but de produire des fils frisés ont été également proposés. On a égale ment fait passer des filaments continus, sous la forme d'étoupe, entre des roues ou rouleaux de gaufrage et en présence de chaleur, à tra vers une chambre d'étoupe, dans le but de les friser ou de les onduler.
Enfin, on a songé en core à tirer des filaments continus à la tempé rature ambiante sur une lame tranchante émoussée ou un autre outil de déformation d'ans le but de réaliser le frisage recherché. Les appareils connus précédents ne don nent pas satisfaction, car ils ne produisent pas un fil frisé possédant l'élasticité et la texture voulues pour donner au produit fini la douceur au toucher. Quelques-uns de ces appareils sont coûteux, d'autres ne peuvent fournir qu'une production relativement faible.
D'autre part, le frisage produit dans le fil au moyen de quelques-uns des anciens appa reils, par exemple des engrenages en prise ou des rouleaux dé frisage dans une boîte à étoupe, n'est généralement que temporaire au point que le fil doit être recueilli et manipulé sans que l'on puisse lui appliquer une tension sensible.
Dans ces conditions, il est nécessaire de mani puler le fil sous la forme d'écheveaux à enrou lements lâches ; cette caractéristique ne peut pas être admise par les industriels, car elle exige un soin et un outillage spéciaux et pro voque un pourcentage important de pertes par suite des embrouillements, des enchevêtre ments, etc.
L'action d'ondulation obtenue en faisant passer le fil à la température ambiante sur une lame émoussée ou sur un autre outil de déformation est à peine suffisante pour mo difier l'effet de surface et ne communique au fil qu'une élasticité d'une très faible amplitude.
L'appareil faisant l'objet de l'invention, comprenant une source de fil, une arête vive, un dispositif d'enroulement écarté de cette arête et destiné à recueillir le fil, et un moyen pour tirer le fil en dehors de la source et pour le faire passer par-dessus ladite arête jusqu'au dispositif d'enroulement, est caractérisé par un dispositif pour chauffer le fil en mouve ment en aval et à proximité de ladite arête. Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'appareil selon l'inven tion.
La fig. 1 est une vue schématique de la première forme d'exécution.
La fi-. 2 est une vue schématique de la seconde forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue, à grande échelle, d'un détail utilisé dans ces deux formes d'exé cution. L'appareil représenté à la fig. 1 est du type à lame chaude . Le nombre de référence 13 désigne un enroulement ordinaire d'alimenta tion en fil, tel qu'une canette, une bobine ou un organe analogue. Un fil thermoplastique Y se déroule de la bobine 13 et traverse un dis positif de tension 17, constitué par une série de disques soumis à des ressorts.
En quittant le dispositif de tension, le fil Y se déplace vers le haut, franchit un côté d'une lame 19, et passe autour du bord effilé 21 de la lame 19 et sur ce bord en décrivant un angle aigu ; de là, le fil descend vers un guide 23 pour abou tir à un dispositif 25 destiné à le recueillir. Ce dispositif 25 comprend une bobine à joues 27 entraînée par un rouleau 29 recouvert de liège.
Autour de la lame 19 sont enroulées plu sieurs spires d'un fil électrique de chauffage 35, que l'on alimente en courant électrique par des conducteurs 33,à partir d'un transforma teur variable 31, connecté à une source quel conque d'énergie électrique (non représentée) par des conducteurs 34. Des feuilles 37 en une matière diélectrique, par exemple en mica, sont disposées entre la lame et le fil de chauf fage.
La chaleur est fournie au fil Y par con- vexion et rayonnement, pendant que celui-ci franchit le côté de la lame, et uniquement par conduction quand il se déplace sur le bord tranchant de la lame, de sorte que le fil Y se trouve dans un état plastique approprié et peut répondre facilement à l'action de la lame dans l'intervalle de temps pendant lequel il passe sur le bord effilé de celle-ci.
L'appareil décrit ci-dessus convient parti culièrement bien pour être associé à des ma chines de torsion, telles que la machine Atwood L 100. Quand on utilise une telle machine, les lames peuvent être supportées par un organe franchissant la distance entre les éléments ver ticaux du bâti de torsion, le fil étant recueilli sur le dispositif ordinaire de recueil prévu sur le tordoir.
L'appareil représenté sur la fi-. 2 est du type à lame froide . Il comprend deux en roulements 41 disposés l'un près de l'autre sur un bâti non représenté. Les fils Y' venant des enroulements 41 se déroulent et traversent sé parément les aeilletons de d'eux guides en queue de cochon 45, puis traversent deux dispositifs de tension 47, passent ensuite sur la surface légèrement incurvée d'un élément de chauf fage 49, autour du bord effilé d'une lame 51 et sur ce bord en se repliant suivant un angle aigu, et enfin arrivent à un organe de guidage 53. Avant ce point, les d'eux brins de fil ont été maintenus écartés l'un de l'autre.
On laisse au contraire ces deux brins se fondre ensemble quand ils traversent l'organe de guidage 53 ; ces deux brins se déplacent ensuite à travers des rouleaux entraînés d'alimentation 55, arri vent dans un organe unique de guidage 57, et enfin descendent jusqu'à une broche de torsion 59, comme celles que l'on trouve sur un tor- doir ou sur un métier à filer ; cette broche est mise en rotation par un moyen ordinaire non représenté.
La lame 51 se trouve écartée de l'élément de chauffage 49 d'une courte distance égale par exemple à 1,6 mm au moyen de pinces 61, le bord effilé 50 de la lame 51 se prolongeant à une courte distance, égale par exemple à 3,2 mm, au-délà du bord supérieur de l'élément de chauffage. On voit ainsi que la lame n'est pas utilisée spécialement comme un élément de chauffage, contrairement à la forme d'exé cution représentée à la fig. 1, mais qu'elle est maintenue légèrement écartée d'un élément de chauffage séparé, et qu'elle se trouve par con séquent à une température plus faible que celle de l'élément de chauffage, d'où son ap pellation de lame froide .
L'élément de chauffage 49 est constitué de préférence par une bande d'acier inoxydable, qui a été pliée suivant un rayon de courbure de 10 cm environ de manière à présenter au fil une surface légèrement incurvée. Cette ban de d'acier est connectée en série avec un trans formateur variable 63 par des conducteurs électriques 65 ; l'énergie est fournie au trans formateur à partir d'une source quelconque non représentée et par l'intermédiaire de con ducteurs 67.
Bien que l'emploi d'un élément séparé de chauffage et d'une lame froide ait été repré senté en combinaison avec un tordoir ou un métier à filer, il est évident que cet emploi n'est pas limité à ce cas particulier, puisqu'il présente le même intérêt dans la forme d'exé cution représentée sur la fig. 1. La description de l'appareil du type à lame froide, agissant si multanément sur deux brins de fil en mouve ment, ne doit pas être considérée comme li mitant l'application de cet appareil au cas de deux fils, car il est évident que l'appareil se rait tout aussi utile pour un seul brin de fil.
L'appareil à lame froide peut être adapté à un fonctionnement à positions multiples. Dans un tel appareil, une seule bande de chauffage d'une longueur considérable est utilisée pour un grand nombre de lames qui sont agrafées sur cette bande à certains intervalles le long de celle-ci, des moyens séparés de recueil du fil étant disposés en correspondance avec chaque lame. Il est possible de maintenir un contrôle précis de la température de la bande et une distribution sensiblement uniforme de la cha leur le long de celle-ci. Avec un , isolement adéquat, les pertes de chaleur entre les dif férentes positions ne sont pas prohibitives.
La fig. 3 est une vue détaillée à grande échelle du bord de la lame et du fil contour nant ce bord ; elle montre le chemin suivi par le fil quand celui-ci arrive sur le bord dé la lame et s'éloigne ensuite de celui-ci, aussi bien dans l'un que dans l'autre des deux appareils décrits ci-dessus. Sur cette figure, a est l'angle suivant lequel le fil arrive -sur le bord de la lame et (3 est l'angle suivant lequel il quitte ce bord. Ces angles peuvent varier considérable ment, bien qu'ils soient de préférence compris dans une certaine marge.
Le principe d'après lequel les appareils dé crits agissent pour friser les fils thermoplas tiques n'est pas entièrement éclairci. Il appa raît que plusieurs actions distinctes ou plu sieurs combinaisons de ces actions coopèrent pour produire un frisage satisfaisant.
La pre mière de ces actions est la flexion d'un brin en mouvement d'un fil plastifié s'effectuant pro gressivement sur un très petit rayon de cour bure, le fil se refroidissant à mesure qu'il s'é loigne de l'endroit de la flexion de sorte qu'il tend à conserver la forme donnée par la flexion. La deuxième action est celle d'une lame appli quée le long d'un fil non chauffé, cette action étant analogue dans l'ensemble à un phéno mène bien connu, c'est-à-dire à la flexion pro gressive, effectuée sur la lame d'un couteau,
d'une certaine longueur de fil ou d'une matière analogue dans le but de produire une boucle prononcée. On pense que l'explication de ce phénomène réside dans le fait que, pendant que la matière est repliée sur le bord de la lame, le côté dé la matière qui est le plus éloigné de ce bord est tendu longitudinalement au-delà de la limite élastique de sorte que la matière ne peut pas revenir à son état primitif, mais reste au contraire dans son état de tension diff6ren- tielle. Puisqu'un côté de la matière est plus long que l'autre,
la matière a tendance à pren dre la forme d'une boucle ou d'une spire.
La troisième action est la déformation que prend la fibre à partir de sa section normale pour déséquilibrer temporairement les contrain tes internes des différents filaments. Quand le fil, ou au moins une couche périphérique de celui-ci, se trouve à l'état plastique au moment de la déformation, les molécules peuvent se déplacer suffisamment pour permettre une égalisation des contraintes, mais en conservant la nouvelle forme, c'est-à-dire la déformation.
Ainsi, cette dernière forme est plus ou moins conservée par le polymère, quand celui-ci se refroidit jusqu'à son état cristallin normal, et la matière a ensuite tendance à prendre cette forme quand elle le peut. Au contraire, dans le cas où le polymère ne se trouve pas à l'état plastique pendant le traitement, il tend à re venir à son état primitif, c'est-à-dire à son état d'écoulement à froid , de manière à égaliser les contraintes.
Ceci explique probablement le fait qu'un frisage de nature temporaire peut être réalisé par un traitement à la température ambiante, mais que c'est seulement quand la fibre ou une partie de celle-ci est à l'état plas tique que le frisage acquiert un degré satisfai sant de permanence et une grande amplitude.
On a observé que les différents filaments, après avoir été tirés, dans un état de ramollis sement partiel, par-dessus la surface effilée, se déformaient dans une certaine mesure dans leur section transversale.
Quand il a été partiellement relâché, le fil quia passé dans l'appareil de frisage se dis pose de lui-même en une série de boucles ou spires dont la longueur, le pas et le diamètre varient au hasard.
Indiquons, à titre d'exemple, que la vi tesse de passage du fil dans l'appareil peut être de 40 m/min, que la tension du fil entre la lame et les rouleaux d'alimentation peut être comprise entre 4 et 10 g, que la température de la lame peut atteindre 240o,C et que le fil peut faire avec la lame un angle de 300 en ar rivant vers elle et de 5o en la quittant.
La lame utilisée dans l'appareil décrit peut être une lame de rasoir. On a remarqué toute fois qu'une telle lame, telle qu'elle est vendue dans le commerce, ne donnait pas satisfaction pour le traitement considéré, car elle avait ten dance à entamer et détériorer le fil. Il fallait par conséquent la polir légèrement avant de l'utiliser. La mesure dans laquelle la lame doit être modifiée dépend de la nature du frisage désiré et à un certain degré des autres condi- tions du traitement.
On a constaté cependant qu'on pouvait obtenir un degré adéquat de fri- sage en soumettant la lame à huit ou dix pas ses d'une bande d'une matière abrasive très fine, par exemple de rouge à polir, ou à l'ac tion d'une telle bande jusqu'à ce que le rayon de courbure du tranchant soit compris à peu près entre 0,002 et 0,01 mm. Quand on dé passe cette marge, on peut obtenir le frisage mais son intensité est diminuée.
Apparatus for crimping a thermoplastic yarn The present invention relates to an apparatus for crimping a thermoplastic yarn.
It has long been understood that it would be extremely interesting to be able to modify the physical appearance or the characteristics of synthetic yarns, so that they resemble more crimped or wavy yarns made up of natural fibers, and of their appearance. also give an elasticity that does not have the son of natural material. To achieve these goals, it has been proposed to heat stabilize a high twist yarn so that it substantially retains its helical configuration. It has also been suggested that the yarn forming material be forced between meshing graining so that the filaments solidify with the desired configuration.
Likewise, it has been proposed to pass continuous filaments between meshing gears in the presence of heat and softening agents. On the other hand, numerous chemical treatments aimed at producing crimped yarns have also been proposed. Continuous filaments have also been passed, in the form of tow, between embossing wheels or rolls and in the presence of heat, through a tow chamber, with the aim of crimping or waving them.
Finally, consideration has also been given to drawing continuous filaments at ambient temperature on a blunt cutting blade or other deformation tool in order to achieve the desired crimp. The foregoing known devices are unsatisfactory because they do not produce a crimped yarn having the elasticity and texture desired to give the finished product softness to the touch. Some of these devices are expensive, others can only provide relatively low output.
On the other hand, the crimping produced in the wire by means of some of the older devices, for example meshing gears or crimping rollers in a stuffing box, is usually only temporary to the point that the wire must be collected and handled without being able to apply any appreciable tension to it.
Under these conditions, it is necessary to handle the yarn in the form of loosely wound skeins; this characteristic cannot be accepted by industrialists, since it requires special care and tools and causes a high percentage of losses as a result of tangles, entanglements, etc.
The waving action obtained by passing the yarn at room temperature over a dull blade or other deforming tool is barely sufficient to change the surface effect and only gives the yarn an elasticity of. a very low amplitude.
The apparatus forming the subject of the invention, comprising a source of wire, a sharp edge, a winding device spaced from this edge and intended to collect the wire, and a means for pulling the wire out of the source and for passing it over said ridge to the winding device, is characterized by a device for heating the moving yarn downstream and in proximity to said ridge. The drawing shows, by way of example, two embodiments of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a schematic view of the first embodiment.
The fi-. 2 is a schematic view of the second embodiment.
Fig. 3 is a view, on a large scale, of a detail used in these two embodiments. The apparatus shown in FIG. 1 is of the hot blade type. Reference numeral 13 denotes an ordinary yarn feed winding, such as a bobbin, spool or the like. A thermoplastic wire Y unwinds from the spool 13 and passes through a positive tension device 17, consisting of a series of discs subjected to springs.
On leaving the tension device, the yarn Y moves upwards, crosses one side of a blade 19, and passes around the tapered edge 21 of the blade 19 and over this edge at an acute angle; from there, the wire descends to a guide 23 for shooting abou a device 25 intended to collect it. This device 25 comprises a cheek reel 27 driven by a roller 29 covered with cork.
Around the blade 19 are wound several turns of an electric heating wire 35, which is supplied with electric current by conductors 33, from a variable transformer 31, connected to any source. electrical energy (not shown) by conductors 34. Sheets 37 of a dielectric material, for example mica, are placed between the blade and the heating wire.
Heat is supplied to the Y wire by convection and radiation, as the yarn passes the side of the blade, and only by conduction as it travels over the cutting edge of the blade, so that the Y wire lies in a suitable plastic condition and can easily respond to the action of the blade in the time interval it passes over the tapered edge thereof.
The apparatus described above is particularly well suited to be associated with torsion machines, such as the Atwood L 100 machine. When such a machine is used, the blades can be supported by a member crossing the distance between the elements. verticals of the torsion frame, the wire being collected on the ordinary collecting device provided on the twist.
The apparatus shown in fi-. 2 is of the cold blade type. It comprises two in bearings 41 arranged one close to the other on a frame, not shown. The Y 'yarns coming from the windings 41 unwind and separately pass through the eyelets of their pigtail guides 45, then pass through two tension devices 47, then pass over the slightly curved surface of a heating element 49 , around the tapered edge of a blade 51 and on this edge by folding back at an acute angle, and finally arrive at a guide member 53. Before this point, the strands of wire were kept apart one by one. the other.
On the contrary, these two strands are left to merge together when they pass through the guide member 53; these two strands then move through driven feed rollers 55, arrive in a single guide member 57, and finally descend to a torsion pin 59, like those found on a mill. or on a spinning machine; this spindle is rotated by ordinary means, not shown.
The blade 51 is separated from the heating element 49 by a short distance equal for example to 1.6 mm by means of clamps 61, the tapered edge 50 of the blade 51 extending a short distance, for example equal to 3.2mm beyond the top edge of the heating element. It can thus be seen that the blade is not used especially as a heating element, unlike the embodiment shown in FIG. 1, but is kept slightly away from a separate heating element, and therefore is at a lower temperature than that of the heating element, hence its name cold blade .
The heating element 49 is preferably made of a strip of stainless steel, which has been bent to a radius of curvature of about 10 cm so as to present a slightly curved surface to the wire. This steel strip is connected in series with a variable transformer 63 by electrical conductors 65; energy is supplied to the transformer from any source (not shown) and via conductors 67.
Although the use of a separate heating element and a cold blade has been shown in combination with a wringer or a spinning machine, it is evident that this use is not limited to this particular case, since 'it has the same interest in the embodiment shown in FIG. 1. The description of the cold blade type apparatus, acting so multaneously on two moving strands of wire, should not be regarded as limiting the application of this apparatus to the case of two wires, as it is obvious that the device would be just as useful for a single strand of wire.
The cold blade apparatus can be adapted for multi-position operation. In such an apparatus, a single heating strip of considerable length is used for a large number of blades which are stapled to this strip at certain intervals along it, separate means for collecting the wire being disposed correspondingly. with each blade. It is possible to maintain precise control of the temperature of the web and a substantially uniform heat distribution along it. With adequate insulation, the heat losses between the different positions are not prohibitive.
Fig. 3 is a detailed view on a large scale of the edge of the blade and of the contour wire nding this edge; it shows the path followed by the wire when the latter arrives at the edge of the blade and then moves away from it, both in one and the other of the two devices described above. In this figure, a is the angle at which the wire arrives at the edge of the blade and (3 is the angle at which it leaves this edge. These angles can vary considerably, although they are preferably included. within a certain margin.
The principle according to which the devices described act to curl thermoplastic threads is not fully clarified. It appears that several distinct actions or several combinations of these actions cooperate to produce satisfactory crimping.
The first of these actions is the bending of a moving strand of a plasticized wire taking place progressively over a very small radius of curvature, the wire cooling down as it moves away from the wire. place of bending so that it tends to retain the shape given by bending. The second action is that of a blade applied along an unheated wire, this action being analogous on the whole to a well-known phenomenon, that is to say to progressive bending, carried out on the blade of a knife,
of a certain length of yarn or the like in order to produce a pronounced loop. It is believed that the explanation for this phenomenon lies in the fact that, while the material is folded over the edge of the blade, the side of the material which is furthest from that edge is stretched longitudinally beyond the edge. elastic so that matter cannot return to its original state, but on the contrary remains in its state of differential tension. Since one side of the material is longer than the other,
the material tends to take the form of a loop or a coil.
The third action is the deformation that the fiber takes from its normal section to temporarily unbalance the internal stresses of the various filaments. When the wire, or at least a peripheral layer of it, is in the plastic state at the time of deformation, the molecules can move enough to allow for stress equalization, but retaining the new shape, it is that is, the deformation.
Thus, this latter form is more or less retained by the polymer, when the latter cools to its normal crystalline state, and the material then tends to take this form when it can. On the contrary, in the case where the polymer is not in the plastic state during the treatment, it tends to return to its original state, that is to say to its cold flow state, so to equalize the constraints.
This probably explains the fact that crimping of a temporary nature can be achieved by treatment at room temperature, but it is only when the fiber or part thereof is in the plastic state that crimping acquires. a satisfactory degree of permanence and a large amplitude.
It was observed that the individual filaments, after being pulled, in a partially softened state, over the tapered surface, deformed to some extent in their cross section.
When it has been partially released, the wire which has passed through the crimping apparatus disassembles itself into a series of loops or turns the length, pitch and diameter of which vary at random.
Let us indicate, by way of example, that the speed of passage of the thread in the apparatus can be 40 m / min, that the tension of the thread between the blade and the feed rollers can be between 4 and 10 g , that the temperature of the blade can reach 240o, C and that the wire can make with the blade an angle of 300 when coming towards it and of 5o when leaving it.
The blade used in the apparatus described may be a razor blade. However, it has been observed that such a blade, as it is sold commercially, was not satisfactory for the treatment in question, because it had a tendency to cut into and damage the wire. It therefore had to be lightly polished before using it. The extent to which the blade needs to be modified will depend on the nature of the crimp desired and to some degree on other processing conditions.
It has been found, however, that an adequate degree of crimping can be obtained by subjecting the blade to eight or ten paces of a strip of a very fine abrasive material, for example red polish, or ac tion of such a strip until the radius of curvature of the cutting edge is approximately between 0.002 and 0.01 mm. When we pass this margin, we can obtain the curling but its intensity is reduced.