EP0097618A1 - Procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique - Google Patents

Procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique Download PDF

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EP0097618A1
EP0097618A1 EP83810261A EP83810261A EP0097618A1 EP 0097618 A1 EP0097618 A1 EP 0097618A1 EP 83810261 A EP83810261 A EP 83810261A EP 83810261 A EP83810261 A EP 83810261A EP 0097618 A1 EP0097618 A1 EP 0097618A1
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EP
European Patent Office
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filament
fiber
laser beam
fibers
wire
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Withdrawn
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EP83810261A
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German (de)
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Inventor
Thomas Seiler
Erwin Zurcher
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Battelle Memorial Institute Inc
Original Assignee
Battelle Memorial Institute Inc
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B9/00—Circular knitting machines with independently-movable needles
    • D04B9/12—Circular knitting machines with independently-movable needles with provision for incorporating pile threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G1/00—Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling
    • D01G1/02—Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling to form staple fibres not delivered in strand form
    • D01G1/025—Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling to form staple fibres not delivered in strand form by thermic means, e.g. laser
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06C—FINISHING, DRESSING, TENTERING OR STRETCHING TEXTILE FABRICS
    • D06C13/00—Shearing, clipping or cropping surfaces of textile fabrics; Pile cutting; Trimming seamed edges
    • D06C13/06—Removing floats

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for cutting, by laser, a filament or a textile fiber made of thermoplastic material.
  • patent CH 560 772 discloses a process for converting textile filaments according to which a ribbon of textile filaments to be converted is tensioned while subjecting it to the action of a radiant energy source.
  • the textile fibers are cut either by the combustion of a natural fiber, or by the melting of a thermoplastic material.
  • a pseudospheric surface is formed at the ends thus cut, the diameter of which is greater than that of the fibers. This surface results from the surface tension of the thermoplastic material following its fusion during the cutting of the fibers.
  • thermoplastic wires in particular for creating corrugations
  • the object of the present invention is not only to remedy to address the shortcomings of known thermal cutting processes, but it also makes it possible to form tapered ends on the cut elements and, therefore, to make these ends more pleasant to the touch.
  • the subject of the present invention is a method for cutting, by laser, a filament or a textile fiber of thermoplastic material, in which this filament or fiber is subjected to the radiation of a laser focused on the area of the filament or fiber desired for sectioning, characterized in that a tensile stress is applied to this filament or fiber and that, by the laser, thermal energy is supplied to said zone of the filament or fiber in sufficient quantity to bring it only in a viscoelastic state, the whole so that, thanks to the combined action of the tensile stress and the thermal energy brought to said zone of the filament or fiber, a stretching of this zone is produced, subdividing the filament or fiber in two sections whose opposite ends receive a shape that tapers gradually, by stretching the thermoplastic material, to become pointed at the end of this tapering and separate by the top of their po respective inte.
  • the replacement of at least part of the ends of fibers comprising droplets by tapered points makes it possible to increase the value of the product obtained: in fact, obtaining tapered points, otherwise impossible by using a mechanical cutting means, allows you to get closer to the appearance of animal hair appearing in particular on the surface of natural fur, which results in a velvety sensation pleasant to the touch.
  • the present invention can therefore not only be advantageously applied to the manufacture of velvet but, in addition, to the production of synthetic furs.
  • Figure 1 shows a variable speed motor 1 whose shaft 2 is rotatably mounted between two bearings 3, 4 and carries a disc 5.
  • This disc is equipped with pairs of pins 6, 7, only one of which is visible in the drawing, arranged radially around the axis 2.
  • One of the pins of each pair receives the end of a spring 8 while the other is used to fix one end of a wire 9, of thermoplastic material, the second end of which is attached to the free end of the spring 8 the latter thus stretching the wire between the two pins.
  • the device also carries a laser source 10 capable of generating a focused beam of light 12 by means of an optical system, represented schematically by a simple lens 11, and directing this beam perpendicular to the upper face of the disc 5.
  • this wire is exerted a determined traction using the spring 8 and the disk 5 is rotated by the motor 1 so that, by turning, each wire 9, distributed on the disk successively cut the beam 12 focused by the lens 11.
  • the rotational speed V. of the disc 5 is chosen such that the wire 9 cuts the laser beam for a sufficient time so that the thermoplastic material of the wire is heated so as to take on a viscoelastic consistency. Therefore, and under the effect of the traction which is applied to the wire by the spring 8, this wire stretches in the impact zone of the laser. It is the diameter f of the cross section of the laser beam through which the wire passes which determines the length of this area.
  • the appearance of the tapered portions of the fibers essentially depends, on the one hand, on the diameter of the laser beam and, on the other hand, on the tensile force applied to the wire 9 by the spring 8. Furthermore, to a lesser extent , this aspect also depends on the temperature reached by the fibers, and therefore on the thermal energy transmitted to these fibers.
  • the ordinate N represents the proportion of tapered fibers relative to the total number of fibers cut according to the stress resulting from the tensile force applied to the wire 9 by the spring 8, for a constant power P of the laser beam and a constant speed V o of displacement of the wire relative to the laser beam 12.
  • Diagram 2 shows that there is a relationship between the stress resulting from the for this traction applied to the wire 9 by the spring 8 and the proportion of tapered points.
  • n represents the efficiency of the optical system.
  • the lines d 1 and d 2 were obtained by a "linear regression" involving the value of the stresses ⁇ i1 and ⁇ i2 constituting the limits of the intervals D i corresponding to given proportions Ni of tapered points.
  • the position of the intervals D i depends on the value of the specific power q i if the speed of movement V I is fixed. These lines are substantially parallel to each other.
  • a variation in the speed V 1 of displacement of the wire 9 with respect to the laser beam 12 implies an inversely proportional variation in the energy received from the beam 12 by this wire.
  • a decrease in the speed from V 1 to V 2 results in an increase mentation of the energy transmitted to the wire, therefore a reduction in the stresses ⁇ i1 and ⁇ i2 , which results, in the diagram of figure 3, by a bringing together of the lines d 1 and d 2 of the origin of the system d 'axes ⁇ -q (lines of 1 and 2 ).
  • the acrylic yarns of 30 and 107 Tex were cut, subjected to a tensile force producing a stress between 2 and 5 N / Tex, by means of a laser with a power varying between 140 and 450 W.
  • the efficiency of the optical system was 0.88.
  • the numerical values corresponding to obtaining a majority of tapered tips have been summarized in the table below:
  • FIGS. 5 and 6 show partial views, one in perspective, the other in section, of a circular knitting machine in which a diagrammatic representation is shown.
  • the tensioning member for the wire loops 29 is constituted by a projection 23 situated at the upper end of the plate spout 22 (FIG. 6).
  • This member makes it possible to drive the portion of the wire 29, constituting a loop 31, in the recoil movement of the plate 21 consecutive to the formation of this loop and, by this recoil movement, to subject this wire to a traction force.
  • the laser beam, coming from the source 27, is directed by the optical system 26 on the loop portion in contact with the tensioning member 23 as soon as, by its new recoil, the plate has reached the position in which the tension in the thread becomes sufficient to obtain fibers with tapered points.
  • the manufacturing method described above is capable of replacing the shaving operation, involved in the production of knitted velvet, thanks to a loop cutting operation which is integrated into the knitting process. It makes it possible to remedy the loss of material occurring during shaving, while improving the quality of the product obtained by the creation of tapered tips.

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Abstract

Le procédé consiste à former des extrémités effilées sur des fibres textiles (9) constituées d'un matériau thermoplastique en les chauffant suffisamment, au moyen d'un faisceau laser (12'), pour que le matériau des fibres soit amené dans un état viscoélastique, et en soumettant ces fibres simultanément à un effort de traction tel que la rupture desdites fibres soit précédée d'une striction importante. Ce procédé permet de fabriquer notamment du velours et de la fourrure synthétique.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique.
  • Il a déjà été proposé, dans les brevets CH 586 769 et CH 609 736 de fabriquer du velours par un procédé selon lequel on sectionne des brins de fil, répartis à la surface d'un tissu, à l'aide d'un faisceau laser focalisé, dont le foyer est mis successivement en présence d'une portion de chacun des brins, durant une période de temps suffisante pour provoquer la combustion d'au moins une partie des fibres formant ces brins.
  • Par ailleurs, on connaît du brevet CH 560 772 un procédé de convertissage de filaments textiles selon lequel on met sous tension un ruban de filaments textiles à convertir tout en le soumettant à à l'action d'une source d'énergie rayonnante.
  • Selon les procédés décrits, les fibres textiles sont coupées soit par la combustion d'une fibre naturelle, soit par la fusion d'un matériau thermoplastique. Dans ce dernier cas, il se forme aux extrémités ainsi coupées une surface pseudosphérique dont le diamètre est supérieur à celui des fibres. Cette surface résulte de la tension de surface de la matière thermoplastique consécutivement à sa fusion au manant de la coupe des fibres.
  • La forme des extrémités de ces fibres constitue, à l'évidence, un désavantage de ce procédé de coupe thermique vis-à-vis de la coupe mécanique classique. En effet, dans le cas de la coupe de velours synthétique en une matière thermoplastique telle que l'acrylique, la formation de telles gouttelettes donne un velours moins velouté et donc une sensation moins agréable au toucher.
  • L'utilisation d'un rayonnement laser pour le perfectionnement de fils thermoplastiques, en particulier pour créer des ondulations, est, par ailleurs, connue par le brevet CH 471.915.
  • Le but de la présente invention consiste non seulement à remédier aux défauts des procédés de coupe thermique connus, mais il permet, de plus, de former des extrémités effilées sur les éléments coupés et, partant, de rendre ces extrémités plus agréables au toucher.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique, dans lequel on soumet ce filament ou fibre au rayonnement d'un laser focalisé sur la zone du filament ou fibre désirée pour le sectionnement, caractérisé par le fait que l'on applique une sollicitation de traction à ce filament ou fibre et que, par le laser, on apporte, à ladite zone du filament ou fibre, de l'énergie thermique en quantité suffisante pour l'amener seulement dans un état viscoélastique, le tout de manière que, grâce à l'action conjuguée de la sollicitation de traction et de l'énergie thermique apportée à ladite zone du filament ou fibre, on produit un étirage de cette zone, subdivisant le filament ou fibre en deux sections dont les extrémités en regard reçoivent une forme s'effilant graduellement, par étirage du matériau thermoplastique, pour devenir pointues au terme de cet effilement et se séparer par le sommet de leur pointe respective.
  • Le remplacement d'au moins une partie des extrémités de fibres comportant des gouttelettes par des pointes effilées permet d'augmenter la valeur du produit obtenu: en effet, l'obtention de pointes effilées, par ailleurs impossible en utilisant un moyen de coupe mécanique, permet de se rapprocher mieux de l'aspect d'un poil animal apparaissant notamment à la surface d'une fourrure naturelle, ce qui se traduit par une sensation veloutée agréable au toucher. La présente invention pourra donc être non seulement avantageusement appliquée à la fabrication du velours mais, en plus, à la production de fourrures en matière synthétique.
  • Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, comment le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre:
    • La figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif expér imen- tal de mise en oeuvre;
    • Les figures 2 à 4 sont des diagrammes explicatifs;
    • Les figures 5 et 6 illustrent l'application du procédé selon l'invention dans la fabrication de velours.
  • La figure 1 montre un moteur à vitesse variable 1 dont l'arbre d'entraînanent 2 est monté rotativement entre deux paliers 3, 4 et porte un disque 5. Ce disque est équipé de paires de goupilles 6, 7, dont seule l'une est visible au dessin, disposées radialement autour de l'axe 2. L'une des goupilles de chaque paire reçoit l'extrémité d'un ressort 8 alors que l'autre sert à fixer une extrémité d'un fil 9, de matière thermoplastique dont la seconde extrémité est rattachée à l'extrémité libre du ressort 8 celui-ci tendant ainsi le fil entre les deux goupilles. Le dispositif oonporte, de plus, une source laser 10, susceptible de générer un faisceau de lumière 12 focalisé au moyen d'un système optique, représenté schématiquement par une simple lentille 11, et dirigeant ce faisceau perpendiculairement à la face supérieure du disque 5.
  • Pour sectionner le fil 9 tout en formant des extrémités de fibres effilées, on exerce sur ce fil une traction déterminée à l'aide du ressort 8 et on entraîne le disque 5 en rotation par le moteur 1 de manière que, en tournant, chaque fil 9, réparti sur le disque, coupe successivement le faisceau 12 focalisé par la lentille 11. La vitesse de rotation V. du disque 5 est choisie telle que le fil 9 coupe le faisceau laser pendant une durée suffisante pour que la matière thermoplastique du fil soit chauffée de manière à prendre une consistance viscoélastique. De ce fait, et sous l'effet de la traction qui est appliquée au fil par le ressort 8, ce fil s'étire dans la zone d'impact du laser. C'est le diamètre f de la section droite du faisceau laser à travers laquelle passe le fil qui détermine la longueur de cette zone. L'aspect des portions effilées des fibres dépend essentiellement, d'une part, du diamètre du faisceau laser et, d'autre part, de l'effort de traction appliqué au fil 9 par le ressort 8. Par ailleurs, dans une moindre mesure, cet aspect dépend également dé la température atteinte par les fibres, donc de l'énergie thermique transmise à ces fibres.
  • Dans le diagramme de la figure 2, l'ordonnée N représente la proportion de fibres effilées par rapport au nombre total de fibres coupées en fonction de la contrainte résultant de la force de traction appliquée au fil 9 par le ressort 8, pour une puissance constante P du faisceau laser et une vitesse constante Vo de déplacement du fil par rapport au faisceau laser 12. Le diagramme 2 montre qu'il existe une relation entre la contrainte résultant de la force de traction appliquée au fil 9 par le ressort 8 et la proportion de pointes effilées. La contrainte σ min est la contrainte maximale pour laquelle on obtient 100% d'extrémités en forme de gouttel- lettes (N = o). En augmentant la valeur de la contrainte appliquée aux fibres, les gouttelettes sont peu à peu remplacées par des pointes effilées jusqu'à l'obtention de 100% de fibres à pointes effilées (N = 1), lorsque la contrainte atteint la valeur cpt. Si l'on dépasse la contrainte opt, les extrémités effilées sont peu à peu remplacées par des extrémités arrachées, jusqu'à l'obtention de 100% d'extrémités arrachées (N = o), quand la contrainte atteint la valeur σ max. Ainsi, la courbe V délimite les zones A (100% de pointes en forme de gouttelettes), B (100% de pointes effilées), et C (100% de pointes arrachées). Il est possible de fixer une proportion minimale No de pointes effilées en choisissant la largeur de l'intervalle Do délimité par les contraintes σ o1 et σ o2. En d'autres termes, pour toute contrainte appliquée aux fibres, et comprise entre σo1 et σo2, il est possible d'obtenir au moins une proportion No de fibres dont les extrémités sont effilées. La valeur des contraintes σ min et σ max dépend de la nature du fil et de l'énergie thermique transmise, comme nous le verrons par la suite.
  • Le diagramme de la figure 3 montre la variation de la valeur des contraintes constituant les limites supérieure et inférieure d'un intervalle Di, correspondant à l'intervalle Di du diagramme de la figure 2, en fonction des variations de la puissance spécifique qi transmise au fil par le faisceau laser 12 de puissance Pi et définie par la relation q̇i =
    Figure imgb0001
    .n où S représente la section normale du fil (S =
    Figure imgb0002
     φ2 avec φ diamètre du fil) et n représente l'efficacité du système optique. Les droites d1 et d2 ont été obtenues par une "régression linéaire" faisant intervenir la valeur des contraintes σi1 et σi2 constituant les limites des intervalles Di correspondant à des proportions Ni données de pointes effilées. La position des intervalles Di dépend de la valeur de la puissance spécifique qi si la vitesse de déplacement VI est fixée. Ces droites sont sensiblement parallèles entre elles. Une variation de la vitesse V1 de déplacement du fil 9 par rapport au faisceau laser 12 implique une variation inver- sément proportionnelle de l'énergie reçue du faisceau 12 par ce fil. Une diminution de la vitesse de V1 à V2 a, pour conséquence, une augmentation de l'énergie transmise au fil, donc une diminution des contraintes σi1 et σi2, ce qui se traduit, dans le diagramme de la figure 3, par un rapprochement des droites d1 et d2 de l'origine du système d'axes σ-q (droites d'1 et d'2) .
  • En mettant en oeuvre l'invention, il a été procédé à la coupe de fils d'acrylique de 30 et 107 Tex, soumis à un effort de traction produisant une contrainte comprise entre 2 et 5 N/Tex, au moyen d'un laser de puissance variant entre 140 et 450 W. L'efficacité du système optique était de 0,88. Les valeurs numériques correspondant à l'obtention d'une majorité de pointes effilées ont été résumées dans le tableau ci-dessous:
    Figure imgb0003
  • Ces valeurs numériques ont permis de définir la surface délimitée par les droites L1 à L4 au diagramme de la figure 4 lequel représente la relation liant l'énergie spécifique à fournir à des fils d'acrylique et l'effort de traction auquel ces fils doivent être soumis pour qu'une majorité des fibres coupées ait des pointes effilées. L'énergie spécifique est définie par le rapport entre l'énergie totale fournie à un fil textile et la surface S du fil ayant été en contact avec le faisceau laser (S = φ·ϕ où φ représente le diamètre du fil et ϕ le diamètre du faisceau laser). L'énergie spécifique s'exprime, à partir de la puissance spécifique définie précédemment, par la relation q =
    Figure imgb0004
    . q̇ ϕ V , où q̇ est la puissance spécifique, V la vites- se de déplacement du fil par rapport au faisceau laser et ϕ le diamètre du faisceau laser. L'énergie spécifique q permet d'exprimer les droites dans un diagramne énergie spécifique/contrainte, avec l'avantage de ne pas faire intervenir explicitement le paramètre vitesse. L'ensemble des paires de droites d'1, d'2 correspondant chacune à une vitesse Vo (fig. 3) peut ainsi être remplacé (fig. 4) par une seule paire de droites L3, L4 parallèles entre elles, d'équation q 3 = - 2,2.106.σ+ 1,85.105, respectivement q4 = - 2,2.106.σ+ 2,3.105, correspondant aux valeurs minimale et maximale de l'énergie spécifique à fournir à des fils d'acrylique en fonction de la contrainte qui leur est appliquée, pour obtenir une majorité de fibres à pointes effilées. Les droites LI et L2 correspondent aux contraintes fmin. respectivement σ max. définies précédemment en relation avec le diagramme de la figure 2.
  • A titre d'exemple d'utilisation industrielle du prooédé décrit ci-dessus, les figures 5 et 6 montrent des vues partielles, l'une en perspective, l'autre en coupe, d'un métier à tricoter circulaire où sont représentés schénatiquenent un guide fil 30, des plati- nettes d'abattage 21 en prise avec une came 24, une fonture 20 sur laquelle sont montées coulissantes des aiguilles 25, un segment d'un fil de fond 28 d'un tricot de fond, non représenté, et un fil de bouclette 29. L'organe de mise sous tension des bouclettes du fil 29 est constitué par une saillie 23 située à l'extrémité supérieure du bec de platinette 22 (fig. 6). Cet organe permet d'entraîner la portion du fil 29, constituant une bouclette 31, dans le mouvement de recul de la platinette 21 consécutif à la formation de cette bouclette et, par ce mouvement de recul, de soumettre ce fil à un effort de traction. Le faisceau laser, issu de la source 27, est dirigé par le système optique 26 sur la portion de bouclette en contact avec l'organe de mise sous tension 23 dès que, par son nouvement de recul, la platinette a atteint la position dans laquelle la tension dans le fil devient suffisante pour obtenir des fibres à pointes effilées.
  • Sur la figure 6, les divers organes du métier à tisser ont été représentés en cours d'effilenent. Cette opération ne peut avoir lieu que lorsque les deux extrémités de la bouclette destinée à être effilée sont rendues solidaires du tricot de fond. On considère cette condition comme satisfaite dès que l'aiguille 25 atteint le point mort bas. Il faut donc que, à cet instant, le fil de la bouclette en appui sur l'organe 23 ait été mis sous tension par le mouvement de recul de la platinette 21 destiné habituellement à libérer la bouclette une fois celle-ci formée. Un dispositif de commande de la source laser, non représenté, permet la synchronisation de l'apport d'énergie avec les mouvements de l'aiguille 25 et de la platinette 21.
  • Le mode de fabrication décrit ci-dessus est susceptible de remplacer l'opération de rasage, intervenant dans la fabrication du velours tricoté, grâce à une opération de coupe de bouclettes qui est intégrée au processus de tricotage. Il permet de remédier à la perte de matière intervenant lors du rasage, tout en améliorant la qualité du produit obtenu par la création de pointes effilées.

Claims (2)

1. Procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique, dans lequel on soumet ce filament ou fibre au rayonnement d'un laser focalisé sur la zone du filament ou fibre désirée pour le sectionnement, caractérisé par le fait que l'on applique une sollicitation de traction à ce filament ou fibre et que, par le laser, on apporte à ladite zone du filament ou fibre, de l'énergie thermique en quantité suffisante pour l'amener seulement dans un état viscoélastique, le tout de manière que, grâce à l'action conjuguée de la sollicitation de traction et de l'énergie thermique apportée à ladite zone du filament ou fibre, on produit un étirage de cette zone, subdivisant le filament ou fibre en deux sections dont les extrémités en regard reçoivent une forme s'effilant graduellement, par étirage du matériau thermoplastique, pour devenir pointues au terme de cet effilement et se séparer par le sommet de leur pointe respective.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite sollicitation de traction est de valeur conprise entre 2.10-2 N/Tex et 5.10-2 N/Tex, la puissance et la section du rayon laser étant telles que l'énergie thermique apportée soit conprise entre 1,41.105 J/m2 et 1,86.105 J/m2 pour une valeur de la sollicitation de traction de 2.10-2 N/Tex, respectivement 0,75.105 J/m2 et 1,2.105 J/m2, pour une sollicitation de traction de valeur 5.10-2 N/Tèx.
EP83810261A 1982-06-17 1983-06-14 Procédé pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en matériau thermoplastique Withdrawn EP0097618A1 (fr)

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