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Title:
METHOD FOR SEVERING, BY LASER, A FILAMENT OR TEXTILE FIBER OF THERMOPLASTIC MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1984/000040
Kind Code:
A1
Abstract:
The method provides for the formation of frayed ends on textile fibers (9) comprised of thermoplastic material by heating them sufficiently by means of a laser beam (12') so as to bring the fiber material to a visco-elastic state, while simultaneously submitting those fibers to a tensile stress so that the breaking of said fibers is preceded by an important striction. The method allows to manufacture particularly velvet and synthetic fur.

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JPS54120740TOW CUTTING METHOD
Inventors:
SEILER THOMAS (CH)
ZURCHER ERWIN (CH)
Application Number:
PCT/CH1983/000074
Publication Date:
January 05, 1984
Filing Date:
June 14, 1983
Export Citation:
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Assignee:
BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE (CH)
International Classes:
D01G1/02; D04B9/12; D06C13/06; (IPC1-7): D01G1/02; D04B9/12; D06C13/06
Foreign References:
FR1557362A1969-02-14
JPS5015908B11975-06-09
FR2049824A51971-03-26
FR2085142A51971-12-17
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Claims:
3 -REVENDICATIONS
1. Procede pour sectionner, par laser, un filament ou une fi¬ bre textile en materiau theπnσplastiqie, dans lequel on soumet ce filament ou fibre au rayonnement d'un laser focalise sur la zone' du filament ou fibre desiree pour le sectionnement, caracterise par le 5 fait que l'on appligue une sollicitation de traction ä ce filament ou fibre et gue, par le laser, on apporte ä ladite zone du filament ou fibre, de l'energie thermigue en quantite süffisante pour l'ame ner seulement dans un etat visσoelastique, le tout de maniere gue, gräαe ä l'action σonjuguee de la sollicitation de traction et de l'e τ|_0 nergie thermigue apportee ä ladite zone du filament ou fibre, on pro¬ duit un etirage de cette zone, subdivisant le filament ou fibre en deux sections dont les extremites en regard recoivent une forme s'ef filant graduellement, par etirage du materiau thermoplastigue, pour devenir pointues au ter e de cet effilement et se separer par le εσm 5 met de leur pointe respective.
2. *.
3. Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait gue ladite sollicitation de traction est de valeur comprise entre 2.102 N Tex et 5.10""2 N/Tex, la puissance et la section du rayon laser etant telles gue l'energie thermigue apportee soit coirprise 20 entre 1,41.1Q5 j/m2 e 1,86.1Q5 J/m2 pour une valeur de la sollici¬ tation de traction de 2.10~2 N Tex, respectivement 0 ,75. IQ5 J irt2 et 1,2. Itfi J/ 2, pour une sollicitation de traction de valeur 5.102 *& 25.
4. OMPI.
Description:
PROCRT . POUR SECTIONNER, PAR LASER, UN FILAMENT

OU UNE FIBRE TEXTILE EN MATERIAU T__E_ _-?__ASTIQCE

La presente invention a pour obj et un procede pour sectionner, par laser, un filament ou une fibre textile en materiau theππoplas tique.

II a dejä ete propose, dans les brevets CH 586 769 et CH 609 73 de fabriguer du velours par un procede selon legueL on sectionne de brins de fil, repartis ä la surface d'un tissu, ä l'aide d'un fais ceau laser focalise, dont le foyer est mis successivement en presen- ce d'une portion de chacun des brins, durant une periode de tβπps süffisante pour provoguer la combustion d'au moins une partie des fibres foπnant ces brins.

Par ailleurs, on connaϊt du brevet CH 560 772 un procede de con- vertissäge de filaments textiles selon leguel on met sous tension un ruban de filaments textiles ä convertir tout en le soumettant ä ä l'action d'une source d'energie rayonnante . Selon les procedes decrits, les fibres textiles sont σoupees soit par la combustion d'une fibre naturelle, soit par la fusion d'un materiau thermoplastigue. Dans ce dernier cas, il se forme aux ex- tremites ainsi coupees une surface pseudospherique dont le diametre est superieur ä σelui des fibres. Cette surface resulte de la ten- sion de surface de la matiere thermoplastique consecutivement ä sa fusion au mcment de la coupe des fibres.

La forme des extremites de ces fibres constitue, ä l'evidence, un desavantage de ce procede de coupe ther igue vis-ä-vis de la cou¬ pe mecanigue classigue. En effet, dans le cas de la coupe de velours synthetigue en une matiere theπnoplastigue teile gue l'acryligue, la formation de telles gouttelettes donne un velours oins veloute et donc une Sensation moins agreable au toucher.

L'utilisation d'un rayonnement laser pour le perfectionnetuent de fils ther oplastigues, en particulier pour creer des ondulations, est, par ailleurs, connue par le brevet CH 471.915.

Le but de la presente invention consiste non seulβnent ä reme-

dier aux defauts des procedes de coupe thermigue connus, ais il per- met, <-_=. plus, de former des extremites effilees sur les elements σou- pes et, partant, de rendre ces extremites plus agreables au toucher.

A cet effet, la presente invention a pour objet un procede pour sectionner, par laser, un filamβit ou une fibre textile en materiau theπrDplastigue, dans leguel on soumet ce filament ou fibre au ra- yonnonetit d'un laser focalise sur la zone du filament ou fibre de- sirea pour le sectionnement, caracterise par le fait gue l'oπ appli- gue une sollicitation de traction ä ce filament ou fibre et gue, par le laser, on apporte, ä ladite zone du filament ou fibre, de l'ener- gie thermigue en guantite süffisante pour l'amener seulement dans un etat viscoelastigue , le tout de maniere gue, grabe a l'action con- juguee de la sollicitation de traction et de l'energie thermigue ap- portee ä ladite zone du filament ou fibre, on produit un etirage de cette zone, subdivisant le filament ou fibre en deux secticxis dont les extremites en regard recoivent une forme s' effilant graduelle- ent, par etirage du materiau thermoplastigue, pour devenir pointues au terme de cet effilement et se separer par le soiπmet de leur poin- te respective. Le rβπplacement d'au moins une partie des extremites de fibres coirportant des gouttelettes par des pointes effilees pe met d* aug¬ menter la valeur du produit obtenui en effet, l'obtention de poin¬ tes effilees, par ailleurs impσssible en utilisant un πo en de cou¬ pe mecanigue, permet de se rapprocher mieux de l'aspect d'un poil ani al apparaissant notamment ä la surface d'une fourrure natureL- le, ce gui se traduit par une Sensation veloutee agreable au toucher. La presente invention pourra donc etre non seulement avantageusement appliguee ä la fabrication du velours mais, en plus, ä la production de fourrures ' en matiere synthetigue . Le dessin annexe illustre, schematiguement et ä titre d' exem- ple, cc_πτent l≤ procede selon 1' invention peut etre is en oeuvre:

La figure 1 est une vue en elevation d'un dispositif experimen- tal de rnise en oeuvre;

Les figures 2 ä 4 sont des diagram es explicatifs; Les figures 5 et 6 illustrent l'application du proc|de selon

1' invention dans la fabrication de velours.

La figure 1 πontre un moteur ä vitesse variable 1 dont l'arbre

- ά -

d'entraϊnanent 2 est onte rotativement entre deux paliers 3, 4 e porte un disgue 5. Ce disgue est equipe de paires de goupilles 6 ,

7, dont seule l'une est visible au dessin, disposees radialement au- tour de l'axe 2. L'une des goupilles de chaque paire reςoit l' extremi- te d'un ressort 8 alors gue l'autre sert a fixer une extremite d'un

_ fil 9 , de matiere thermoplastigue dont la seoonde extremite est rat- tachee ä 1 'extremite libre du ressort 8 celui-ci tendant ainsi le fil entre les deux goupilles. Le dispositif oomporte, de plus, une source laser 10, susceptible de generer un faisceau de lumiere 12 focalise au moyen d'un Systeme optigue, represente schematiguement par une simple lentille 11, et dirigeant ce faisceau perpendiculai- re ent ä la face superieure du disgue 5.

Pour sectionner le fil 9 tout en formant des extremites de fi¬ bres effilees, on exerce sur ce fil une traction d terminee ä l'ai- de du ressort 8 et on entraine le disgue 5 en rotation par le oteur 1 de maniere gue, en tournant, chagus fil 9 , reparti sur le disgue, coupe successivement le faisceau 12 focalise par la lentille 11. La vitesse de rotation V du disgue 5 est choisie teile gue le fil 9 coupe le faisceau laser pendant une duree süffisante pour gue la ma- tiere thermoplastigue du fil soit chauffee de maniere ä prendre une consistanσe viscoelastigue. De ce fait, et sous 1' ffet de la trac¬ tion qui est appliguee au fil par le ressort 8, σe fil s'etire dans la zone d'i pact du laser. C'est le diametre f de la section droi- te du faisceau laser ä travers laguelle passe le fil gui determine la longueur de cette zone. L'aspact des portions effilees des fibres depend essentielle ent, d'une part, du diametre du faisceau laser et, d'autre part, de l'e fort de traction appligue au fil 9 par le ressort 8. Par ailleurs, dans une oindre esure, cet aεpect depend egalement de la terπperature atteinte par les fibres, donc de l'ener- gie thermigue transmise ä ces fibres.

Dans le diagramme de la figure 2, l'ordonnee N represente la Proportion de fibres effilees par rapport au nombre total de fibres coupees en fcnction de la contrainte resultant de la force de trac¬ tion appliguee au fil 9 par le ressort 8, pour une puissanσe cons- tante P Q du faisceau laser et une vitesse σonstante V de deplace— ment du fil par rapport au faisceau laser 12. Le diagrairme 2 ontre gu' il existe une relation entre la contrainte resultant de la for-

ce de traction appliguee au fil 9 par le ressort 8 et la proportion de pointes effilees. La contrainte T min est la σontrainte maxima¬ le pour laguelle on obtient 100% d' extremites en forme de gouttel- lettes (N = o) . En augπentant la valeur de la contrainte appliguee aux fibres, les gouttelettes sont peu ä peu rerπplacees par des poin¬ tes effilees jusgu'ä l'obtention de 100% de fibres ä pointes effi¬ lees (N = 1) , lorsgue la contrainte atteint la valeur cpt. Si l'on depasse la contrainte opt, les extremites effilees sont peu ä peu reπplacees par des extremites arrachees, jusqu'ä l'obtenti ' on de 100% d'extremites arrachees ( = o) , quand la contrainte atteint la va¬ leur er max. Ainsi, la courbe V delimite les zones A (100% de poin¬ tes en forme de gouttelettes) , B . (100% de pointes effilees) , et C (100% de pointes arrachees) . II est possible de fixer une proportion minimale N de pointes effilees en choisissant la largeur de l' in- tervalle D delimite par les contraintes <5"o, et ö"o 2 . En d'autres ter- mes, pour toute contrainte appliguee aux fibres, et conprise entre ffö, et σ- o 2 , il est possible d'obtenir au moins une Proportion N Q de fi¬ bres dont les extremites sont effilees. La valeur des contraintes {Tmin et (T ax depend de la nature du fil et de l'energie thermigue transmise, cemms nous le verrons par la suite.

Le diagra me de la figure 3 entre la Variation de la valeur des contraintes constituant les limites superieure et inferieure d'un intervalle D. , σorrespondant ä l'intervalle D- du diagramme de la figure 2, en fonetien des variations de la puissance E-pecifigue g. transmise au fil par le faisceau laser 12 de puissance P. et definie

• P par la relation g. =- τ i— »n oü S r^resente la sectiαn normale du fil

TΓ •_ "

(S =.g. φ 2 avec φ diametre du fil) et n represente l' efficacite du Sys¬ teme optigue. Les droites d, et d~ ont ete obtenues par une "regres- sion lineaire" faisant intervenir la valeur des contraintes tf"., et 6"- 2 constituant les limites des intervalles D. correspondant ä des pro- portions N^ donnees de pointes effilees. La position des interval¬ les D. depend de la valeur de la puissance specifigi-e g. si la vi¬ tesse de deplacement V^ est f ixee. Ces droites sont sensiblement paral¬ leles entre elles. Une Variation de la vitesse V, de deplacement du fil 9 par rapport au faisceau laser 12 i pligue une Variation inver- sement proportionnelle de l'energie regue du faisceau 12 par ce fil. Une diminution de la vitesse de V, ä V 2 a, pour oonseguence, une aug-

O "

mentation de l'energie transmise au fil, donσ une diminution des αon- traintes oe 3 U: *- se tra 3ui , dans le diagramme de la fi¬ gure 3, par un rapprochement des droites d, et d 2 de l'origine du Systeme d'axes f-q. (droites d^ et di) . En mettant ai oeuvre 1' invention, il a ete procede ä la coupe de fils d'acryligue de 30 et 107 Ttex, soumis ä un effort de traction produisant une σontrainte oo prise entre 2 et 5 N Tex, au moyen d'un laser de puissance variant entre 140 et 450 W. L'efficacite du Sys¬ teme optigue etait de 0,88. Les valeurs numeriques oorrespondant ä l'obtention d'une majorite de pointes effilees ont ete resumees dans le tableau ci-dessous:

fil 107 107 107 30 30 30 Tex

♦ 0,5 0,5 0, 5 0,3 0,3 0, 3 mm f 1 1 1 1 1 1 mm

V 160 160 80 160 80 80 m/min

«r 4 2, 5 3 4, 5 2, 5 4 10 " N/B≥x

P 350 450 200 280 350 140 w

* q 390 500 225 400 500 200 10 6 W/m

1,1 1, 5 1,3 1,2 1, 5 1,2 10 J/nV 2

Ces valeurs numeriques ont permis de definir la surfacs delimi- tee par les droites L-^ ä _. au diagramme de la figure 4 leguel re¬ presente la relation liant l'energie specifigue ä fournir ä des fils d'acryligue et 1' effort .de traction. auquel .ces fils oivent etre sou- mis pour gu'une majorit des fibres coupees ait des pointes effilees. L'energie specifigue est definie par le rapport entre l'energie totale fournie ä un fil textile et la surface S du fil ayant ete en contact avεc le faisceau laser (S = «f oü φ represente le diametre du fil et ? le diam tre du faisceau laser) . L'energie specifigue s'exprima, ä partir de la puissance specifigue definie precedeiπnsnt, par la re¬ lation g = — . ^ — oü q est la puissance specifigue, V la vites¬ se de deplacement du fil par rapport au faisceau laser et *P le dia-

OM

- e -

etre du faisceau laser. L'energie specifigue g permet d' exprimer les droites dans un diagramme energie specifique/contrainte, avec l'avantage de ne pas faire intervenir explicitβrtent le parametre vi¬ tesse. L'ensemble des paires de droites d, , dl oorrespondant chacu— ne ä une vitesse V (fig. 3) peut ainsi etre rerπplac (fig. 4) par une seule paire de droites L 3 , L 4 paralleles entre elles, d'eguation g 3 = - 2,2.106 «-+ 1,85.105, respectivement σ^ = - 2,2.1θ6.<r+ 2,3.105, correspondant aux valeurs minimale et maximale de l'energie speci¬ figue a fournir ä des fils d'acryligue en fonction de la contrain- te gui leur est appliguee, pour obtenir une majorite de fibres ä poin¬ tes effilees. Les droites L^ et L 2 correspondent aux contraintes (fmin. respectivement ax. definies precedeτrιrιent en relation avec le dia¬ gramme de la figure 2.

A titre d' exe ple d'utilisation industrielle du procede decrit ci-dessus, les figures 5 et 6 πontrent des vues partielles, l'une en perspective, l'autre en coupe, d'un metier ä tricoter circulai- re oü sont representes schematiguβnent un guide fil 30, des plati- nettes d'abattage 21 en prise avec une ca e 24, * une fonture 20 sur laguelle sont πontees coulissantes des aiguilles 25, un sεg ent d'un fil de fond 28 d'un tricot de fand, non represente, et un fil de bou- clette 29. Organe de mise sous tension des bouclettes du fil 29 est constitue par une saillie 23 situee ä 1 ' extremite super i eure du bec ä_t platinette 22 (fig. 6) . Cet organe permet d'entrainer la por- tion du fil 29, constituant une bouάlette 31, dans le mouvement de recul de la platinette 21 consecutif ä la formation de cette bouclet- te et, par ce mouvement de recul, de soumettre ce fil ä un effort de traction. Le faisceau laser, issu de la source 27, est dirige par * le Systeme optigue 26 sur la portion de boudette en contact avec 1 Organe de " mise sous tension 23 des gue, par son iTouvement de re- cul, la platinette a atteint la position dans laguelle la tension dans le fil devient süffisante pour obtenir des fibres ä pointes ef¬ filees.

Sur la figure 6, les divers organes du metier a tisser ont ete representes en oours d'effilement. Cette Operation ne peut avoir lieu gue lorsgue les deux extremites de la bouclette destinee a etre ef- filee sont rendues solidaires du tricot de fond. On σonsidere cet¬ te condition omme satisfaite des gue l'aiguille 25 atteint le point

O P

mort bas. II faut donc que, ä cet instant, le fil de la bouclet en appui sur 1 Organe 23 ait ete mis sous tension par le mouvanen de recul de la platinette 21 destine habituellement ä liberer la bou clette une fois celle-ci formee. Un dispositif de cαπmande de la sour ce laser, non represente, permet la Synchronisation de l'apport d'ener gie avec les irbuvemants de l'aiguille 25 et de la platinette 21. »

Le mode de fabrication decrit ci-dessus est susceptible de ren placer l'operation de rasage, intervenant dans la fabrication du ve lours tricote, grace ä une Operation de coupe de bouclettes qui es int gree au processus de tricotage. II permet de remedier ä la per te de matiere intervenant lors du rasage, tout en ameliorant la qua lite du produit obtenu par la creation de pointes effilees.