MASTER : MANAGEMENT INDUSTRIEL OPTION : TECHNOLOGIE …s8a236828e87f9ad1.jimcontent.com/download/version/... · 2015-09-28 · détérioration de la qualité du fil et des performances

LA FILATURE OPEN-END A ROTOR

MASTER : MANAGEMENT INDUSTRIEL

OPTION : TECHNOLOGIE MECANIQUE

FORMATEUR : IGUEDAD Amar

ISGP-2015

F ILATURE OPEN-END

[email protected] OPEN-END - ISGP-2015 Page | 155

11.1. NOUVELLES TECHNIQUES DE FILAGE: LA FILATURE A ROTOR

La préoccupation de l'industrie a toujours été la rentabilité des processus, et l'augmentation du rendement exige l'introduction et l'élaboration de nouveaux procédés technologiques.

La filature n'a pas échappé à ce phénomène, car le système traditionnel (classique) devient de plus en plus onéreux. Le développement du continu à filer à anneaux se trouve limiter par son système de torsion (ensemble broche, anneau, curseur), par les dimensions des fuseaux et par les dispositifs d'étirage, dont le taux est limité à cause de la naissance de l'irrégularité d'étirage.

Tous ces facteurs ont joué un rôle en faveur de la recherche d'autres procédés de filage. Au cours des années 60, on a vu la naissance de la filature pneumo mécanique, dont l'application devient de plus en plus élargie dans l'industrie textile mondiale.

La filature pneumo mécanique (F.P) ou filature open end à rotor permet de réduire le processus technologique par la suppression des passages de boudinage et de bobinage, et

d'augmenter la production du filage de 35 fois.

Si la vitesse de délivraison des continus à filer à anneaux avoisine les 25 m/min, celle des filatures pneumo mécaniques peut atteindre 200 m/min (Rieter R 923)1, voire plus (Rieter R 60)2.

Le métier à filer à rotor coûte chère, mais ses frais sont assez rapidement amortis, grâce à sa grande production, à l'élimination des passages de boudinage et de bobinage (permettant

de diminuer la surface de production de l’ordre de 530%. Cet avantage augmente avec la fabrication des bas numéros.

Dans ce nouveau procédé de filature sans broche, le tordage est séparé du renvidage. La torsion est réalisée à grande vitesse, tandis que le renvidage à faible vitesse.

Le poids des bobines de fil de ces machines peut atteindre 6 kg. Les bobines sont de formes cylindriques ou coniques, croisées ou parallèles.

11.2. PERSPECTIVES HISTORIQUES DE LA FILATURE A ROTOR

Comparée à la filature à anneau, la filature open end à rotor est une technologie relativement nouvelle qui n'a pas encore atteint sa maturité. Une brève chronologie des développements de la filature à rotor est énumérée ci-dessous :

1937 La première idée et le rotor de base ont été brevetés par Berthelsen (Danemark).

1951 Meimberg (Allemagne) a, plus loin, développé l'invention et a établi les premiers modèles de filature.

1965 Rohlena et son groupe (Tchécoslovaquie) ont trouvé la combinaison correcte des éléments de filage et ont montré les premières unités commercialement fonctionnelles, à Brunn.

1967 La société tchèque ELITEX a montré sa machine à filer à rotor (BD 200) près de l'exposition internationale de machines de textile (ITMA) à Bâle, Suisse. La machine a eu un diamètre de rotor de 75 millimètres et une vitesse de rotation de 25 000 t/min.

1970 Première vente de BD 200 en Occident.

1971 Invention de la commande jumelée de disque de rotor permettant une vitesse plus élevée du rotor (Suessen). Avec de plus petits diamètres (60 mm), le rotor a vu sa vitesse augmentée jusqu'à 35 000 t/mn.

1 R 923 Rotor spinning machine. Machine and technological data. Rieter machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406

Winterthur 2 R 60 Rotor Spinning Machine. Machine data and technical data. Rieter machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406

Winterthur

mailto:[email protected]

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1978 Introduction des rotors de 40-50 millimètres de diamètre, de possibles torsions inférieures de filés, premières rattaches automatiques de filé et levée automatiques des bobines sont adaptés sur le continu à rotor.

1989 De plus petits rotors avec des vitesses de 100 000 t/min.

1992 Des fils de qualité d’épaisseurs (13-15 tex) sont produits pour la commercialisation à des vitesses pouvant atteindre 120 000 t/min.

1999 Des vitesses de rotors à 150 000 t/mn sont possibles.

Le développement de la technologie de la filature à rotor continue aujourd'hui. Le but final est de produire des filés par rotor qui assortissent la qualité comparable des filés par anneau, mais à une fraction du coût de la filature à anneau.

11.3. SCHEMA GENERAL DU PROCEDE DE TORSION DU CONTINU A FILER SANS BROCHES

Le produit entrant (ruban) (1) est séparé en fibres individuelles (2). Le flux de fibres (2) rencontre l'organe de torsion (3). Ce flux continue à avancer jusqu'à la zone II où il reçoit sa torsion réelle. Ainsi l'organe de torsion (3) est complètement séparé de la bobine (4), et sa vitesse est déterminée non pas par la vitesse de torsion, mais par la vitesse de délivraison du fil (vitesse de renvidage).

Fig.11.01 : Schéma de principe d’une filature OE

On distingue plusieurs procédés de filature à bouts libérés3 "OPEN-END":

a) La filature à rotor, la filature électrostatique ; la filature à friction et la filature à disque : leur torsion est obtenue mécaniquement;

b) La filature air-vortex : la torsion est obtenue par système aérodynamique ;

c) La filature à jet d’air, basée sur le principe de la fausse torsion.

Le procédé le plus utilisé actuellement la filature à rotor. La première machine qui a vu son application industrielle, vers 1970, est la BD-200 (Tchécoslovaquie). Tous les autres types de machines basent leur fonctionnement sur le même principe que la BD-200.

Le processus technologique d’une filature open-end à rotor se divise en parties suivantes:

Séparation des produits (rubans);

Transport du flux de fibres séparées;

Assemblage des fibres séparées et formation d'un produit continu;

Torsion et formation du fil;

Renvidage du fil avec formation de la bobine.

Les trois premiers points représentent la particularité de la filature Open-End.

3 W. Klein: New spinning systems. Manual of textile technology; the Textile Institute, 1993. ISBN 1 870812 55 7


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Fig.11.02: Principe4 de fabrication d’un filé sur un système de filature open end (Courtesy of W. Schlafhorst AG & Co.)

11.3.1. Séparation du produit et transport du flux fibreux

1. Fonctionnement général

La séparation du produit en fibres, sur les machines open-end, pneumo mécanique à rotor, est réalisée au moyen soit d'un train d'étirage, soit d'un briseur. Cependant, ce dernier procédé est le plus répandu dans l'industrie textile. Le schéma de la figure 11.02 représente un de ces procédés.

Le ruban (1) passe entre la table (2) et le cylindre alimentaire (3) qui le présentent à l'action du briseur (4), pourvu d'une garniture métallique rigide. Le ruban séparé, en fibres individuelles, passe dans le canal (5). Les fibres individualisées sont transportées par courant d'air vers la chambre à filer. Le ressort (6) permet d'exercer une pression sur la table (2) afin d'augmenter le pinçage des fibres.

Légende:

1. Ruban; 2. Table alimentaire; 3. Cylindre alimentaire; 4. Briseur; 5. Canal de transport; 6. Ressort de pression.

Fig.11.03 : Schéma du dispositif de séparation du produit et de transport des fibres

La couche de coton quittant le point de pinçage forme une barbe de fibres, lesquelles sont présentées à l'action des dents du briseur. Sous l'influence de la garniture et du courant d'air, les fibres sont détachées une à une et entraînées dans le canal de transport, pour aller dans le dispositif de formation de la bandelette. Les fibres quittent le briseur grâce à la force centrifuge de ce dernier et au courant d'air,

dont la vitesse varie de 45 50 m/s. L'amincissement du produit a lieu grâce à la différence des vitesses linéaires du cylindre (3) et du briseur (4).

4 Carl A. Lawrence, Ph.D. FUNDAMENTALS of SPUN YARN TECHNOLOGY. CRC PRESS, Boca Raton London - New York - Washington, D.C. 2003


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2. Présentation du briseur

Le point d'ouverture de la tête de filage est comparable à celui de l’entrée dans le briseur de la carde. Les dents du briseur (Fig. 11.04) passent à grande vitesse à travers la barbe de fibres et détachent les fibres individuelles du ruban serré entre la table d'alimentation (b) et le rouleau d'alimentation (c). La barbe de ruban alimentée lentement par le rouleau d’alimentation (c) est présentée aux dents du briseur. Ainsi, le briseur détache toutes les fibres présentées par le rouleau et la table d’alimentation. Un support de barbe de fibres fixe (d) fournit le peignage uniforme, même dans le cas d’écarts de masse dans le ruban de fibres. Après avoir quitté le briseur, les fibres sont transportées par un canal vers la chambre à filer. Il est important de veiller à ce que la vitesse du flux d'air et de fibres au niveau du briseur soit supérieure à la vitesse circonférentielle du briseur lui-même.

Fig. 11.04 :Positionnement du briseur (a), rouleau et table d’alimentation (b+c), support de barbe de fibres (d), élimination des déchets (e) et by-pass réglable

Lorsque les fibres quittent les dents du briseur, les impuretés contenues dans la matière sont séparées et éliminées par l'intermédiaire d’une ouverture sous le briseur (e). Le degré de nettoyage des déchets peut être réglé par un système de by-pass (dérivation) (f).

Si la vitesse circonférentielle du briseur est égale ou inférieure à la vitesse d'écoulement d'air, ce qui peut se produire avec des vitesses très élevées de briseur, ceci conduit au bouclage de la fibre au niveau du point de décollement, qui provoque à son tour la détérioration de la qualité du fil et des performances en cours d'exécution.

La garniture du briseur peut être constituée soit par une bague en acier solide, dans laquelle la conception appropriée des dents a été usinée par meulage soit d'un fil denté qui a été enroulé en spirale sur un noyau ou un corps. La forme, la géométrie et le garnissage de la garniture et le briseur lui-même sont, à côté du rotor, d'une importance particulière pour le fonctionnement et la qualité de la formation du fil.

Les briseurs sont disponibles pour chaque application correspondant à la fois aux propriétés physiques et thermiques des matières premières en cours de traitement et les propriétés nécessaires du fil. Leurs garnissages diffèrent principalement sur les points suivants:

dans la forme, l’angle d'inclinaison et la hauteur de la dent ainsi que la largeur de la pointe de la dent;

la densité des pointes des dents;


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la disposition géométrique des dents; et différents revêtements.

Le briseur est un élément soumis à l'usure et doit être périodiquement remplacé, en fonction du taux d'usure. Si cela est retardé trop longtemps, la qualité du fil et les conditions de filage se détériorent.

Fig.11.05a : Garniture du briseur type OS 20 pour le traitement

des fibres de coton, viscose ou tout mélange contenant ces fibres

Fig.11.05b : Garniture du briseur type OS 21 pour le

traitement des fibres synthétiques ou tout mélange contenant ces fibres5

En plus du choix correct du type de briseur, une attention particulière doit également être accordée à l'établissement de la vitesse du briseur. La gamme des vitesses du briseur est comprise entre 6 000 et 10 000 tours par minute. Des vitesses comprises entre 6 500 et 8 000 t/min sont habituellement utilisées. Des vitesses du briseur trop hautes ou trop basses, toujours par rapport à l'application spécifique, peuvent avoir un impact négatif sur la formation et la qualité du fil. Une vitesse du briseur trop basse peut entraîner:

une séparation insuffisante du ruban en fibres individuelles; une ouverture insuffisante des boutons et flocons de fibres; un nettoyage insuffisant de la masse fibreuse; une tendance à la formation de couches sur le briseur.

L’élimination inadéquate des particules d'impuretés, car les vitesses des briseurs sont trop basses ne touche pas uniquement la stabilité du filage, mais le fil lui-même contient également plus de particules d'impuretés. La régularité des fils se détériore également et

5 W. Klein: New spinning systems. Manual of textile technology; the Textile Institute, 1993. ISBN 1 870812 55 7


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la fréquence des grosseurs, des points minces, des boutons et les défauts de Classimat (défauts de fil rarement inquiétants) augmentent.

Toutefois, des vitesses du briseur trop élevées peuvent également avoir un impact négatif; une amélioration de la performance d'ouverture n'est nullement obtenue. Des vitesses du briseur excessivement élevées se traduisent par:

des dommages plus ou moins graves aux fibres (rapetissement), et donc des pertes de ténacité des fils et de résistance des tissus produits à partir de ces

filés, une augmentation de fibres volantes sur la machine à filer et en aval du

traitement, des points de fonte lors du traitement des fibres synthétiques.

Les recommandations du fabricant concernant le type et la vitesse du briseur ne devraient donc être négligées que dans des cas exceptionnels (en particulier pour le traitement des matériaux critiques) et seulement après avoir procédé à des essais de filature approfondis.

3. Etendue des applications du briseur

La tâche du briseur consiste donc à ouvrir le ruban de fibres cardé ou étiré et l’amener à la zone de filage en fibres individuelles, et en même temps pour séparer les fibres des impuretés.

Le point et le flanc avant de la dent de la garniture sont particulièrement exposés à l'usure. L'usure est plus importante pour une matière première utilisée plus agressive, par exemple lors du traitement de coton contenant de la poussière de fibres minérales ou synthétiques contenant des agents de matage (dioxyde de titane TiO2). La durée de vie du briseur est nettement améliorée si les dents sont revêtues. Dans ce cas le revêtement est soit en nickel ou en poudre de diamant, avec une taille de grains de quelques microns noyés dans la couche de nickel pour une résistance encore meilleure à l'usure. La durée de vie des revêtements de nickel plaqué est d'environ deux fois celle de l'acier qui n'a pas été durci, tandis que les revêtements de diamant/nickel traitée dure environ 4 fois plus longtemps.

La forme de la garniture et la vitesse du briseur doivent être coordonnées avec les matières premières traitées (voir Fig.10.06). Les garnitures diffèrent principalement par la forme, la pente du flanc avant et de la densité de la dent (hauteur) par rapport à la surface de garnissage:

Pour les cotons cardés et peignés ainsi que la viscose, des garnitures avec un grand flanc avant plus agressif, avec une denture plus dense et des extrémités plus pointues (de type B 174) sont généralement utilisées.

Pour les cotons critiques, aussi ceux qui contiennent une petite quantité de miellat, l'utilisation de type de garniture B 174 à 4.8 est recommandée. Elle est caractérisée par une forme de garnitures modifiée et un espacement plus large de la dent (4,8 mm au lieu de 2,5 mm pour la B 174).

La forme de la garniture S 21 se caractérise principalement par un flanc avant moins fortement incliné et donc moins agressif (voir fig.10.05b), ce qui est approprié pour le traitement en douceur des fibres synthétiques thermiquement plus sensibles, particulièrement les polyesters et leurs mélanges.

Les garnitures à faible densité et à faible hauteur des dents (type S 43), sont utilisées en particulier pour les fibres synthétiques avec une tendance à s’enrouler en raison de la forte cohésion métal / fibre, tel que le polyacrylique. Avec ces garnitures, une ouverture particulièrement douce est possible, et en même temps les fibres quittent plus facilement la garniture.


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Forme de la dent Type Recommandation

B 174

de préférence utilisé pour le coton et hautement appropriée pour viscose

bonne séparation des fibres

conditions favorables à l’usure

B 174 4.8

mêmes caractéristiques de fibres que la B 174

amélioration du transport des fibres grâce à la forme de la dent

adapté pour coton avec une faible quantité de miellat

S 21

adapté pour le polyester et le polyacrylique

aussi pour le mélange polyester/coton

S 43

adapté pour le polyacrylique

ouverture en douceur de la barbe de fibres et une bonne séparation des fibres

pas de retour de fibres (no merry go round fibers)

Fig.11.06 : Formes des garnitures des dents du briseur et étendue de leurs applications

En plus de la spécification de la garniture, la vitesse du briseur a une influence déterminante sur les résultats de filage, en ce qui concerne à la fois le comportement du fonctionnement de la machine à filer à rotor et la qualité du fil. La vitesse idéale pour une matière première donnée et d'un fil donné est de préférence définie par une série d'essais à plusieurs vitesses du briseur. La vitesse la plus appropriée peut être choisie sur la base de la qualité du fil. Une série d'essais de ce genre peut même fournir une idée du comportement en cours d'exécution. Si 2 ou 3 fils se brisent, déjà lors d'un processus de filage d’une demi-heure sur 10 postes de filage, cette vitesse du briseur ne convient pas pour des conditions de filage stables, en dépit des valeurs probablement bonnes du fil. Les valeurs empiriques pour les réglages de base sont généralement fournies par les fournisseurs.

Les facteurs suivants s'appliquent, en principe, lors de la spécification de la vitesse du briseur:

Une vitesse élevée du briseur devrait être choisie, pour un débit de matière par unité de temps plus important, ou pour une matière première plus fortement contaminées et pour une meilleure efficacité de nettoyage.

Une faible vitesse du briseur devrait être choisie, car les fibres sensibles réagissent aux contraintes mécaniques et thermiques et seraient endommagées à des vitesses excessives.

Certaines matières premières, les fibres synthétiques et artificielles surtout très fines et/ou très longues avec forte adhérence fibre/métal, ont tendance à s’enrouler sur la garniture du briseur. Dans ces cas particulièrement, définir soigneusement le choix de la vitesse du briseur est nécessaire, et ceci ne peut en fin de compte être spécifié que par des essais de filage.

La garniture du briseur, en particulier les dents, est particulièrement susceptible de dommages mécaniques. Si certains postes de filage affichent particulièrement des résultats en baisse, ou la qualité du fil se détériore sévèrement en particulier à certains postes de filage, c’est souvent attribuable aux dents cassées ou pliées, généralement provoquée par une mauvaise manipulation lors de l'installation ou du remplacement du briseur. Le personnel de maintenance et d'exploitation doit être spécialement chargé de manipuler délicatement le briseur.

11.3.2. Assemblage des fibres et formation du produit continu

1. Description du processus technologique

Le flux de fibres qui arrive dans la chambre à filer tombe sur les parois du séparateur (7) (sur les premiers modèles de machines open end) qui envoie les fibres dans la gorge (8). Les fibres se condensent couches par couches formant ainsi la bandelette (9). Grâce à la force centrifuge de la chambre à filer (rotor 12), la bandelette se transforme en mèche (11) et passe dans la buse (14) où elle est prise par les cylindres délivreurs (15). Grâce à la différence


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des vitesses des cylindres (15) et du rotor (12), la mèche reçoit une torsion et se transforme ainsi en fil.

Les orifices (10) permettent l'évacuation de l'air qui a servi au transport du flux fibreux jusqu'à la chambre à filer.

Légende: Le flux de fibres arrivant de la section du briseur arrive dans la chambre à filer composée de :

7. Séparateur; 8. Surface collectrice ; 9. Bandelette de fibres; 10. Orifices de sortie d'air; 11. Début de formation du fil; 12. Corps du rotor; 13. Axe du rotor; 14. Buse de sortie; 15. Rouleau délivreur.

Fig.11.07 : Schéma d’une chambre à filer de la BD 200

2. Transport des fibres jusqu'a la rainure collectrice du rotor

Les rotors, agissant en tant que collecteur de fibres et en même temps comme éléments d'insertion de la torsion, sont les plus importants et aussi les plus complexes des composants dans la formation du fil (Fig.11.08). Comme déjà mentionné, en plus de la formation de fil dans la rainure du rotor, les fibres alimentées sont séparées de l'air de transport dans le rotor ; cet air étant dispersé, soit au-dessus de la paroi du rotor (systèmes à palier de rotor indirecte) ou à travers des trous situés dans la base du rotor (systèmes à palier de rotor directe).

Fig.11.08 : formation du fil à l’intérieur d’une chambre à filer d’une machine à rotor de la firme Rieter

Le transfert des fibres alimentées par le canal de guidage de fibres dans la rainure du rotor se produit grâce à la paroi du rotor.


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Les fibres sont transférées d'une manière ordonnée, disposées longitudinalement de la paroi du rotor à la rainure du rotor, par la force centrifuge croissante due à l'élargissement du diamètre intérieur du rotor dans la direction de la rainure. La différence de vitesse entre les fibres et la paroi intérieure du rotor permet aux fibres de prendre la direction longitudinale lorsqu’elles rencontrent la paroi du rotor, ce qui par ailleurs favorise la disposition parallèle (souhaitée) des fibres dans la rainure du rotor.

3. Insertion de la torsion et formation du fil

La rainure collectrice du rotor ordonne les fibres qui lui sont livrées dans un anneau de fibres qui change en fil tordu au point d'intégration (voir Fig.10.09), tandis que le point d'intégration avance vers la rainure collectrice du rotor à la vitesse de délivraison du filé. Le point d'intégration commence juste après le point à partir duquel le fil est tiré hors de la rainure du rotor. L'anneau formé de fibres dans le rotor se compose de différentes couches de fibres. Une fine couche de fibres individuelles - leur nombre correspondant à ce qu'on appelle doublage cyclique (back-doubling) - est déposée dans la rainure du rotor à chaque tour du rotor:

Fig.11.09 : formation du fil et insertion de la torsion dans la rainure du rotor

𝑩𝒂𝒄𝒌 − 𝒅𝒐𝒖𝒃𝒍𝒊𝒏𝒈 = 𝒄𝒊𝒓𝒄𝒐𝒏𝒇é𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆 𝒅𝒖 𝒓𝒐𝒕𝒐𝒓 × 𝒕𝒐𝒓𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒅𝒖 𝒇𝒊𝒍 𝟏𝟎𝟎𝟎⁄

Le nombre de couches de fibres à partir duquel le fil filé est formé résulte du diamètre du rotor, du facteur de torsion et du numéro du fil. Puisque le doublage cyclique (back-doubling) augmente et diminue, par rapport au diamètre du rotor de manière linéaire. L’utilisation de diamètres de rotors plus petits implique une réduction, et l’utilisation de diamètres plus grands implique une augmentation du nombre de couches de fibres à partir desquelles le fil est formé. Le doublage linéaires des faisceaux de fibres, c'est à dire la formation d'un ruban ou d’un fils à partir de plusieurs couches de fibres, engendre en principe l’amélioration de la régularité du faisceau de fibres, avec un doublage cyclique (back-doubling) exerçant une influence positive sur les variations qui ne dépassent pas la longueur de la circonférence du rotor.

Comme décrit précédemment, dans le processus de la filature à rotor, les fibres sont alimentées en continu dans la rainure du rotor et le fil est également soutiré en continu à partir de la rainure de rotor. Les fibres fixées parallèlement et sans torsion dans la rainure collectrice du rotor reçoivent une torsion nécessaire par l'intermédiaire du fil fini délivré du rotor. Au début du processus de filage, une extrémité du fil fini doit donc être


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introduite dans le rotor - dans le sens opposé au fil de décollage. L'extrémité du fil est également tordue par le rotor en rotation.

L'extrémité du fil est pressée dans la rainure du rotor grâce à la force centrifuge du rotor, il est ensuite rattaché à l'anneau de fibres alimentées dans la rainure du rotor. La torsion du fil pénètre dans l'anneau de fibres dans la rainure collectrice, là où les fibres doivent être liées ensemble (assemblées) pour former un fil. Chaque révolution du fil donne un tour de torsion.

La zone dans laquelle l’extrémité du fil donne la torsion à l'anneau de fibres est décrite comme zone de torsion ou de liaison (fig.11.10). La longueur de cette zone, est d’une certaine importance pour les conditions de filage et les propriétés du fil. Si cette longueur est trop courte, le taux des extrémités vers le bas sera élevé, si elle est trop longue, le tordage sera très serré, et il y aura beaucoup de fibres enveloppantes (fagotage).

Fig.11.10 : Insertion de la torsion dans la rainure de rotor

En conséquence, dans la filature à rotor, il n'est pas possible dans des conditions données de réduire le coefficient de torsion du fil au-dessous d'une certaine valeur (αmin), car sinon la longueur de la zone de liaison sera réduite à zéro. L'impulsion de la torsion du fil sera alors négligeable, et la transmission de la torsion aux fibres de l'anneau ne sera pas assurée. Le paramètre αmin est donc indépendant de la résistance du fil.

L’entraînement du fil du rotor débute du point de décollage du fil (lift-off point). Le fil est continuellement retirée à partir de ce point, ce qui, par conséquent, le déplace en permanence vers l'avant dans le rotor, dans le même sens de rotation que le rotor lui-même, c'est à dire le point de décollement du fil a une vitesse circonférentielle supérieure à celle du rotor. La formule exacte de torsion du fil devrait donc être représentée comme suit:

𝑻𝒐𝒓𝒔𝒊𝒐𝒏 (𝒕 𝒎⁄ ) =𝒓𝒐𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅 𝒐𝒇 𝒕𝒉𝒆 𝒚𝒂𝒓𝒏 𝒍𝒊𝒇𝒕 − 𝒐𝒇𝒇 𝒑𝒐𝒊𝒏𝒕 (𝒕 𝐦𝐢𝐧 )⁄

𝒅𝒆𝒍𝒊𝒗𝒆𝒓𝒚 𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅 𝑳 (𝒎 𝐦𝐢𝐧 )⁄

Cette différence de vitesse, par rapport à la vitesse du rotor est cependant si faible, en termes de pourcentage, qu'elle peut être négligée et il est alors possible d'utiliser la forme habituelle de la formule de torsion par rapport à la machine à filer à rotor, ainsi:

𝑻𝒐𝒓𝒔𝒊𝒐𝒏 (𝒕 𝒎⁄ ) =𝒓𝒐𝒕𝒐𝒓 𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅 (𝒕 𝐦𝐢𝐧 )⁄

𝒅𝒆𝒍𝒊𝒗𝒆𝒓𝒚 𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅 (𝒎 𝐦𝐢𝐧 )⁄=

𝒏𝒓𝒐𝒕(𝒕 𝐦𝐢𝐧 )⁄

𝑳(𝒎 𝐦𝐢𝐧 )⁄


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Le processus impliqué dans la transmission de la torsion est loin d'être simple. Pour aider à comprendre le processus, on peut imaginer un mécanisme de treuil actionné manuellement (voir fig.10.11), dans lequel:

(a) représente les rouleaux délivreurs,

Le fil sur le tronçon (b) représente l'axe du treuil, et

Le fil sur le tronçon (c) représente la manivelle actionnée manuellement avec la poignée (d).

Fig.11.11: Insertion de la torsion dans le fil

Si la section de fil (c) est à présent mise en rotation comme une manivelle à poignée (d), l'axe (ici la section (b)) est en rotation comme dans le cas du treuil. Cependant, étant donné que dans ce modèle - contrairement au treuil - les rouleaux ne peuvent pas tourner autour de l'axe du fil, le résultat est la déformation uniquement de la section de fil (b). Les tours conférés par ce processus sont tous dans la section (b), la section (c) reste temporairement sans torsion.

La section (c) contient néanmoins des tours de torsion en cours de formation de la section (b) par transmission de la torsion; certaines des spires générées dans la section (b) se déplacent dans la section (c).

Comme dans le cas de la filature à anneaux, la torsion est transmise contre la direction du mouvement du fil. Dans la filature à rotor, la courbure du fil contre la surface de la buse agit comme un frein pour la transmission de la torsion. Cela signifie que le système lui-même transmet moins de tours dans la section (c) que ce qui a été généré dans la section (b). Dans ces conditions, filer à des vitesses élevées et à des coefficients de torsion normaux ne serait pas possible, parce que la dynamique de torsion disponible à partir du fil serait insuffisante pour tordre les fibres dans la rainure du rotor (la quantité de mouvement de torsion transmissible du fil est fonction du coefficient de torsion).

Dans la pratique, cependant, la section de fil (c) doit présenter plus de tours de torsion que la section (b). C'est, en fait, le cas et résulte de l'effet fausse-torsion et des variations de tension dans le fil.


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4. Collection de fibres dans la rainure du rotor (back-doubling) ou doublage cyclique

Le processus de la formation du filé dans la filature à rotor comporte la séparation par un briseur d'un faisceau de fibres en fibres individuelles ou par petits groupes de fibres (pas plus de 5 fibres), qui sont ensuite transportées par courant d'air dans le rotor, où elles glissent le long de la paroi du rotor.

Elles sont à nouveau assemblées en fines couches de fibres dans la rainure du rotor. Une couche de ces fibres individuelles est déposée dans la rainure du rotor à chaque rotation du rotor jusqu'à ce que le fil atteigne l'épaisseur voulue.

Cette accumulation de couches de fibres à l'épaisseur du fil final est décrite comme un doublage cyclique (back-doubling), avec le nombre de fibres dans la couche résultant de l’ensemble vraie torsion du fils et diamètre/circonférence du rotor utilisé.

Les valeurs usuelles dans la gamme du doublage cyclique sont de l’ordre de 60 - 90 fois. Le doublage des formations linéaires de fibres améliore toujours la régularité du nouveau produit en résultant, un effet qui est, bien sûr, consciemment exploité dans les bancs d’étirage.

Ce processus est sensiblement meilleur et plus intensif s'il a lieu au niveau de la structure linéaire la plus fine, à savoir la fibre individuelle. La régularité obtenue de cette façon est d'un haut niveau et est toujours meilleure que celle du fil sur filature à anneaux.

Actuellement, avec un diamètre de rotor de 35 millimètres largement employé, la longueur qui peut être égalisée est de 35 x 3.14 = 110 millimètres. Toute régularité dans le ruban de longueur plus grande passe dans le fil.

Le nombre de couches de fibres doublées est calculé comme suit:

𝐷 =∅ 𝑑𝑢 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 (𝑚𝑚) × 𝑇(𝑡 𝑚) × 𝜋⁄

1000

Exemple: Fils Nm 34, αm =135; diamètre du rotor =35 mm

𝑇 = 𝛼𝑚 × √𝑁𝑚 = 135 × √34 = 787 𝑡 𝑚⁄

𝐷 =35 × 787 × 3.14

1000= 86 𝑐𝑜𝑢𝑐ℎ𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑜𝑢𝑏𝑙é𝑒𝑠.

Lorsque l'épaisseur du fil - formée à partir de couches de fibres individuelles - a été atteinte, le fil est retiré de la rainure de rotor. L'extrémité du fil s'étendant à l'intérieur de la rainure du rotor prend la forme d'un coin de fibre du fait du processus de décollement continu.

Ce coin de fibres est exactement de même longueur que la rainure du rotor. Le diamètre du coin de fibres est à son maximum - le nombre total de couches de fibres en doublage cyclique nécessaires à l'épaisseur du filé - au moment où elle est retirée de la rainure du rotor, et, à son minimum à la fin de la couche de fibres déposés en dernier (fig.11.12, A).

L’une après l'autre, les couches de fibres - toujours la plus basse (car elle a été la première déposée) - sont ainsi éliminées par le fil décollé, suivies successivement par les couches de fibres suivantes dans l'ordre où elles ont été déposées. Quand une couche de fibres est entièrement intégrée, elle est immédiatement remplacée par la couche suivante de fibres déposées dans la rainure du rotor. L'extrémité triangulaire du filé se déplace continuellement avec le mouvement de déroulement du point de décollement du fil et donc en avance de la vitesse circonférentielle du rotor.

Les Fig.11.12, A – D : indiquent la position du point de décollement du fil et la situation de dépôt de fibres correspondantes dans la rainure du rotor à 4 reprises. Le point de


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décollement se déplace vers l'avant par la distance entre les points de départ des deux couches de fibres à chaque rotation du rotor.

Par exemple: avec un rotor de diamètre 35 mm et 86 couches de fibres, le point le décollement du fil parcourt 35 mm x 3,14/86 = 1,28 mm pour un tour du rotor. Après 86 tours du rotor (86x 1,28 mm = 110 mm égale à la circonférence du rotor de diamètre 35 mm), le point de décollement du fil est donc revenu à sa position initiale (Fig.11.12-A).

Fig.11.12 : Illustration de l'accumulation de l'anneau de fibres dans la rainure du rotor en doublage cyclique (back-doubling) et la position correspondante du point de décollement du fil.

5. Vraie et fausse torsions

La filature à Rotor est un procédé de filage qui produit une vraie torsion du fil. Cette torsion "vraie", qui est reste dans le fil, est décisive pour la résistance du fil. Toutefois, afin de maintenir le processus de filage, c'est à dire une liaison stable et fiable dans le processus, une torsion de filage est nécessaire, comme expliqué précédemment. Celle-ci doit être supérieure à la torsion requise pour la résistance du fil. Cela signifie qu’une torsion supplémentaire doit être créée dans la longueur radiale du fil qui de la buse de soutirage à la rainure du rotor. Cette torsion supplémentaire, appelée fausse torsion, est créée par le mouvement de roulement du fil sur la paroi de la buse de soutirage. Selon les conditions de filage, la fausse torsion peut représenter jusqu'à 60% de l'ensemble de la torsion du fil.

Alors, voyons comment cet effet de fausse torsion nait-il et comment différent-il de celui d'une vraie torsion du fil?

La vraie torsion qui reste dans le fil (Fig.11.13) est générée quand une longueur de fil est serrée à une extrémité et mise en rotation autour de son axe par un élément de torsion à l'autre extrémité. Transféré à la chambre à filer d'une machine à filer à rotor, cela signifie


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que le fil est serré par les rouleaux délivreurs et la torsion est donnée par le rotor en rotation. Un tour du rotor correspond à une spire de torsion du fil. La torsion réelle correspond donc à l'ensemble de la torsion nécessaire. Le nombre de tours requis conférés à un fil dépend de la durée de temps que séjourne la longueur de fil dans le rotor; plus cette durée est élevée, plus grand est le nombre de spires. Cela signifie que le rapport de la vitesse de livraison (en m/min) à la vitesse du rotor (t/min) définit le nombre de tours requis (voir relation précédente).

Fig.11.13 : Communication de la torsion au filé, vraie torsion de sens Z

Fig.11.14: Communication de la torsion au filé: torsion additionnelle due à l'effet de fausse torsion sens S et Z

Une ligne de contact et un élément de vrillage sont également exigés pour produire une fausse torsion (fig.11.14), mais un élément supplémentaire de torsion passive ou active est également nécessaire. Si des tours supplémentaires, soit la fausse torsion, sont conférés au fil par cet élément de torsion, ceux-ci sont distribués à gauche et à droite de l'élément de torsion dans des directions de torsion mutuellement opposées (Fig.11.14). Lorsque le fil quitte la ligne de contact, la longueur du filé se tord de nouveau dans sa forme d'origine - par exactement le nombre de tours supplémentaires insérés. C'est précisément ce qui se produit dans notre rotor. Les rouleaux délivreurs forment la zone de serrage et la force centrifuge dans la rainure du rotor agit comme élément tordant, ces deux forces agissent en opposition l’unes à l’autre. L'élément passif de torsion est dans ce cas la buse de soutirage. Pendant le décollement, le fil est pressé sur la surface de la buse par des forces de traction opposées et se déroule sur cette surface.

Un certain nombre de spires supplémentaires - la fausse torsion - sont communiquées au fil pendant qu'il se déroule sur la surface de la buse. L'effet de fausse torsion créé entre le fil qui se déroule sur la buse de soutirage et la rainure du rotor est de la torsion Z, tandis qu’il est de torsion S entre la buse et le point de pinçage des rouleaux délivreurs. Plus le frottement sur la surface de la buse est élevé, plus le nombre de tours additionnels et réversibles du fil sont insérés.

La fausse torsion, c’est-à-dire, la tension de filage, peut être augmenté par:

un diamètre de la surface de la buse plus large;


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des encoches complémentaires, des rainures, des nervures, etc., disposées radialement, axialement ou hélicoïdalement sur la surface de la buse de soutirage;

une courbure plus serrée dans le tube d'extraction du fil et

des éléments supplémentaires qui ajoutent la torsion au fil dans la courbure du tube d'extraction.

Pendant l’extraction, le fil se déplace dans le sens des aiguilles d’une montre (vers la droite) le long de la surface de la buse. Pour se faire, le fil est torsadé dans le sens antihoraire (inverse des aiguilles d’une montre). Le roulement partiel du fil donne lieu à la fausse torsion entre le point tournant dans les fibres et la buse. Le fil de la section de filage (b sur la figure 11.11) présente donc plus de tours de torsion que le fil filé. De plus, le niveau de torsion augmente de façon continue à partir de la buse vers la rainure du rotor.

Le niveau de torsion au point d’extraction est d'environ 20÷60 % supérieur qu'à la buse. Cette différence résulte des variations de tension le long du fil. La tension du fil est générée par les rouleaux délivreurs pendant l’extraction en opposition à la force centrifuge dans le rotor. La tension est la plus élevée au niveau des rouleaux délivreurs eux-mêmes et décline vers la paroi du rotor. Cependant, la tension et la torsion du fil sont inversement proportionnelles, c'est à dire s’il y a des sections de faible tension dans le fil (c), celles-ci présentent plus de torsion. D'autre part, la section (b) de tension élevée prend moins de torsion.

Ce sont seulement ces tours supplémentaires, au point d’extraction, engendrés par la fausse torsion et les variations de tension du fil, qui permettent au filage de s’effectuer dans des conditions stables. L'effet de fausse torsion dépend du transport, le long du fil à la buse, c'est à dire en fin de compte de la rugosité et de la structure de la surface de contact. Toutefois, il augmente également avec l'augmentation de la vitesse de rotation du rotor.

L'angle d'inclinaison des fibres torsadées est le facteur décisif pour la ténacité du fil. Afin d'atteindre le même angle d'inclinaison, et donc le même niveau de ténacité, deux fois plus de spires doivent être conférées à un fil de numéro fin qu’à un fil deux fois plus épais. Le nombre absolu de spires de fil donne uniquement une indication de la ténacité du fil si cela est lié au numéro du fil. Cependant, le facteur de torsion αm ou αe permet au niveau de torsion d'un filé d’être décrit indépendamment de son numéro. Plus le facteur de torsion est élevé, plus élevés seront le niveau de torsion et la ténacité du fil, et vice-versa (voir fig.10.15).

Fig.11.15 : Illustration6 de la torsion du fil

Les facteurs de torsion dans les différents systèmes sont donnés par les relations suivantes :

𝑆𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑎𝑛𝑔𝑙𝑎𝑖𝑠 𝛼𝑒 = (𝑡 𝑖𝑛𝑐ℎ⁄ )/√𝑁𝑒𝑐

6 USTER ZWEIGLE TWIST TESTER 5; USTER STATISTICS for twist measurement. Uster technologies AG: Sonnenbergstrasse10 CH-8510 Uster/Switzerland; July 2009. www.uster.com


http://www.uster.com/

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𝑆𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝛼𝑚 = (𝑡 𝑚⁄ )/√𝑁𝑚

𝑆𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑡𝑒𝑥 𝛼𝑡𝑒𝑥 = (𝑡 𝑚⁄ ) × √𝑡𝑒𝑥

Pour les systèmes de filature OE à rotor ou vortex, il n’existe pas de règles internationalement reconnues pour la mesure de la torsion du fil. Par conséquent, les usines de filature mesurent la plupart du temps la torsion de ces deux filés selon des règlements internes ou au moyen d'autres paramètres (force, élongation).

Les fabricants de machines OE fournissent des recommandations pour le réglage de la torsion des fils sur les machines OE à rotor. Le fig.11.16 montre la torsion et la plage de torsions recommandées pour différentes fibres qui sont traitées sur une machine à filer OE à rotor. Cette figure démontre que le réglage de la torsion doit être plus élevé pour les fibres courtes ou très courtes.

Explication des figures :

1- Blousse de peigneuse (𝑎𝑒 = 5.1)

2- Déchets de coton (𝑎𝑒 = 5.0)

3- Coton 1’’÷1 1/8’’(𝑎𝑒 = 4.7)

4- Fibres synthétiques de 38 mm

(𝑎𝑒 = 3.0)

5- fils de bonneterie, matière première selon 3, 4

(𝑎𝑒 = 3.2 ÷ 4.1)

Fig.11.16 : Torsion7 pour fil open end à rotor (source : Rieter)

6. les fibres enveloppantes (fagotées)

Le rotor, et donc l'anneau de fibre, tournent en permanence sous le canal de fibres immobiles - comme le fait aussi le filé dans la zone de liaison. Un flux de fibres individuelles s'écoule depuis le canal de fibres et se dépose dans la rainure.

Normalement, les fibres entrantes arrivent sur des fibres qui n'ont pas encore subi de torsion, mais dans la zone de liaison elles rencontrent une section de fil déjà torsadée tournant autour de son propre axe. Il ne peut toujours pas être évité que les fibres qui arrivent-là ne s'enroulent autour du noyau du fil (appelés fibres fagotées). Ceci est une caractéristique typique, et en même temps, une caractéristique d'identification des fils de la filature à rotor. Le nombre de fibres enveloppantes (ou fagotées) augmente, entre autres, lorsque :

la longueur de la zone de liaison augmente,

les fibres sont plus courtes par rapport à la circonférence du rotor, et

la vitesse du rotor plus élevée.

Les fibres fagotées peuvent être enroulées autour du fil à la fois dans le sens S et Z, avec en temps une torsion plus faible dans les couches extérieures de fibres du fils. C’est la raison pour laquelle le nombre de tours mesuré au laboratoire pour déterminer la torsion du fil de rotor est généralement inférieur à celui requis fixé sur la machine.

Basé sur le fait que les spires dans les fils de la filature à rotor sont plus enclines à se déplacer vers le noyau du fil, tandis que la surface du fil dispose d'une couche de fibres

7 USTER ZWEIGLE TWIST TESTER 5; Measurement and significance of yarn twist, Uster technologies AG: Sonnenbergstrasse10 CH-8510 Uster/Switzerland; July 2009. www.uster.com



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plutôt indifférentes et enveloppantes ; la torsion du fil ne peut qu’être approximativement définie en termes de technologie de mesure.

Puisque la technologie de filature à rotor n'a pas été entièrement développée lorsque le processus a été introduit- en raison principalement des facteurs élevés de torsion qui étaient encore nécessaires à ce moment-là, de sorte que la zone de liaison se prolongeait bien dans la rainure du rotor – les fils du rotor ont été caractérisés par un grand nombre de fibres enveloppantes. C'est aussi de cette époque que l’estimation des filés du rotor comme trop «durs» et donc impropres à toute une gamme de produits finaux, en particulier dans le secteur de la maille, est originaire.

Le développement continu des profils de rotor en particulier et de la conception des buses de soutirage, ainsi que des fibres optimisées et le guidage de l’air dans la zone de la chambre à filer, ont permis de réduire le nombre de fibres fagotées dans la mesure où le rotor moderne diffère sensiblement de celui de la première génération. Les facteurs de torsion ne sont maintenant que très légèrement supérieurs à ceux des fils de filature à anneaux, de sorte que leur part dans le tissu final est beaucoup plus proche de celle des fils à anneaux qu'elle ne l'était auparavant. Les fils à tricoter produits maintenant sur des machines de filature à rotor ont remplacé ceux des métiers à anneaux dans une considérable mesure dans certains produits finis, tels que les T-shirts.

Fig.11.17 : Structure des filés obtenus sur différents systèmes de filature


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Fig.11.18 : Caractéristiques8 de torsion des filés des différents systèmes de filature

7. Etendue de la gamme d’application du rotor

Le rotor est l'élément principal de filage de la machine à filer à rotor. Qualité du fil, caractère du fil, rendement d'exploitation, productivité, etc., tous dépendent principalement du rotor. Les paramètres les plus importants du rotor qui exercent une influence sont (voir figures 11.19 et 11.20):

l'inclinaison de la paroi du rotor (a) ; le coefficient de frottement entre les fibres et les conditions de la surface de la

paroi du rotor (b) ; la conception et le positionnement de la rainure du rotor (c) ; le diamètre de la rainure (d) et la vitesse du rotor.

En considérant ce large éventail d'influences, et en tenant compte aussi du poids de l'influence, il est évident qu’un rotor ne peut pas être universel. De la multiplicité de l'offre sur les rotors, le filateur choisira le mieux adapté à sa matière première, au fil produit, et aux conditions de filage. Les rotors sont des éléments remplaçables dans toutes les machines à filer à rotor.

Fig.11.19 : Paramètres importants du rotor: paroi du rotor (a), surface de la paroi du rotor (b), rainure du rotor (c) et diamètre de la rainure (d)

8 USTER ZWEIGLE TWIST TESTER 5; Measurement and significance of yarn twist, Uster technologies AG: Sonnenbergstrasse10 CH-8510 Uster/Switzerland; July 2009. www.uster.com



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Fig.11.20 : Structure et composants du rotor de

filage : axe du rotor (a), rainure du rotor (c),

tasse du rotor (b) et paroi du rotor (d)

Fig.11.21 : Angles d’inclinaison de la paroi et de la rainure du rotor

Les rotors sont fabriqués en acier et sont en général traités en surface ou revêtus afin de leur donner une plus grande durée de vie utile. Les moyens suivants, qui sont d'usage et éprouvés dans la pratique industrielle, sont disponibles pour la protection des rotors contre l'usure:

enduit de diamant /nickel; traitement de bore; ou

une combinaison des deux processus.

Le revêtement de diamant est généralement constitué de poussières de diamant noyées dans une couche de nickel et est le même que celui utilisé pour protéger les briseurs contre l'usure. Rotors au bore et rotors au bore avec une couche supplémentaire de revêtement de diamant ont deux fois la durée de vie d'un rotor diamanté.

Cependant, la structure de surface de la paroi du rotor change en fonction du type de traitement (bore ou revêtement en diamant), et a donc aussi son influence - qui ne doit pas être sous-estimée - à la fois sur la qualité du fil, la stabilité de filage et la tendance pour former des dépôts dans la rainure du rotor. Le meilleur compromis possible, entre une longue durée de vie du rotor, de bonnes valeurs de fils et des conditions de filage stables, est réalisée avec le revêtement combiné bore / diamant. Le rotor est une partie soumis à l'usure et doit donc être remplacé périodiquement. L’usage affecte principalement la gorge du rotor.

La configuration de la rainure du rotor détermine si le fil est gros ou compact, poilu ou maigre, et si la qualité du fil est excellente ou seulement adéquate et la stabilité de filage basse ou haute. La rainure affecte également l’ampleur dans laquelle la poussière et la saleté ont tendance à s'accumuler dans le rotor. En fonction de la matière première utilisée, des caractéristiques et des valeurs désirées du fil, des rainures de différentes conceptions sont utilisées dans la pratique.

De larges rainures produisent un fil gros et souple avec une assez faible résistance, tandis que des rainures étroites produisent un fil compact et solide avec une faible pilosité. Les rainures larges sont donc utilisées dans la production de filés pour tricots, des tissus d’ameublement et articles brutes; des rainures étroites sont utilisées pour la fabrication de filés destinés à la production de tissus solides et d’aspect lisse. Une rainure assez étroite est largement répandue dans les usines traitant les fibres en discontinu classiques (short staple). La tendance à former des effets moirés est également supérieure dans une gorge étroite, car d’assez grandes particules de saleté peuvent se coincer dans la gorge.

Une gamme de vitesses dans laquelle les rotors en question produisent des résultats optimaux, en termes de technologie, ainsi que la stabilité de filage et la consommation


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d'énergie, sont attribuées à chaque diamètre de rotor. Les plages de vitesses se chevauchent entre les diamètres de rotor ; pour la même vitesse, la consommation d'énergie est plus favorable pour des rotors de diamètres plus petits.

La Fig.10.22 montre la plage de vitesses et la vitesse la plus élevée possible du rotor pour les différents diamètres de rotor.

Cependant, plus le diamètre du rotor est petit, plus le nombre de fibres enveloppantes liées au processus est haut. Le point de vue généralement admis et également valable à cette époque, que la torsion du fil doit inévitablement être augmentée en réduisant le diamètre du rotor, n'est plus maintenant valable dans la même mesure.

Éléments de filature optimisés, en particulier les rotors et les buses de soutirage, ainsi que des améliorations en matière d'orientation de la fibre et de la géométrie de filage signifie que les fils à torsion douce pour tricots peuvent également être filés à l'aide de rotors de petits diamètres (30 - 33 mm). Cependant, dans ces opérations de filature, la tension de filage ne doit pas être trop élevée, c'est à dire les vitesses du rotor doivent être bien en dessous de leur plage maximale.

Le diamètre du rotor devrait en tout cas être suffisamment grand pour permettre la formation de fibres dans la rainure sans inconvénients technologiques. Une certaine quantité de l'espace est nécessaire pour la masse de fibres, c'est-à-dire, les rotors de plus grands diamètres doivent être utilisés pour des fils plus gros, et vice versa. Une relation – quoi que pas très étroite- existe aussi entre la longueur de la fibre et le diamètre du rotor. En règle générale, le diamètre du rotor ne doit pas dépasser 1,2 fois la longueur staple, autrement l’intégration des fibres dans la rainure du rotor est perturbée. Dans les pratiques de l'usine des longueurs staples de 38 ou 40 mm sont également filées avec succès (quoi que seulement dans certains cas) sur les rotors de la gamme de diamètre de 30 - 32 mm.

Diamètre (mm)

Vitesse max (t/min)

28 160 000 30 145 000 31 140 000 33 135 000

34 130 000 36 120 000 40 105 000 46 90 000 56 75 000

Fig.11.22 : Gamme de vitesses et vitesses maximums des rotors en fonction de leurs diamètres (dans la pratique les vitesses des rotors sont employées jusqu'à environ 5-8% au-dessous du maximum)

La fig.11.23 : décrit la configuration et les propriétés des différentes formes de rotor et de rainure. En principe :

Les angles de rainure étroite et de petits rayons de rainure (rotors T et K) conviennent pour toutes les matières premières et sont employés pour fabriquer des filés lisses avec une bonne régularité et une ténacité élevée destinés au tissage.


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des angles de rainure étroite avec de grands rayons de rainure (rotors G) sont également appropriés pour toutes les matières premières et sont de préférence utilisés pour les fils volumineux de tricot.

Des rotors avec des angles de rainures larges (rotors U et DS) sont adaptés pour tricots volumineux et fils de denim en coton et ses mélanges avec des fibres synthétiques ou artificielles. Les différentes formes et rayons de la rainure sont choisis en fonction du type de fil de denim (fil de trame ou fil de chaîne, câble ou faisceau de teinture, etc.)

Le rotor TC est très approprié pour la fabrication de fils de denim de haute qualité et en même temps se caractérise par d'excellentes propriétés de fonctionnement. Par rapport au rotor T, l’angle et le rayon de la gorge sont plus grands, mais la forme de la gorge a été maintenue. Des filés résistants sont produits avec le rotor TC, particulièrement, lors du traitement des fibres synthétiques et la viscose.

Le rotor GM peut être utilisé de manière très flexible dans le secteur de fils de coton de numéros très fins, à la fois pour le tissage et le tricotage. comparé au rotor G, l’angle de la rainure et le rayon de la gorge sont plus grands, mais la forme de la gorge a été maintenue.

T-Rotor

Universel, applicable à toutes les matières

Bonnes valeurs du fil

Pour bons fils de tissage

TC-Rotor

Pour numéros de fil gros Ne12

Préférable pour fils denim

Très bonne stabilité de filage

Bonne résistance au déplacement des fibres

K-Rotor

pour bons fils de tissage, seulement

Pour coton

DS-Rotor

Pour numéros de fil gros Ne10

Denim et fils pour tricotage

Pour coton et ses mélanges

G-Rotor

Universel, applicable à toutes les matières

Pour filés gros

Préférable pour tricotage

GM-Rotor

Préférable pour fils de coton fins

Pour de tissage et tricotage

U-Rotor

Numéros de fils gros Ne10

Denim et fils pour tricot

Pour coton et ses mélanges

TC-Rotor comparé à T-Rotor

la forme de rainure reste la même, mais

la rainure est plus large et l'angle de la rainure étendu

GM-Rotor comparé à G-Rotor

la forme de rainure reste la même, mais

amélioration de la qualité du fil.

Fig.11.23 : Configurations et propriétés des formes disponibles rotor / rainure

Table 18 : Propriétés du fil de continu à rotor comparé à celui du continu à anneaux

Résistance changeante Plus basse -

Coefficient de frottement (important pour fils à tricoter)

Plus haute -

Résistance à l’abrasion Meilleure +/-1

Pilosité Plus basse +

Tendance aux vrilles Plus basse +

Capacité de travail sous chargement cyclique Plus haute +

Dye take-up Réceptrice de colorant Plus haute (moins de colorant est requis)

+

Abrasion de la fibre (génération de fibres volantes) Plus basse +

1 Positif ou négatif selon l'étape de processus.


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8. Les buses de soutirage

Lorsqu'il est retiré du rotor, le fil est dévié pratiquement à angle droit par la buse de soutirage faisant saillie dans le rotor et guidé vers la sortie par le tube de soutirage. Pendant ce temps le fil roule en continu sur la surface de la buse de soutirage. Pendant le mouvement de roulement, le filé est brièvement augmenté de façon répétée en succession rapide à partir de la surface de la buse – grâce à la conception de la surface de cette buse. Cette vibration à haute fréquence - avec l'effet de fausse torsion créé par le mouvement de déroulement - favorise la propagation de torsion dans la rainure du rotor. Plus important est l'effet de fausse torsion et plus intensive est la création de la torsion dans la rainure du rotor, plus faible sera la vraie torsion du fil qui peut être adoptée et des filés plus volumineux et plus doux peuvent alors être filées. Bien sûr, la stabilité de filage s’améliore également avec l'augmentation de l’effet de fausse torsion.

Dans ce contexte, le positionnement du bord supérieur de la buse par rapport à la rainure du rotor a également une certaine importance. Normalement, la buse de soutirage fait saillie suffisamment loin dans la tasse (base) du rotor pour des extrémités extraites de la gorge du rotor à renvoyer pratiquement à angle droit à la buse de soutirage. La position de la buse de soutirage par rapport à la rainure du rotor peut être modifiée au moyen de rondelles d'épaisseurs différentes. La poursuite de la buse de soutirage fait saillie dans le rotor, plus grand est l’angle de l'enroulement du fil au moment du décollage, plus est la fausse torsion créée et plus longue est la zone de fixation dans la rainure du rotor. Si les rondelles sont retirées, l'effet de fausse torsion est réduit, la zone de liaison devient plus courte et donc l'impact positif sur la ténacité du fil est également réduit.

Les buses de soutirage sont en céramique ou en acier. Les buses se composent généralement de deux parties, une tête de buse en céramique résistant à l'usure et un support de buse métallique (Fig.11.24). Les buses de soutirage en céramique ou en métal sont également en cours d'utilisation dans lesquelles la tête et le support de la buse sont fabriqués en une seule pièce. Il n'y a pas de différences technologiques, sauf que les buses en céramique solide disposent d'une très faible dissipation de la chaleur (les céramiques sont utilisés comme isolants dans les installations électriques) et peuvent donc être difficilement considérés pour le traitement des fibres synthétiques. En revanche, les buses de soutirage métalliques disposent d'une excellente dissipation de la chaleur, et seraient donc idéalement adaptées pour le traitement de fibres synthétiques ou artificielles. Mais en raison de courtes durées de vie ces dernières ne sont utilisées que dans certains cas pour le traitement de fibres synthétiques sensibles à la température, c'est à dire des fibres à très bas point de fusion et point de ramollissement.

L'utilisation des types appropriés de céramique et la combinaison de la tête en céramique et support métallique créent des conditions de dissipation thermique qui permettent aux fibres synthétiques les plus courantes et leurs mélanges d’être traités avec succès. La durée de vie des buses en céramique peut être de plusieurs années, en fonction de la matière première et matériau. Elles sont l'élément de filature à plus longue durée de vie, par rapport à la durée de service des briseurs et des rotors. Seul le traitement des cotons avec une teneur en sable riche en minéraux et fibres synthétiques contenant trop d'agent de matage (> 0,15% de TiO2) peut réduire sensiblement la durée de vie d'une buse en céramique.

Si ces restrictions sont observées, la durée de vie d'une buse en céramique est comprise entre 10 000 heures (PSE, CV, PAN) et 20 000 heures (CO), bien que dans les pratiques industrielles des durées de vie comprises entre 20 000 et 40 000 heures peuvent certainement être atteintes avec ces matériaux. Les durées de service avec des mélanges de coton et de fibres synthétiques ou artificielles sont dans le milieu de ces fourchettes.


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Fig.11.24 : Buses de soutirage avec tête en céramique et support métallique

Fig.11.25 : Buse lisse en céramique

Si la rainure du rotor apporte une contribution essentielle à la qualité du fil et au volume sur le plan technologique, la structure et la conception de la surface de la buse exercent une influence décisive sur la structure de la surface et la pilosité du fil.

Fig.11.25 à Fig.11.31 illustrent les différentes conceptions de surface des buses de soutirage (surface en contact avec le fil).

Essentiellement, les types de buses suivantes sont utilisés dans la fabrication d’une large gamme de fils de filature à rotor:

Buses avec une surface lisse (Fig.11.25) adaptées pour la production de fils de chaîne lisses avec une faible pilosité. Ce type de buse est rarement utilisé, car une très haute torsion doit être communiquée au fil en raison du faible niveau de fausse torsion créé. Les valeurs de fil ne sont pas mieux que les autres types de buses, dans tous les cas. L'utilisation d'un tube de soutirage TWISTstop (voir fig.11.32) est recommandée pour des conditions de fonctionnement stables.

Les buses avec une surface en spirale (fig.11.26) sont parfaitement adaptées pour les fils de chaîne compacts et fins en coton 100% avec une faible pilosité et de bonnes valeurs de fil. Haute stabilité de filage.

Les buses à surfaces en spirale ou crantées combinées avec un insert de « tourbillon » dans la gorge de la buse (Fig.11.29) sont utilisés uniquement - mais avec beaucoup de succès - pour les fils très velus, volumineux et à torsion très douce pour le tricotage. Les buses offrent également une très bonne stabilité de filage. Cependant, la qualité du fil n'est pas la première priorité de ces buses!

Les buses avec 3, 4, 6, 8 ou plusieurs encoches (Fig.11.27) sont universellement applicables à la fois pour le coton et aussi pour les fibres synthétiques et leurs mélanges. La buse à 4 encoches - pour la plupart courtes - est la buse universelle avec la plus large gamme d'application: convient à la fois aux de fils de chaîne et de trame (par exemple 4 encoches) ou des fils à tricoter (4 - 8 encoches, en fonction de la pilosité souhaitée). Des buses à encoches offrent généralement une grande stabilité de filage - plus élevé est le nombre d’encoches, plus grand est l'effet de fausse torsion et meilleur est la stabilité de filage - mais également une pilosité élevée du fil et la tendance à produire des « mouches » dans le traitement en aval. En outre, plus élevé est le nombre d’encoches, plus agressif est leur effet et plus élevé leur influence sur la qualité du fil.


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les buses de soutirage extérieurement moletées avec encoches supplémentaires dans le rayon de la buse (Fig.11.28) et un insert de « tourbillon » dans le col de tuyère sont recommandées uniquement pour la fabrication de fils très velus, très volumineux et à torsion douce. «La qualité du fil" correspond à la structure du fil.

Les surfaces de buses avec un petit rayon de buse et encoches courtes (Fig.11.30 et Fig. 11.31) disposent d'une surface de contact plus faible par rapport au rayon de la buse standard et sont donc particulièrement adapté pour le traitement du PSE et ses mélanges, à des vitesses allant jusqu'à plus de 100 000 t/min. Les vitesses du rotor sont donc 15% supérieures à celles des autres buses de soutirage.

Fig.11.26 : buse en spirales Fig.11.27: buses en céramique avec 3, 4 et 8

encoches

Fig.11.28 : buse en céramique moletée avec des encoches supplémentaires

Fig.11.29: Insert de « tourbillon » dans la gorge de la buse


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Fig.11.30 : Buse en céramique avec un petit rayon de buse et 3 encoches

Fig.11.31 : Buse de soutirage en céramique avec un angle normal (à gauche) et avec un petit angle (à droite)

Tubes de soutirage avec et sans insert céramique (TWISTstop) Le tube de soutirage est positionné immédiatement derrière la buse de soutirage et est utilisé pour guider le fil à sa sortie de la zone de filage. Dans le but de dévier le fil retiré horizontalement du rotor à l'unité d'enroulement positionné verticalement au-dessus, le tube de soutirage est coudé à un angle compris entre 30° et 60°, suivant le type de chambre de filage. Cette zone de déviation dans le tube de soutirage joue le rôle de second élément d'accumulation de torsion et prend en charge le maintien de la torsion générée par la buse de soutirage dans le rotor. Plus grand est l'angle de la courbure, c'est à dire l'angle d'enroulement de cette zone de déviation, plus grande est la rétention de la torsion et meilleure est la stabilité de filage. Cet effet d’accumulation de torsion peut être renforcé par des éléments de fixation en céramique de rétention de la torsion (TWISTstop ou arrêt de couple – nervures en céramique disposées latéralement) de différentes intensités sur la surface de contact dans le rayon de courbure (fig.11.32).

Plus grand est l'angle de courbure et plus grands sont le frottement engendrés par les inserts en céramique supplémentaires et la rétention de la torsion, plus intensive est la propagation de la torsion dans la rainure du rotor et meilleure est la stabilité du filage. Ceci favorise particulièrement la fabrication des fils à tricoter à torsion douce, car la rétention de la torsion permet d’utiliser de faibles facteurs de torsion sans affecter la stabilité du filage.

Les éléments d'accumulation de la torsion sont conçus comme des agrafes et peuvent être, au besoin, très facilement remplacées. La conception du profil interne varie de lisse à trois nervures latérales dans le rayon de la courbure.

Les meilleurs résultats en ce qui concerne la qualité et la structure du fil et la stabilité du filage sont toujours obtenus lorsque la buse de soutirage et le tube d'extraction sont idéalement adaptés les uns aux autres.


F ILATURE OPEN-END


Fig.11.32 : Tube d’extraction du fil (a) avec l'élément interchangeable de conservation de la torsion (b)

11.3.3. Formation du fil et renvidage

Fig.11.33 : Schéma de formation du fil

Après la formation du fil (cf. fig.11.07), celui-ci arrive au mécanisme de renvidage qui est composé d'un système d'appel (15) comportant un rouleau de pression et un cylindre, d'un étrier porte bobine (17) s'appuyant sur un tambour d'entraînement lisse (16).

La chambre à filer de la BD-200 fonctionne de la manière suivante (cf. fig.11.34):

Le briseur qui tourne à la vitesse circonférentielle V2 détache les fibres sous l'influence de la force centrifuge et du courant d'air Vair. La vitesse du courant d'air augmente dans le canal de transport des fibres (car sa section va en diminuant) et prend la vitesse V3 et les fibres parviennent à la surface collectrice du rotor à cette vitesse; tel que V2<Vair<V3.

Les vitesses doivent augmenter, au fur et à mesure du déplacement des fibres, afin d'éviter leur condensation. L'action de la force centrifuge fait glisser les fibres de la surface du collecteur vers le plus grand diamètre du rotor (rainure ou gorge). A cet endroit, les fibres viennent s'assembler pour former une bandelette qui tourne à la vitesse circonférentielle de la surface collectrice (ou gorge du rotor) V4. L'air qui a véhiculé les fibres sort finalement par des orifices prévus dans le rotor.


F ILATURE OPEN-END


Il faut noter que le rotor agit comme un organe de torsion, qu'on pourrait imaginer composé de deux parties: la première pour l'amenée des fibres, et la seconde pour la production du fil.

Fig.11.34 : Schéma technologique d’une tête de filage de BD 200

Les dimensions, l'angle de la surface de glissement, la distance entre le point d'arrivée des fibres et la sortie du fil, l'angle d'inclinaison du collecteur et le volume d'air qui circule dans le rotor doivent être considérés comme très importants.

Au début du filage, le bout libre du fil est aspiré, puis entraîné par la force centrifuge vers la bandelette de fibres se trouvant dans le collecteur. La portion de fil comprise entre l'entonnoir de la buse et la rainure effectue une rotation tout en recueillant d'autres fibres. Le tirage du fil par les organes délivreurs et la torsion donnée transforment cette bandelette de fibres en fil.

11.3.4. Etirages sur la machine open-end BD 200

Analysons les étirages partiels et total sur la machine BD 200 :

1). L'étirage total

𝐸𝑡 =𝑁𝑓𝑖𝑙

𝑁𝑟𝑢𝑏=

𝑇𝑟𝑢𝑏

𝑇𝑓𝑖𝑙=

𝑉𝑠

𝑉𝑎𝑙 (11.01);

Où: Nfil, Nrub- respectivement numéros métriques du fil et du ruban; Tfil, Trub- respectivement masse linéique (Tex) du fil et du ruban; Vs, Val- respectivement vitesses de sortie et d'alimentation (m/mn).

2). Etirages partiels sur la BD-200

321 eeeV

V

V

V

V

V

V

VE

rot

s

br

rot

al

br

al

st

Où: - 1

al

br

V

Ve étirage partiel au cours de l'individualisation des fibres, entre le cylindre

alimentaire et le briseur;

t/mn.80006000n mm; 80 mm, 65d avec ,V ;8000 brbrbr1 brbrnde

- 2

br

rot

V

Ve Étirage partiel dans le canal d'amenée (de transport);


F ILATURE OPEN-END


11000). (25000 t/mn 7000030000n

66,5); 56; 48; 44; (40; mm 5,66d

;V

rot

rot

rot

rotrotnd

484,380006514,3

300005,6614,32

e ;

- 3

rot

s

V

Ve Étirage partiel entre le point d'arrivée des fibres dans la chambre à filer

(rotor) et le cylindre délivreur.

)1(e 200

133 e ; la valeur de 3e peut aller jusqu'à

400

13 e , autrement dit nous

avons le processus de condensation.

L'étirage total sur la BD 200 est égal à:

6,153200

184,38000 tE .

La figure ci-après montre un exemple de l’atténuation de masse des fibres depuis l’alimentation jusqu’au point de détachement du fil de la gorge du rotor.

Fig.11.35 : Exemple9 d’atténuation de masse à fibres

11.3.5. Torsion du fil sur BD-200

La torsion est donnée au filé, grâce à la rotation absolue du fil, dans le même sens que celle du rotor. Le taux de torsion est déterminé comme suit:

(t/m) sfil

fil

V

nT ; (11.02a);

Où: nfil- nombre de tours du fil dans la turbine (t/mn); Vsfil- vitesse de sortie du fil (m/mn);

supnnn rotfil ; (11.02b);

Où: nrot- nombre de tours du rotor (t/mn); nsup- nombre de tours de rotation supplémentaires du fil dans la turbine, dû à la sortie

du fil. Il peut être déterminé par la formule suivante:

9 http://depart.zzti.edu.cn/foreign/Files/File/24RotorPrinciple.pdf


http://depart.zzti.edu.cn/foreign/Files/File/24RotorPrinciple.pdf

F ILATURE OPEN-END


t/mn sup

rrot

sfil

Cd

Vn

; (11.02c);

En substituant les formules (11.02b) et (11.02c) dans la formule (11.02a), on obtient:

rrotsfil

rot

CdV

nT

1 (t/m); (11.03);

Où: Cr- coefficient de rétrécissement du fil.

Comme la valeur du 2ème terme rrotCd1 est très faible (~2%), elle est négligée en pratique.

Aussi le taux de torsion du fil est déterminé par la formule suivante:

t/m cd

rot

sfil

rot

V

n

V

nT ; (11.04);

Où: Vcd- vitesse du cylindre délivreur (m/mn).

Fig.11.36 : Schéma de la diffusion de la torsion

La figure 11.37, ci-après montre les valeurs du coefficient de torsion en fonction du nombre de tours et du diamètre du rotor.

Fig.11.37 : Valeurs 𝜶𝒎𝒊𝒏 du coefficient de torsion en fonction du nombre de tours de rotation et du diamètre du rotor (source Rieter)


F ILATURE OPEN-END


11.3.6. Tension du fil sur BD-200

Lors du filage, la tension du fil dans le rotor est un facteur très important. Comme sur le continu à filer à anneaux, le fil sur le continu open-end est fabriqué avec une certaine tension. D'autre part, il est également prouvé qu'à partir d'une certaine valeur de la tension, il n'est plus possible de filer.

Dans le rotor, les forces qui agissent sur le fil sont: a) Les forces centrifuges qui agissent sur l'extrémité du fil qui se trouve dans le rotor; b) Les forces de friction entre le fil et la surface du rotor, particulièrement au niveau du

tube de sortie; c) Les forces de friction dues à la résistance de l'air; d) Les forces de Coriolis, qui peuvent être négligées dans leurs effets.

Parmi toutes ces forces, c'est la force centrifuge qui est la plus importante. Déterminons-la, en considérant un élément de fil de masse « dm », sur lequel agit la force centrifuge « dC », (cf.fig.11.38).

Fig.11.38 : Schéma de la tension du fil dans le rotor

rdmdC f 2 ; (11.05);

Où: dm- masse de l'élément du fil; ωf- vitesse angulaire du fil; r- rayon de rotation de l'élément de fil; AB- bout libre.

Exprimons « dm » par le numéro métrique du fil « Nf »:

fN

drdm

81,9; (11.06).

En substituant la valeur « dm » dans la formule (10.05), on obtient:

rdrN

dCf

f

81,9

2; (11.07).

Supposons que le fil soit dirigé vers le tube de sortie suivant le rayon du rotor. En intégrant l'expression (11.07), dans les limites de "0 à r", on obtient:

281,981,981,9

22

0 0

22r

Nrdr

Nrdr

NC

f

fr r

f

f

f

f

; (11.08);


F ILATURE OPEN-END


D’autre part, en exprimant « ωf » par le nombre de tours du rotor, on aboutit à:

filf n30

, où:

rrot

sfil

rotfilCd

Vnn

.

En substituant ces valeurs dans la formule (10.08), on obtient la formule de la tension du fil près du tube de sortie (sur l'axe de rotation du rotor):

;gf 3062,19

2

2

22

1

rrot

sfil

rot

f Cd

Vn

N

rCT

Ou bien:

;gf 30

1

62,19

2

2

2

1

rrot

sfil

rot

f Cd

Vn

N

rCT (11.09).

Comme la valeur rrot

sfil

Cd

Vest négligeable devant rotn , alors la valeur de la tension

d'extraction du fil T1 devient:

;gf 1800

1

17658

22222

1

f

rot

f

rot

N

nr

N

nrT

(11.10);

À l'aide de cette formule, on peut obtenir la tension du fil dans la turbine, près du tube de sortie.

La tension du fil, près du cylindre délivreur, est donnée par la formule d'Euler:

eTT 12 ; (11.11);

Où: - angle d'embrassement du fil sur le tube de sortie (/2);

- coefficient de frottement entre le fil et le tube; 0,20.

;gf 10

76 e

1800

1

22

5

22

2

f

rot

f

rot

N

nr

N

nrT

(11.12).

La tension du fil au point de liaison (point A de la fig.10.38) peut être déterminée comme suit:

rmTT fAA 2

13 ; (11.13);

Où: m1- masse de la partie de la bandelette sur laquelle se répartit la torsion;

fN

Lm

81,91 ; (11.14);

Où: L- longueur de la zone de liaison dans le rotor; pour la BD-200 L10 mm;

D’autre part:

rotrotfA n30

; (11.15).

En substituant ces valeurs dans la formule (10.13), on obtient:

;grf 900

3081,9

2

2

22

3

f

rot

f

rot

N

rnL

N

rnLT

(11.16).

Le calcul de la tension du fil, par les formules (11.10), (11.12) et (11.16) montre que les valeurs des tensions T1, T2 et T3 sont très différentes.

A titre d'exemple, pour un fil de numéro 40fN , avec t/mn30000rotn et mm 65rotd on

obtient: T1= 13 gf; T2= 18 gf et T3= 8 gf.


F ILATURE OPEN-END


C'est à dire que sur cette machine, la formation de la torsion du fil a lieu sous l'influence d'une tension plus faible que sur les continus à filer à anneaux (où elle est environ égale à 30 gf pour un numéro moyen).

Ce phénomène provoque la diminution de la densité des fibres dans le fil ainsi que le nombre de contact entre les fibres. Il en résulte une diminution de la solidité du fil sur la BD-200 et une augmentation du diamètre du fil, d'où son aspect gonflant.

Le diagramme ci-après montre les valeurs de la force centrifuge dans la gorge du rotor en fonction de la vitesse et du diamètre du rotor.

Fig.11.39 : force centrifuge en fonction de la vitesse et du diamètre du rotor (source Rieter)

11.4. LES EXIGENCES AU PRODUIT ALIMENTAIRE POUR LA MACHINE A ROTOR

La fibre de coton a trouvé son utilisation dans la production des articles textiles depuis 5000 ans, mais il y a seulement 50 à 60 années qu'on a commencé à effectuer l'analyse de cette fibre pour assurer son utilisation rationnelle dans la fabrication du fil.

Il faut indiquer qu'aujourd'hui les critères qui caractérisent les dépendances des paramètres de qualité du fil open-end, conformément aux propriétés de la matière première et le produit d'alimentation trouvés ne sont pas complets.

Pour la fabrication du fil de bonne qualité sur les machines à rotor, on recommande, en premier lieu, d'utiliser les mélanges de coton-fibre dont la masse linéique et la résistance sont identiques. Ces indices influent d'abord sur la résistance du fil fabriqué, tandis que la longueur des fibres a une moindre influence. La résistance des fibres de coton a une influence aussi bien sur la résistance du fil fabriqué sur le continu à filer que sur les fils fabriqués sur la machine open-end.

D'autre part, plus fines sont les fibres de coton plus grande est leur quantité dans la section transversale du filé (de même densité linéique), et plus favorables sont ses propriétés.

La détermination de la finesse et de la résistance des fibres de coton au moyen de méthodes traditionnelles est assez difficile. Ces dernières années, on utilise les appareils Micronaire et le Presley.

En utilisant le Micronaire, on calcule la densité linéique des fibres de coton au moyen de la formule suivante:

4,25

MT fibre ; (11.17);

Où: M- indice micronaire.


F ILATURE OPEN-END


Tabl.11.01 : Estimation qualitative de la densité linéique de la fibre par son indice micronaire

Indice micronaire "M" Caractéristique de la finesse des fibres

<3,0 3,0 ÷ 3,9 4,0 ÷ 4,9 5,0 ÷ 5,9

>6,0

très fin, fin, finesse moyenne, demi-grossier, grossier.

Au moyen du Presley, on détermine la résistance des fibres de coton. L'appareil comporte un dispositif pour les essais à la rupture des faisceaux de fibres, une balance pour la pesée des essais (jusqu'à 3 mg), deux pinces et différents accessoires. Entre les pinces, on fixe l'échantillon de fibres puis on détermine la valeur de la force Q nécessaire pour la rupture de l'échantillon; après la pesée de cet échantillon, on trouve l'indice Presley comme suit:

M

QPI ; (11.18).

En fonction de la longueur de pinçage de l'échantillon, on estime la résistance spécifique "P" des fibres de coton. Si la longueur de pinçage est nulle: P= (10,812*PI)-0,12; Si la longueur de pinçage est égale à 3,0 mm: P= 31,35*PI.

Tabl.11.02: Estimation qualitative de la résistance des fibres de coton

Résistance spécifique des fibres de coton

Caractéristiques de la résistance des fibres

93

9287

80 75

74 70

≤70

Très résistant Assez résistant Résistant De résistance moyenne à résistance insuffisante Résistance faible

Il faut indiquer que la résistance et la densité linéique des fibres de coton influent sur la résistance du fil open-end presque également. Pour la production du fil open-end de meilleure qualité, il faut prendre un coton d'indice micronaire M=3,2 et de résistance spécifique des fibres P = 90. D'ici, on peut faire une conclusion que le nombre minimal de fibres de coton dans la section transversale du fil open-end doit être 90.

11.5. EXIGENCES PARTICULIERES PRESENTEES A LA PROPRETE DE LA MATIERE PREMIERE

On peut souligner que seulement 10% du coton mondial a une quantité d'impureté inférieure à 2 %, en revanche 40 % des fibres de coton comportent déjà un pourcentage d'impuretés supérieur à 4%. Les exigences à la qualité de la préparation du ruban alimentaire pour les machines open-end sont différentes de celles de la filature à anneaux.

Pour les machines open-end, on recommande d'utiliser le ruban étiré de densité de 5,00 à 2,94 ktex. La masse commune d'impuretés contenue dans 100 grammes de ce ruban ne doit pas dépasser 0,55% (déterminée au moyen de l'appareil Shirley).

Il faut insister sur les exigences à la régularité du ruban alimentaire. Pour la plupart des cas, en qualité de produit alimentaire pour les machines open-end, on utilise le ruban étiré du 2ème passage de banc d'étirage équipé d’un autorégulateur. Néanmoins, d’autres variantes d’alimentation sont utilisées, en fonction des numéros des fils à fabriquer et de leurs destinations.

Pour estimer l'irrégularité du ruban à long terme, on prend 10 échantillons de ruban de


F ILATURE OPEN-END


longueur de 01 mètre et après les avoir pesés, on détermine l'irrégularité du ruban alimentaire à long terme.

Tabl.11.03: Appréciation de la qualité du ruban par son irrégularité

Coefficient de variation Très bonne Bonne

Cvr% ≤ 1,5% ≤ 2,1%

Si pour estimer l'irrégularité du ruban à long terme on utilise l'appareil Uster, la vitesse de

passage du produit doit être 𝑉𝑚𝑎𝑡 = 25 𝑚/𝑚𝑖𝑛 et la vitesse du papier 𝑉𝑝 = 0,25 𝑚/𝑚𝑖𝑛, puis

au moyen de diagrammes on détermine l'irrégularité d'après les échantillons d'un mètre.

L'estimation qualitative de l'irrégularité du ruban alimentaire à long terme de l'appareil Uster est donnée dans le tableau ci-après:

Tabl.11.04: Estimation qualitative de l'irrégularité du ruban alimentaire à long terme, donnée par l'appareil Uster

Irrégularité coefficient de variation

Appréciation de la régularité du ruban alimentaire

Très bon Bon

U% ≤ 1,2 ≤ 1,4

Cv% ≤ 1,5 ≤ 1,7

L'irrégularité de ruban alimentaire à court terme est déterminée au moyen de l'appareil Uster avec l'enregistrement des spectrogrammes. Dans ce cas, l'estimation qualitative de l'irrégularité du ruban alimentaire à court terme est la suivante:

Tabl.11.05: Estimation qualitative de l'irrégularité du ruban alimentaire à court terme

Densité linéique du ruban alimentaire ktex

Appréciation de la qualité du ruban alimentaire par son irrégularité U%

Très bon Bon

5,00 ≤ 2,8 ≤ 3,0

4,00 ≤ 3,0 ≤ 3,2

3,57 ≤ 3,1 ≤ 3,4

3,13 ≤ 3,4 ≤ 3,7

2,94 ≤ 3,6 ≤ 3,9

Remarque: pour calculer le Cv%, il faut appliquer la formule suivante: Cv=1,25U (%).

Des résultats de recherche obtenus sur 27 machines BD-200 type M69 dans les conditions de fonctionnement du complexe textile d'Ivanovo (Russie) donnent les paramètres optimaux de fabrication d'un fil open-end de densité linéique 50 tex et d'irrégularité quadratique Uster Cv ≤ 4,5 %, comme suit :

La masse commune des défauts dans un gramme de ruban alimentaire > 6,2 mg;

Le pourcentage de duvet dans un ruban alimentaire >6,8%;

L'humidité relative du ruban alimentaire >5,3 %;

La résistance moyenne des fibres dans le ruban alimentaire est 4,3 cN.

On recommande, pour la fabrication des fils open-end de densités linéiques 100÷33 tex, d'utiliser comme produit alimentaire le ruban de densité linéique 4,00 ktex, pour les fils de densités linéiques 33÷25 tex, le ruban de densité linéique 3,4 ktex et pour les fils de densités linéiques 20÷22 tex, le ruban de densité linéique 3,0÷2,5 ktex.

Dans ce dernier cas, la vitesse de délivraison, sur les bancs d'étirage, pendant la fabrication de ce ruban, ne doit pas dépasser 300 m/mn.

Remarque: Le redressement des fibres dans un ruban alimentaire doit être égal de 70 ÷ 75%.


F ILATURE OPEN-END


11.6. STRUCTURE DES FILES OPEN-END ET LEURS PROPRIETES

La structure des filés open-end est complètement différente de celle des filés classiques. On peut, en effet remarque des enroulements de fibres ou fagotages autour du flux fibreux principal. Cette structure particulière n'a guère facilité l'introduction et l'acceptation du fil à rotor, mais bien vite les intérêts économiques et les progrès techniques ont permis de gagner une part importante du marché.

Le fagotage est dû à l'enroulement d'une fibre indésirable autour du fil en formation. Cette fibre, en général, refuse de suivre le chemin du flux principal et vient se joindre au fil en prenant un raccourci. Selon leur angle d'incidence sur le fil, elles formeront des enroulements hélicoïdaux d'un pas plus ou moins important. La quantité de fibres fagotées perturbe la structure du fil, de plus elles n'apportent aucune amélioration à ses propriétés dynamométriques. Dans le cas des tissus grattés, elles sont même très gênantes, car plus la structure du fil est fermée et plus difficile est le grattage du tissu.

La comparaison des propriétés du fil open-end, par rapport au fil conventionnel, montre:

1. Une meilleure régularité de la densité linéique du fil open-end de 10 à 20 % (grâce au doublage cyclique);

2. Une meilleure régularité de la résistance à la rupture de 15 à 25 % (pour la même raison);

3. Une perte de résistance à la rupture du fil open-end, jusqu'à 30 %, due à la structure du fil (dans le fil fabriqué sur caf à anneaux, beaucoup de fibres participent à la résistance du fil, tandis que dans le fil open-end, la partie des fibres qui s'enroulent sur la surface du fil et ne participent pas à sa résistance);

Mais il faut noter que la fréquence de casses pour le fil open-end est moindre que pour le fil classique (notamment sur les métiers à tisser). C'est un paradoxe, l'explication de ce phénomène peut être trouvée dans la différence de la loi de distribution différentielle de la résistance du fil (cf. fig.11.40).

En effet, on peut remarquer que la résistance moyenne du fil open-end est plus petite que celle du fil classique, mais d'autre part, la résistance du fil open-end a une meilleure régularité, car il est plus régulier par son épaisseur. Malgré une faible résistance, il présente un faible taux de casses.

Il faut noter aussi que les redressements moyens des fibres dans ces deux genres de fil sont différents. Pour le fil open-end, le coefficient de redressement moyen �̅�𝑂𝐸 ≅ 0,58, et pour le fil classique �̅�𝑐𝑙 ≅ 0,73.

4. Un allongement à la rupture du fil open-end plus grand (de 1 à 2 %, en valeur absolue);

5. Un volume du fil open-end plus élevé. Dans le cas où les fils sont de mêmes densités linéiques, le diamètre du fil open-end est alors de 10 à 14 % plus épais;

6. Une résistance à l'abrasion plus élevée, pour le fil open-end, jusqu'à 25 %; 7. Un pouvoir d'absorption plus grand (d'où une économie en produits d'encollage et

de colorants de 15 à 30 %); 8. Une torsion du fil open-end plus élevée, cela est nécessaire pour assurer la fixation

suffisante des spires de cette torsion ; 9. Le fil open end est plus dur au toucher ; ceci est dû au fagotage des fibres ;

10. La pilosité du fil est plus faible, due notamment à la plus grande torsion que subit le fil open end aux fibres fagotées.

Par exemple, pour le fil de densité linéique 𝑇𝑓 = 25 𝑡𝑒𝑥 (𝑁𝑓 = 40), les coefficients de torsion,

conformément aux systèmes, sont les suivants :


F ILATURE OPEN-END


Système métrique 𝛼𝑀𝑂𝐸 = 160 𝛼𝑀𝑐𝑙 = 130 Système tex 𝛼𝑇𝑂𝐸 = 50,6 𝛼𝑇𝑐𝑙 = 41,1

Fig.11.40 : comparaison des résistances moyennes des fils

OE et classiques

11.7. PERSPECTIVE D'AMELIORATION DU FIL SUR OE

Les fils fabriqués, selon les nouvelles méthodes de filage, ne sont pas un produit de remplacement exact des produits existants. Pour trouver la même utilisation finale, dans les produits tissés ou tricotés, ils doivent être travaillés différemment. Cette constatation est importante, car les fils fabriqués sur des systèmes de filature 0E (à rotor, à jet d1air, à friction, ...) rassemblent les fibres et donnent une torsion de façon différente et construisent ainsi une structure du fil avec des caractéristiques différentes de celles du continu à filer à anneaux. Quelques-unes de ces caractéristiques sont meilleures, d'autres moins bonnes.

Avec l'emploi de matières premières et de machines adaptées, on peut, cependant, aujourd'hui filer des filés de rotor qui sont tout aussi bons, sinon meilleurs que ceux des continus.

L'importance de la matière 1ère, dans ces développements, est particulièrement importante et cela nous amène à l'utilité de cette considération. Le tableau 10.06, ci-après, montre l'influence des caractéristiques des fibres de coton sur les différents systèmes de filage :

Tabl.11.06: Caractéristiques des fibres, classement par importance pour les différents systèmes de filature1011

Filature à anneaux Filature à rotor Filature à jet d'air Filature par friction

1. longueur / uniformité

2. résistance,

3. finesse

1. Résistance

2. Finesse


4. propreté*

1. finesse

2. propreté*

3. Résistance


5. frottement

1. frottement12

2. résistance

3. finesse

4. longueur/ uniformité

5. propreté*

10 Helmut DEUSSEN, American Schlafhorst Company 11 http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/incidence-des-proprietes-de-la-fibre-de-coton-sur-les-performances-la-

qualite-et-les-couts/ 12 http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/friction/


http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/incidence-des-proprietes-de-la-fibre-de-coton-sur-les-performances-la-qualite-et-les-couts/


http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/friction/

F ILATURE OPEN-END


0n voit clairement que dans les nouveaux systèmes de filature, la longueur joue un rôle secondaire et que par contre la résistance et la finesse des fibres se trouvent être les caractéristiques primordiale pour les filés et les articles. Ceci est la différence fondamentale par rapport à la technologie de la filature à anneaux. C'est ainsi que des spécialistes pensent qu'il est beaucoup plus important et plus avantageux de planter des qualités de coton à grande résistance et finesse, que de tendre vers des longueurs plus élevées.

Les qualités des cotons à fibres longues sont à raison recherchées par les filateurs à anneaux, mais elles ne sont pas la matière première idéale pour la filature à rotor. Lorsqu’il manque la finesse et la résistance. Examinons brièvement, l'importance dans le classement, des caractéristiques des fibres décrites ci-dessus, pour la filature à rotor.

11.7.1. Résistance

Que la résistance des fibres ait une influence directe sur la résistance du fil est aujourd'hui une évidence confirmée. La résistance mesurée des fibres peut être transposée exactement dans la résistance du fil et dans la résistance à la rupture du tissu. Des fibres de coton plus résistantes (env. 25 gf/tex) ne donnent pas seulement un tissu plus résistant, mais sont également la condition pour le filage de numéros plus fins à des vitesses de rotor plus élevées.

La technologie consiste, dans ce cas, à filer jusqu’au 𝑁𝑒 = 3 ÷ 60; 𝑁𝑚 = 5 ÷ 100; 𝑇𝑓 = 200 ÷10 avec (𝑁𝑒 = 0,591 𝑁𝑚), avec des vitesses de rotor allant jusqu’à 170 000 t/mn (la R 60 de

Rieter13). Une firme de SCHLAFHORST file déjà un ) 51(N 30 m eN 100 % coton à 90 000

t/mn et réalise des filés pour des articles de tissus mailles de très haute qualité.

11.7.2. Finesse

Dans la filature à rotor (à air), la finesse de la fibre détermine aussi bien la limite de filage (numéro de fil qu'il est possible de réaliser) que la torsion pratique réalisable, elle-même a une influence sur le toucher du tissu et la production en filature. 100 fibres à section est la limite au-dessous de laquelle le filage devient difficile (voir fig.11.41).

MicronaireNm

5080

6350

8470

12700

Tex

0,197

0,157

0,118

0,079

Ne

17 34 51 68 85

60 30 20 15 12

Nm

Tex

100 fibres à la section

Zone dangeureuse

Fig.13: Nombre de fibres est limite de filage pour filés de rotor 100% coton

10 20 30 40 50

2

3

4

5

Fig.11.41 : nombre de fibres et limite de filage pour filés de rotor 100%

coton

13 R 60 Rotor Spinning Machine : Rieter Machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406 Winterthur [email protected] [email protected]


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Comme déjà souligné, la finesse des fibres détermine le nombre de fibres à la section d'un fil donné. Dans la filature à rotor, on a constaté qu'avec un nombre de fibres plus élevé, dans la section du filé, la torsion du fil peut être réduite sans grande perte dans sa résistance et indépendamment de son numéro. Le diagramme de la fig.11.42 montre cette relation (ceci est valable aussi bien pour le coton que pour les fibres chimiques et leurs mélanges).

Une faible torsion lors du filage, ne se répercute pas seulement en vitesse de délivraison plus élevée = production plus élevée / unité = frais moins élevés, mais également dans le fait que les filés sont plus doux, ce qui donne au tissu un toucher plus doux.

Torsion (t/m)

2

3

4

5

Faible

Elevée

FaibleElevée

Fig.14: Influence de la finesse des fibres sur la torsion et la production

pour des filés rotor

Production en lbs/rotor/h

1 lbs= 453,593 gr

=0,033 , Torsion en t/poucee m

eT/"= Ne

Fig.11.42 : influence de la finesse des fibres sur la torsion et la

production pour des filés rotor

11.7.3. Longueur

Bien que la longueur des fibres ne vienne qu’au troisième rang d'importance dans les caractéristiques pour la filature à rotor, elle reste malgré tout importante. Pour l'obtention de meilleurs résultats, la longueur moyenne des fibres devrait être de 1" (1 pouce = 25,4 mm) ou plus longue et ceci avec un bon degré d'uniformité. Il a été démontré que la présence de fibres courtes dans le fil réduisent sa résistance et multiplient les irrégularités (Uster Cv %) et les imperfections et diminuent la production au filage.

La fig.11.43 montre l'influence du pourcentage de fibres courtes sur la résistance du fil et sa régularité.


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Faible

ElevéPourcentage de fibres courtes

Faible

Faible

ElevéElevé

Rés

ista

nce

du f

il

Ust

er C

v%

Fig.15: Influence du pourcentage de fibres courtes sur la résistance

et la régularité du fil OE

Fig.11.43 : influence du pourcentage de fibres courtes sur la

résistance et la régularité du fil OE

11.7.4. Propreté

L'absence totale de déchets et de poussières dans le coton, restera certainement le rêve des filateurs. Malheureusement les méthodes modernes de récolte et d'égrenage du coton ont augmenté ce problème et mis le filateur devant le choix, soit d'utiliser des trains de nettoyage coûteux, qui très souvent surmènent démesurément la matière, soit de tenir compte des arrêts pendant l'ensemble du processus. Les nouvelles technologies de filage à hautes performances sont particulièrement sensibles en ce qui concerne les casses de fil et la détérioration de la qualité dont l'origine est due aux différents types de déchets dans le coton. La fig.11.44 montre l'influence de la présence de poussières dans le coton sur la durée de vie des rotors.

Fig.16: Influence de la teneur en micro-poussières sur l'usure

de certains éléments en filature à rotor.

1000 5000 10 000 20 000

Durée de vie

des rotors (heures)

50

500

1000

Mic

ro-p

ouss

ière

s

en m

g/k

g d

e fi

l

Fig.11.44 : influence de la teneur en micropoussières sur l’usure des

rotors


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11.8. CALCUL TECHNOLOGIQUE DE LA MACHINE A ROTOR BD 200

Le calcul technologique a été effectué sur le tableur Excel, aussi le détail des calculs est donné en annexe ou bien en suivant le lien sur le fichier « Calcul de la BD 200 ».


../Cours%20Promo_2/10_Open%20End/Calcul+de+la+BD+200.xlsx

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Bibliographie

1. R 923 Rotor spinning machine. Machine and technological data. Rieter machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406 Winterthur

2. R 60 Rotor Spinning Machine. Machine data and technical data. Rieter machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406 Winterthur.

3. W. Klein: New spinning systems. Manual of textile technology; the Textile Institute, 1993. ISBN 1 870812 55 7.

4. Carl A. Lawrence, Ph.D. FUNDAMENTALS of SPUN YARN TECHNOLOGY. CRC PRESS, Boca Raton London - New York - Washington, D.C. 2003.

5. USTER ZWEIGLE TWIST TESTER 5; USTER STATISTICS for twist measurement. Uster technologies AG: Sonnenbergstrasse10 CH-8510 Uster/Switzerland; July 2009.

6. USTER ZWEIGLE TWIST TESTER 5; Measurement and significance of yarn twist, Uster technologies AG: Sonnenbergstrasse10 CH-8510 Uster/Switzerland; July 2009.

7. Helmut DEUSSEN, American Schlafhorst Company

8. R 60 Rotor Spinning Machine : Rieter Machine Works Ltd. Klosterstrasse 20 CH-8406 Winterthur [email protected]

Sites web

1. http://depart.zzti.edu.cn/foreign/Files/File/24RotorPrinciple.pdf

2. http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/incidence-des-proprietes-de-la-fibre-de-coton-sur-les-performances-la-qualite-et-les-couts/

3. http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/friction/

4. http://[email protected]

5. http://www.uster.com


http://depart.zzti.edu.cn/foreign/Files/File/24RotorPrinciple.pdf



http://www.guidedecoton.org/guide-du-coton/friction/



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