ES2230094T3 - Procedimiento de fabricacion con deteccion de rotura de hilo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación de un hilo (3) continuo en el cual se forma una multiplicidad de filamentos continuos por estiramiento mecánico de una multiplicidad de hilillos de uno o varios materiales termoplásticos fundidos, y se reúnen estos filamentos en, al menos, un hilo (3), caracterizado porque se controla permanentemente la tensión ejercida por un conjunto de algunos o de la totalidad de estos filamentos detectando el paso de esta tensión por debajo de un valor predeterminado que indica la rotura de los primeros filamentos.

Description

Procedimiento de fabricación con detección de rotura de hilo.

La presente invención se refiere al ámbito de las fibras de refuerzo y de los materiales compuestos y, en particular, a la fabricación de hilos de vidrio a partir de una multiplicidad de filamentos.

La fabricación de hilos de vidrio de refuerzo se hace de modo conocido a partir de hilillos de vidrio fundido que fluyen de los orificios de hileras. Estos hilillos son estirados en forma de filamentos continuos, y estos filamentos son reunidos en hilos de base, los cuales son recogidos después.

Antes de su reunión en forma de hilos, los filamentos son revestidos de un ensimado por paso por un órgano ensimador. Este depósito es necesario para la obtención de los hilos y permite su asociación con otros materiales orgánicos y/o inorgánicos para realizar materiales compuestos.

El ensimado sirve, en primer lugar, de lubricante y protege los hilos de la abrasión resultante del rozamiento a gran velocidad de los hilos sobre diversos órganos durante el procedimiento anteriormente citado.

El ensimado puede, igualmente, asegurar, especialmente después de la polimerización, la integridad de los hilos antes mencionados, es decir, la reunión de los filamentos entre sí en el seno de los hilos. Esta integridad se busca, especialmente, en las aplicaciones textiles, donde los hilos son sometidos a fuertes tensiones mecánicas. En efecto, si los filamentos son poco solidarios unos de otros, estos se rompen más fácilmente y perturban el funcionamiento de las máquinas textiles. Los hilos no integrados se consideran, además, como difíciles de manipular.

Sin embargo, el ensimado se emplea, igualmente, en casos en que no se busca esta integridad, como en las fibras de refuerzo, cuando se busca una velocidad elevada de impregnación por el material que hay que reforzar. Así, en la fabricación, por ejemplo, de tubos por técnicas de impregnación directa y de enrollamiento de filamentos, se ponen en práctica hilos abiertos en los cuales los filamentos están disociados unos de otros. Se utilizan, entonces, cantidades de ensimado pequeñas, especialmente, inferiores al 0,5% en peso.

El ensimado facilita, igualmente, la mojadura y/o la impregnación de los hilos por los materiales que hay que reforzar y ayuda a la creación de uniones entre los citados hilos y los citados materiales. De la calidad de la adhesión del material a los hilos, y de la aptitud para la mojadura y/o la impregnación de los hilos por el material, dependen, especialmente, las propiedades mecánicas de los materiales compuestos obtenidos a partir del citado material y de los citados hilos.

La mayoría de los ensimados utilizados actualmente son ensimados acuosos simples de manipular, pero que, para ser eficaces, deben ser depositados en grandes cantidades sobre los filamentos. El agua representa, generalmente, más del 90% en peso de estos ensimados (especialmente, por razones de viscosidad), lo que obliga a secar los hilos antes de su utilización, pudiendo perjudicar el agua la buena adhesión entre los hilos y los materiales que hay que reforzar. Estos secados son largos y costosos y su eficacia no es siempre óptima; estos necesitan la puesta en práctica de estufas de gran capacidad. Además, cuando estos se hacen durante la operación de fibrado (es decir, antes de la recogida de los hilos obtenidos por reunión de los filamentos), a nivel de los filamentos (véase el documento WO 92/05122), o a nivel de los hilos (véase el documento US- A 3 853 605), se necesita la implantación de dispositivos de secado en cada hilera y cuando se hacen en enrollamientos de hilos, implican riesgos de migración irregular y/o selectiva de los componentes del ensimado en el seno de los enrollamientos (teniendo ya los ensimados acuosos tendencia a repartirse sobre los hilos de modo irregular debido a su naturaleza) y, eventualmente, de fenómenos de coloración de los hilos o de deformación de los enrollamientos. Por otra parte, la deformación de los enrollamientos se observa frecuentemente, en ausencia de secado, en los enrollamientos de bordes rectos (hilos de fibra de vidrio) de hilos finos (es decir, que presentan un "título" o "masa por unidad de longitud" de 300-600 tex/(g/km) o menos) revestidos de ensimados acuo-
sos.

Para poner remedio a este tipo de inconvenientes, se ha desarrollado un nuevo tipo de ensimados prácticamente desprovistos de disolventes, denominados anhidros. Los ensimados anhidros son soluciones polimerizables y/o reticulables que, eventualmente, contienen disolventes orgánicos y/o agua en pequeñas proporciones, en general, inferiores al 5% en peso. Estos, ventajosamente, se distinguen de los ensimados acuosos por su aptitud para repartirse de manera homogénea y uniforme en la superficie de los filamentos, es decir, formando películas de espesores constantes, y porque hacen inútil cualquier tratamiento posterior de secado o de eliminación del disolvente, porque las pequeñas cantidades de éste se evaporan durante el depósito del ensimado sobre los filamentos y la polimerización del ensimado.

Por otra parte, las cantidades de ensimado anhidro depositadas sobre los filamentos son mucho menores que las de ensimado acuoso; así, en un depósito por medio de un rodillo ensimador, se forma en la superficie de éste una película de espesor que no llega a 15 \mum en el caso de un ensimado anhidro, en lugar de una película de 90 \mum de espesor, aproximadamente, para un ensimado acuoso. Estas menores cantidades de ensimado anhidro son, por lo demás, depositadas sobre los filamentos con un rendimiento muy superior, que puede llegar al 100% en una elección adecuada de las condiciones operativas, mientras que este rendimiento es, generalmente, del orden del 40% al 75% con los ensimados acuosos.

Los ensimados anhidros se reparten, principalmente, en tres categorías.

La primera reagrupa los ensimados polimerizables con la radiación ultravioleta, tales como los descritos en la patente EP 0 570 283, y comprenden, por ejemplo:

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al menos, un monómero y/u oligómero mono- o poliinsaturado del tipo poliéster acrilato, epoxi acrilato, compuesto siliconado, uretano acrilato;

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al menos, un fotoiniciador, tal como la benzoina, la acetofenona, la benzofenona, la sulfonilacetofenona y sus derivados, así como las tioxantonas;

-

en su caso, al menos, un disolvente orgánico; y, eventualmente

-

aditivos, tales como, al menos, un agente mojante, un promotor de adhesión, un agente anticontracción, un agente de puenteo consistente en un silano.

La segunda familia de ensimados anhidros es la de los ensimados polimerizables y/o reticulables térmicamente, tales como los descritos en las solicitudes de patentes FR 2 713 625 y FR 2 743 361.

A título de ejemplo, el sistema de base de estas composiciones, comprende:

-

un constituyente acrílico y un peróxido iniciador radicalar térmico,

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o un constituyente epoxídico y un constituyente anhidro que se polimerizan al reaccionar uno con otro.

La tercera categoría de ensimados anhidros forma parte de la enseñanza de la solicitud FR 2 763 328; se trata de los ensimados polimerizables a temperatura ambiente, cuyos sistemas de base pueden contener uno o varios monómeros homopolimerizables y/o, al menos, dos monómeros copolimerizables sin aportación exterior de energía. En la hipótesis de una copolimerización de dos monómeros o mezclas de monómeros, estos pueden ser depositados sobre los filamentos en forma de su mezcla en solución, inmediatamente después de que esta mezcla se haya formado, o en forma de una primera solución estable que contiene el primer monómero o mezcla de monómeros y de una segunda solución estable que contiene el segundo monómero o mezcla de monómeros. En esta última variante, la primera solución es aplicada sobre los filamentos, la segunda lo es posteriormente, como muy tarde durante la reunión de los filamentos en hilos. En cualquier caso, la copolimerización empieza, en general, desde el momento de la puesta en presencia, uno con otro, del primero y del segundo monómeros o mezclas de monómeros de los filamentos y, en su caso, del catalizador o de los catalizadores
requeridos.

Los tratamientos de exposición a la radiación ultravioleta y los tratamientos térmicos requeridos para polimerizar los ensimados de los dos primeros tipos anteriormente citados, se efectúan en una o varias veces, después de la reunión de los filamentos en hilos. Algunas veces, de acuerdo con la utilización prevista y la naturaleza de los hilos, se efectúa, así, un pretratamiento de irradiación o de calentamiento en el momento de la recogida de los hilos en diversas formas de enrollamientos, de manera que se polimeriza el ensimado, cuya polimerización propiamente dicha se realiza en un tratamiento posterior de irradiación o de calentamiento, cuando el hilo es desenrollado con miras a la puesta en práctica específica a la cual está destinado, textil, o de refuerzo de materiales orgánicos o inorgánicos. En efecto, el hilo revestido de la composición todavía no polimerizada no presenta una integridad en el sentido ordinario del término, porque los filamentos enfundados que le constituyen pueden deslizar uno sobre otro. Este hilo es, entonces, fácilmente manipulable y, cuando es bobinado en forma de enrollamientos, puede ser extraído fácilmente de los enrollamientos sin haber sufrido previamente tratamiento de polimerización del ensimado. El hilo revestido de la composición de ensimado todavía no polimerizada tiene, por otra parte, una aptitud muy buena para la mojadura y para la impregnación por materiales que hay que reforzar, pudiendo, así, hacerse la impregnación más rápidamente (ganancia de productividad) y presentando, así, los materiales compuestos obtenidos un aspecto más homogéneo y ciertas propiedades mecánicas mejoradas.

Sin embargo, como se describe en la patente EP 0 570 283, la polimerización del ensimado por irradiaciones ultravioletas de un hilo en forma de enrollamiento puede comprender, igualmente, ventajas.

Uno de los problemas que se plantean con más intensidad en el transcurso de la fabricación de hilos constituidos, al menos en parte, de vidrio, es el de la rotura, que se desea evitar todo lo posible. En efecto, cuando uno o varios de los filamentos destinados a constituir el hilo empiezan a romperse, sobrevienen rápidamente graves consecuencias. En primer lugar, hay que destacar que el ensimado que recubre los filamentos actúa como un pegamento; cuando un filamento así recubierto de ensimado se rompe, éste tiene todavía más tendencia a adherirse a todos los elementos con los cuales entra en contacto cuanto que es adhesivo. Éste corre el riesgo de ser arrastrado en los diversos mecanismos en rotación, de provocar el arranque de otros filamentos que hasta entonces han preservado su integridad y de provocar la formación de enrollamientos susceptibles de deteriorar elementos de depósito del ensimado, tales como fieltros, raspadores, o de rayar la superficie de los rodillos ensimadores.

Por otra parte, la rotura de uno o varios filamentos tiene como otra grave consecuencia la formación de gotas de material fundido, especialmente de vidrio, cuya caída constituye un riesgo de incendio, por ejemplo, por inflamación del ensimado, más o menos espontáneo, en particular, en el caso del ensimado anhidro. Por otra parte, la caída de gotas de filamentos fundidos sobre el rodillo ensimador degrada la superficie, lo que perjudica el depósito regular del ensimado y puede provocar nuevas roturas después de una reactivación posterior.

La técnica anterior conoce, por los documentos US 3 580 178, US 4 036 622 y FR 2 020 384, procedimientos que permiten detectar la rotura completa del hilo después del ensamblaje de los filamentos o la rotura completa de filamentos antes del ensamblaje.

Otro problema sobreviene cuando la rotura se produce a nivel de los filamentos periféricos; el equilibrio dinámico del sistema se perturba, entonces, relativamente poco, de modo que el fibrado y el bobinado pueden proseguir produciendo un hilo cada vez más fino. Las consecuencias pueden ser más o menos graves, especialmente, en el caso de un hilo de fibra de vidrio destinado a la producción de un tejido o de rejillas en las cuales se requiere una cierta resistencia, tales como rejillas-soportes para muelas abrasivas.

Por consiguiente, es importante detectar la rotura de los primeros filamentos lo más pronto posible a fin de tomar las disposiciones que permitan evitar que sobrevengan los problemas que acaban de describirse o la destrucción de elementos que contengan polímeros tales como los tubos, hilos eléctricos, componentes de captadores ... Estas disposiciones pueden consistir en el mando de la inmovilización del rodillo ensimador, del cierre de la caperuza de protección del rodillo ensimador, de la inmovilización de la devanadora ...

Con este fin, la invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación de un hilo continuo en el cual se forma una multiplicidad de filamentos continuos por estiramiento mecánico de una multiplicidad de hilillos de uno o de varios materiales termoplásticos fundidos y se reúnen estos filamentos en, al menos, un hilo. Este procedimiento se distingue por el hecho de que se controla permanentemente la tensión ejercida por un conjunto de algunos o de la totalidad de estos filamentos, detectando el paso de esta tensión por debajo de un valor predeterminado. Este valor se elige, caso a caso, de acuerdo con la invención, de manera que se indique la rotura del menor número posible de filamentos, pero con un grado de certidumbre casi absoluto. Se requiere, por tanto, una gran sensibilidad de detección, necesitando la utilización de montajes de puesta a punto y de regulación extremadamente precisos y/o de detectores particulares, también precisos.

De acuerdo con un modo de realización particularmente práctico de la invención, la tensión controlada es ejercida por el conjunto antes mencionado de filamentos sobre una ruleta que presenta una garganta periférica en la cual estos están insertados. Se trata, oportunamente, de la ruleta de reunión, en cuya garganta se insertan una multiplicidad de filamentos de direcciones incidentes diferentes y convergentes, de tal modo que forman una única hebra, producto intermedio en la fabricación del hilo.

Los modos de unión del conjunto de filamentos cuya tensión hay que controlar por medio del control de esta tensión son diversos.

De acuerdo con una primera variante, el conjunto de filamentos está unido a una palanca de tal modo que ésta pivota cuando la tensión controlada pasa por debajo del valor umbral predeterminado, siendo accionado, entonces, un detector magnético. Esta variante está ilustrada en detalle en la descripción de los dibujos anejos.

La segunda y tercera variantes permiten, ventajosamente, el empleo de una ruleta de reunión casi fija: una característica de este tipo presenta, especialmente, un gran interés por la facilidad de reactivación de la máquina con respecto a la obtenida con la primera variante anterior. Este tipo de modo de realización del procedimiento, no solamente impide cualquier rotación de la ruleta, sino que, además, hace poco recomendable cualquier otro movimiento debido a la presencia de los aparatos auxiliares que equipan necesariamente la ruleta, tal como conductos, captadores, sistema de pulverización, de reactivación... Así, de acuerdo con una segunda y una tercera variante, la tensión de los filamentos es controlada por medio de una galga de tensión que trabaja a flexión, respectivamente, a torsión. Una galga de tensión es apta para detectar variaciones de tensión muy pequeñas.

Ventajosamente, como se explicó anteriormente, la ruleta de reunión está montada, entonces, casi fija en un árbol. En un caso, la galga de tensión está montada longitudinalmente con respecto al árbol de tal modo que ésta sea sometida a una flexión cuando se rompan filamentos provocando una variación de la tensión ejercida por el conjunto de los filamentos sobre la ruleta de reunión. En el otro caso, el árbol es susceptible de una rotación muy pequeña, imperceptible para un observador, y la galga de tensión está montada coaxialmente con respecto al eje de esta rotación de tal modo que ésta sea sometida a una torsión cuando se rompan filamentos.

La utilización de una galga de tensión que trabaja a torsión de acuerdo con una tercera variante, permite, además, ventajosamente, una medición real continua de la tensión del hilo. Esto no es posible de acuerdo con la segunda variante, en la cual la fuerza detectada comprende una componente de rozamiento susceptible de variar en función de criterios complejos.

De acuerdo con el modo de realización más corriente del procedimiento de la invención, todos los filamentos que constituyen el hilo son de vidrio. Sin embargo, la invención no excluye la variante en la cual el hilo esté constituido de filamentos de vidrio y de filamentos de un segundo material termoplástico, especialmente, orgánico. Sólo los filamentos de vidrio pueden estar provistos, entonces, de un depósito de ensimado o de un primer constituyente de ensimado, estando revestidos los filamentos orgánicos de un segundo constituyente de ensimado, eventualmente, susceptible de reaccionar con el primer constituyente. Por filamentos orgánicos, se entienden filamentos polímeros termoplásticos, tales como de poliolefina (polietileno, polipropileno), poliamida o poliéster. Estos filamentos polímeros pueden ser proyectados entre los filamentos de vidrio ya ensimados, antes de la reunión de todos estos filamentos en hilo, como se describe en la patente EP 0 599 695.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto en la descripción que sigue de los dibujos anejos, en los cuales las figuras 1 y 2 representan un modo de realización de la primera variante del procedimiento mencionado anteriormente, en ausencia, respectivamente en presencia, de rotura de filamentos.

Una ruleta de reunión 1 comprende una garganta periférica 2 en la cual recibe una multiplicidad de filamentos de direcciones convergentes reunidos en una hebra 3. La ruleta 1 está montada a pivotamiento en un árbol 4 que a su vez pivota con respecto a un eje 5 situado dentro de una caja 6. Ésta está fijada de manera correspondiente a una posición de la hoja de la figura 1, el eje mayor horizontal (posición que se conservará en las explicaciones que siguen) y la longitud superior levantada hacia arriba, es decir, en posición desfasada del eje 5 a partir de la dirección vertical. El árbol 4 comprende, a nivel del eje 5, una uña metálica 7 sensiblemente perpendicular al árbol 4. Por otra parte, dentro de la caja 6 está instalada una célula de detección magnética 8. Cuando la tensión ejercida por los filamentos de la hebra 3 sobre la ruleta 1 es, al menos, igual a un valor fijo dependiente del peso y de la configuración de los elementos del dispositivo, es decir, cuando, por ejemplo, todos los filamentos de la hebra 3 han preservado su integridad, como está representado en la figura 1, la fuerza aplicada por la hebra 3 sobre la ruleta 1, dirigida hacia arriba y a la derecha en el dibujo, compensa el peso de la ruleta de manera que inmoviliza el árbol 4 en la posición representada en la figura 1, en la cual la uña metálica 7 está colocada frente a la célula 8. Ésta, al detectar la uña 7, aplica una tensión de 10 voltios.

Cuando, por el contrario, un cierto número de filamentos se rompe, la tensión ejercida por la hebra 3 se hace inferior al valor fijo antes citado, la fuerza reactiva aplicada por la hebra 3 no compensa el peso de la ruleta 1, y el árbol 4 pivota en el sentido de las agujas de un reloj de modo que la uña metálica 7 es desplazada fuera del campo de detección de la célula 8. Esta aplica, entonces, una tensión de 0 voltios que manda funciones, tales como la parada del rodillo ensimador, el cierre de la caperuza de protección de este último, la parada de la devanadora en la cual se enrolla el hilo obtenido...

Así, la invención pone a disposición un procedimiento en el cual se detecta muy pronto la rotura del hilo, desde el momento de la rotura de los primeros filamentos y en todo caso mucho antes de la rotura de la totalidad de la hebra, a fin de que puedan tomarse las medidas que permitan evitar que los problemas que se derivan de la rotura (arrastre de fibras en mecanismos en rotación, propagación y amplificación del fenómeno de arranque de fibras, deterioro de los mecanismos en rotación, incendio...) lleguen a un grado de gravedad demasiado importante.

Claims (8)

1. Procedimiento de fabricación de un hilo (3) continuo en el cual se forma una multiplicidad de filamentos continuos por estiramiento mecánico de una multiplicidad de hilillos de uno o varios materiales termoplásticos fundidos, y se reúnen estos filamentos en, al menos, un hilo (3), caracterizado porque se controla permanentemente la tensión ejercida por un conjunto de algunos o de la totalidad de estos filamentos detectando el paso de esta tensión por debajo de un valor predeterminado que indica la rotura de los primeros filamentos.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión controlada es ejercida por el citado conjunto de filamentos sobre una ruleta (1) que presenta una garganta periférica (2) en la cual son insertados.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el citado conjunto de filamentos está unido a una palanca de tal modo que ésta pivota cuando la tensión controlada pasa por debajo del citado valor predeterminado siendo accionado, entonces, un detector magnético.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la tensión es controlada por medio de una galga de tensión que trabaja a flexión.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la tensión es controlada por medio de una galga de tensión que trabaja a torsión.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los filamentos están constituidos exclusivamente de vidrio.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los filamentos están constituidos de vidrio y de, al menos, un segundo material termoplástico.

8. Hilera de fabricación de un hilo (3) continuo por conformado de una multiplicidad de filamentos continuos obtenidos estirando mecánicamente una multiplicidad de hilillos de uno o varios materiales termoplásticos fundidos y por reunión de los citados filamentos, caracterizada porque comprende medios de control permanente de la tensión ejercida por un conjunto de algunos o de la totalidad de los citados filamentos, siendo, además, los citados medios capaces de detectar el paso de esta tensión por debajo de un valor predeterminado que indica la rotura de los primeros filamentos.