Fil

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Contexte

Le fil se compose de plusieurs brins de matériau torsadés ensemble. Chaque brin est, quant à lui, constitué de fibres, toutes plus courtes que le morceau de fil qu'elles forment. Ces fibres courtes sont filées en filaments plus longs pour fabriquer le fil. Les longs brins continus peuvent ne nécessiter qu'une torsion supplémentaire pour les transformer en fils. Parfois, ils sont soumis à un processus supplémentaire appelé texturation.

Les caractéristiques du filé dépendent, en partie, de la quantité de torsion donnée aux fibres pendant le filage. Un degré de torsion assez élevé produit un fil solide; une faible torsion produit un fil plus doux et plus brillant ; et une torsion très serrée produit du fil de crêpe. Les fils sont également classés selon leur nombre de parties. Un fil unique est constitué d'un groupe de filaments ou de fibres discontinues torsadées ensemble. Les fils de pli sont fabriqués en tordant deux ou plusieurs fils simples. Les fils de corde sont fabriqués en torsadant ensemble deux ou plusieurs fils de pli.

Près de huit milliards de livres (3,6 milliards de kg) de filés ont été produits aux États-Unis en 1995, dont 40 % sont produits en Caroline du Nord seulement. Plus de 50 % des fils filés sont fabriqués à partir de coton. Les fils texturés, frisés ou gonflés représentaient la moitié du total filé. Le fil texturé a un volume plus élevé en raison de traitements physiques, chimiques ou thermiques. Le fil frisé est composé de fibres thermoplastiques de forme déformée. Le fil en vrac est formé de fibres qui sont intrinsèquement volumineuses et ne peuvent pas être étroitement emballées.

Le fil est utilisé pour fabriquer des textiles à l'aide de divers procédés, notamment le tissage, le tricotage et le feutrage. Près de quatre milliards de livres (1,8 milliard de kg) de fil à tisser, trois milliards de livres (1,4 kg) de fil à tricoter à la machine et un milliard de livres (450 millions de kg) de fil pour tapis et moquettes ont été produits aux États-Unis en 1995. Le L'industrie textile américaine emploie plus de 600 000 travailleurs et consomme environ 16 milliards de livres (7 milliards de kg) de fibre industrielle par an, avec des bénéfices estimés à 2,1 milliards de dollars en 1996. Les exportations représentent plus de 11 % des ventes de l'industrie, approchant 7 milliards de dollars. L'industrie du vêtement emploie un autre million de travailleurs.

Historique

Les fibres naturelles - coton, lin, soie et laine - représentent les principales fibres disponibles pour les civilisations anciennes. Les premiers échantillons connus de fils et de tissus de toutes sortes ont été trouvés près de Robenhausen, en Suisse, où des faisceaux de fibres et de fils de lin et des fragments de tissu de lin à armure toile avaient environ 7 000 ans.

Le coton est également cultivé et utilisé pour fabriquer des tissus depuis au moins 7 000 ans. Il a peut-être existé en Égypte dès 12 000 av. Des fragments de tissus de coton ont été trouvés par des archéologues au Mexique (à partir de 3500 BC )., en Inde (3000 BC ), au Pérou (2500 av. J.-C. ) et dans le sud-ouest des États-Unis (500 BC ). Le coton n'a atteint une importance commerciale en Europe qu'après la colonisation du Nouveau Monde. La culture de la soie est restée une spécialité des Chinois depuis ses débuts (2600 BC ) jusqu'au VIe siècle, lorsque les vers à soie ont été élevés pour la première fois dans l'Empire byzantin.

Les fibres synthétiques ne sont apparues que bien plus tard. Le premier synthétique, la rayonne, fabriqué à partir de fibres de coton ou de bois, a été développé en 1891, mais n'a été produit commercialement qu'en 1911. Près d'un demi-siècle plus tard, le nylon a été inventé, suivi des différentes formes de polyester. Les fibres synthétiques ont réduit la demande mondiale de fibres naturelles et élargi les applications.

Jusqu'à environ 1300, le fil était filé sur le fuseau et le verticille. Un fuseau est un bâton arrondi aux extrémités effilées auquel les fibres sont attachées et torsadées; une spire est un poids attaché à la broche qui agit comme un volant d'inertie pour maintenir la rotation de la broche. Les fibres étaient tirées à la main d'un faisceau de fibres cardées attachées à un bâton appelé quenouille. Dans le cardage à la main, les fibres sont placées entre deux planches recouvertes de cuir, à travers lesquelles dépassent de fins crochets métalliques qui attrapent les fibres lorsqu'une planche est tirée doucement sur l'autre.

Le fuseau, qui pend des fibres, tord les fibres lorsqu'il tourne vers le bas et file une longueur de fil lorsqu'il s'éloigne du faisceau de fibres. Lorsque la broche atteint le sol, la fileuse enroule le fil autour de la broche pour le fixer, puis recommence le processus. Ceci est continué jusqu'à ce que toute la fibre soit filée ou jusqu'à ce que la broche soit pleine.

Une amélioration majeure a été le rouet, inventé en Inde entre 500 et 1000 A.D. et utilisé pour la première fois en Europe au Moyen Âge. Une broche montée horizontalement est reliée à une grande roue à entraînement manuel par une bande circulaire. La quenouille est montée à une extrémité du rouet et la fibre est acheminée à la main jusqu'à la broche, qui tourne pendant que la roue tourne. Un composant appelé le dépliant tord le fil juste avant qu'il ne soit enroulé sur une bobine. La broche et la canette sont fixées à la roue par des pièces séparées, de sorte que la canette tourne plus lentement que la broche. Ainsi, le fil peut être tordu et enroulé en même temps. Environ 150 ans plus tard, la roue saxonne a été introduite. Actionnée par une pédale, la roue saxonne laissait aux deux mains la liberté de travailler les fibres.

Un certain nombre de développements au cours du XVIIIe siècle ont encore mécanisé le processus de filature. En 1733, la navette volante a été inventée par John Kay, suivie par la jenny de filature de Hargreaves en 1766. La jenny comportait une série de broches alignées, permettant à un opérateur de produire de grandes quantités de fil. Plusieurs années plus tard, Richard Arkwright a breveté le métier à filer, une machine qui utilisait une série de rouleaux rotatifs pour extraire les fibres. Une décennie plus tard, la machine à mules de Samule Cromptons a été inventée, qui pouvait filer n'importe quel type de fil en une seule opération continue.

Le cadre en anneau a été inventé en 1828 par l'Américain John Thorp et est encore largement utilisé aujourd'hui. Ce système implique des centaines de broches montées verticalement à l'intérieur d'un anneau métallique. De nombreuses fibres naturelles sont maintenant filées par le système à extrémité ouverte, où les fibres sont tirées par air dans une coupelle à rotation rapide et tirées de l'autre côté en tant que fil fini.

Matières premières

Environ 15 types de fibres différents sont utilisés pour fabriquer du fil. Ces fibres se répartissent en deux catégories, naturelles et synthétiques. Les fibres naturelles sont celles qui sont obtenues à partir d'une plante ou d'un animal et sont principalement utilisées dans le tissage des textiles. La fibre végétale la plus abondante et la plus couramment utilisée est le coton, récolté à partir de l'ébullition du coton ou de la gousse lorsqu'il est mûr. En fait, le coton est la fibre la plus vendue en Amérique, dépassant toutes les fibres synthétiques combinées.

Les fibres extraites de la feuille ou de la poupe de la plante sont généralement utilisées pour la corde. D'autres fibres végétales comprennent l'acétate (fabriqué à partir de pâte de bois ou de linters de coton) et le lin, fabriqué à partir de lin, une fibre végétale. Les fibres animales comprennent la laine, fabriquée à partir de poils de mouton, et le mohair, fabriqué à partir de chèvres angora et de lapins. La soie est une protéine extrudée en longs brins continus par le ver à soie lorsqu'il tisse son cocon.

Les fibres synthétiques sont fabriquées en forçant une solution épaisse de produits chimiques polymérisés à travers des buses de filière et en durcissant le filament résultant dans un bain chimique. Ceux-ci comprennent l'acrylique, le nylon, le polyester, la polyoléfine, la rayonne, le spandex et le triacétate. Certaines de ces fibres ont des caractéristiques similaires aux fibres naturelles sans les problèmes de retrait. D'autres fibres ont des propriétés spéciales pour des applications spécifiques. Par exemple, le spandex peut être étiré à plus de 500 % sans se rompre.

Les fibres sont expédiées en balles, qui sont ouvertes à la main ou à la machine. Le ramasseur détache et sépare les morceaux de fibre et nettoie également la fibre si nécessaire. La carde sépare les fibres et les tire sous une forme quelque peu parallèle. La fine nappe de fibres formée passe ensuite à travers un dispositif en forme d'entonnoir qui produit un brin en forme de corde de fibres parallèles. Les rouleaux allongent le brin, appelé ruban, en un seul brin plus uniforme auquel on donne une petite quantité de torsion et qui est introduit dans de grandes boîtes.

Le processus de fabrication

Il existe trois grands procédés de filature :le coton, laine peignée ou à fibres longues, ou la laine. Les fibres synthétiques discontinues peuvent être fabriquées avec n'importe lequel de ces procédés. Étant donné que plus de fil est produit avec le processus du coton que les deux autres, sa fabrication est décrite ci-dessous.

Préparation des fibres

• 1 Les fibres sont expédiées en balles, qui sont ouvertes à la main ou à la machine. Les fibres naturelles peuvent nécessiter un nettoyage, tandis que les fibres synthétiques ne nécessitent qu'une séparation. Le ramasseur détache et sépare les morceaux de fibre et nettoie également la fibre si nécessaire. Le mélange de différentes fibres discontinues peut être requis pour certaines applications. Le mélange peut être effectué pendant la formation de la nappe, pendant le cardage ou pendant l'étirage. Les quantités de chaque fibre sont mesurées avec soin et leurs proportions sont constamment maintenues.

Cardage

• 2 La carde est équipée de centaines de fils fins qui séparent les fibres et les tirent dans une forme quelque peu parallèle. Une fine nappe de fibres est formée et, au fur et à mesure qu'elle se déplace, elle passe à travers un dispositif en forme d'entonnoir qui produit un brin de fibres parallèles en forme de corde. Le mélange peut avoir lieu en joignant des nappes de fibres différentes.

Peignage

• 3 Lorsqu'un fil plus lisse et plus fin est requis, les fibres sont soumises à une autre méthode de mise en parallèle. Un dispositif en forme de peigne organise les fibres sous une forme parallèle, les fibres courtes tombant du brin.

Tirage

• 4 Après cardage ou peignage, la masse fibreuse est appelée ruban. Plusieurs rubans sont combinés avant ce processus. Une série de rouleaux tournant à différentes vitesses allonge le ruban en un seul brin plus uniforme qui reçoit une petite torsion et est introduit dans de grandes boîtes. Les éclats cardés sont tirés deux fois après le cardage. Les rubans peignés sont tirés une fois avant le peignage et deux fois de plus après le peignage.

Torsion

• 5 Le ruban est acheminé à travers une machine appelée cadre à broches, où les brins de fibre sont encore allongés et reçoivent une torsion supplémentaire. Ces brins sont appelés les mèches.

Tournage

• 6 Les systèmes commerciaux prédominants de formation de fil sont la filature à anneaux et la filature à fibres ouvertes. Dans la filature à anneaux, la mèche est alimentée depuis la bobine par des rouleaux. Ces rouleaux allongent la mèche qui passe dans l'œillet en descendant Le ruban est acheminé dans une machine appelée cadre à broches, où les brins de fibre sont encore allongés et reçoivent un supplément tourner. Les systèmes commerciaux prédominants de formation de fil sont le filage à anneaux et le filage à bout ouvert. La filature à bout ouvert omet l'étape de mèche. et par le voyageur. Le voyageur se déplace librement autour de l'anneau fixe à 4 000 à 12 000 tours par minute. La broche fait tourner la canette à vitesse constante. Cette rotation de la bobine et le mouvement du chariot tord et enroule le fil en une seule opération.

• 7 La filature à bout ouvert omet l'étape de mèche. Au lieu de cela, un ruban de fibres est introduit dans la filière par un courant d'air. Le ruban est acheminé vers un batteur rotatif qui sépare les fibres en un mince flux qui est transporté dans le rotor par un courant d'air à travers un tube ou un conduit et est déposé dans une rainure en forme de V le long des côtés du rotor. Lorsque le rotor tourne, une torsion se produit. Un flux constant de nouvelles fibres pénètre dans le rotor, est distribué dans la rainure et est retiré à l'extrémité du fil formé.

Contrôle qualité

L'automatisation a facilité l'obtention de la qualité, grâce à l'électronique contrôlant les opérations, les températures, les vitesses, les torsions et l'efficacité. L'American Society for Testing of Materials a également établi des méthodes normalisées pour déterminer des propriétés telles que la force de traction, le volume et le retrait.

Le futur

Les systèmes de filature et les machines de fabrication de fil continueront de s'automatiser et seront intégrés dans une unité de fabrication plutôt que dans un processus distinct. Des machines à filer ont déjà été développées qui combinent les fonctions de cardage et d'étirage. Les cadences de production augmenteront de plusieurs ordres de grandeur au fur et à mesure que les machines deviendront disponibles avec encore plus de broches. Les équipements commandés par robot deviendront la norme.

Les producteurs de fils nationaux continueront d'être menacés par la concurrence des pays asiatiques, car ces pays continuent d'acheter les dernières technologies en matière de machines textiles. Des prix des matériaux nationaux plus élevés n'aideront pas, car le coût de la matière première peut représenter jusqu'à 73 % du coût total de production du fil. Les producteurs de fil américains continueront de former des alliances avec leurs clients et les clients de leurs clients pour rester compétitifs. L'industrie textile noue également des partenariats uniques. L'American Textile Partnership est un programme de recherche et de développement collaboratif entre l'industrie, le gouvernement et les universités visant à renforcer la compétitivité de l'industrie américaine.

Un autre défi permanent pour l'industrie sera la conformité avec des réglementations environnementales plus strictes. Le recyclage est déjà un problème et des processus sont en cours de développement pour fabriquer du fil à partir de déchets, y compris le denim. Les producteurs de fil devront intégrer des mesures de prévention de la pollution pour respecter les restrictions relatives à la qualité de l'air et de l'eau. Les fabricants d'équipements continueront de jouer un rôle important dans cette entreprise.

Le génie génétique sera de plus en plus utilisé pour développer des fibres aux propriétés uniques. Les chercheurs ont développé des plants de coton génétiquement modifiés, dont les fibres sont particulièrement efficaces pour retenir la chaleur. Chaque fibre est un mélange de coton normal et de petites quantités d'un plastique naturel appelé polyhydroxybutyrate. Il est prévu que les propriétés de liaison des colorants et une plus grande stabilité seront possibles avec les nouvelles fibres de la prochaine génération.

De nouvelles fibres synthétiques seront également développées qui combinent les meilleures qualités de deux polymères différents. Certaines de ces fibres seront produites par un processus chimique, tandis que d'autres seront générées biologiquement en utilisant des levures, des bactéries ou des champignons.