Evaluation of Wrapper Fibre Percentage in Lyocell Air-Jet Spun Yarns: Development of a New Method and Analysis of Its Relationship to Yarn Properties
Cet article présente une méthode objective, basée sur des règles, pour quantifier le pourcentage de fibres d'enveloppe dans les fils de lyocell filés par jet d'air et démontre que, bien que ce pourcentage culmine à des espacements de buse plus courts, la ténacité et l'allongement des fils présentent une relation non linéaire avec la teneur en enveloppe, favorisant finalement des espacements de buse plus longs pour améliorer les propriétés mécaniques et réduire la pilosité.
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Imaginez un fil de couture non pas comme une simple cordelette solide, mais comme un faisceau de minuscules fibres maintenues ensemble par une architecture spécifique. Dans la fabrication textile moderne, l'une des manières les plus efficaces de créer ce faisceau est l'étirage par jet d'air. Au lieu de tordre les fibres ensemble comme une corde, une machine les projette avec de l'air tourbillonnant. Cette force en extrait certaines du faisceau principal et les enroule autour de l'extérieur, créant une enveloppe protectrice qui verrouille les fibres intérieures à leur place. Le résultat est un fil solide, lisse et rapide à produire, ce qui en fait un favori pour tout, des vêtements aux textiles médicaux. Cependant, la force et le toucher de ce fil dépendent entièrement de l'équilibre entre le cœur intérieur et l'enveloppe extérieure. Si trop de fibres se retrouvent à l'extérieur, le fil peut être duveteux et faible ; si trop peu le sont, il peut s'effondrer. Pendant des décennies, les scientifiques ont lutté pour compter exactement combien de fibres appartiennent à l'enveloppe extérieure par rapport au cœur intérieur, s'appuyant souvent sur des méthodes qui étaient lentes, difficiles ou qui laissaient trop de place à l'interprétation humaine.
Une équipe de chercheurs de l'Université technique de Liberec, en République tchèque, a abordé ce problème en développant une nouvelle façon plus précise de voir à l'intérieur de ces fils. Ils se sont concentrés sur un type spécifique de fibre appelé Lyocell, un matériau fabriqué à partir de pulpe de bois, connu pour être doux, résistant et respectueux de l'environnement. Les chercheurs voulaient comprendre comment un réglage spécifique de la machine de filage — la distance entre les rouleaux qui alimentent les fibres et la buse qui les fait tourner — modifie la structure du fil. Ils ont produit des fils à trois distances différentes : un réglage standard, une distance plus courte et une distance plus longue. Leur objectif était de voir si le changement de cet écart modifiait le ratio des fibres extérieures par rapport aux fibres intérieures, et si ce changement rendait le fil plus fort ou plus faible.
Pour résoudre le problème du comptage, l'équipe a d'abord tenté de séparer les fibres manuellement, mais a constaté que les fibres extérieures étaient si étroitement emmêlées avec les fibres intérieures que les séparer détruisait la structure. Ils se sont ensuite tournés vers un microscope, découpant le fil en sections incroyablement fines pour voir les fibres de profil. Les méthodes précédentes nécessitaient qu'un expert humain examine ces coupes et décide quelles fibres étaient « cœur » et lesquelles étaient « enveloppe » en fonction de leur apparence. Cela était subjectif, ce qui signifie que deux experts différents pourraient compter la même fibre différemment. Les chercheurs ont créé une nouvelle méthode qui élimine cette incertitude. Ils ont mesuré la taille de la section transversale de chaque fibre dans l'image. Ils savaient que les fibres courant droit dans l'axe du fil apparaîtraient comme des cercles parfaits, tandis que les fibres enroulées autour de l'extérieur seraient coupées selon un angle, prenant l'apparence d'ovales plus grands et étirés. En établissant une règle stricte stipulant que toute fibre plus grande qu'une taille spécifique faisait partie de l'enveloppe extérieure, ils ont pu laisser l'ordinateur effectuer le comptage. Ils ont même affiné cette règle pour ignorer les fibres volumineuses qui se trouvaient par hasard près du centre, garantissant ainsi que seules les véritables fibres de la couche externe soient comptées.
En utilisant cette nouvelle méthode objective, les chercheurs ont découvert que la distance entre les composants de la machine avait un effet profond sur la structure du fil. Lorsqu'ils utilisaient la distance la plus courte, le fil contenait le pourcentage le plus élevé de fibres d'enrobage extérieures, atteignant environ trente pour cent du total des fibres. À mesure qu'ils augmentaient la distance, le nombre de fibres extérieures changeait, mais pas de manière linéaire simple. La découverte la plus surprenante fut la façon dont cette structure affectait la résistance du fil. Les chercheurs ont découvert qu'avoir plus de fibres extérieures rendait initialement le fil plus fort, mais seulement jusqu'à un certain point. Une fois que le pourcentage de fibres extérieures dépassait une certaine limite, le fil devenait en fait plus faible. Cela se produit parce que les fibres extérieures, qui sont enroulées selon un angle, ne tirent pas aussi efficacement que les fibres droites intérieures. S'il y en a trop, la force tentant de rompre le fil est distribuée d'une manière que les fibres ne peuvent pas supporter, provoquant la rupture du fil prématurément.
L'étude a également examiné d'autres propriétés, telles que l'allongement du fil avant la rupture et le nombre de fibres lâches dépassant de la surface, un trait appelé pilosité. Les résultats ont montré qu'augmenter la distance entre les pièces de la machine rendait le fil plus fort et lui permettait de s'étirer davantage avant de casser. Parallèlement, une distance plus longue réduisait le nombre de fibres lâches dépassant de la surface, ce qui donne un fil plus lisse. Cela suggère que donner plus d'espace aux fibres pour voyager avant d'être filées leur permet de mieux s'aligner et de former une structure plus serrée et plus efficace. Les chercheurs ont conclu que, bien que la compacité du paquetage des fibres à l'intérieur du fil n'ait pas changé de manière significative avec la distance, l'arrangement des fibres, lui, a changé. En trouvant le point d'équilibre où le pourcentage de fibres extérieures est assez élevé pour maintenir le fil ensemble, mais pas trop élevé pour ne pas affaiblir le cœur, les fabricants peuvent produire des textiles de meilleure qualité. Cette nouvelle méthode de comptage des fibres fournit un outil fiable pour comprendre ces structures complexes, passant de l'incertitude à une compréhension claire et basée sur des règles de la construction des fils filés par jet d'air.
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