1.1 INTRODUCCIÓN A LAS FIBRAS SINTETICAS
Las fibras sintéticas son aquellas fabricadas por el
hombre, a través de procesos de síntesis químicas, obteniéndose largas
cadenas moleculares denominadas polímeros.
Clasificación de las fibras sintéticas
Dependiendo de la naturaleza química del monómero, ó
producto inicial, se obtienen una diversidad de polímeros útiles para su
uso textil, que se pueden clasificar en:
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POLÍMEROS POR POLI-CONDENSACIÓN(polimerización)
Obtenidos por la unión de los monómeros con pérdida de
agua en la formación del polímero. Constituyen las fibras con más difusión
dentro de las sintéticas, y son:
· Fibras poli estéricas (poliéster)
· Fibras poliamidas
POLÍMEROS POR POLI-ADICIÓN (polimerización)
Obtenidos de monómeros que poseen dobles enlaces en sus moléculas y
cuya ruptura hace posible la unión de dichas moléculas entre si. Las fibras
más importantes comercialmente son:
· Fibras poli acrílicas
· Fibras
poli propilénicas
· Fibras
poli uretánicas (poliuretanos)
· Fibras
poli etilénicas
· Fibras
poli vinílicas
|
Características
generales de las fibras sintéticas
USOS DE LAS FIBRAS SINTÉTICAS DE ACUERDO AL HILADO A FABRICAR
Las fibras sintéticas se obtienen en forma de filamento continuo pero pueden ser cortadas. Se suele modificar la longitud por corte, dependiendo del uso a que van a ser destinadas. Por ejemplo una fibra de poliéster, se corta a 28 mm para mezclar con algodón corto y 36-38 mm para algodón de fibra larga, en la mezcla de poliéster-algodón.
En el caso de una fibra poli acrílica,
se corta a aprox.10-20 mm. para corte lanero y a 40 mm corte algodonero.
Además es factible modificar la
sección transversal. Este aspecto lo utilizan los fabricantes para su
identificación (acrílico trilobal o bilobal) y otros, para
mejorar las característica de brillo de las fibras (planas, semiovales,
bilovales, trilobales, etc.)
Pero también se suele modificar
la finura de una fibra sintética, en función del requerimiento del
producto final. La expresión de éste parámetro es el denier, definido como:
el peso en gramos de un filamento que mide 9000 metros de longitud. Ese
monofilamento se agrupa en números diversos, para conformar los denominados
hilados multifilamento.
USOS DE LAS FIBRAS SINTÉTICAS DE ACUERDO AL ARTÍCULO FINAL
Si se tiene un filamento continuo de fibra poliéster
o poliamídica de 150 deniers, se utilizarán de 48 filamentos para tapizados y
192 para vestimenta.
En el caso de una fibra cortada de una mezcla con algodón
o viscosa, se utilizará entre 1.0 y 1,5 denier en indumentaria y fibra
hueca de 6 denier, si se destina al relleno de cubrecamas.
Cuando una fibra se elabora con
una finura inferior a 1 denier, entramos en un subgrupo de fibras sintéticas
muy importantes denominadas: microfibras. Comparativamente las microfibras
son 2 veces más finas que la seda, 3 veces más finas que el algodón y 100 más
finas que el cabello humano. Esto le confiere a los tejidos elaborados con
ellas propiedades superiores respecto a los tejidos convencionales.
CARACTERISTICAS DE
LAS FIBRAS SINTETICAS
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1.1.1 HISTORIA DE LAS FIBRAS ARTIFICIALES Y SINTÉTICAS
Introducción
Por miles de años, el uso de la fibra estaba limitado por las cualidades inherentes disponibles en el mundo natural. El algodón y el lino se arrugan por el uso y los lavados. La seda requiere un manejo delicado. La lana se contrae, era irritante al tacto, y era comida por las polillas. Luego, apenas un siglo atrás, el rayón (la primera fibra manufacturada) fue desarrollado. Los secretos de la química de la fibra para un sin número de aplicaciones habían comenzado a emerger.
Las fibras manufacturadas ahora se usan en la ropa moderna, muebles
para el hogar, la medicina, la aeronáutica, la energía, la industria, y más.
Hoy en día se puede combinar, modificar y adaptar las fibras de manera mucho
más allá de los límites de rendimiento de la fibra extraída del capullo del
gusano de seda, que se cultiva en los campos o bien surgido a partir de la
lana de los animales.
Los primeros
intentos
El primer registro publicado de un intento de crear una fibra
artificial se llevó a cabo en 1664. El naturalista inglés Robert Hooke
sugirió la posibilidad de producir una fibra que sería "tan buena, o
mejor" que la seda. Su objetivo seguiría siendo inalcanzable hasta más
de dos siglos después.
La primera patente de "seda artificial" fue concedida en
Inglaterra en 1855 por un químico suizo llamado Audemars. El disolvió la
corteza fibrosa interior de un árbol de morera, modificándolo químicamente
para producir celulosa. El formó hilos por inmersión de agujas en esta
solución y atrayéndolos hacia fuera; pero nunca se le ocurrió a emular al
gusano de seda extrudiendo el líquido de celulosa a través de un pequeño
agujero.
A principios de la década de 1880, Sir Joseph W. Swan, un químico
Inglés y electricista, fue impulsado a la acción por la nueva lámpara
eléctrica incandescente de Thomas Edison. Él experimentó forzando un líquido
similar a la solución de Audemars a través de orificios finos en un baño de
coagulación. Sus fibras trabajaban como filamento de carbono, y ellos
encontraron uso en la invención de Edison.
También se le ocurrió a Swan que su filamento se podría utilizar para
hacer textiles. En 1885 expuso en Londres algunos tejidos de punto de su
nueva fibra hechos por su esposa. Pero las lámparas eléctricas seguía siendo
su principal interés, y pronto abandonó su trabajo en aplicaciones
textiles.
Primera producción
comercial
La primera producción a escala comercial de una fibra manufacturada fue
alcanzado por el químico francés conde Hilaire de Chardonnet. En 1889, sus
tejidos de "seda artificial" causaron sensación en la Exposición de
París. Dos años más tarde se construyó la primera planta de rayón comercial
en Besancon, Francia, y aseguró su fama como el "padre de la industria
del rayón".
Varios intentos para producir "seda artificial" en los
Estados Unidos se hicieron durante el 1900, pero ninguno fue un éxito
comercial hasta que la American Viscose Company (Sociedad Americana de
viscosa), formado por Samuel Courtaulds and Co. Ltd., comenzó la producción
de rayón en 1910.
En 1893, Arthur D. Little de Boston, inventó otro producto celulósico (acetato) y lo desarrolló como una película. En 1910, Camille y Henry Dreyfus estaban haciendo films para cine de acetato y artículos de tocador, en Suiza. Durante la Primera Guerra Mundial, ellos construyeron una planta en Inglaterra para producir acetato de celulosa para alas de los aviones y otros productos comerciales. Al entrar en la guerra, el gobierno de Estados Unidos invitó a los hermanos Dreyfus para construir una planta en Maryland para hacer el producto para los aviones de guerra estadounidenses. El primer tejido comercial utilizando el acetato en forma de fibra fueron desarrolladas por la empresa Celanese en 1924.
Mientras tanto, la producción de rayón en EE.UU. aumentó para
satisfacer la demanda creciente. A mediados de la década de 1920, los
fabricantes de textiles podrían comprar la fibra por la mitad del precio de
la seda cruda. Así comenzó la conquista gradual de las fibras artificiales en
el mercado estadounidense.
Nylon (la fibra
milagrosa)
En septiembre de 1931, el químico estadounidense Wallace Carothers se
informó sobre la investigación llevada a cabo en los laboratorios de la
compañía DuPont de las "gigantes" moléculas llamadas polímeros. Se
enfocó su trabajo en una fibra conocida simplemente como "66", una
serie derivada de su estructura molecular. El nylon, la "fibra milagrosa", había
nacido.
En 1938, Paul Schlack de la empresa IG Farben en Alemania, polimeriza
caprolactama y creó una forma diferente del polímero, identificado
simplemente como nylon "6".
El acontecimiento del nylon creó una revolución en la industria de la fibra. El rayón y el acetato habían derivado de la celulosa de las plantas, pero el nylon fue sintetizado por completo de los productos petroquímicos. Esto estableció las bases para el posterior descubrimiento de todo un mundo nuevo de fibras manufacturadas.
DuPont comenzó la producción comercial de nylon en 1939. La primera
prueba experimental del nylon fue utilizarlo como hilo de tela de paracaídas
y en las medias de las mujeres. Las medias de nylon, se mostraron en febrero
de 1939 en la Exposición de San Francisco teniendo una rápida acogida entre
los consumidores.
Los Estados Unidos entraron en la Segunda Guerra Mundial en diciembre de 1941 y de la Junta de Producción de Guerra asigno toda la producción de nylon para uso militar. Durante la guerra, el nylon reemplazo a la seda asiática en paracaídas. También ha encontrado uso en neumáticos, tiendas de campaña, cuerdas y otros suministros militares, aún se utiliza en la producción de un papel de alto grado para la moneda de EE.UU.
Al comienzo de la guerra, el
algodón era el rey de las fibras, lo que representa más del 80% de todas las
fibras utilizadas. Las fibras de lana y las manufacturadas compartían el
restante 20%. Para el final de la guerra en agosto de 1945, el algodón se
situó en el 75% del mercado de la fibra, las fibras manufacturadas se habían
elevado a 15%.
La industria de la
post-guerra
Después de la guerra, se convirtió la producción de nylon para usos
civiles y cuando las primeras cantidades pequeñas de medias de nylon
posguerra fueron anunciadas, miles de mujeres frenéticas se alinearon en
grandes almacenes de Nueva York para comprarlas.
En la inmediata posguerra, la producción de la mayoría de nylon se utiliza para satisfacer esta enorme demanda reprimida de calcetería. Pero a finales de la década de 1940, también se utilizaba en las alfombras y la tapicería del automóvil. Al mismo tiempo, tres nuevas fibras manufacturadas genéricas comenzaron la producción. La empresa Dow Badische (hoy, BASF Corporation) introduce las fibras metalizadas, Union Carbide Corporation desarrolló las fibras modacrílicas, y Hércules, Inc. las fibras de olefina. Las fibras manufacturadas continuaron su crecimiento.
En la década de
1950, una nueva fibra, "acrílico", se añadió a la lista de nombres
genéricos, como DuPont comenzó la producción de este producto similar a la
lana.
Aparición del poliéster
Mientras tanto, el poliéster, se examinó por primera vez como parte de
la investigación de Wallace Carothers, estaba atrayendo a un nuevo interés en
la Asociación Calico Printers en Gran Bretaña. Allí, JT Dickson y JR
Whinfield produjeron una fibra de poliéster mediante polimerización por
condensación de etilenglicol con ácido tereftálico. DuPont posteriormente
adquirió los derechos de patente para los Estados Unidos y la Imperial
Chemical Industries para el resto del mundo.
Revolución Wash
and Wear
En 1952, el
término “wash and wear” (lavar y usar) fue acuñado para describir una nueva
mezcla de algodón y acrílico. El término finalmente se aplicó a una amplia
variedad de mezclas de fibras manufacturadas. La producción comercial de
fibra de poliéster transformo la novedad "wash and wear" en una
revolución en el rendimiento del producto textil. La comercialización de
poliéster en 1953 fue acompañada por la introducción del triacetato.
La mayoría de las fibras sintéticas básicas del siglo 20 ya había sido
descubierta. Los consumidores de la década de 1960 y 1970 compraron ropa cada
vez más, hechas con poliéster. Los tejidos se hicieron más resistentes y de
color más permanente. Nuevos efectos de teñido se estaban logrando ofreciendo
mayor comodidad y estilo.
Posibilidades
infinitas
Las nuevas fibras revolucionarias fueron modificadas para ofrecer una
mayor comodidad, resistencia a la llama, la suciedad, lograr una mayor
blancura, opacidad especial o brillo, capacidad de teñido más fácil y mejores
cualidades de mezcla.
Nuevas formas de fibra y espesores se introdujeron para satisfacer
necesidades especiales. El Spandex, una fibra elastica y la aramida, una fibra resistente a alta temperatura,
se introdujeron en el mercado.
Una nueva gama de usos para las fibras sintéticas vino con el
establecimiento del programa espacial de los EE.UU. La industria abasteció la
fibra especial para usos que van desde la ropa para los astronautas a los
conos de ojiva de la nave espacial. Cuando Neil Armstrong dio "un
pequeño paso para el hombre, un salto gigante para la humanidad" sobre
la Luna el 20 de julio de 1969, su traje espacial lunar incluía varias capas
de telas de nylon y aramida. La bandera que plantó estaba hecha de nylon.
Las toberas de escape de los dos grandes cohetes propulsores que
levantan el transbordador espacial en órbita contienen 30.000 libras de rayón
carbonizado.
Materiales compuestos de fibra de carbono se utilizan como componentes
estructurales en los últimos aviones comerciales, añadiendo resistencia y la
reducción de peso así como costos de combustible.
En la actualidad
Hoy en día, la innovación es el sello distintivo de la industria de
fibras manufacturadas. Las fibras más numerosas y diversas que las
encontradas en la naturaleza, son ahora rutinariamente creadas en los
laboratorios de la industria. Variantes de nylon, poliéster y olefina se
utilizan para producir alfombras que pueden ser fácilmente lavadas, incluso
24 horas después de haber sido manchada. Spandex elástico y poliésteres similares,
seda lavables a máquina ocupan lugares sólidos en el mercado de prendas. Las
mejores microfibras están rehaciendo el mundo de la moda.
Para usos industriales, las fibras manufacturadas implacablemente
reemplazan a los materiales tradicionales; desde los pañales súper-absorbentes
hasta los materiales de construcción de trajes espaciales. También tienen
lugar las telas no tejidos de fibras sintéticas cuyas aplicaciones se
encuentran en batas quirúrgicas y la ropa desechable entre otros usos. Las
telas no tejidas, rígidas como el papel o suaves y cómodas como el paño, se
hacen sin tricotar o tejer.
Como siempre lo
han hecho, las fibras manufacturadas seguirán significando, un mejor estilo
de vida.
Cronología de la
producción comercial de algunas fibras
1889 - Celulosa
regenerada
1890 - Rayón
cupramonio
1892 - Rayón
viscosa
1924 - Acetato
1930 -
Acrilonitrilo
1936 - Vidrio
1939 - Nylon
1939 - Vinyon
1939 - Vinylon
1941 - Saran
1946 - Metálicas
1949 - Modacrílica
1949 - Olefinas
1950 - Acrílico
1953 - Poliéster
1959 - Spandex
1960 - Modal
1961 - Aramidas
1968 - Carbono
1972 - Aramidas
1979 -
Dyneema/Spectra
1983 - PBI
1983 - Sulfar
1992 - Lyocell
2002 - PLA
Nota: pueden
existir incongruencias en la cronología de la producción de fibras
dependiendo la fuente.
Fibras sintéticas
comunes incluyen:
Fibras sintéticas
especiales incluyen:
Otros materiales
sintéticos utilizados en fibras incluyen:
Fibras modernas
que están hechos de materiales más antiguos artificiales incluyen:
1.1.2 ANTECEDENTES
El proceso de polimerización, aplicado a determinadas materias primas,
permite la obtención de fibras sintéticas. Los polímeros son moléculas
orgánicas complejas, formadas como resultado de la unión de varias moléculas
orgánicas simples, los monómeros.
Al constituirse un polímero, los monómeros forman entre sí una larga
cadena lineal, con extraordinarias condiciones de ligereza, elasticidad y
resistencia. Dichas propiedades son fundamentales para la fabricación de todo
tipo de fibras. En este sentido, los polímeros se emplean, además de fabricar
tejidos, en la elaboración de plásticos, productos estructurales diseñados
para resistir esfuerzos —parachoques de automóviles, tuberías—, aislantes,
filtros, cosméticos, así como en la industria eléctrica, electromecánica, del
mueble o de la construcción. Las fibras sintéticas se pueden clasificar en:
políamidas, poliésteres, poliacrílicas, polivinilos y polipropilénicas.
Fibras sintéticas
en la industria textil
La elaboración de fibras sintéticas textiles se realiza a partir de
materias primas que se encuentran con relativa facilidad y son, en términos
generales, poco costosas: carbón, alquitrán, amoniaco, petróleo, además de
subproductos derivados de procesos industriales.
Las operaciones químicas realizadas con estos materiales permiten
obtener resinas sintéticas que, tras su hilado y solidificación, resultan
elásticas, ligeras y muy resistentes tanto al desgaste como a la presencia de
ácidos u otros agentes externos. La incorporación de un colorante al polímero
permite teñir el material antes de su hilado, lo que se traduce en un óptimo
nivel de estabilidad cromática en la fibra, que, además de no desteñir,
elimina la necesidad de recurrir a posteriores operaciones de fijado del
tinte.
El nylon
A comienzos de siglo Wallace H. Carothers inventó el nylon, a partir de
la polimerización de una amida —cada uno de los compuestos orgánicos
nitrogenados que resultan de sustituir uno, dos o los tres hidrógenos del amoniaco
por radicales ácidos.
Carothers descubrió que el polímero resultante presentaba la propiedad
de transformarse fácilmente en filamentos. Fue en la década de los años
treinta cuando se inició la fabricación de nylon a gran escala. El éxito fue
muy rápido, lo que favoreció la aparición de otras fibras. El nylon se
emplea, por ejemplo, para confeccionar géneros de punto. En 1940 la empresa
Du Pont comercializó las primeras medias fabricadas con esta fibra.
Otras poliamidas
Otros ejemplos de poliamidas son el perlón, que, con frecuencia, se
utilizan en copos que se mezclan con lana y algodón en hilados mixtos. El
resultado son fibras más reforzadas. Una de las propiedades características
de las poliamidas es su elevado grado de resistencia a la rotura.
Entre los poliésteres cuyo uso está más extendido en la industria
textil, pueden mencionarse el dacrón y el terital, que derivan del carbón y
del petróleo. A su resistencia añaden cualidades de indeformabilidad; además,
no se arrugan.
En la confección de géneros de punto se utilizan habitualmente fibras
acrílicas como el leacril, el dralón o el orión, derivados del carbón, el
petróleo y el gas natural. Su propiedad fundamental es que son muy ligeras.
LA POLIAMIDA
Su aparición fue de modo casual. Wallace Carothers investigaba en EE UU
(para la DU PONT) el comportamiento de las moléculas simples que unidas
pueden formar moléculas gigantes del mismo cuerpo químico; es decir, formar
polímeros a base de monómeros. El resultado fue una molécula POLIAMIDA.
Las poliamidas como el nylon se comenzaron a emplear como fibras
sintéticas, aunque han terminado por emplearse en la fabricación de cualquier
material plástico.
Las aramidas son un tipo de poliamidas en las que hay grupos aromáticos
formando parte de su estructura. Por ejemplo, se obtienen fibras muy
resistentes a la tracción como el Kevlar, o fibras también muy resistentes al
fuego, como el Nomex, ambas comercializadas por Du Pont. Las poliamidas más
conocidas son: Poliamida 6 ( Nurel, Perlón, Nylon 6, Grilón,) Poliamida 6.6 (
Tactel, Enka, Nylon 6.6).
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HISTORIA DEL NYLON
El Nylon fue la primera fibra producida enteramente de polímero
sintético y se caracterizó por primera vez en 1899. En 1929, este estudio fue
renovado por Carothers en la Compañía Du Pont de Neumors. La primera patente
se solicitó en 1931 y fue publicada en 1936. En julio de 1935, el nylon 6,6
fue elegido por Du Pont para ser introducido en el mercado. Ésta fue seguida
por una patente de aplicación que se publicó en 1937. Las principales
poliamidas ilustradas en estas dos primeras patentes fueron NYLON-6, NYLON-7,
NYLON-8, NYLON-9, NYLON-11 y NYLON-17.
La primera patente de aplicación
para el NYLON-6,6 se publicó en 1938. Du Pont comenzó la producción
experimental del nylon en 1938 y la primera planta comercial comenzó su
producción en 1939 en Seaford, Delaware (EE.UU). Las primeras medias de nylon
se introdujeron en el mercado en 1940 y fueron un inmediato éxito comercial.
En EE.UU. una segunda planta de Du Pont comenzó a producir en 1941, una
tercera en 1947, una cuarta en 1954, y una quinta en 1967 utilizando un
avanzado proceso de spinning (hilado). La producción comercial de NYLON-6 en
EE.UU. comenzó con la disponibilidad a gran escala de caprolactama, producida
por primera vez en 1955 por Allied Chemical Corporation. Desde entonces la
producción de fibras poliméricas se ha expandido ampliamente alrededor del
mundo.
El nylon (de la marca comercial registrada: nylon®) es un polímero
artificial que pertenece al grupo de las poliamidas. Se genera formalmente
por poli condensación de un diácido con una diamina. La cantidad de átomos de
carbono en las cadenas de la amina y del ácido se puede indicar detrás de las
iniciales de poliamida. El más conocido, el PA6.6 es, por lo tanto, el
producto formal del ácido butandicarboxílico (ácido adipínico) y la hexametilendiamina.
Por razones prácticas no se utiliza el ácido y la amina, sino soluciones de
la amina y del cloruro del diácido. Así entre las dos capas se forma el
polímero que puede ser expandido para dar el hilo de nylon.
Su viscosidad de fundido es muy baja, lo cual puede acarrear
dificultades en la transformación industrial, y su exposición a la intemperie
puede causar una fragilización y un cambio de color, salvo, si hay
estabilización o protección previa. Al nylon se le puede agregar fibra de
vidrio para proporcionar un incremento en la rigidez. Es un polímero
cristalino ya que se le da un tiempo para que se organice y se enfríe
lentamente, siendo por esto muy resistente.
Las cadenas de nylon con un
número par de átomos de carbono entre los grupos amida son más compactas y
sus puntos de fusión serán más altos que los nylons con un número impar de
átomos de C. El punto de fusión disminuye y la resistencia al agua aumenta a
medida que aumenta el número de grupos metileno entre los grupos amida.
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El Nylon liso se
aplica en el sector textil en tejido de punto en máquinas tricot, raschel y
circular; urdimbres y tramas en tejidos planos. La totalidad de los
filamentos lisos están protegidos por aire (Tangling) y el nivel de atranques
por metro depende de su aplicación.
Se usa en tejidos para ropa interior y deportiva, chaquetas, vestidos de baño, encajes, cintas, forros de vestuario, paraguas, parasoles, paracaídas, cinturones de seguridad, ponchos y morrales militares, cortinas, marquillas tejidas, lechos para floricultura y en la fabricación de hilos de fantasía y de costura.
Su comportamiento
a la llama: Se inflaman lentamente y paran de arder al apartarlos de la
llama. Funden y huyen de la misma. Como residuo dejan una bola dura. Dan
humos blancos. Olor especial algo ácido. En el Rilsan el olor es a vela
quemada. En retintura su comportamiento suele ser perfecto, no encoge.
EL
POLIURETANO
El poliuretano es
una resina sintética que se obtiene mediante condensación de poliésteres; se
caracteriza por su baja densidad y son muy utilizados como aislantes térmicos
y espumas resilientes, elastómeros durables, adhesivos y selladores de alto
rendimiento, pinturas, fibras, sellos, empaques, juntas, preservativos,
partes automotrices, en la industria de la construcción, del mueble y
múltiples aplicaciones más. La resilencia es la "capacidad de
memoria" de un poliuretano flexible, es decir, a la resistencia a la
deformación por compresión mecánica. Los nombres comerciales más conocidos de
las Elasto fibras son: Lastex, Lycra, Perlon, Spandex, Dorlastan, Stretch,
Elastan etc.
ELASTANO
Elastano o Spandex
es una fibra sintética muy conocida por su gran elasticidad, inventada en
1959 por el químico Joseph Shivers, quien trabajaba para la compañía Du Pont.
Lycra es una marca registrada por la empresa Du Pont en 1958 para un tejido
hecho con un material sintético con propiedades elásticas del tipo llamado
genéricamente spandex o fibras elastoméricas. Cuando se introdujo por primera
vez, revolucionó muchas áreas de la industria textil. Hoy en día es utilizado
sobre todo en el ámbito deportivo, gracias a su flexibilidad y ligereza. Se
trata de un polímero de cadena muy larga, formado por lo menos con un 85% de
poliuretano segmentado (Spandex); obteniéndose filamentos continuos que
pueden ser multifilamento o monofilamento.
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La Lycra se
utiliza habitualmente para fabricar ropa interior, ropa femenina, calcetines
y principalmente para ropa deportiva, ya que, gracias a sus propiedades
elásticas, otorga libertad de movimientos a los deportistas que la utilizan.
Las características principales del Elastano son lassiguientes:
• Puede ser estirado hasta un 600% sin que se rompa.
• Se puede estirar
gran número de veces y éste volverá a tomar su forma original.
• Ligero, suave,
liso y flexible.
• Resistente al
sudor, lociones y detergentes.
• No existe
problema de electricidad estática.
Procesos de
hilatura
Su capacidad de
estiraje y su uniformidad convierten al elastano/spandex ideal para los
siguientes procesos textiles:
Punto Circular:
ropa interior, moda de calle, prenda deportiva, calcetería. Punto
Indesmallable: moda íntima, deportiva, baño,medias.
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Hilo de Simple
Convencional
El hilo con simple
cobertura es envuelto por un filamento no-elástico. Es usado en la producción
de: Medias, Cintería elástica, Tejidos a la plana, Punto circular, Punto
indesmallable, Sin costuras.
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Hilo de
Doble Cobertura - Convencional
Es envuelto por
dos filamentos en direcciones opuestas (doble recubrimiento). Los usos
principales son: Tights, Narrow fabrics, Woven fabrics, Circular knitting,
Flat knitting, Seamless.
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Hilo "Core
Spun"
Una fibra no
elástica como el algodón, lana, poliéster, nylon, seda, lino... es hilada
alrededor del spandex/ elastano. El hilo resultante proporciona elasticidad
con el tacto de la fibra envolvente. Normalmente, los hilos core spun son
usados en telar a la plana y en algunas aplicaciones de punto para moda de
calle.
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Hilo Recubierto
por Aire
Recubierto por un
hilo continuo, multi-filamento, mediante un chorro de aire. Así se crea un
recubrimiento no-uniforme en el que las fibras se entremezclan
aleatoriamente. Este tipo de hilo se usa en los campos siguientes: Punto
circular, Punto de Tricotosa Rectilínea, Tejido a la plana, Calcetines de
caballero. Su comportamiento a la llama: Arden con llama luminosa y poco
humo, con olor típico a goma quemada. (El caucho arde con llama fuliginosa).
En retintura no crea ningún problema, no encoge, no pierde propiedades y casi
siempre esta recubierto por otra fibra textil.
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EL POLIÉSTER
El poliéster
(C10H8O4) es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster
en su cadena principal. Los poliésteres que existen en la naturaleza son
conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los
poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del
petróleo. Fotografía de microscopio electrónico del Poliéster.
El poliéster
termoplástico más conocido es el PET, está formado sintéticamente con
Etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o
poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la
fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para
coser, y actualmente tiene múltiples aplicaciones como la fabricación de
botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC.
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Las resinas de
poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción
de equipos, tuberías anticorrosivos, fabricación de pinturas. Para dar mayor
resistencia mecánica suelen ir reforzados con cortante, o también llamado
endurecedor o catalizador.
Resina
termoplástica obtenida por polimerización del estireno y otros productos
químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la
humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la
fabricación de fibras recubrimientos de láminas, etc
Su comportamiento
a la llama: En general, funde y se retrae. Poca tendencia a mantener la
combustión. Forma bolas o masa pegajosa. Para de quemar al apartarlo de la
llama. Olor más o menos aromático. En re tintura, es mas complejo que la
poliamida o el nylon, no encoge.
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LA FIBRA ACRÍLICA
El acrílico, la
sustancia con la que se elabora fibra acrílica y donde se derivan su nombre
genérico, se obtuvo por primera vez en Alemania en 1983. Fue uno de los
productos químicos utilizados por Carothers y su equipo en la investigación
fundamental sobre altos polímeros que se llevó a cabo en la compañía Du Pont.
Du Pont desarrolló una fibra acrílica en 1944 e inició la producción
comercial de las mismas en 1950. Se le dio el nombre comercial de Orlón.
Algunas fibras
acrílicas se hilan en seco, con disolventes y otras se hilan en húmedo. En la
hilatura con disolventes, los polímeros se disuelven en un material adecuado,
como dimetilformamida, la extrusión se hace en aire caliente y se solidifican
por evaporación del disolvente. Después de la hilatura, las fibras se estiran
en caliente a tres o diez veces su longitud original, se ondulan, se cortan y
se comercializan como fibra corta o cable de filamentos continuos. En la
hilatura en húmedo, el polímero se disuelve en un disolvente, la extrusión se
efectúa en un baño coagulante, se seca, se ondula y recoge en forma de cable
de filamentos continuos para usarlo en el proceso de voluminizado o se corta
en fibras y se embala. El acrilonitrilo es relativamente barato, pero los
disolventes son costosos, por lo que la hilatura es más cara que en otras
fibras sintéticas. Una de las características más importantes de las fibras
acrílicas es la forma de su sección transversal que es resultado del proceso
de hilatura. La hilatura en seco produce una en forma de hueso (hueso de
perro). Las diferencias en sección transversal influyen sobre las propiedades
físicas y estéticas y son por lo tanto un factor determinante en el uso
final.
Las formas
redondas y de frijol son mejores para alfombras porque tienen cierta rigidez
que contribuye a la elasticidad. La forma de hueso y las formas planas dan la
suavidad y el lustre deseado para las prendas de vestir. El Creslán, el
Zefrán y el Acrilán se hilan en húmedo. Toda la producción de fibras
acrílicas en los EE.UU. es en forma de fibras cortas y de cable de filamentos
continuos. Las fibras cortas pueden encontrarse en todas las medidas de deniers
y longitud adecuadas para los sistemas de hilado.
Varía también el potencial de encogimiento de las fibras acrílicas. Las primeras fibras bicomponentes que se produjeron fueron acrílicas. Las fibras acrílicas son fibras elaboradas en donde la sustancia que forma la fibra es un polímero sintético que, cuando menos, contiene 85% en peso de acrilonitrilo. Federal Trade Comisión. ![]()
Propiedades
Estéticas
Las acrílicas son
las más semejantes a la lana. Las fibras para alfombras parecen ser lana y
los tejidos para bebé parecen ser de lana, pero son más suaves y su cuidado
es mucho más simple. El jersey, el challis y otras telas finas pueden
reproducirse con fibras acrílicas. El costo de las telas y de las prendas
elaboradas con fibras acrílicas es semejante a la lana de buena calidad, pero
son especialmente adecuadas para las personas alérgicas a la lana. Las
primeras fibras acrílicas producían frisas ( pilling) y las prendas se
estiraban y abolsaban ( en lugar de encoger, como la lana) pero dichos problemas
se solucionaron al utilizar estructuras adecuadas en los hilos y el tejido.
Las acrílicas pueden plancharse, también tienen la capacidad de desarrollar
un potencial de encogimiento latente y retenerlo indefinidamente a
temperatura ambiente.
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Durabilidad
Las fibras
acrílicas no son tan durables como el nylon, el poliéster, o las fibras de
olefina, pero para prendas de vestir y usos domésticos su resistencia es
satisfactoria.
El primer orlón se produjo en forma de filamento con una resistencia casi tan buena como el nylon. La resistencia de las acrílicas a los tintes y el alto costo de producción limitaron su uso en estos usos finales. Más tarde se alcanzo éxito utilizando fibras cortas de menor resistencia.
Comodidad Las
fibras acrílicas son suaves y no alergénicas. Tienen una densidad de
1.14-1.15 g/ cc, lo que lo hace mucho más ligera que la lana. La recuperación
de humedad varía de 1.30 a 3.0%. Las fibras acrílicas de gran volumen
proporcionan calor en telas ligeras.
Cuidado y
conservación
Las fibras
acrílicas tienen buena resistencia a la mayoría de los productos químicos,
excepto a los álcalis fuertes y a los blanqueadores a base de
cloro. Los acrílicos pueden lavarse en seco; en algunas prendas se pierde el acabado y la tela se sentirá áspera. Estas fibras son resistentes a las polillas y hongos. Las fibras acrílicas tienen una excelente resistencia a la luz solar. Las características de combustión de las fibras acrílicas son similares a la de los acetatos. Las fibras se reblandecen, se incendian y arden libremente, descomponiéndose para dejar un residuo negro y quebradizo. Despide un olor químico aromático, muy distinto del olor a vinagre de los acetatos. La diferencia en inflamabilidad de las fibras acrílicas y las modacrílicas es resultado del alto contenido del acrilonitrilo en las acrílicas. Las modacrílicas, donde el contenido de esta sustancia es mucho menor.
Comportamiento a
la llama: Arden con dificultad, con llama humeante y luminosa. Olor
característico. Dejan residuo en bola o masa dura. Tintable con
características especiales, tiende a deformarse.
Las fibras
sintéticas están hechas de polímeros sintetizados o moléculas
pequeñas. Los compuestos que se utilizan para hacer estas fibras
provienen de materias primas como el petróleo o productos químicos basados en
productos petroquímicos. Estos materiales se polimerizan en un químico
largo y lineal que unir dos átomos de carbono adyacentes. Los diferentes
compuestos químicos se utilizan para producir diferentes tipos de fibras.
Aunque hay varias fibras sintéticas diferentes, por lo general tienen las
mismas propiedades comunes. Por lo general, se caracterizan por ser:
Ventajas
Desventajas
1.2 OBTENCIÓN DE LAS FIBRAS
Hay varios métodos
de fabricación de fibras sintéticas, pero el más común es el Proceso de
hilatura por fusión. Esto implica el calentamiento de la fibra hasta que
comienza a fundirse, entonces debe sacar la masa fundida con pinzas tan
rápidamente como sea posible. El siguiente paso sería elaborar las
moléculas alineándolos en una disposición paralela. Esto hace que las
fibras más juntos y les permite cristalizar y orientar. Por último, es
termofijado. Este utiliza el calor para permear la forma y dimensiones
de las telas hechas de fibras sensibles al calor.
Las fibras
sintéticas representan aproximadamente la mitad de todo el consumo de fibra,
con aplicaciones en todos los campos de la fibra y la tecnología
textil. Aunque muchas clases de fibra a base de polímeros sintéticos han
sido evaluadas como productos comerciales potencialmente valiosos, cuatro de
ellos ( nylon , poliéster , acrílico y poliolefina ) dominan el mercado. Estos
representan cuatro por aproximadamente el 98 por ciento del volumen de
producción de fibras sintéticas, poliéster con solo representa alrededor del
60 por ciento.
1.2.1 OBTENCION DE LAS FIBRAS SINTETICAS
INTRODUCCIÓN
Generalidades
sobre los plásticos
Son materiales
poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que
son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma
deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de
origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural,
o sintéticas, como el polietileno y el nailon. Los materiales empleados en su
fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con
estos materiales se fabrican los plásticos terminados.
Los plásticos se
caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades
excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a
los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están
compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del
tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se
ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles
(se endurecen con el calor).
Tipos de plásticos
Puede establecerse
la siguiente clasificación de los plásticos: por el proceso de
polimerización, por la forma en que pueden procesarse y por su naturaleza
química.
Polimerización
Dos procesos
básicos de la producción de resinas son la condensación y las reacciones de
adición. La condensación produce varias longitudes de polímeros, mientras que
las reacciones de adición producen longitudes específicas. Por otro lado, las
polimerizaciones por condensación generan subproductos en pequeñas
cantidades, como agua, amoníaco y etilenglicol, mientras las reacciones de
adición no producen ningún subproducto. Algunos polímeros típicos de
condensación son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres. Entre los
polímeros de adición se encuentran el polietileno, el polipropileno, el
cloruro de polivinilo y el poliestireno. Las masas moleculares medias de los
polímeros de adición son generalmente mayores que las de los polímeros de
condensación.
Posibilidades de
procesado
El plástico se
procesa de formas distintas, según sea termoplástico o termo endurecible. Los
termoplásticos, compuestos de polímeros lineales o ramificados, pueden
fundirse. Se ablandan cuando se calientan y se endurecen al enfriarse. Lo
mismo ocurre con los plásticos termo endurecibles que están poco
entrecruzados. No obstante, la mayoría de los termo endurecibles ganan en
dureza cuando se calientan. El entrecruzado final que vuelve rígidos a los
termo endurecibles se produce cuando se ha dado forma al plástico.
Naturaleza química
La naturaleza química
de un plástico depende del monómero (la unidad repetitiva) que compone la
cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas están compuestas de
monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos
un doble enlace. El polietileno es una poliolefina. Su monómero es el
etileno. Otros tipos de polímeros son los acrílicos (como el
polimetacrilato), los estirenos (como el poliestireno), los halogenuros de
vinilo (como el cloruro de polivinilo), los poliésteres, los poliuretanos,
las poliamidas (como el nailon), los poliéteres, los acetatos y las resinas
fenólicas, celulósicas o de aminas.
Fabricación
La fabricación de
los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos: obtención de
las materias primas, síntesis del polímero básico, composición del polímero
como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del
plástico a su forma definitiva.
Materias primas
En un principio,
la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como
la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites
(de semillas), derivados del almidón o el carbón. La caseína de la leche era
uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción
del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que
el nailon 11 se fabrique todavía con semillas de ricino, la mayoría de
los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas
derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que
las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando
otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.
Síntesis del
polímero
El primer paso en
la fabricación de un plástico es la polimerización. Como se comentaba
anteriormente, los dos métodos básicos de polimerización son la condensación
y las reacciones de adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias
maneras. En la polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo
general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas
polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en solución se
forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la polimerización por
interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos inmiscibles y la
polimerización tiene lugar en la interfaz entre los dos líquidos.
Aditivos
Con frecuencia se
utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Por
ejemplo, los antioxidantes protegen el polímero de degradaciones químicas
causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los
estabilizadores ultravioleta lo protegen de la intemperie. Los plastificantes
producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los
pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y
antiestáticas se utilizan también como aditivos.
Muchos plásticos
se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de
algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la
matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia
y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las
espumas plásticas, un material compuesto de plástico y gas, proporcionan una
masa de gran tamaño pero muy ligera.
Forma y acabado
Las técnicas
empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos
dependen de tres factores: tiempo, temperatura y fluencia (conocido como
deformación). La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica, si bien algunos
pueden clasificarse como continuos o semi continuos.
Una de las
operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en
un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada.
Los productos extrusionados, como por ejemplo los tubos, tienen una sección
con forma regular. La máquina de extrusión también realiza otras operaciones,
como moldeo por soplado o moldeo por inyección.
Otros procesos
utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al
plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el
que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde. El
calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico.
Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a
la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales. Por ejemplo, el
politetrafluoretileno tiene una viscosidad de fundición tan alta que debe ser
prensado para conseguir la forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto a
temperaturas extremadamente altas que convierten el plástico en una masa
cohesionada sin necesidad de fundirlo.
FIBRAS
SINTÉTICAS
GENERALIDADES
Se designan como
fibras sintéticas aquellas que se obtienen por procesos químicos de polirreacción
a partir de sustancias de bajo peso molecular por vía puramente sintética,
es decir, in vitro, Sin intervención de la Naturaleza. Estas fibras, junto
con las llamadas fibras artificiales (o semisintéticas o regeneradas), que
se obtienen por transformación química de productos naturales fibrosos, se
engloban bajo la designación general de fibras químicas.
Las fibras
sintéticas pertenecen al grupo de las materias termoplásticas, cuyo
desarrollo ha adquirido también gran importancia económica en otras ramas
industriales, como en la fabricación de láminas, plantas, tubos, piezas
técnicas, aglutinantes, pinturas, adhesivos, masas de moldeo, impregnaciones,
aprestos, etc.
Para la obtención
de fibras sintéticas son apropiados solamente los altos polímeros lineales o
poco ramificados, ya que las macromoléculas tridimensionales son duras y
rígidas y por ello inadecuadas para fines textiles por la dificultad de su
hilatura. Pero tampoco cualquier polímero lineal es apto para su elaboración
en fibras, ya que éstas deben poseer ciertas características tecnológicas,
como elasticidad, alargamiento, fácil pigmentación o teñido, estabilidad a
los agentes químicos, atmosféricos y biológicos y resistencia suficiente a
la tracción, al pliegue y al roce, que no poseen todos los productos
macromoleculares lineales. Por ejemplo, la primera fibra sintética fue
obtenida en 1927 por Staudinger estirando en forma de hilos polioximetileno
reblandecido por el calor; este producto resulta de la polimerización del
formaldehído:
n CH2O * (-CH2-O-)
n
y está formado por
cadenas macromoleculares lineales agrupadas paralelamente al eje de la
fibra; Sin embargo, no tiene las características apropiadas para su uso con
fines textiles.
El grado de
polimerización (o el peso molecular) de las materias termoplásticas base debe
quedar, para cada tipo de fibra sintética, dentro de ciertos límites que no
pueden ser sobrepasados sin perder sus cualidades textiles. Por debajo de un
cierto valor del grado de polimerización las fibras resultantes son poco
resistentes e inelásticas, y por encima de un valor límite de aquél las
fibras son muy difíciles o imposibles de elaborar.
El límite inferior
del peso molecular para la formación de fibras viene determinado no por la
longitud absoluta de las moléculas, sino por el número e intensidad de los
enlaces de valencia secundarios (puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der
Waals, etc.), estos enlaces son relativamente débiles.
Las fibras
sintéticas, a consecuencia del estirado y tensión a que han sido sometidas
durante su fabricación, presentan zonas amorfas y zonas cristalinas formadas
por agrupación paralela de las macromoléculas lineales, orientadas por las
fuerzas directrices. Estas zonas cristalizadas, de alto grado de ordenación,
son las que dan consistencia a la fibra. Cuanto mayor es el número de puntos
de contacto de los segmentos macromoleculares paralelos, tanto mayor es su
cohesión por fuerzas de valencia secundarias y, consecuentemente, más alta
será la resistencia de la fibra a la tracción y al desgarre. En polímeros
poco cristalizados, o de cadenas cortas, hay que separar pocos puntos de
cohesión intermoleculares en el desgarre de la fibra; en cambio, para romper
una fibra de alto grado de cristalinidad, o de cadenas largas, han de escindirse
un número grande de puntos de contacto.
Rotura de fibras
con pocos y muchos puntos de cohesión intermoleculares.
Sin embargo,
aunque en general es deseable una alta ordenación, el número de zonas
cristalinas no debe ser excesivo, ya que entonces la fibra se vuelve rígida
y quebradiza.
Para la
fabricación de las fibras sintéticas se usan diversos métodos; con los
polímeros solubles en agua o en disolventes orgánicos, como el alcohol
polivinílico, el cloruro de polivinilo posclorado, el poliacrilnitrilo y los
copolímeros de PVC, puede efectuarse un hilado en seco o en húmedo, como en
el caso de las fibras regeneradas, y en los polímeros insolubles las fibras
se elaboran por hilado en fusión, es decir, por extrusión de la masa fundida
a través de finos orificios.
Para eliminar
tensiones internas de las fibras, producidas durante la fabricación o moldeo,
se efectúa una termofijación, que consiste en someter los hilos en seco o en
húmedo, de uno a tres minutos, a la acción del calor; con esto se escinden los
enlaces intermoleculares en tensión, adquiriendo las moléculas por
deslizamiento una posición normal, relajada, adaptada a la nueva forma.
A causa de la
polimolecularidad de estos productos, las fibras sintéticas no presentan un
punto de fusión definido, sino una zona de fusión más o menos amplia, que
depende de mayor o menor uniformidad (curva de reparto) de los polímeros
homólogos constituyentes.
Aparte de esta
zona de fusión, en la que se produce un cambio brusco de las propiedades
térmicas del polímero fibrilar, como calor especifico, entalpía, coeficiente
de dilatación y densidad, y que podríamos designar como «zona de transición
de primera especie», existe una «zona de transición de segunda especie»,
situada por debajo de aquélla, en la que tiene lugar un nuevo cambio brusco
del calor específico y del coeficiente de dilatación, variando en cambio poco
la entalpía y la densidad del polímero. Ambas temperaturas se caracterizan
por un cambio de las posibilidades de movimiento de las macromoléculas. Estas
pueden efectuar movimientos de traslación y rotación de toda la cadena
(movimiento macrobrowniano) y movimientos de las unidades monómeras o de
segmentos moleculares (movimiento microbrowniano). Por encima de la
temperatura de fusión hay libertad para ambos tipos de movimiento, pero por
debajo de ella desaparece el movimiento macrobrowniano, quedando sólo el
microbrowniano de los monómeros o segmentos moleculares, el cual a su vez
cesa por debajo de la temperatura de transición de segunda especie. El intervalo
térmico entre ambos puntos de transición viene caracterizado por un estado
semifluido inetastable de la sustancia, similar a la estructura de un
líquido subenfriado. En las cercanías del punto de transición de segunda
especie, la fibra puede ser estirada de nuevo, produciéndose una orientación
adicional de sus macromoléculas que lleva consigo un aumento extraordinario
de su consistencia. Este estiraje en frío se hace, por ejemplo, con las
fibras de poliamida y poliéster.
Grado de
orientación de las moléculas lineales antes y después del estirado en frío.
Los polímeros
fibrilares sintéticos se pueden obtener por tres distintos tipos de
polirreacción: polimerización, policondensación y poliadición. Por
polimerización se obtienen las fibras acrílicas, olefínicas, del
tetrafluoretileno, las de los derivados vinílicos y copolímeros. Por
policondensación se obtienen las fibras de poliester y de poliamida, y por
poliadiclón las fibras de polioximetileno, polioxietileno y poliuretano. De
todas estas fibras, las de mayor importancia técnico-textil son las
acrílicas, poliamídicas y de poliéster.
Las materias
primas para la fabricación de las fibras sintéticas son el carbón, el
petróleo y los gases naturales. De ellos se obtienen por procesos
físico-químicos (destilación, extracción, craques, etc.) las sustancias
orgánicas monómeras que sirven de punto de partida para obtener, por los
distintos tipos de polirreacción, las fibras sintéticas.
FIBRAS OBTENIDAS
POR POLIMERIZACIÓN
En la
polimerización tiene lugar el encadenamiento de las unidades monómeras no
saturadas por apertura de sus dobles enlaces, obteniéndose un polímero con la
misma composición centesimal:
nCH2=CH * n [-CH2-CH-]
La polimerización
puede efectuarse según un mecanismo iónico o según otro radical, de acuerdo
con los dos tipos de estructuras límites, homolítica y heterolítica, que
pueden dar los dobles enlaces. Estos están formados por un enlace * y otro *,
más débil. El par electrónico * está menos fuertemente unido a los átomos de
carbono que el par de electrones *, ya que su carga negativa esta mas
apantallada del efecto atractivo del núcleo que los electrones *. Como
consecuencia de ello, los electrones * son más deformables que los *. Por
acciones energéticas externas, el par electrónico compartido * puede ser
desplazado hasta tal punto que acabe perteneciendo a uno sólo de los dos
átomos de C, dando lugar dicha escisión heterolítica a la formación de
estructuras polares límites:
=C=C= * =C-C=
La activación del
doble enlace puede producirse también por escisión homolítica del par
electrónico *, con formación de una estructura límite birradical:
=C=C= * =C·-C·=
Tales
distribuciones anómalas de los electrones facilitan la reaccionabilidad de
estos compuestos para dar reacciones de adición y de polimerización.
En todo proceso de
polimerización hay tres etapas características: la reacción de iniciación, la
de crecimiento o propagación en cadena y la de ruptura o terminación. La
reacción de iniciación es la que produce la activación del doble enlace,
proceso previo necesario para el encadenamiento de los monómeros en las
reacciones de crecimiento. La reacción de ruptura es la que interrumpe el
crecimiento ilimitado de la cadena polímera.
La activación del
doble enlace en la reacción de iniciación puede tener lugar de varios modos.
Si se activa por catalizadores ácidos o básicos, la polimenzación procede
según el mecanismo iónico (catiónico o aniónico), mientras que si la
activación del doble enlace del monómero la producen formadores de radicales,
la polimerización transcurre según el mecanismo radical.
Los formadores de
radicales usados en la polimerización radical, son sustancias que por el
calor se descomponen fácilmente en radicales, como los compuestos peroxo y
azo:
R-O-O-R * 2R-O·
R-N=N-R * 2R· + N2
La polimerización
catiónica es activada por ácidos como SO4H2, PO4H3, ClO4H, etc., o por
catalizadores de Friedel-Crafts, como Cl4Sn, CI4Ti, Cl3Al, F3B, etc., en
presencia de un co catalizador como agua, ácidos o alcoholes. La polimerización
catiónica es inducida por bases como hidróxidos alcalinos OH-, metilato
sódico CH3ONa, sodoamida NH2Na, compuestos organometálicos como RNa, R3Al,
etc. El que un monómero polimerice catiónica o aniónicamente depende de la
naturaleza de los sustituyentes en el doble enlace. Monómeros con
sustituyentes nucleófilos, como los grupos alquilo -R, fenilo -C6H5 y
alcoxilo -OR, que actúan repeliendo los electrones * del doble
enlace, polimerizan según el mecanismo catiónico; en cambio, si los
sustituyentes del doble enlace son electrófilos, como los grupos vinilo
-CH=H2, nitrilo -C*N, nitro -NO2 y carboxialquilo -COOR, que actúan
atrayendo al par de electrones *, la polimerización tiene lugar
preferentemente por el mecanismo aniónico.
Fibras vinílicas
Las fibras
vinílicas fueron las primeras fibras sintéticas utilizadas en la industria
textil. La sustancia base, el cloruro de polivinilo (PVC), tiene la
siguiente constitución:
...-CH2CH-CH2CH-CH2CH-CH2CH-...
El cloruro de
vinilo monómero se obtiene tratando una mezcla de coque y cal en el horno
eléctrico, con lo que se forma carburo cálcico, el cual reaccionando con agua
da acetileno que por adición de cloruro de hidrógeno en hornos de contacto
se transforma en cloruro de vinilo:
3C+CaO * C2Ca+CO
C2Ca+2 H2O * C2H2+Ca(OH)2
CH*CH+ClH *
CH=CHCl
También se puede
partir de etileno, que con cloro da 1,2-dicloroetano, el cual a unos 400 ºC
en presencia de carbón activo separa cloruro de hidrógeno, formándose cloruro
de vinilo:
CH=CH2+Cl2 * CH2Cl-H2Cl * CH=CHCl+ClH
La polimerización
del cloruro de vinilo tiene lugar, siguiendo el mecanismo radical, por acción
de catalizadores peróxidos.
En la técnica, el
proceso se lleva a cabo en aparatos a presión, generalmente según el
procedimiento de polimerización en emulsión. La longitud de las cadenas
polímeras viene determinada principalmente por la temperatura de reacción.
El mecanismo de la
polimerización es el siguiente: los radicales formados por descomposición del
catalizador peróxido en la reacción de iniciación se adicionan al doble
enlace del monómero dando un nuevo radical, el cual reacciona con otro
monómero formando un nuevo radical mayor, que a su vez adiciona otro
monómero, y así sucesivamente.
El crecimiento de
la cadena polímero termina con las reacciones de ruptura, en las que se
desactivan los macrorradicales por recombinación o dismutación. Si llamamos
r- a los radicales formados en la descomposición peróxido, el esquema de la
polimerización sería así:
Iniciación:
r-r * 2r·
Crecimiento:
r· + CH2=CH * r-CH2-CH·
* *
Cl Cl
r-CH2-CH· + CH2=CH * r-CH2-CH-CH2-CH·
* * * *
Cl Cl Cl Cl
Ruptura por
combinación:
Los radicales
libres de los carbonos de las cadenas polímeras se unen entre si, formando,
así, de dos cadenas una sola:
...-CH· + ·HC-... * ...-CH-HC-...
* * * *
Cl Cl Cl Cl
Ruptura por
dismutación:
Un carbono de una
cadena cede un hidrógeno a otro libre de otra cadena para formar un doble
enlace con el carbono de radical libre de su cadena:
...-CH· + ·HC-CH2-... * ...-CH2 + HC=CH-...
* * * *
Cl Cl Cl Cl
El peróxido no es,
pues, un catalizador en el sentido estricto, sino que queda incorporado en
los extremos de las cadenas polímeras, consumiéndose durante el proceso.
Se obtiene así un
PVC con un contenido de cloro de 53-56 por 100 que puede ser hilado termoplásticamente
por extrusión. Sin embargo, para la fabricación de fibras se prefiere el
procedimiento clásico de la hilatura seca o húmeda, y como para esto muestra
poca solubilidad, se le somete a un clorado adicional haciendo burbujear C12
por una suspensión del PVC en C14C; el PVC posclorado resultante es ya
soluble en disolventes orgánicos y contiene de un 64 a un 66 por 100 de
cloro, lo que corresponde a una distribución estadística de tres átomos de Cl
por cada dos moléculas de monómero. El PVC posclorado se disuelve en acetona
y se efectúa una hilatura seca.
Las fibras
vinílicas son muy resistentes a los ácidos, bases y otros agentes químicos,
no arden ni se inflaman, ni absorben humedad y tienen buen poder aislante,
pero son poco estables al calor, encogiéndose a 78º C. Por sus características,
se utilizan principalmente en el sector técnico para la fabricación de telas
filtrantes, cordones, redes, vestimenta antifuego y antiácido; su capacidad
de encogimiento se aprovecha para elaborar tejidos densos. Nombres
comerciales de estas fibras son Clevyl, Movil, Rhovyl, Thermovyl, Veidron,
etc.
También la
copolimerización del cloruro de vinilo con otros monómeros da materiales
sintéticos apropiados para fabricar fibras textiles. Copolimerizando con 10-12
por 100 de acetato de vinilo se obtiene una fibra (Vinyon). La fibra se
elabora por hilado en seco del copolímero disuelto en acetona.
Por
copolimerización de cloruro de vinilo con acrilnitrilo en la relación, se
obtiene una fibra (Dynel) más estable frente al calor y disolventes que la
anterior.
Otra fibra
copolímera se obtiene con cloruro de vinilideno (Saran). Todas ellas se
caracterizan por su gran resistencia química buena resistencia mecánica y
escasa estabilidad térmica.
Fibras acrílicas
Estas fibras son
muy importantes en la industria textil El monómero acrilnitrilo, o cianuro de
vinilo, se obtiene en la industria por dos procedimientos:
a) Por adición de
ácido cianhídrico a acetileno en medio clorhídrico en presencia de sales
cuprosas y amónicas:
CH*CH + CNH * CH=CH-CN
b) Por adición de
ácido cianhídrico a óxido de etileno y separación de agua de la
etilenocianhidrina formada a temperatura alta con catalizador de estaño:
La polimenzación
del acrilnitrilo tiene lugar según el mecanismo radical con iniciadores
peróxidos o según el mecanismo aniónico con catalizador de sodamida.
Se considera el
mecanismo de la polimerización aniónica del acrilnitrilo con sodamida NaNH2
en amoniaco líquido. El nitrógeno de la sodamida tiene un par de electrones
libres que, junto con el grupo electrón-atrayente -CN del acrilnitrilo, actúa
polarizando el doble enlace del monómero por desplazamiento de los electrones
* al átomo de carbono que soporta dicho grupo -CN. La reacción de iniciación
tiene lugar por adición del anión amida H2N- al metileno cargado
positivamente de la molécula monómera polarizada, con lo que queda una carga
negativa en el C que soporta el grupo nitrilo.
El anión así
formado se adiciona al doble enlace polarizado de otra molécula monómera, y
este nuevo anión adiciona otra molécula de monómero, y así sucesivamente,
encontrándose siempre la carga negativa portadora de la reacción en el
extremo creciente de la cadena polímera.
La reacción de
ruptura se produce por transferencia de un protón del amoniaco a la última
unidad monomérica del macroión, regenerándose el catalizador:
*
...-CH2-CH+NH3 * ...-CH2-CH2+NH2*
* *
CN CN
Por hilatura en
seco de una disolución del polímero al 20 por 100 en dimetilformamida y
estirado de los hilos, a 160-180º C, a diez o doce veces su longitud, se
obtienen fibras de buena resistencia mecánica y química y excelente
estabilidad climática, térmica y a la luz. Las fibras acrílicas se
caracterizan además por su ligereza, suavidad, elasticidad y abrigo siendo
por estas propiedades las fibras sintéticas más semejantes a la lana. No
absorben apenas agua o humedad, secándose rápidamente. Nombres comerciales de
las fibras acrílicas son: Crilenka, Redon, Dralon, Orlon, Exian, Crylor,
Zefran, Dolan, etc.
Por
copolimerización de acrilnitrilo con 15 por 100 de acetato de vinilo se
consigue mejorar la solubilidad del material sintético en la disolución de
hilar y su teñido; tales copolímeros son los componentes de las fibras
Acrilan, Leacril, Courtelle, etc. El acrilnitrilo forma también copolímeros
fibrilares en el cloruro de vinilo (Dynel).
Fibras de alcohol
polivinílico formolizado
Estas fibras
sintéticas se fabrican casi exclusivamente en el Japón para la elaboración de
redes de pesca. Por la presencia de grupos alcohólicos en las macromoléculas
tienen propiedades similares al algodón (hidrofilia), pero sin alcanzar su
solidez y resistencia mecánica.
Se elaboran a
partir de alcohol polivinílico seguido de un endurecimiento con formol, con
lo que se transforman parcialmente en polivinilacetal insoluble.
El alcohol
polivinílico se obtiene por transesterificación del acetato de polivinilo en
reacción polímero-análoga, es decir, sin escisión apreciable de las cadenas
macromoleculares. El proceso se efectúa disolviendo el acetato de polivinilo
en metanol y catalizando con alcoholato sódico. No puede obtenerse por vía
directa porque no existe el alcohol vinílico monómero CH2=CH-OH.
Para la
fabricación de la fibra se disuelve el alcohol polivinílico en agua hasta
dar una disolución espesa y se efectúa con ella una hilatura húmeda haciendo
pasar los hilos por un baño coagulante que contiene formaldehído y ácidos
minerales. En este proceso el alcohol polivinílico se transforma en acetal,
pero quedando grupos OH sin acetalizar.
Nombres comerciales
de fibras de alcohol polivinílico formolizado son: Vinylon, Kuralon, Mewlon,
Cremona, Synthofil, etc.
Fibras de
poliestireno
El estireno
monómero, o vinilbenceno, es un líquido que se obtiene en la industria por
adición de benceno a etileno en presencia de Cl3Al, según una reacción de
Friedel-Crafts; se forma etilbenceno, que deshidrogenado a 600º C en presencia
de ZnO catalizador se convierte en estireno:
CH=CH2 + C6H6 * CH3-CH2-CH5 * CH2=CH-C6H5 + H2
Aunque el
poliestireno puede polimerizar tanto por el mecanismo radical como por el
iónico, en la práctica se efectúa principalmente por el mecanismo radical,
con 0,1-0,5 por 100 de peróxido de dibenzoílo como catalizador.
Se obtiene una
masa dura, transparente e incolora de poliestireno. Por estirado de la fibra
pierde su fragilidad, convirtiéndose en elástica y resistente. De las
propiedades de las fibras de poliestireno cabe destacar su impermeabilidad
al agua y su alto poder aislante eléctrico. Nombres comerciales son
Polyfibre, Algil, Styroflex, etc.
Fibras
vinilidénicas
Son las
resultantes de la polimerización y copolimerización del cloruro de
vinilideno. Este se obtiene por cloración del cloruro de vinilo y separación
de ácido clorhídrico con lechada de cal del l,2,2-tricloroetano.
La polimerización
se efectúa por el método de emulsión, según el mecanismo radical en presencia
de peróxido de dibenzoilo. Las fibras se obtienen por extrusión en
filamentos de la masa fundida.
Aunque existen
algunas fibras a base de cloruro de polivinilideno puro (Harlon), se
prefiere en general para fines textiles los copolimerizados con 10-15 por
100 de cloruro de vinilo (Saran, Diorid, Tygan, Velon, Vinyon HR, Permalon),
ya que la temperatura de reblandecimiento del homopolímero queda cerca del
punto de descomposición, mientras que los copolímeros tienen una zona de
reblandecimiento más baja y, por tanto, más fácil laboreo termoplástico.
Estas fibras de
copolímero cloruro de vinilo/cloruro de vinilideno muestran gran resistencia
química y a la abrasión e impermeabilidad al agua, pero no son muy estables
al calor, empezando a encoger a los 65º C y a reblandecer a los 115 ºC
aproximadamente.
Fibras de
politetrafluoretileno
El monómero
tetrafluoretileno se obtiene en la industria por pirólisis del
difluorclorometano que se forma al tratar cloroformo con fluoruro de
antimonio:
3 CHCl3 + 2 F3Sb *
3 CHF2CI + 2 Cl3Sb
2 CHF2C1 * 2 ClH +
CF2=CF2
El
tetrafluoretileno polimeriza en agua con catalizadores peroxidicos dando un
polvo blanco de politetrafluoretileno.
Las fibras de
politetrafluoretileno (Teflon, Fluon, Hydefion) presentan propiedades poco
comunes en cuanto a su estabilidad térmica y a los agentes químicos. Soporta
temperaturas comprendidas entre -80 y +200º C sin descomponerse. Es la fibra
textil de mayor densidad, no absorbe en absoluto agua o humedad y no es
atacada por los reactivos químicos más corrosivos.
Se emplean
principalmente para tejidos del sector técnico que requieren gran estabilidad
química y térmica, como, por ejemplo, tejidos filtrantes.
Fibras olefínicas
Las poliolefinas
constituyen un grupo de materias sintéticas cuya principal ventaja técnica
estriba en su economía, ya que proceden de los subproductos de la destilación
y craqueo del petróleo. A este grupo pertenecen los polietilenos apropiados
para tejidos técnicos, cuerdas, telas filtrantes, etc., pero no para
vestimenta por su bajo punto de reblandecimiento y alta contracción; los
polibutadienos y los polipropilenos, no todos son apropiados para fabricar
fibras, sino solamente los isotácticos.
Las fibras de
polietileno y de polipropileno se obtienen por hilado en fusión de las
poliolefinas correspondientes, es decir, por extrusión del material en estado
fundido a través de orificios. Los filamentos plásticos que salen de la
tobera son estirados a varias veces su longitud para aumentar su resistencia
mecánica, solidificando en el aire.
El etileno
monómero se obtiene principalmente del craqueo del petróleo y de los gases de
coquerías. La polimerización puede llevarse a cabo en fase gaseosa a presiones
y tempera-turas altas siguiendo el mecanismo radical, o bien a 60-70º C y
presión normal en presencia de aluminio trietilo, según el mecanismo
aniónico. En el primer caso se obtienen polietilenos de bajo peso molecular,
con ramificaciones metílicas, que se caracterizan por su elasticidad y
flexibilidad, y en el segundo caso resultan polietilenos no ramificados más
duros y rígidos.
Para la
fabricación de fibras se prefieren los polietilenos de bajo peso molecular
del primer método o las fracciones análogas del segundo. Todos los
polietilenos son muy resistentes a los agentes químicos y a la corrosión, no
absorben agua ni humedad y poseen buenas propiedades aislantes. Nombres
comerciales de fibras de polietileno son: Polythene, Trofil, Boita, Courlene.
El polipropileno
isotáctico presenta en su cadena macromolecular una repetición
regular de las unidades monómeras con átomos de carbono terciario de igual
configuración estérica, es decir, los sustituyentes metílicos se encuentran
todos por encima o todos por debajo del plano determinado por la cadena
carbonada.
Se obtiene por
polimerización del propileno mediante catalizadores heterogéneos
estereoespecíficos, los cuales actúan absorbiendo y orientando el monómero en
su superficie, formándose luego las cadenas polímeras ordenadamente en dichas
unidades orientadas.
El polipropileno
isotáctico es la poliolefina que presenta mayor grado de cristalinidad y
empaquetamiento molecular, junto con las propiedades mecánicas más
favorables. Tiene la ventaja de poseer una temperatura de reblandecimiento
superior a la del polietileno, siendo además la materia plástica de menor
densidad. Las fibras son estables a los reactivos químicos y a la corrosión,
no absorben agua ni humedad, pero son sensibles a las radiaciones
ultravioletas. Su tenido produce dificultades, lográndose solamente en el
polímero fundido antes de elaborar la fibra. Se emplean para artículos
técnicos, como telas filtrantes, cordeles, redes, cepillos, etc., y también
para la fabricación de alfombras, lonas, tapizados, mantas, medias y
calcetines. Marcas comerciales de estas fibras son Merakion, Cetryl,
Hostalen, Vestolen, Ulstron, Gerfîl, Vectra, Oletene, etc.
FIBRAS OBTENIDAS
POR POLICONDENSACIÓN
Fibras de
poliéster
Estas fibras,
junto con las acrílicas y las de poliamida, constituyen las fibras sintéticas
más importantes de la industria textil.
El material base,
los poliésteres, son químicamente policondensados termoplásticos
lineales formados a partir de un ácido dicarboxílico y un dialcohol. En estos
productos, los grupos éster están incorporados como puentes de enlace en las
cadenas macromoleculares; en cambio, los ésteres de la celulosa no se
consideran como poliésteres, ya que en ellos los grupos éster se encuentran
en las cadenas laterales.
El mecanismo del
proceso de formación de un poliéster lineal consiste en la condensación
reiterativa de los monómeros bifuncionales.
El éster formado
en esta primera etapa contiene todavía grupos hidroxilos y carboxilos
terminales libres, que pueden reaccionar con nuevas moléculas de diácido y
dialcohol, respectivamente.
La cantidad de
agua separada es una medida de la cuantía de la polirreacción; por ejemplo,
cuando el grado de policondensación alcance el valor n =500,
el número de moles de agua formada por mol de poliéster será de 999. Estas
reacciones de esterificación son reacciones en equilibrio, de modo que para
conseguir altos grados de condensación es necesario eliminar del sistema
reaccionante el agua que acompaña a la formación del poliéster, a fin de
que el equilibrio se desplace hacia el lado de los condensados
macromoleculares.
Los poliésteres
lineales fueron obtenidos por vez primera por Carothers en 1932 a partir de
ácidos dicarboxílicos alifáticos y dioles, resultando productos de escasa aplicación
técnica, pues por su bajo punto de fusión e hidrofilia eran fácilmente
saponificables.
Los principales
poliésteres lineales para fines textiles son los politereltalatos, que se
obtienen por transesterificación y condensación del dimetiléster del ácido
tereftálico con dietilenglicol. No se parte directamente del ácido
tereftálico, pues por su insolubilidad resulta difícil la esterificación con
glicol. Se obtiene primero el dimetiléster tereftálico, y luego se efectua la
transesterificación con exceso de glicol, a 190-200 ºC, en presencia de
catalizadores como óxido de plomo o de magnesio.
Se separa el
metanol formado por destilación y con el poliéster fundido se efectúa una
hilatura por extrusión. Los hilos son sometidos a un estirado en frío a seis-diez
veces su longitud para aumentar su solidez y luego a una termofijación con
objeto de eliminar las tensiones producidas en la hilatura y estiraje y
evitar así la contracción posterior de la fibra.
Estas fibras de
polietilentereftalato son del tipo Terylene, al cual pertenecen también las
diversas fibras textiles conocidas bajo las designaciones comerciales de
Diolen, Trevira, Dacron, Fortel, Teteron, Tentai, Wistel, Tergal, Terlenka,
Enkalene, Teriber y otras más
La distinta
constitución química lleva consigo el que ambos tipos de fibras de poliéster
tengan propiedades y comportamiento distintos.
Las fibras de
poliéster son elásticas y muy resistentes a la tracción y ai roce,
acercándose a los valores mecánicos de las fibras de poliamida. Son muy estables
a la luz, a los ácidos, oxidantes y disolventes, pero no demasiado frente a
las bases, las cuales, concentradas y en caliente, actúan saponificando el
poliéster. Absorben menos humedad que las fibras acrílicas y poliamídicas,
pero algo más que las vinílicas y olefínicas. Son, además, fáciles de lavar y
secan rápidamente.
Fibras de
poliamidas
Se pueden obtener
por dos procedimientos diferentes, que conducen a dos tipos distintos de
poliamidas. Uno de ellos consiste en la policondensación de diaminas con
ácidos dicarboxílicos que contengan ambos, por lo menos, cuatro grupos
metileno en sus moléculas; el otro método de obtención, se basa en la
autopolicondensación de aminoicidos (o sus lactamas) de por lo menos cinco
metilenos. Si el número de grupos metileno es menor, no se produce
condensación suficiente para dar productos de importancia textil.
De todas las
fibras sintéticas, las poliamidas son las que más se asemejan
constitucionalmente a las fibras proteínicas naturales, como la lana y la
seda. Como en éstas, las cadenas lineales de las poliamidas técnicas están
formadas por enlaces peptídicos o amidínicos, que justifican sus propiedades
especiales, como su insolubilidad, elevado punto de fusión, resistencia
mecánica, etc., ya que pueden saturarse mutuamente por formación de puentes
de hidrógeno.
La formación de
tales puentes de hidrógeno se puede dificultar o impedir, modificando la
regularidad estructural de la poliamida. Con ello aumenta la solubilidad de
la poliamina y disminuye su punto de fusión.
A diferencia de
otras fibras termoplásticas, las poliamidas no tienen una zona de
reblandecimiento, sino un punto de fusión bastante definido.
Son las fibras de
mayor resistencia a la tracción, al desgarre, a la abrasión y a la flexión.
Al igual que las fibras de poliéster, tienen la característica de poderse
estirar en frio a varias veces su longitud inicial, adquiriendo
entonces gran sulidez y elasticidad. Característico de las poliamidas es
también su capacidad de absorcion de agua o humedad.
Nombres
comerciales de fibras de poliamida 6,6 son: Nylon, Astron, Quiana,
Chemstrand, CTA, Fabeinyl, Nomex, Nailon, Nylfrance, Promilan, Nylcolor,
Wellon y Forlio.
Nombres
comerciales de fibras de poliamida 6 son PerIon, Amilan, Celon, Lilion,
Velion, Helion, Frilon, Tecron, Carbyl, Trinyl, Nurel, Caprolan, Enkalon,
Dederon, Dorvivan, Toray, Dayan, Nylhair, etc.
FIBRAS OBTENIDAS
POR POLIADICIÓN
Fibras de
poliaducto
Las principales
fibras de poliaducto para fines textiles son las de poliuretano, que son fibras
elastoméricas que resultan de la poliadición de diisocianatos a dioles. Las
primeras fibras de poliaducto fueron las de polioximetileno y polioxietileno,
obtenidas a partir de formaldehído y óxido de etileno, respectivamente. La
formación de estos productos se considera poliadiciones y no
polimerizaciones, ya que en cada etapa de reacción tiene lugar la migración
de átomos de hidrógeno de un monómero al otro, enlazando entonces ambas
moléculas las valencias que quedan libres en la transferencia protónica.
El polioxietileno
se forma por poliadición del óxido de etileno en medio alcalino en presencia
de un alcohol.
Ambos productos
son de escasa aplicación técnico-textil, a causa de su solubilidad en agua y
pequeña estabilidad química.
Mucho más
importantes para fines textiles son los poliuretanos lineales. Se obtienen
por poliadición de diisocianatos y dialcoholes; por ejemplo, en la reacción
entre hexametilendiisocianato y butilenglicol. En este proceso los átomos de
H de los grupos alcohólicos del glicol pasan a los átomos de N del
diisocianato, formándose enlaces uretano.
La obtención de la
fibra se efectúa, como en las poliamidas, por hilado en fusión, seguido de un
tensado en frío y termofijación.
La absorción de
agua o humedad es en las fibras de poliuretano mucho menor que en las
poliamidas. Presentan suficiente estabilidad química frente a ácidos,
disolventes orgánicos y aceites minerales y grasos. El alargamiento elástico
alcanza valores cercanos a los de los filamentos de caucho, pero les superan
en su resistencia a la rotura y a la abrasión. Las fibras de poliuretano son
estables a la luz, no envejecen y pueden soportar temperaturas de basta 150
ºC.
Las fibras de
poliuretano se suelen usar en combinación con otras fibras para dar
elasticidad al artículo confeccionado.
Nombres
comerciales de fibras de poliuretano son: Dorlastan, Elastomer, Lycra,
Sarlane, Rhodastic, Spanzelle, Unel, etc.
4-) EXPERIMENTO
El experimento
tenía como fin la creación de una poliamida: el Nylon, y la observación de
las posibles diferencias entre estos polímeros al ser creados con los mismos
productos pero variando el porcentaje en que se encuentran los reactivos. A
continuación se describe el método utilizado en la experimentación:
NOTA: Las
cantidades en que se encuentran los reactivos en la descripción del proceso
son las cantidades originales para la creación de este polímero.
Productos
Material
Procedimiento
Se vierten 10 ml.
de una disolución acuosa al 5 % de hexametilendiamina en un vaso de
precipitados de 50ml. Se añaden 10 gotas de una disolución de hidróxido
sódico al 20 % y se agita con ayuda de una varilla de vidrio. Después se
añaden con cuidado 10 ml. de una solución de cloruro de adipoilo al 5 % en
ciclohexano, vertiéndola por la pared del vaso inclinado ligeramente. Aparecerá
una película de Nylon entre dos capas, con un gancho de cobre se coje la
película y se forma una bolita con ella en el centro del vaso. Inmediatamente
después se estira del gancho con suavidad y con la velocidad justa para que
se forme el polímero continuamente para poder conseguir un hilo de gran
longitud pero con cuidado de no romperlo. Después se lava el hilo con agua y
se deja secar en papel de filtro.
Conclusiones
El grosor de los
hilos al depender de la velocidad de extracción en la fabricación no se puede
relacionar con la variación de la cantidad de reactivo.
No se ha observado
ninguna función apreciable del hidróxido sódico, tal vez se trate de algún
tipo de catalizador.
La variación de
las cantidades de reactivos sólo influye en la cantidad de sobrante después
de la extracción del polímero.
1.2.2 OBTENCION DE
LAS FIBRAS ESPECIALES
1.3 PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS GENERALES
1.3.1 PROPIEDADES FIBRAS SINTETICAS Y ESPECIALES
PROPIEDADES
GEOMETRICAS Y OTRAS PROPIEDADES FÍSICAS
Existen dos tipos
de fibras en lo que se refiere a su longitud y a su distribución
longitudinal: filamentos continuos (rayón, seda, nylon, orlón y vinyon) y
hebras (algodón, lana y fibras sintéticas en hebra), las fibras artificiales
en forma de hebras tienen longitudes uniformes y se cortan en filamentos de 6
a 20 cm.
Las propiedades
mecánicas de las fibras, los hilados, las cuerdas y los tejidos son en muchos
casos los que determinan el valor comercial del material, aunque a veces
tiene mayor importancia el brillo, la facilidad para teñirse y la calidad
eléctrica, las cuales son sometidas a fuerzas extrañas por un determinado
tiempodurante el cual actúan. Entre las pruebas más comunes tenemos: prueba
dinámica (tiempo de deformación individual en tracción por segundo), pruebas
normales (tiempo de deformación de aproximadamente 100 segundos), pruebas a
larga duración o estudio de escurrimiento plástico que dura muchas horas e
incluso días y por último el módulo de elasticidad que en una cuerda
representa la rigidez y mide la resistencia inicial al alargamiento.
El grado en que un
material textil abriga, esto es resguarda del frío, depende de la
conductividad calorífica, capacidad calorífica, aspereza de la superficie y
capacidad para encerrar aire y otros gases. La lana, seda, fibras de
proteínas y orlón son en este aspecto superiores a todas las demás fibras
naturales y sintéticas.
Otras propiedades
térmicas importantes de los materiales fibrosos son el punto de adherencia,
el punto de reblandecimiento o de fusión y la fragilidad en frío. Los puntos
de adherencia de algodón, rayón viscosa, lana, seda, nylon y orlón están
bastante por encima de 200º C y no provocan muchas dificultades en el
planchado.
El punto de fusión
de un buen polímero para la formación de fibras debe ser bastante superior a
300º C. La mayoría de las fibras, con la posible excepción del vinyon y el
acetato de celulosa, son lo suficientemente flexibles a menos de 50º C.
Las propiedades
eléctricas más importantes de las fibras están asociadas con la absorción de
agua ya que el material se distribuye cuando aumenta el contenido de humedad.
Las buenas fibras textiles tienen que resistir el ataque de los ácidos y las
bases de concentración moderada hasta temperaturas de 60 a 80º C, no deben
ser atacados por los disolventes orgánicos, como hidrocarburos, alcoholes,
ésteres y cetonas; deben resistir la acción de la luz en presencia de oxígeno
y agua, así como a la acción de enzimas, moho y bacterias.
Las fibras hechas
de acetato de celulosa y de copolímeros de cloruro de vinilo con acetato de
vinilo y acrilonitrilo (vinyon E y N, respectivamente) muestran excelente
resistencia a los ácidos, las enzimas y los mohos y no ocasionan molestias en
la piel, pero muchos disolventes orgánicos hacen que se hinchen o incluso los
disuelven a temperaturas elevadas, son atacados por los álcalis y por el
calor se debilitan y cambian de color.
Las fibras de
nylon y orlón resisten muy bien los disolventes orgánicos normales y muestran
muy buena resistencia en el uso al aire libre, pero es difícil de teñirlas.
Por consiguiente, parece que los representantes de la clase de poliésteres,
poliamidas, poliuretanos y poliacrilonitrilos reúnen la mayoría de las
propiedades químicas que se consideran importantes para una fibra textil.
Una propiedad
importante de las fibras textiles es la absorción de agua, en equilibrio con
la atmósfera de humedad relativa y una temperatura dada. Algunos materiales
como el nylon y el orlón tienen una afinidad bastante baja para el agua. El
polímero vinílico más importante es el poliacrilonitrilo, que adquirió
importancia comercial con el nombre comercial de orlón.
FIBRAS DE NYLON
La base para la
manufactura del nylon 66 y el nylon 6 es el benceno, lo que muestra la gran
cantidad de material necesario para las varias rutas de los nylones. El
tolueno es también requerido dependiendo del procedimiento elegido.
El nylon 66 se
prepara mediante la reacción de condensación de cantidades equimolares de
hexametilendiamina y ácido adípico empleando metanol acuoso como disolvente.
Una solución concentrada de esta sal (sal de nylon) se calienta en atmósfera
inerte a unos 270º C bajo presión, se extrae después el vapor
de agua y se
completa la polimerización bajo vacío. El peso molecular se controla bajo la
adición de pequeñas cantidades de ácido acético al sistema.
El nylon 6 se
prepara por polimerización térmica de caprolactama en una atmósfera inerte a
temperaturas de hasta 270º C. Se necesita un iniciador, el cual generalmente
es agua, formándose ácido 6- aminohexanóico o sal del nylon 6 (de 1 a 2%), en
este caso se pueden añadir pequeñas cantidades de un ácido monocarboxílico
(ácido acético) como regulador de la cadena. Algunas propiedades mecánicas de
estas fibras son los valores típicos que van de 10-15×103 para el nylon 6 y
el nylon 6,6.
En general, los
copolímeros ofrecen bajos puntos de fusión, mayor flexibilidad y solubilidad
y en algunos casos transparencia, los más comercializados son: nylon 6/6,6 y
10/6,6 y terpolímeros como Nylon 6,6/10,6/6; éstos tienen un alto grado de
flexibilidad y solubilidad y en alcohol-agua, este tipo de nylones presenta
una amplia gama de aplicaciones, entre las que se encuentra el tratamiento de
telas y superficies en la industria textil.
Las cargas más
comunes entre los nylones, son de fibra de vidrio y cargas minerales. Entre
las cargas que se pueden utilizar encontramos las siguientes:
Para aumentar
volumen y reducir costo: aserrín, pulpa de madera, yute, celulosa, mica y
carbonato de calcio. Para reforzar y aumentar la resistencia mecánica: fibra
de vidrio, fibra de asbesto, fibras sintéticas y papel.
Para aumentar la
dureza: carbonato de calcio, sílica, polvos metálicos, grafito y pigmentos
inorgánicos. Para incrementar la resistencia química: fibra de vidrio, fibras
sintéticas y grafito.
Las cargas se
aplican a los nylones de entre 5% a 40% sobre el peso de la mezcla. Los
nylones presentan diversos grados comerciales modificados cuando son con:
fibra de vidrio, refuerzos minerales, bisulfuro de molibdeno, grafito y
teflón.
La fibra de vidrio
aumenta la rigidez, la resistencia a la tensión, la resistencia a la
compresión y la resistencia al impacto. Es decir que mejora las propiedades
mecánicas de las poliamidas y disminuye la absorción de agua y la expansión
térmica. Los nylones con cargas minerales aumentan sus características de
resistencia al impacto y se utilizan con gran éxito en la fabricación de
muebles, paneles protectores, las cargas minerales más usadas son: talcos,
micas, asbestos y carbonato de calcio.
Los nylones para
su uso comercial contienen aditivos que alteran las propiedades y aumentan la
procesabilidad del nylon, dependiendo de la propiedad que se quiera
modificar. Entre estos aditivos tenemos plastificantes, estabilizadores de
luz y calor, absorbentes de luz ultravioleta, retardantes a la flama y
pigmentos o colorantes.
Los plastificantes
pueden ser agregados en los gránulos de resina y pueden ser extraídos
posteriormente, incluyen carbamidas, sulfonamidas monoméricas, compuestos
fenólicos, cetonas cíclicas, ésteres y algunos alcoholes.
Los plásticos
altamente cristalinos como el nylon 6 y 6/6 son difíciles de plastificar
para que adquieran una mayor flexibilidad. En el caso del nylon 6 por
ejemplo, se puede plastificar con monómero de caprolactama, donde el
exceso del mismo no se extrae del recipiente donde se ha llevado a cabo la
reacción.
El plastificante
disminuye la dureza del material y aumenta la resistencia al impacto.
En el caso de los
copolímeros de nylon 11 y 12 con menor grado de cristalización, se usan dioles
de cadena larga y sulfonamidas de alto peso molecular como plastificantes.
Los
estabilizadores a la luz y al calor son agregados a las poliamidas para
evitar su rápida degradación cuando son expuestas a altas temperaturas y a
rayos solares por largos períodos de tiempo o cuando van a ser expuestas por
períodos prolongados al agua caliente.
Los nylones a los
que se les ha agregado absorbentes de radiación ultravioleta son generalmente
utilizados en la fabricación de tubería cubierta de cables y artículos en
general que van a estar expuestos al sol por largos períodos de tiempo.
Los retardantes a
la flama se utilizan para evitar la combustión del polímero, trabaja creando
una capa endotérmica que excluye oxígeno. Para las poliamidas es bastante
reciente la introducción de retardantes a la flama tales como alúminas
hidratadas y oxicloruro de bismuto. El óxido de manganeso también se puede
aplicar para este propósito.
Una gran variedad
de pigmentos puede ser usada, dependiendo de las necesidades de estabilidad
de calor y la exposición a la intemperie de una pieza de nylon. Existen
pigmentos resistentes a la intemperie y ataques químicos.
Los lubricantes
son usados para incrementar la procesabilidad de los nylones y la apariencia
del producto final. Pueden usarse estearato de calcio, ácido esteárico,
ésteres y ceras de polietileno.
Los antiestáticos
son usados para reducir las cargas electrostáticas en los nylones sobre la
superficie del plástico. Los más comunes agentes electrostáticos son sales
cuaternarias de amonio y polietilenglicol.
Los nylones son
muy higroscópicos, el grado de absorción de agua disminuye con el incremento
de hidrocarburos en la longitud de la cadena del polímero. El agua tiene un
efecto plastificante, la cual causa una pérdida en la resistencia a la
tensión, pero incrementa la resistencia al impacto. La velocidad de absorción
de humedad varia con el espesor y la forma de la pieza.
Los nylones, ya
sean en forma de gránulos (pellets), fibra o película, siempre
tenderán a adquirir un contenido equilibrado de humedad y este equilibrio
dependerá de la temperatura, la humedad del medio ambiente y el área o
volumen.
En la siguiente
tabla se muestra una comparación de la facilidad de absorción de humedad bajo
las mismas condiciones, de los diferentes tipos de nylones.
Los nylones se
caracterizan por su resistencia química a la mayoría de los solventes y son
muy aplicados para materiales que están expuestos a aceites, grasas y
gasolinas.
Los nylones funden
a temperaturas elevadas en el rango de 210 a 280º C dependiendo del tipo de
poliamida y el grado, presentan estabilidad dimensional por periodos cortos y
elevadas temperaturas que se aproximan a su punto de fusión, sin embargo
pueden estabilizarse soportando temperaturas de 90 a 120º C por tiempos largos
conservando su estabilidad dimensional.
FIBRAS POLIÉSTER
Las fibras
poliéster se hacen de grandes polímeros, producto de la condensación de
alcoholes y ácidos orgánicos o de hidroxiácidos. Estos polímeros
contienen el enlace éster como parte de la cadena monomolecular y no como en
algunas resinas poliéster que la tienen como una cadena lateral, en una base
polímera de adición. Du Pont las fabrica bajo el nombre comercial de dacrón y
son producidas desde 1954.
Una fibra
semejante, cuyo nombre es perileno, es fabricada por la Gran Bretaña.
El dacrón es
blanco, según la cantidad de pigmento deslustrante añadido al polímero, puede
variar de lustroso a semilustroso, mate u opaco. Las fibras son redondas de
sección transversal con superficie lisa las cuales se emplean para hacer
uniformes, pantalones deportivos, camisas, blusas, suéteres, calcetines,
ropa, blanca, hilos para coser, bandas transportadoras, hasta cordelería y
mangueras contra incendios. Los tres tipos principales de dacrón son los
tipos de hilaza de filamento brillante 5,100 y 5,500, hilaza de filamento
semimate tipo 5,600 y fibras semimate del tipo 5,700 cortada y para cuerdas.
Las fibras de
poliéster, dacrón, tienen una densidad de 1.38 g/mL a la temperatura
ambiente, funde a 250º C. Sus propiedades físicas de mayor importancia son:
tenacidad y alargamiento, reversibilidad del estirado y resistencia a la
torsión, son resistentes a bases débiles y poco resistentes a bases fuertes a
temperaturas ordinarias, resistentes a agentes oxidantes y no se degradan por
tratamientos normales de blanqueo.
Los poliésteres
pueden obtenerse por la combinación de ácidos orgánicos dibásicos y glicoles
en una reacción de condensación que produce agua como subproducto y otras
reacciones de esterificación. El terftalato de polietileno se obtiene por
condensación del etilénglicol con el ácido terftálico. La reacción es
fácilmente regulada, obteniéndose un peso molecular mayor. La materia prima
para su fabricación es el etilénglicol, el metano y el p-xileno,
por oxidación del xileno se obtiene el ácido terftálico.
FIBRAS
POLIACRILONITRILICAS (PAC)
La materia prima
es el acrilonitrilo. El orlón se fabrica mediante la polimerización de
acrilonitrilo. Los polímeros blanco-marfil son disueltos en disolventes
orgánicos, generalmente dimetilformamida, aunque pueden ser disueltos en
varias soluciones concentradas de sales, por ejemplo bromuro de litio o
sulfocianuro de sodio, el hilado se realiza utilizando el proceso en seco o
en húmedo.
El gran poder de
encogimiento de estas fibras ante el calor se aprovecha en la producción de
hilos de alto volumen, así por ejemplo las fibras dralón-S permiten, durante
la ebullición o la evaporación, reducir más o menos el 20 % de su longitud.
Los artículos hechos por medio de trazas o tejidos con hilos de este tipo de
fibras, encogidos mediante el tratamiento adecuado, permanecen voluminosos o
muestran efecto de encogimiento en proporciones iguales al diseño, las fibras
que encogen experimentan una fuerte reducción en su longitud. Los hilos de
este tipo poseen una estructura suave como la de la lana, encierran mucho
aire y conservan muy bien el calor, una de las ventajas principales es que no
se apelmazan y no encogen.
Poseen una resistencia a la ruptura bastante
alta para artículos textiles, reducida absorción a la humedad e hinchamiento,
se secan con rapidez y son resistentes al calor de irradiación. Se distinguen
por su textura y aspecto lanoso, pesan poco, conservan bien el calor, son
resistentes al apelmazamiento y tienen solidez óptica ante la luz y la
intemperie.
FIBRAS
ACRILONITRILICAS
Por definición,
estas fibras contienen por lo menos el 85% de acrilonitrilo, un grupo
separado, conteniendo 35-85% de acrilonitrilo se clasifican como
“modacrílicas”. A causa de estas características parecidas a la lana cuando
están convenientemente texturizadas, las fibras acrílicas tienen sus
principales usos en tejidos de punto en lugar de telas, alfombras y
tapicerías.
La polimerización
por radicales de acrilonitrilo ocurre con facilidad en suspensión acuosa con
catalizadores redox habituales, separándose el polímero como polvo de peso
molecular de 75-150×103.
El polímero se hila después en seco a partir
de una solución en dimetilformamida con aire caliente o se hila en húmedo a
partir de dimetilformamida o solución acuosa de tiocianato de sodio en un
baño acuoso de coagulación adecuada. El acrilonitrilo experimenta con
facilidad polimerización al azar con otros monómeros vinílicos y acrílicos,
por lo que se tienen un gran número de modificadores a las fibras, por ello
estos comonómeros se utilizan en la actualidad, como el acetato de vinilo,
los éteres acrílicos simples y la acrilamida.
Si la adición se
restringe por debajo del 15% las fibras conservan propiedades mecánicas
aceptables. Para el rizado de las fibras acrílicas, de manera que se asemejen
más a la lana, se utilizan fibras bicomponentes, en las cuales en dos mitades
se hilan a partir de dos polímeros acrílicos que contienen diferentes
cantidades de comonómeros, como acetato de vinilo y después se calienta la
fibra. Los dos componentes se contraen en magnitudes diferentes por lo que el
resultado neto es que la fibra se curva.
La densidad de las
fibras acrílicas varía de 1.135 a 1.18 según la cantidad de monómero y método
de manufactura de las fibras cortadas. Los métodos de polimerización de
acrilonitrilo son la polimerización por emulsión en agua y la polimerización
de una solución del monómero en agua con un catalizador apropiado, esto
produce una papilla acuosa del polímero. Los catalizadores apropiados son
pares redox como el sistema peroxidisulfato-bisulfito, o peróxido, como el
peróxido de benzoílo.
La fibra producida
es hilada por los métodos de hilado en húmedo o hilado seco, por ser
inestable en su intervalo de temperatura de fusión el polímero no se puede
hilar fundido como es el caso de los nylones.
El intervalo útil
de peso molecular para la formación de fibras de poliacrilonitrilo es de
15,000 a 300,000, la mayor parte de poliacrilonitrilo para fibras comerciales
tienen un peso molecular que está entre 30,000 y 100,000, según las
condiciones en que se hace el hilado.
Las limitaciones
estructurales de los disolventes orgánicos han sido bien definidas. Descritos
cualitativamente, estos disolventes son moléculas orgánicas fuertemente polares
que rompen los enlaces entre las cadenas de las moléculas del polímero entre
los grupos alfa-hidrógeno y nitro. Las moléculas del disolvente se adhieren a
estos lugares de enlace con más fuerza que la cohesión de una molécula con
otras. Entre losdisolventes orgánicos están el malononitrilo, sulfóxido de
dimetilo y sulfona, nitrofenoles y nitronaftoles,dimetilforma-mida, etcétera.
En la fibra hilada
en húmedo, el polímero es disuelto en el disolvente apropiado. La solución
resultante se vierte a través de la hiladora (llamada filera) en un líquido
que es miscible con el disolvente del polímero, pero que precipita el
polímero en forma de filamento.
Las fibras
acrílicas han demostrado su utilidad en tejidos para abrigos, trajes, ropa de
trabajo, cubiertas, cobertores, cortinas y toldos para automóviles. Las
mezclas de fibras acrílicas con otras fibras naturales o artificiales se
emplean bastante en prendas de vestir y prendas para deporte. Telas de fibras
acrílicas al 100% se emplean en camisas, blusas, ropa interior, géneros de
punto, trajes de trabajo y cortinas.
Industrialmente
las fibras muestran elasticidad química y resistencia al ambiente exterior en
telas para filtros, bolsas para recoger polvo, tiendas de campaña, encerados,
bolsas para ánodos, etcétera.
El dynel es una
fibra sintética acrílica manufacturada por la Carbide and Carbon Chemicals
Company, división de Union Carbide & Carbon Corporation. Está compuesto
por 60% de cloruro de vinilo y 40% de acrilonitrilo. Las primeras materias
para estas fibras son el gas natural, el amoniaco, sal y aire.
El dynel está
caracterizado por su buena tenacidad en seco y en húmedo, su estabilidad
dimensional, tacto cálido, resistencia, secamiento rápido, resistencia a la
combustión y a la degradación química, inmunidad
a la polilla y a
los mohos y termoplasticidad. Se fabrica mediante la copolimeración de
cloruro de vinilo y acrilonitrilo, esta se efectúa por un procedimiento de
emulsión, semejante al empleado para la producción del butadieno y del
estireno, y así mismo, es análogo a otras reacciones de copolimerización que
comprenden el cloruro de vinilo. En contraste con la facilidad con que se
polimerizan otros compuestos vinílicos y acrílicos, la copolimerización del
cloruro de vinilo y acrilonitrilo es lenta en las condiciones ordinarias,
pero se acelera por catalizadores redox y se regulan por los degradadores y
modificadores usuales. La reacción de copolimerización del cloruro de vinilo
y acrilonitrilo es alta en favor de este último. Es necesario alimentar el
acrilonitrilo continuamente durante la reacción, con objeto de tener una
resina con un grado de composición de uniformidad deseada para las
aplicaciones del polímero como fibra.
Cuando la
copolimerización es completa, la resina resultante se coagula, se lava y se
seca resultando un polvo blanco y ligero.
La resina seca se
disuelve en acetona y se hace pasar por una filera de muchos agujeros a un
baño acuoso coagulante, del cual sale el dynel como una cuerda de muchos
filamentos, entonces se estira de 5 a 10 veces su longitud original. Este
alargamiento influye en las características finales de tenacidad y
alargamiento de la fibra.
Buena parte del
éxito de los géneros del dynel mezclado depende del apropiado teñido y
acabado de la tela. Para esto se toman en cuenta tres cosas: a) el empleo de
temperaturas para el tinte superiores a 96º C, b) restauración del lustre en
las fibras teñidas, y c) consideración del hecho de que la fibra es
termoplástica. Normalmente la fibra posee muy baja absorción, pero a altas
temperaturas el agua penetra a la fibra y con ella penetra el colorante.
El dynel se emplea
en mantas de cama y mantillas para niños de pecho, bufandas, prendas para
alpinista, chamarras lanudas, vestidos, pelucas para muñecas, cubiertas de
rodillo, estampados y en tejidos de pelo.
El sarán es un
sistema de polímeros y copolímeros producido por la Dow Chemical Co. El
principal constituyente es el cloruro de vinilideno este es producido para
cubiertas de asientos para automóviles, muebles para el aire libre,
parasoles, telas para filtros, cortinas contra insectos y telas de sombra
para el tabaco. Con fibras cortadas, multifilamentos y monofilamentos de
varios tamaños se producen telas de tacto suave, apropiadas para cortinajes y
tapicería, telas para cubiertas, alfombras, telas para filtros y pelo para
muñecas.
El sarán fue
primeramente presentado como monofilamento de 0.01, 0.012 y 0.015 pulgadas de
diámetro, sus usos más apreciados son: cortinas contra insectos, telas para
tapicería, cintas tejidas y bridas.
Poco después que
fueron presentados los monofilamentos en el comercio, se hicieron filamentos
más finos para textiles, que a principios de la segunda guerra mundial es
hallaban en manos de pequeñas semifábricas.
En virtud de la
resistencia química del sarán, aquella pequeña inversión fue absorbida en el
esfuerzo de la guerra y el trabajo desarrollado fue moderado. Al término de
la guerra, la National Plastic Products Co. se interesó en los filamentos de
sarán más finos y emprendió un programa de investigación.
Las propiedades de
los monofilamentos grandes y de la hilaza más fina del sarán son las mismas,
conla excepción de que el monofilamento ofrece mayor resistencia a la
tracción. Esto depende del diámetro que llega hasta 3,500 kg/cm2 aunque
pueden conseguirse mayores, pero ahora no se puede emplear comercialmente.
La hilaza del
sarán presenta resistencia sobresaliente a los ácidos y a los álcalis, con
excepción del NaOH. No es atacado por los alcoholes ni por
los hidrocarburos alifáticos. Los hidrocarburos aromáticos, las cetonas,
los ésteres y los éteres pueden dañarles en grado variable. La temperatura es
un factor importante en los efectos de éstas sustancias. La resistencia a la
polilla y al moho es excelente. Los filamentos de sarán son autoextintores,
cuando se exponen a una llama, los filamentos se contraen primero, después se
funden y se descompone el polímero.
La primera materia
básica para el sarán es el petróleo y el cloruro de sodio. El cloruro de
vinilideno se polimeriza fácilmente en masa o en emulsión. El polímero es una
cadena abierta con la estructura (-CH2CH2-)n es blanco y poroso con
intervalos de fusión de 180 a 200º C y temperatura de descomposición de 225º
C aproximadamente.
Es difícil emplear
este polímero como material plástico en el sentido ordinario a causa de su
elevada temperatura de ablandamiento, su tendencia a desprender HCl a la
temperatura que se somete para hilarse y
su falta de
compatibilidad con los plastificantes en general. Las propiedades de este
polímero mejoran para su uso general por copolimerización. Como podría
esperarse de la resistencia química del sarán, el grado de plastificación es
limitado. También son limitantes los tipos de plastificantes a causa de sus
efectos sobre la estabilidad hacia el calor y la luz.
El sarán, para su
extrusión, existe en tres modificaciones: cristalino que es el estado normal
del polímero con el diagrama de rayos X bien definido, pero también con algo
de polímero amorfo, blando, fácilmente deformado, obtenido por fusión y
enfriamiento rápido; su forma cristalina a una velocidad que depende de la
temperatura y mantiene su condición amorfa a bajas temperaturas más largo
tiempo que a temperaturas altas; cristalino ordinario, tenaz, con un diagrama
de rayos X característico, producido por material amorfo plastificante.
El sarán se tiñe
por pigmentación en la hilatura. Se dispone de gran variedad de colores, que
pueden prepararse para satisfacer la conveniencia del cliente y cuya solidez
depende de la fijeza de los tintes y pigmentos usados, y por consiguiente
varía de un color a otro. En general la propiedad de fijeza es excelente en
los tonos medio y oscuro.
Las fibras de
sarán cortadas pueden ser elaboradas en equipos ordinarios de textiles con
ligeras modificaciones. Se produce hilaza en los sistemas de hilado de los
estambres, yute, yute modificado y lino. Por la elevada relación de teñir por
filamento en la actualidad, no se maneja bien el sarán en el sistema de
algodón.
FIBRAS
ELASTOMÉRICAS
Las propiedades
tan conocidas del caucho natural propiciaron el desarrollo de procesos para
que se pudiera incorporar a los tejidos. Un caucho crudo de alta calidad se
mezcla con azufre y otros productos químicos básicos, se calandrea en forma
de lámina delgada y se vulcaniza sumergiéndola en agua. La película
resultante se corta espiralmente en tiras con una sección transversal de
0.025 cm por 0.025 cm.
Estas tiras se
desulfurizan, se lavan, se secan y se empacan. Las tiras de mayor sección
transversal se procesan con mayor facilidad. A este producto originado por la
industria del caucho más que por la textil, se le llama cuerda.
Otro método
produce un monofilamento conocido como cuerda de látex. La materia prima es
látex de caucho y, puesto que se requiere una extrusión a través de orificios
pequeños, es indispensable que el material sea de alta pureza. Con una
estabilización apropiada, la solución de látex puede enviarse de la planta
hulera a la planta donde se formula y se procesa con el azufre y las otras
sustancia necesarias para el curado, añadiendo también pigmentos,
antioxidantes y otros aditivos. Después se procede a un precurado para
convertir el látex a una forma que coagule al extruírla en un baño
precipitador de ácido acético diluido, formándose un filamento que tenga
suficiente resistencia para someterse a las operaciones subsiguientes. Al
salir del baño se lava, se seca, se vulcaniza en una o dos etapas y se
empaca.
Las cuerdas de
caucha manufacturadas con cualquiera de estos procesos se pueden usar en
combinación con filamentos normales no elastómeros en telas tejidas o urdidas
(hiladas) Sin embargo, la mayor parte, en especial los que se obtienen por
medio de látex, se recubren con un devanado espiral de fibras naturales o
artificiales. Con frecuencia se aplican dos capas en direcciones opuestas
para reducir al mínimo los efectos de la torsión. Estos recubrimientos tienen
dos propósitos. El primero es el de reemplazar el tacto del
caucho en la piel humana, por el más aceptable que producen las fibras duras.
El segundo se relaciona con las propiedades
deseadas en el procesamiento de las telas. Cuando un material elastómero
comienza a recuperarse de su estado de gran alargamiento, produce una fuerza
considerable, pero al aproximarse a su condición original antes del estirado,
esta fuerza disminuye de manera notable. Cuando se ha hilado en su estado de
alargamiento con un filamento que tenga un módulo y una resistencia altas, el
componente elastómero no puede contraerse por completo debido a que su
expansión lateral está limitada y se presenta un encrespamiento del material.
De esta forma se pueden lograr diversas combinaciones de materiales que
proporcionen las características deseadas de estirado y recuperación para un
gran número de aplicaciones. Sin embargo, las cuerdas elastómeras tradicionales
tienen algunas limitaciones inherentes.
La presencia de enlaces dobles sin saturar
produce una sensibilidad a la oxidación, en especial cuando se exponen a la
acción de los rayos ultravioleta de la luz del Sol. También tienen poca
resistencia al lavado y a los blanqueadores domésticos y líquidos
limpiadores.
En los últimos
años, los filamentos o cuerdas de elastómeros se han venido usando en prendas
femeninas que comprimen la silueta a las dimensiones ideales de la juventud y
que, al mismo tiempo, son poco apreciables a simple vista. Estas prendas
deben ser muy delgadas y de gran efectividad por unidad de peso.
Los materiales de
fabricación tienen que ser compatibles con estos requerimientos. Un material
ahulado puede estirarse con bastante facilidad pero también es fácil alcanzar
un estado propenso a la cristalización.
La estructura así obtenida es resistente a
seguirse alargando y el módulo se incrementa de manera notable. En contraste
con las condiciones que se presentan cuando las fibras artificiales se
estiran para formar fibras de geometría estable en estados cristalinos y
orientados, el estado cristalino de las fibras elastómeras es muy lábil, a
menos que la temperatura llegue a niveles sumamente bajos. La solución al
problema radica en el uso de polímeros lineales conteniendo secciones blandas
conectadas por componentes duros.
La parte blanda,
flexible y de baja fusión, suele ser un poliéter alifático o un poliéster con
grupos oxhidrilo terminales y un grado de polimerización entre 10 y 15. la
porción dura se obtiene con un diisocianato aromático en cantidades tales que
reaccione con los grupos terminales del poliéter o poliéster, para formar
grupos uretano. El producto, que es un compuesto intermedio al que se le
llama prepolímero, es un líquido espeso formado esencialmente por moléculas
con grupos isocianato activos en ambos extremos.
El polímero
elastomérico se protege extendiendo el prepolímero al
hacerlo reaccionar con glicoles de cadena corta o diaminas, con lo que se
completa la formación de grupos duros entre las cadenas blandas,flexibles. La
conversión de estos polímeros en fibras de valor práctico, puede llevarse a
cabo con procesos dehilatura en húmedo, en seco o por fusión, dependiendo del
tipo de polímero.
Se pueden incorporar aditivos para impartir
color o mejorar la resistencia a la oxidación y la acción ultravioleta, ya
sea en los baños de hilatura o en el producto fundido. El desarrollo de
fibras elastoméricas ha resultado en una modificación de la hilatura en
húmedo llamada hilatura de reacción o hilatura química. De hecho, se puede
decir que el rayón, que fue el primer material en hilarse en húmedo, se
produce por hilatura de reacción en húmedo o hilatura química en húmedo, pues
la operación se basa en una serie de reacciones químicas complejas.
De todas formas, se ha determinado que el
prepolímero de la fibra elastomérica puede extruirse en un baño conteniendo
una diamina altamente reactiva, de tal manera que la conversión de líquido a
sólido se verifica por medio de una reacción química. Las fibras
elastoméricas obtenidas de esta manera están basadas en poliuretanos
segmentados y se conocen con el nombre de spandex. Cada
fabricante usa sus propios nombres de marcas registradas por razones
comerciales obvias.
El aspecto más
notable de la química industrial de estos productos es quizá lagran variedad
de opciones que representan para los productores, a través del uso ingenioso
de diversos agentes químicos para lograr segmentos blandos, unidades duras,
alargamiento de la cadena y condiciones de la reacción química, aunadas a las
numerosas posibilidades de extrusión y tratamientos posteriores.
FIBRAS
POLIOLEFÍNICAS
Aunque desde su
primera aparición en el mercado se consideró que el polietileno debería
constituir un material adecuado para la fabricación de fibras, su bajo punto
de fusión ( 110-120º C), así como sus otras limitaciones, impidieron su
desarrollo durante el periodo de gran expansión de las otras fibras
provenientes de la industria petroquímica. El punto de fusión más elevado del
polietileno de alta densidad estimuló algunas investigaciones, pero estas
quedaron opacadas por la introducción del polipropileno en 1958-59.
El polipropileno
nació con grandes esperanzas de convertirse rápidamente en un competidor
directo de las poliamidas, los poliésteres y de los acrílicos. Se pensaba que
existían muchos puntos a su favor. El primero era el costo, el segundo era el
alto grado de sofisticación en la hilatura y procesamiento de las fibras y la
presunción de que ello conduciría en poco tiempo al desarrollo de los
procesos para convertir este polímero en fibras; finalmente, se pensaba que
el consumidor estaba listo para aceptar y exigir algo nuevo y diferente.
Las limitaciones
que comenzaron a aparecer con respecto a las fibras de polipropileno, tales
como sus pésimas características de teñido, su baja estabilidad térmica, así
como el inicio de la reducción de los costos de las fibras ya existentes y su
aumento de versatilidad, desvanecieron las esperanzas de un éxito rápido. Sin
embargo, el polipropileno tiene aplicaciones importantes y sus propiedades han
promovido la aparición de nuevas técnicas de fabricación y de sus usos
especializados.
La técnica más
común para la producción de monofilamentos y multifilamentos se basa en la
hilatura por fusión. A este método se le ha adicionado un procedimiento de fibrilación
o de películas hendidas.
Las poliolefinas
son totalmente resistentes al ataque bacteriano, son inertes desde el punto
de vista químico y no son afectadas por el agua. Se pueden producir
monofilamentos que poseen alta resistencia, poco alargamiento y una buena
estabilidad dimensional a las temperaturas atmosféricas normales. Los
monofilamentos de poliolefinas tienen aplicaciones en la manufactura de
cordeles y sogas y para redes de pesca; cuando se tejen en telas se usan para
recubrimientos de muebles exteriores, sombreros, ropa térmica y otros usos
similares.
Debido a su alta
viscosidad, las poliolefinas pueden extruirse a 100-150º C por encima de su
punto de fusión. Al salir de los husillos de calentamiento, el polímero pasa
a las bombas de dosificación, que lo alimentan a los filtros de tamiz
situados por encima de las fileras. Los filamentos se extruyen en agua para
enfriarlos y disipar el calor. Los materiales que se obtienen se estiran en
caliente hasta varias veces su longitud original, dependiendo del peso
molecular y de las propiedades deseadas en el producto final. Después se
procede a una estabilización en una operación de fijación en caliente a
longitud constante o permitiendo un grado limitado de encogimiento.
La producción de
multifilamentos es similar a cualquier otro proceso de hilatura por fusión,
reemplazando el agua por aire de enfriamiento. La única diferencia con otros
procesos de fusión consiste en que se aplica una mayor velocidad de
embobinado de la fibra sólida con respecto a la velocidad promedio del
polímero líquido en los capilares de la filera. Esta operación de
alargamiento no elimina la necesidad de una etapa posterior de estirado para
obtener la orientación necesaria para las propiedades deseadas. Como en el
caso de los monofilamentos, la operación de estirado se lleva a cabo en
caliente. Cuando las fibras se van a utilizar en multifilamentos se usa un
mayor grado de alargamiento que cuando se quieren producir fibras cortas.
Los
multifilamentos requieren una mayor resistencia y un alargamiento menor que
las fibras cortas.
La producción de
materiales de hilatura ligada con diversos polímeros formadores de fibras, es
una de las aplicaciones más típicas del polipropileno. Un ejemplo es el Typar
que se usa para los recubrimientos de soporte de las alfombras. En este caso,
las fibras que proporcionan la resistencia se hilan y se estiran en una
operación continua. Las fibras orientadas se depositan en forma de una
trama y se ligan por fusión térmica y presión en ciertas áreas seleccionadas.
Tal como ya se
mencionó, puesto que las poliolefinas se usan en grandes volúmenes para
fabricar películas delgadas, es lógico que estas puedan cortarse en tiras
estrechas para usarlas en aplicaciones donde puedan competir con las fibras
convencionales. Pero las poliolefinas también han hecho posible el proceso de
películas hendidas para producir fibras. Esto se basa en su capacidad para
moldearse en películas que, al estirarse, se vuelven altamente cristalinas y
se orientan en la dirección del alargamiento. La baja resistencia en la
dirección perpendicular al eje de orientación, causa que la película se
rasgue al hendirse y fibrilarse. La estructura tipo red que resulta y que
tiene fibrilos interconectados con una alta resistencia longitudinal, puede
transformarse en hilos al retorcer el material o cortarlo en fibras.
FIBRAS DE VIDRIO Y
DE CARBÓN
Entre las fibras
inorgánicas artificiales, la de mayor volumen de producción es la de vidrio.
El uso de fibras de vidrio grado textil ha tenido un incremento muy rápido.
Además de las aplicaciones textiles, la fibra de vidrio se usa para filtros
de aire, aislamiento térmico y refuerzos plásticos.
El vidrio fluye
con facilidad cuando está fundido y puede estirarse en filamentos cuya
delgadez sólo está limitada por la velocidad de la hilatura. En las
operaciones comerciales, el vidrio fundido se mantiene a una temperatura
uniforme en un tanque cuyo fondo tiene un forro con una gran cantidad de
orificios pequeños.
El vidrio fundido
fluye por estos orificios formando corrientes delgadas que se estiran en
filamentos a velocidades hasta de 3000 m/min, se recubren con un lubricante,
se retuercen en conjunto para formar hilos y se embobinan.
Debido al módulo
del vidrio, los requerimientos de los materiales textiles se satisfacen con
filamentos muy finos. El diámetro de los filamentos es del orden de 3.8 a 7.6
micras, mientras que el diámetro promedio de las fibras orgánicas más finas
es de casi el doble.
El método de
fabricación de las fibras cortas es diferente al que se utiliza para producir
los materiales orgánicos, todos se basan en cortar el filamento continuo. En
la industria del vidrio se usan chorros de aire en la misma línea de flujo
del vidrio emergente, que lo adelgazan y lo rompen en las longitudes deseadas
para su procesamiento. Estas fibras se recolectan en un tambor al vacío y se
empacan en forma de esterillas, o torzales. Para producir las fibras más
gruesas y menos uniformes que se usan para la fabricación de filtros,
recubrimientos o aislamiento térmico, las corrientes de vidrio fundido se
soplan perpendicularmente con aire caliente, vapor o gas en combustión.
Tal como era de
esperarse sobre la base de la naturaleza del vidrio, la conversión de las
fibras de vidrio en los productos finales requirió el desarrollo de nuevos
lubricantes, acabados y técnicas de procesamiento. Por ejemplo, puesto que
las telas de vidrio no pueden teñirse directamente ni estamparse con los
colores aceptables para utilizarlas como cortinas, el colorante tiene que
aplicarse con un recubrimiento de resina. Pero antes de aplicar el
recubrimiento, es necesario eliminar el lubricante que se utilizó con las
fibras para poderlas tejer. Esto se hace con un proceso de combustión. Las
altas temperaturas que resultan de esta operación, también relajan los
esfuerzos internos desarrollados por las fibras durante las etapas textiles y
fija los filamentos con la geometría requerida. Después, la tela se trata con
la resina, se cura y se tiñe o se estampa.
Otra propiedad
inherente del vidrio es la tendencia de sus superficies no protegidas a
destruirse por fricción mutua, aunque la acción mecánica sea muy leve.
Además, tiene una adherencia baja al caucho de los adhesivos intermedios que
se usan entre las cuerdas de neumáticos y el caucho. Durante muchos años,
estas limitaciones frustraron los esfuerzos de los fabricantes para
aprovechar las ventajas de una resistencia a la tensión muy alta, un
comportamiento completamente elástico, un módulo elevado y la insensibilidad
a la humedad de las fibras de vidrio.
Si embargo, se logró modificar la superficie
de las fibras para lograr una adherencia satisfactoria, y el material
impregnante puede aplicarse de tal manera que se evita el contacto mutuo de
las fibras. Esto ha propiciado un gran incremento del uso de cuerdas de fibra
de vidrio en la fabricación de neumáticos.
El desarrollo de
aviones a reacción y proyectiles provocó una gran demanda de fibras de alta
resistencia térmica, gran resistencia mecánica y un módulo superior a los que
podían lograrse con las fibras orgánicas existentes. La mayor parte de esta
demanda se centraba en materiales de refuerzo que pudieran incrustarse en
diversos tipos de matrices. Como resultado, se desarrollaron técnicas para la
preparación de fibras con muchos metales y compuestos inorgánicos
refractarios.
Las fibras de
carbón y de grafito, con las limitaciones económicas típicas, se pueden
producir a partir de las fibras orgánicas comunes. En los procesos
comerciales actuales, se usa una fibra orgánica, por lo general rayón viscosa
o un acrílico, que se somete a un tratamiento en ausencia de aire para evitar
la oxidación, mediante el cual todos los elementos excepto el carbón se
volatilizan y se desprenden.
El uso de fibras
orgánicas como material inicial para las fibras de carbón y grafito, hace
posible determinar la morfología de las fibras finales y su conformación
geométrica. Las fibras continuas pueden transformarse haciéndolas pasar por
un horno que opera con una atmósfera inerte o al vacío. Las telas tejidas,
las películas y las estructuras de tipo cinturón que no pueden procesarse con
carbón debido a su fragilidad, pueden obtenerse con operaciones textiles
previas a la carbonización in situ.
FIBRAS RESISTENTES
A ALTAS TEMPERATURAS
En la actualidad
sólo se fabrica una fibra con resistencia a altas temperaturas en volúmenes
del orden comercial. La necesidad de estas fibras tiene su origen tanto en la
economía general como en los programas espaciales, donde se desean las
características usuales de las fibras orgánicas pero se requiere la alta
resistencia a la temperatura de las inorgánicas. Se espera de ellas que
retengan su integridad estructural a temperaturas de 300º C o más durante
tiempos prolongados, pero que sus propiedades sean similares a las de las
fibras artificiales comunes en la industria textil.
Esta fibra se
introdujo en 1962 como nylon HT-1, pero hoy se le conoce como Nomex. En los
medios industriales se cree que se forma por polimerización en solución
de m-feniléndiamina y el cloruro del ácido isoftálico. Puesto que
no se funde, sino que se descompone a temperaturas muy superiores a 300º C,
es necesario hilarla en solución. Las poliamidas de este tipo se estiran en
caliente y se relajan para lograr la estabilidad dimensional deseada en su
uso posterior a temperaturas elevadas.
Se han
desarrollado otras fibras para aplicaciones a altas temperaturas. Una de
ellas, el Kynol se basa en una resina fenólica, no se ha revelado su método
de fabricación.
Por otra parte, se
conocen bastantes detalles de la fabricación de otro tipo de fibra
desarrollada para usos a temperaturas elevadas. El Air Force Materials
Laboratory patrocinó el desarrollo del poli-2,2’-(mfenilén)-
5,5’-bibenzimidazol, que se conoce con la abreviatura de PBI. Se trata de un
polímero de condensación obtenido por la reacción de la 3,3’-diaminobencidina
con isoftalato de difenilo, en una atmósfera de nitrógeno a temperaturas que
pueden llegar hasta 450º C en las etapas finales.
El polímero se disuelve en dimetilacetamida
usando temperaturas elevadas y nitrógeno a presión, añadiendo una pequeña
cantidad de cloruro de litio para aumentar la estabilidad de la solución. Se
hila en seco en una atmósfera de nitrógeno caliente (200º C), del cual se
recupera el disolvente, se estira ligeramente con vapor de agua, se lava para
eliminar el cloruro de litio y las últimas trazas de disolvente, se seca y se
empaca. El alargamiento y el relajamiento se llevan a cabo en una atmósfera
inerte.
El filamento final
es de color amarillo dorado y debido a que parece ser que este color es una
propiedad intrínseca del polímero, esto podría constituir una limitación para
el mercado civil. No obstante, y puesto que es capaz de retener casi la mitad
de su resistencia original (más o menos 5 g/denier) al exponerse al aire
durante 18 horas a 350º C o una hora a 425º C, podría tener aplicaciones de
gran importancia en campos especializados.
El denier de
una fibra o un filamento define su densidad lineal, esto es, el peso en
gramos de una longitud de 9000 m del material en condiciones normales de 25º
C y 65% de humedad relativa. Aunque el denier es de hecho una medida de
densidad lineal, en la industria textil significa el tamaño del filamento.
Las fibras suelen variar entre 1 y 15 deniers y los filamentos entre 15 y
1650.
Las fibras simples de 15 o más deniers
reciben el nombre de monofilamentos. Las áreas de las secciones transversales
de fibras de deniers idénticos son inversamente proporcionales a sus densidades,
que varían entre 0.92 para el polipropileno y 2.54 para las de vidrio. Puesto
que el denier se define en condiciones normales, esta medida describe la
cantidad de material completamente seco más la absorción de humedad, que
fluctúa entre cero para el vidrio y el polietileno y 13% para el rayón.
Conviene mencionar que hace algunos años, varias organizaciones científicas
internacionales adoptaron el término tex, equivalente al peso de
un kilómetro de material, pensando que se trata de un parámetro más útil que
el denier, pero este término dista mucho de ser aceptado universalmente.
Además, los taños
del algodón, la lana y el estambre, así como de las madejas que contienen
fibras artificiales pero que se fabrican con los métodos tradicionales de
estos filamentos, todavía se expresan con el sistema de conteo inverso que se
ha venido usando desde hace siglos.
La tenacidad de la
ruptura, o simplemente la tenacidad, es la resistencia a la ruptura de una
fibra o madeja expresada en fuerza aplicada por unidad denier, por ejemplo en
gramos por denier, calculados en base al denier del espécimen original sin
estirar. La longitud de ruptura expresa la longitud teórica del filamento que
se rompe bajo la acción de su propio peso y es una unidad muy común en
Europa. El alargamiento significa alargamiento de ruptura y se expresa en
unidades de longitud calculadas como porcentaje de la longitud original del
espécimen.
1.3.2 CARACTERISTICAS DE LAS FIBRAS SINTETICAS Y
ESPECIALES
Características
que deben analizarse en las fibras textiles
• Textura: Es
decir, aspecto y sensación al tacto. Esta propiedad está determinada por la
estructura microscópica de las fibras, especialmente la forma.• Resistencia
mecánica: Especialmente la resistencia a la tracción y por ende a la rotura.
• Propiedades
eléctricas: Las fibras textiles son buenas aislantes.
• Resistencia a la
humedad: Llamada reprise. El agua tiende a hinchar las fibras, especialmente
aquellas de origen vegetal.
• Resistencia
química: Especialmente a los álcalis y ácidos.
• Resistencia a la
luz: El sol tiende a degradar la mayoría de las fibras.
• Resistencia al
calor: En algunos casos tiende a carbonizar la fibra (origen natural)
Fibras sintéticas
Son fibras
obtenidas artificialmente a partir de productos que se elaboran por síntesis
Química en los
laboratorios o industrias. La primera fibra sintética fue el nylon en 1938,
que provocó una
revolución industrial. Las fibras sintéticas introdujeron las siguientes
ventajas.
- Gran duración y
mayor resistencia mecánica.
- Fácil mantenimiento
(se arruga menos)
- Mejor precio
Aunque presenta
desventajas
- Absorben poco la
humedad, es decir, transpiran menos- Pueden producir alergias dérmicas.
A pesar de ello,
son las fibras más extendidas.
Destacan:
- Fibras
poliamídicas: siendo la más importante el nylon. Es muy elástica, tiene
elevada resistencia mecánica y elevada resistencia al desgaste. Se degrada
bajo la acción de la luz, pero inmune al moho y la humedad. Es inerte y no
absorbe agua.
- Fibras de
poliéster: Son muy resistentes a los ataques químicos y prácticamente
inarrugables, aunque atraen el polvo fácilmente. Posee larga duración y fácil
mantenimiento.
- Fibras de
poliuretano: Destaca la licra. Son fibras muy elásticas.
2.1 CARACTERISTICAS FISICAS Y QUIMICAS DE LAS FIBRAS
SINTETICAS
2.1.1 POLIESTER
Las fibras de
poliéster son 50% cristalinas y el Angulo de sus moléculas puede variar. Sus
propiedades son muy sensibles a los procesos termodinámicos. Básicamente el
poliéster, a través de modificaciones químicas y físicas, puede ser
adaptado hacia el uso final que se le va a dar, como puede ser fibras para
ropa, textiles, para el hogar o simplemente filamentos o hilos
Una característica
importante del poliéster es su alta elasticidad, que hace que este sea más
conveniente para artículos que no cambien mucho de forma como ropa interior o
para ropa exterior ya que tienen que mostrar alta estabilidad y forma
consistente
Las principales
propiedades del poliéster son (carty, 1996):
·
Bajo amplificación, la fibra parece lisa y en forma de barra. Usualmente es
circular en zonas transversales.
·
Es usado como un filamento continuo ( usualmente texturizado)
·
Normalmente tiene mucho brillo, pero es meno vidrioso en apariencia que el
nylon
·
Son extremadamente fuertes y resistentes a la abrasión.
·
Es extensible y no se arruga fácilmente. Es resistente al estiramiento
·
Conserva mejor el calor que el algodón y el lino
·
No es absorbente
·
Es resistente a los ácidos, álcalis y blanqueadores.
·
El poliéster e termoplástico. Con ayuda del calor, se pueden producir
plisados y pliegues permanentes.
·
Alta resilencia
·
Alta resistencia a la tracción y a la humedad
·
Son estables ante los rayos ultra violetas
·
Buena resistencia eléctrica
·
Son biodegradables
Desventaja
·
Fabricación de envases para bebidas
·
Fabricación de vasijas en la ingeniería, medicina, agricultura etc.
·
Sutura o fijación ósea o para sustituir fragmentos óseos (biomedicina)
·
Fabricación de juguetes, agentes adhesivos, colorantes y pinturas
·
Fabricación de componentes eléctricos y electrónicos
·
Fabricación de cintas adhesivas, hilos de refuerzo para neumáticos.
·
Fabricación de carcasas, interruptores, capacitores.
·
Piezas para la industria automotriz
2.1.2 POLIAMIDA
Características del polipropileno y la poliamida.
Aplicaciones
·
Fabricación de vestidos, blusas, trajes, ropa, impermeables, ropa deportiva,
ropa interior y lencería.
·
Fabricación de envases para bebidas
·
Fabricación de vasijas en la ingeniería, medicina, agricultura etc.
·
Sutura o fijación ósea o para sustituir fragmentos óseos (biomedicina)
·
Fabricación de juguetes, agentes adhesivos, colorantes y pinturas
·
Fabricación de componentes eléctricos y electrónicos
·
Fabricación de cintas adhesivas, hilos de refuerzo para neumáticos.
·
Fabricación de carcasas, interruptores, capacitores.
·
Piezas para la industria automotriz
Clasificación
de las Propiedades de las Fibras
GEOMÉTRICAS:
Longitud: valor
medio y su variabilidad
Finura: valor
medio y su variabilidad
Rizado: frecuencia,
forma y amplitud
Forma de la
sección transversal
FÍSICAS:
Propied.
Ópticas: brillo y color
Propied.
Térmicas: acción al calor, tratamientos térmicos, comportamiento al
fuego
Propied.
Eléctricas
Propied.
Superficiales: comportamiento a la fricción (pilling y abrasión)
Propied.
Mecánicas: comportamiento a tracción, a torsión y a flexión
SORCIÓN
Humedad y agua
Disolventes
orgánicos: hinchamiento, disolución
Colorantes: propiedades
tintóreas
QUÍMICAS
Resistencia a
tratamientos ácidos, álcalis…
Acción de la
intemperie: luz solar
Acción de insectos
y microorganismos
1.- Propiedades
Geométricas:
% Longitud:
Presentan dos
modos bien diferenciados:
-Fibra
discontinua: segmentos de longitud definida.
-Filamento
continuo o cable de filamentos: segmentos continuos y largos de longitud
indefinida.
Todas las fibras
naturales se encuentran de forma discontinua, exceptuando la seda.
La longitud de las
fibras se expresa en Mm. o en pulgadas ( “ ); la longitud de la fibra es un
parámetro muy importante ya que hay muchos factores que influyen en la
longitud y éstos varían de una fibra a otra, por ello lo común es referirse
al valor medio (media estadística extraída de examinar una
muestra representativa) y de coeficiente de variabilidad (parámetro
estadístico de la distribución de las longitudes.
Las fibras
químicas se obtienen inicialmente en forma de filamento continuo, pero se
pude convertir en fibras discontinuas cortando o desgarrando la longitud
deseada. El corte puede ser recto o variable.
Pero también para
las fibras discontinuas, la longitud es importante, la longitud de corte de
éstas determina el proceso de hilatura a aplicar.
%Finura:
Es la medida de su
grosor y está relacionado con el diámetro de la fibra aparentemente, ya que
no es constante ni regular, se expresa en Micras:
1 micra = 10
elevado a -6 m = 0,001mm
La finura
determina la calidad y el precio de la fibra.
En las fibras
químicas, la finura se expresa en función de la masa lineal (ésta masa se
expresa en Tex, que indica el peso en gramos de 1000m de filamento), ya que
existe una relación bastante directa entre su peso por unidad de longitud y
su grosor.
Así un hilo
multifilamento queda definida por su masa lineal y número de filamentos; si
se representa en forma de floca (fibra cortada), queda definida por la
longitud de corte y su masa lineal.
La finura
determina el comportamiento y la sensación al tacto de los textiles:
-Fibras gruesas:
- rígidas y
ásperas
-mayor firmeza
-resistencia al
arrugado
-Fibras finas:
-suavidad y
flexibilidad
-buen cayente
La finura influye
en aspectos tecnológicos durante el proceso textil tan importantes como:
-comportamiento en
el proceso de hilatura
-regularidad de
los hilos
-distribución de
fibras en la mezcla
-brillo de hilos y
tejidos
-absorción del
colorante, dependiendo de la finura da intensidades diferentes
%Rizado:
Son las ondas o
dobleces que se suceden a lo largo de la longitud de la fibra.
Los parámetros que
la determinan son:
-La forma:
bidimensional (diente de sierra) o tridimensional (muelle)
-La frecuencia: nº
de ondulaciones por unidad de longitud
-La amplitud:
distancia entre los picos de una onda completa
El rizado influye
en la voluminosidad y en el tacto del tejido, la lana y el algodón poseen el
rizado por naturaleza.
Además aumenta la
cohesión, la elasticidad de volumen, la resistencia a la abrtasión y la
conservación del calor en los hilados; en cambio reduce el brillo.
%Forma de la
sección transversal:
Es una propiedad
geométrica que influye en otras propiedades como el brillo, volumen, tacto,
rigidez de la torsión…
Se distinguen 3
zonas en la Sec. Trans de una fibra natural:
-piel o cutícula
-cuerpo principal
-núcleo (hueco o
no)
En cambio en las
F.Químicas depende de:
-la forma de la
hilera por la que se extruye
-el método de
hilatura empleado
-condiciones de
hilatura (presión, temperatura…)
Al examinar éstas
secciones, es importante la presencia de pequeñas cavidades y las
características de la superficie lateral de la fibra (estriada, lisa…).
Formas de
sección y superficie:
![]()
LANA: sección
transversal más o SEDA: sección transversal casi
menos circular o
elíptica. triangular
![]()
ALGODÓN NO
MERCERIZADO: sección que varía entre la forma de U
(fibra inmadura) y
la de un círculo aplastado (F. madura).
![]()
ALGODÖN
MERCERIZADO: sección más redondeada, producida
por el
hinchamiento de la fibra al ser tratada.
![]()
LINO: sección
poligonal y superficie lisa o un poco estriada.
Existen fibras con
secciones bien diversas como por ejemplo:
![]()
Principales
abreviaturas de las fibras textiles
Estas propiedades
inherentes a las fibras naturales se imparten a las fibras regeneradas y
sintéticasdurante operaciones de hilatura, estirado y tratamiento
térmico.El control de estos parámetros determina efectivamente las
propiedades físicas y en alguna extensiónlas químicas del producto final. La
creación de fuerzas intensas entre las cadenas se logra mediante enlaces
dehidrógeno, asociación bipolar o atracciones de Van der Waals, evitándose
una elevada tenacidad lo cual haríademasiado rígida e inextensible a la
fibra.FIBRAS SINTETICASMientras las fibras naturales, a causa de su elevado
carácter polar tienden a degradarse sin fusión, lamayoría de las fibras
sintéticas son termoplásticas, algunas suficientemente estables, por encima
de su punto defusión para permitir hilarlas directamente a partir del
polímero fundido, los nylon 6 y 6,6, el poli (terftalato deetileno) y el
polipropileno están en esta clase. Las fibras que no son térmicamente
estables, principalmenteacrílicas, acetatos de celulosa, poli(alcohol
vinílico) y el poli(cloruro de vinilo) se obtienen de forma bastantemás
laboriosa mediante la disolución del polímero en un disolvente y extrusión de
esta solución en aire calientecon el fin de evaporar el disolvente (hilatura
en seco) o en un baño coagulante no solvente (hilatura en húmedo)Cuando es
posible, es evidentemente preferible la ruta de la hilatura por fusión. Las
fibras de bajo punto defusión están en desventaja notoria para muchas
aplicaciones, los tejidos y acabados que las contienen se dañancon facilidad,
por ejemplo en el planchado demasiado caliente, por cenizas y colillas de
cigarro. La estabilidaddimensional a elevadas temperaturas (100º C o incluso
150º C) es también desechable ya que esto gobiernaefectivamente la severidad
de condiciones en las que el tejido puede ser tratado y limpiado en seco.La
facilidad de tinción es una propiedad muy deseable de la fibra, las fibras
naturales poseen buenacceso a las soluciones acuosas de colorantes, el teñido
de las fibras sintéticas más hidrófobas ha necesitadodel desarrollo de
colorantes y técnicas nuevas y la modificación de los polímeros por
incorporación decomonómeros para romper deliberadamente la regularidad
estructural y para aceptar el colorante. Las fibraspueden deslustrarse por
adición de un pigmento inorgánico de dióxido de titanio. Dentro de las
fibrassintéticas, las acrílicas son las más resistentes, los nylones y el
propileno polimerizado las menos resistentes.PROPIEDADES GEOMETRICAS Y OTRAS
PROPIEDADES FÍSICASExisten dos tipos de fibras en lo que se refiere a su
longitud y a su distribución longitudinal: filamentoscontinuos (rayón, seda,
nylon, orlón y vinyon) y hebras (algodón, lana y fibras sintéticas en hebra),
las fibrasartificiales en forma de hebras tienen longitudes uniformes y se
cortan en filamentos de 6 a 20 cm.Las propiedades mecánicas de las fibras,
los hilados, las cuerdas y los tejidos son en muchos casos losque determinan
el valor comercial del material, aunque a veces tiene mayor importancia el
brillo, la facilidadpara teñirse y la calidad eléctrica, las cuales son
sometidas a fuerzas extrañas por un determinado tiempodurante el cual
actúan.Entre las pruebas más comunes tenemos: prueba dinámica (tiempo de
deformación individual entracción por segundo), pruebas normales (tiempo de
deformación de aproximadamente 100 segundos),pruebas a larga duración o
estudio de escurrimiento plástico que dura muchas horas e incluso días y por
últimoel módulo de elasticidad que en una cuerda representa la rigidez y mide
la resistencia inicial al alargamiento.El grado en que un material textil
abriga, esto es resguarda del frío, depende de la conductividadcalorífica,
capacidad calorífica, aspereza de la superficie y capacidad para encerrar aire
y otros gases. La lana,seda, fibras de proteínas y orlón son en este aspecto
superiores a todas las demás fibras naturales y sintéticas.Otras propiedades
térmicas importantes de los materiales fibrosos son el punto de adherencia,
el punto de
3.1.2.1.3 Origen
Sintético
No utilizan
componentes naturales, son enteramente químicos.
Monocomponentes:
Poliamida, Fibras Poliéster, Poliacrílico, Fibras Modacrílicas,
Fibras Olefínicas,
Fibras Spandex, Fibras Aramídicas.
Bicomponentes:
Fibras Poliéster, Fibras Acrílicas, Fibras Olefínicas, Fibras
Poliamídica.
Microfibras:
Fibras Poliamidicas, Fibras Poliéster, Fibras Acrílicas
3.6 EL ACRÍLICO
3.6.1
Generalidades
Las fibras
de acrílico se
fabrican a partir
del acrilonitrilo asociado
con otros
polímeros.
Las fibras compuestas 100% por acrilonitrilo tienen una estructura interna
orientada y
compacta que imposibilita e l
teñido. Por ello los filamentos
acrílicos se
elaboran como
copolímeros, conteniendo 15% de aditivos aproximadamente. Estos
otorgan una
microestructura más abierta permitiendo a los tintes ser absorbidos por
las fibras.
Algunas fibras
acrílicas se hilan en seco, con disolventes apropiados (la
dimetilformamida),
y otras en húmedo. En el primero de los casos, la extrusión de los
polímeros se
consigue en aire
caliente; al evaporar
el disolvente, el
producto se
solidifica. En
caliente, se estira n las fibras de 3
a 10 veces su longitud origina l
y se le
da forma
(ondulación, longitud final,
grosor, etc.). En
el segundo caso,
disuelto el
acrilonitrilo, su extrusión se
realiza en un
baño coagulante . Todos
los acrílicos se
producen en fibra
corta y en
cable de filamentos continuos.
Las de forma redonda
se emplean para
alfombras, porque le
aportan la rigidez
necesaria conservando
elasticidad. Las
fibras acrílicas de forma plana se emplean en prendas de vestir.
La
dimetilformamida es el disolvente más utilizado en los procesos de hilatura
de las
fibras
acrílicas. Otros disolventes
orgánicos son la
dimetilacetamida, el
dimetilsulfóxido y el
carbono de etileno. Entre las inorgánicas tenemos
tiocianatos de
sodio y calcio,
cloruro de cinc y ácidos inorgánicos.
3.6.2 Estructura
física
La estructura
y morfología de
las fibras acrílicas
es principalmente resultado
de
las interacciones
atractivas y repulsivas entre grupos
nitrilo cercanos, de la misma
cadena o cadenas
vecinas, lo que
le lleva a
adoptar una configuración helicoidal
irregular.
Ha y infinitas
variantes de fibras acrílicas.
La estructura de los
polímeros de acrilonitrilo ha
sido objeto de
muchos estudios
y decisiones, sobre
todo en lo
referente al tipo
y grado de orden de
los
polímeros y fibras resultantes.
La estructura
de las fibras
acrílicas permite que puedan
almacenar y retener
indefinidamente a
temperatura ambiente un
encogimiento latente o
potencial.
Esta
característica ha sido aprovechada con gran eficiencia en el proceso de
preparación
de hilos de alta
voluminosidad. Sin embargo, esta capacidad o memoria de
encogimiento
puede perderse cuando se
aplica un estiraje
excesivo a temperaturas
demasiado altas, la
repercusión más importante
en la industria consiste en
que las
irregularidades de
la estructura mole cular debidas
variaciones del estiraje
y de la
temperatura conducen
a diferencias e n la velocidad de
tintura y en el nivel de
absorción de
colorante.
Otros aspectos
de la estructura
de las fibras
acrílica son los
que se refieren
a su
porosidad y a la existencia de huecos en la masa de la fibra. Estos huecos controlan
la
velocidad de
difusión de los
colorantes y en
muchas fibras el
agotamiento en el
equilibrio. Su
número y tamaño dependen del método de hilatura.
La temperatura de
tratamiento de la fibra, tanto en
estado seco como en estado
húmedo, durante
el proceso de
hilatura influye considerablemente en
su
microestructura. La etapa de relajación parece ser que es la
de mayor importancia por
su gran incidencia
en un buen número de propiedades de la fibra.
3.6.3 Composición
química
El polímero
componente de las
fibras acrílicas está
constituido por
macromoléculas
lineales cuya cadena
contiene un mínimo
del 85% en
masa de la
unidad estructural correspondiente al
acrilonitrilo
Las fibras
acrílicas contienen aditivos
que se incorporan
como agentes de
acabado
para mejorar el
comportamiento de la fibra en el
proceso de fabricación, en el proceso
textil y durante su uso. Estos productos poseen
propiedades antiestáticas y lubricantes;
en algún también
foto y termoestabilizadores.
En vez
de utilizarse homopolímeros, es
decir polímeros constituidos por
un solo
monómero, como en
el caso del poliéster y poliamida, aquí se utilizan copolímeros, es
decir polímeros
constituidos por dos
o más monómeros.
Puede intervenir un
tercer
componente que facilitará
la tintura al
aumentar la afinidad
con los
colorantes
catiónicos o con los colorantes aniónicos. La reacción de polimerización es
de
adición.
El acrilonitrilo
(CH=CHCN) se polimeriza para formar poliacrilonitrilo u orlón. El iniciador
de la
polimerización es una
mezcla de sulfato
ferroso y peróxido
de hidrógeno.
Estos dos
compuestos reaccionan para
obtener radicales hidroxilo
(OH+) que
pueden actuar como
iniciadores de cadena.
El
poliacrilonitrilo se descompone antes de fundir, así que no puede usarse la
hilatura
por fusión para la
producción de fibras. Sin embargo, el poliacrilonitrilo es soluble en N,
N-dimetilformamida
y estas soluciones pueden hilarse para obtener fibras.
A la hora de
preparar el polímero se pueden utilizar distintos métodos;
por eso las
fibras acrílicas
comercializadas difieren
en sus
propiedades unas de
otras. La
aplicación de
un segundo estirado en
el proceso de
fabricación de las
fibras
acrílicas permite
obtener tipos con
distinto grado de
encogimiento. Combinando
fibras encogibles
y no encogibles, se pueden preparar hilos acrílicos de alta
voluminosidad.
Un tratamiento
térmico en húmedo
o en seco
produce el encogimiento de
las
fibras
encogibles obligando a las no encogibles a formar ondas, bucles o
lazos. Esto
confiere gran suavidad,
tacto cálido y grato.
3.6.4 Propiedades
Bajo peso
específico.
Aceptable
resistencia a la abrasión y a la formación de pilling.
Muy buena
resilencia o elasticidad de volumen.
Los artículos se
pueden termofijar, tienen así plisado duradero.
Posibilidad de
preparar artículos voluminosos.
Tacto suave y
cálido.
Hidrotermoplasticidad, por lo que hay que tener precaución a lavarlas.
Tinturas muy
sólidas al lavado.
Facilidad de
eliminación de manchas.
Resistentes a
los productos químicos excepto a los ácidos fuertes concentrados,
Que las
disuelven, y los álcalis débiles les atacan lentamente. La lejía les ataca a
Alta
temperatura.
Excelente
resistencia a la luz.
Pueden
plancharse sin riesgo hasta 150° C, no funden hasta los 200° C – 260º C.
Arden fundiendo
y continúan ardiendo después de retirar la llama. Dejan un
residuo negro y
duro, como una bola.
Se pueden
limpiar bien en seco, aunque les va mejor el agua. Secan rápidamente
por su baja
hidrofilidad.
No son sensibles
al moho ni a la polilla.
La forma
de la sección
transversal de las
fibras acrílicas depende
fundamentalmente del
proceso de hilatura
utilizando en la
transformación
del polímero
en fibra. La
hilatura en húmedo
conduce generalmente a
fibra de sección
transversal redonda o
arriñonada. Las fibras hiladas
en seco
suelen poseer
secciones con forma aplastada. En el
mercado existen también
como
variantes del tipo
convencional de una
productora concreta (forma
de V, Y, T, multiglobal o dentellada).
De las
fibras sintéticas, las
acrílicas son las más
semejantes a la
lana, las
fibras para
alfombras y los tejidos para bebé
parecen ser de lana, pero son más
suaves y su
cuidado es mucho
más simple. El
costo de las
telas y de
las
prendas
elaboradas con fibras
acrílicas es semejante al de la
lana de buena
calidad, pero son especialmente adecuadas para las
personas alérgicas a la lana.
3.7 Fibras Modacrilicas:
Son fibras
formadas por macromoléculas lineales
que presentan en la cadena
más
del 50% y
menos del 85%
en peso de
la unidad estructural derivada del
acrilonitrilo, es decir
los componentes de
las distinta s fibras Modacrilicas se
obtiene por copolimerización del
acrilonitrilo con cloruro
de vinilo o
cloruro de
vinilideno y eventualmente otros comonómeros
para mejorar su Tintabilidad.
3.9 Poliéster:
El programa de
investigación de altos polímeros de Carothers en los primeros años de la
década de 1.930,
incluía a los polímeros de poliéster.
Sin embargo la primera fibra de
poliéster se
produjo en Inglaterra, Se ha dicho que la forma de filamento es la más
versátil entre
todas las fibras, ya que se puede mezclar con otras muchas fibras sin
destruir las
propiedades convenientes de la otra fibra.
Las fibras
poliéster son de fácil cuidado. Poseen excelente resistencia al arrugamiento,
estabilidad a
lavados repetidos, puede termofijarse para control de encogimiento y
deformación y
permite marcación de pliegues permanentes. No sufren daño por luz
solar y no son
atacadas por la polilla, ni el moho.
3.10 Nylon:
Fue la primera
fibra sintética, como resultado de un programa de investigación en que
las moléculas
pequeñas se unen para formar moléculas gigantes (polímeros), y fue
realizado por W.
Carothers.
Hay varios tipos
de nylon que difieren en su química básica pero todos han sido hechos
por condensación y
todos son fibras poliamidas.
Durante muchos
años se llamó la “fibra milagrosa”. Tenía una combinación de
propiedades que no
se asemejaban a ninguna fibra natural o artificial en uso en la
década de 1.940.
Era más fuerte y
resistente a la abrasión, tenía excelente elasticidad. Por primera vez la
lencería delgada y
ligera era durable y lavable a máquina.
Luego se hicieron
evidentes sus desventajas: acumulación de estática, mal tacto, falta de
comodidad de la
prenda al contacto con la piel, así como baja resistencia a la luz
solar.Elaboración de una Guía Didáctica Virtual para los procesos de Hilatura
fibras largas.
Universidad
Técnica del Norte Tesis de Ingeniería Textil 72
3.11 SARAN
Es el nombre
genérico del cloruro de vinilideno y del cloruro de vinilo, resinas
copolímeras y de
los hilos que se obtienen tensionando a presión. Es termoplástico.
3.12 FIBRAS OLEFINICAS
Son fibras con
base parafínica de la que hay dos tipos: polietileno y polipropileno.
Estas fibras
conservan un tacto ceroso, son de baja resistencia al calor, resistencia a la
abrasión mediana y
habilidad de formar hilos flotantes. Tienen buena resistencia a la luz
solar y a los
agentes, son fuertes y resistentes a la estática.
3.13 SPANDEX
La sustancia
formadora de la fibra es un polímero sintético de cadena larga compuesto
de por lo menos un
85% de poliuretano segmentado. Las fibras de spandex son
reconocidas por su
excelente elongación y recuperación casi instantánea. No son de
caucho, pero son
superiores a este material en su resistencia a los aceites y a la
oxidación. Las
prendas de expandes se fijan, controlan y usan bien. Los consumidores
gustan del spandex
por su elasticidad y comodidad, porque proporciona control
satisfactorio sin
apretar excesivamente, las prendas son de peso ligero, frescas (la piel
puede respirar), y
secan rápidamente.
.
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