Fibra acrílica

Composición química. Comonómeros. Polimerización. Hilatura. Estructura. Morfología. Propiedades. Tintes. Filamentos. Caseína

  • Enviado por: Luis Guillermo López Martín
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 32 páginas
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FIBRA ACRÍLICA

Se define como fibra acrílica un polímero constituido por macromoléculas lineales cuya cadena contiene un mínimo del 85% en masa de unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.

Desde el punto de vista de la disponibilidad de las materias primas necesarias para su fabricación, las fibras acrílicas presentan unas perspectivas muy favorables, ya que ninguna de ellas es aromática. Ello supone la ausencia de interferencia de otros sectores cuya demanda y legislación sé orienta hacia el consumo de productos aromáticos.

Las propiedades de las fibras acrílicas recomiendan su empleo como alternativa de la lana en el campo del vestido y de los textiles para interiores. Entre estas propiedades se pueden citar la alta voluminosidad con tacto cálido parecido a la lana, su excelente resiliencia, su baja densidad y su tacto agradable.

1.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA. (COMONÓMEROS):

El contenido de unidades estructurales correspondientes al acrilonitrilo es del 89% - 94% en peso.

El contenido de unidades con grupos ácidos en los terpolímeros es de unas pocas unidades porcentuales, y a veces inferior al 1%. Entre los comonómeros de este tipo tenemos:

Acidos acrílicos

Acido itacónico

CH2 = CH

COOH

COOH

CH2 = C

COOH

Acido alilsufúrico

Acido estirenosulfónico.

CH2 = CH

CH2 - O - SO3H

CH2 = CH

C6H4 - SO3H

El contenido de unidades con grupos básicos en los terpolímeros suele ser del orden del 6%. Los comonómeros más citados son:

Vinilpiridina

Acrilamida

Etilinimina

CH2 = CH

C5H4N

CH2 = CH

CONH2

CH2 - CH2

NH

El contenido de unidades estructurales de comonómero neutro en los terpolímeros suelen ser del 5% al 8%. Como en el caso de los copolímeros, estos comonómeros son:

Acrilato de metilo

Metacrilato de metilo

Acetato de vinilo

CH2 = CH

COO - CH3

CH3

CH2 = C

COO - CH3

CH2 = CH

OOC - CH3

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 algunos caso la fibra acrílica contienen también foto y termoestabilizadores.

POLIMERIZACIÓN

La Polimerización del acrilonitrilo solo o con otros monómeros comprende las tres etapas de iniciación, propagación y terminación.

La etapa de iniciación consiste en la activación de algunas moléculas de monómero por los radicales primarios separados del iniciador.

La propagación de la reacción en cadena se realiza por reacción de las moléculas activadas con sucesivas moléculas de monómero, formándose macrorradicales. A lo largo de esta etapa la actividad radical pasa sucesivamente a la unidad estructural que se acaba de incorporar a la cadena. Como es obvio, para obtener moléculas poliméricas son necesarias muchas propagaciones por cada molécula de monómero activada en la etapa de iniciación.

El proceso de crecimiento de los macrorradicales se detiene o termina por reacción entre ellos o con alguna sustancia presente en el sistema (terminación por acoplamiento mutuo, desproporción o transferencia de cadena)

I ! 2 R´

Iniciación R´ + M ! R - M´

Propagación R - M´ + M ! R - M- M´ M!

R - (M)X-1 - M´

Terminación R - (M)X-1 - M´ + M´ - (M)Y-1 - R

R - (M)X-1 - R

! ø

R - MX + R - MY

R - (M)X-1 - M´ + AB !

! R- MX - A + B´

2.1. PREPARACIÓN DEL POLÍMERO

La mayor parte de los polímeros del acrilonitrilo se obtienen por procesos continuos tanto en suspensión acuosa co­mo en solución.

En la polimerización en suspensión los monómeros se dispersan mediante agitación en una solución acuosa del catali­zador. La suspensión que contiene el monómero y el cataliza­dor se mantiene a la temperatura de polimerización (3O - 700C) para formar el polímero, el cual es insoluble en el medio acuoso en el que se desarrolla la reacción. Se separa el polímero por filtración y se somete a un lavado para eliminar las impurezas.

Los polímeros del acrilonitrilo obtenidos por polimerización radical son generalmente atácticos y parece ser que los intentos para aumentar la estereoregularidad no ha conducido ha resultados satisfactorios. Por otra parte, se ha indicado que el carácter atáctico de estos polímeros puede favorecer o permite el fijado de las fibras acrílicas en un estado metalstable.

HILATURA

3.1. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE HILATURA

La transformación de los homopolímeros o copolímeros del acrilonitrilo en fibras obliga a disolverlos y a extruir la disolución resultante en una atmósfera de aire o en un baño de coagulación. En cualquier caso es imprescindible recuperar el disolvente y reutilizarlo para que el proceso sea económicamente viable.

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.

Para disolver el polímero en un disolvente orgánico se recomienda añadirlo en un estado finamente dividido al disolvente enfriado. A continuación, se somete la mezcla fría a una fuerte agitación para formar una suspensión uniforme, la cual se calienta después a 1500C y se convierte en poco tiempo en una Solución incolora apta para la hilatura.

La disolución del polímero en un disolvente inorgánico se efectúa en dos etapas. En la primera se dispersa el pol­vo de polímero mojado, que contiene del orden del 30 % de a­gua, en una solución acuosa de la sal de concentración infe­rior a la necesaria para disolver el polímero (40 % a 250C). A continuación se añade a la disolución una cantidad adicio­nal de sal que eleve la concentración a niveles suficientes para disolver el polímero.

Después de preparada, la solución de hilatura pasa al filtro prensa y, tanto en la hilatura en seco como en la hilatura en húmedo, es bombeada con una presión de l0 - 12 bar a las cabezas de hilatura individuales, dosificada con presión a las bombas de hilatura, filtrada de nuevo y extruida a través de las hileras.

3.2. HILATURA EN SECO

En la hilatura en seco los bloques de hilatura con las correspondientes bombas medidoras, equipo de f filtración e hileras están situados en la cumbre o nivel superior de la cámara de hilatura. Inmediatamente debajo de cada hilera, una corriente de aire procedente de un jet circular incide sobre los filamentos en fase de formación. En el interior de los tubos o cámaras de hilatura, cuya longitud es unos 6 m, la mayor proporción de disolvente es evaporado y arrastrado por la corriente de aire caliente. En las proximidades de la base de la célula se recoge el aire saturado con vapor disolvente y se envía al equipo de condensación. El haz de filamentos es recogido en la base del tubo mediante una guía-hilos de cerámica.

Sobre este incide agua fría que al entrar en contacto con el cable de hilatura lo enfría y detiene la evaporación. Con este tratamiento acuoso se inicia también la eliminación del disolvente residual de los filamentos casi solidificados y las aguas de lavado se envían a la planta de recuperación del disolvente.

Después de abandonar la célula de hilatura se aplica un acabado a base de una emulsi6n de ensimaje antes de que el haz de filamentos sea recogido por guías conducidas y enviado a un bote alimentador.

A causa de las altas temperaturas necesarias (230-2600C); para la evaporación del disolvente y la formación del filamento, la hilatura en seco obliga a adoptar precauciones especiales contra la explosión y penetración de vapores tóxicos en las áreas de trabajo.

3.3. HILATURA EN HÚMEDO

Los equipos de hilatura tipo balsa o piscina son actualmente los casi exclusivamente utilizados en la hilatura en húmedo. La solución de hilatura procedente de las bombas de hilatura y filtros individuales es extruida a través de las hileras, las cuales están distribuidas y sumergidas en el baño de coagulación por debajo del nivel del líquido. La solución de hilatura contiene del 10 al 30 % de polímero y el baño de coagulación consiste en una disolución del di­solvente de hilatura y su temperatura depende de la naturaleza o tipo de disolvente y oscila entre -5 y 450C.

A la salida del baño, los cables pasan por una serie de guías comunes después de ser acompañados por los rodillos guía medio sumergidos.

Las variables más importantes de un proceso de hilatura en húmedo corresponden al disolvente y coagulante elegidos, y a las condiciones en que tiene lugar la coagulación. Para facilitar la recuperación del disolvente, el baño de coagulación suele consistir en una soluci6n acuosa del mismo disol­vente empleado para preparar él dope.

Entre los productos utilizados se pueden citar los siguientes: agua, alcoholes, solu­ciones acuosas salinas, kerosene, xilenos y qlico1es.

La temperatura del baño de coagulación influye mucho en la calidad del producto obtenido. A este respecto, se ha ob­servado que cuando la temperatura del baño se mantiene entre -15 y + 10 0C la extrusión del dope en una solución acuosa de tiocianato conduce a geles claros y tenaces, y que, des­pués de convertidos en filamento, pueden ser estirados para aumentar la resistencia a la tracción y el trabajo de rotura del filamento. Cuando la temperatura es superior a + 1O oC, los geles precipitados son opacos, poco tenaces y no se prestan a una posterior orientación.

Una alta densidad inicial de la fibra y una estructura interna más homogénea permiten:

  • Obtener resistencias más altas con menores estirajes.

  • Mayores alargamiento para un nivel de estiraje determinado.

  • Valores más altos de la resistencia y del mó­dulo máximo para altas razones de estiraje.

  • Mejora del comportamiento a la fatiga y a la abrasión.

El no cumplimiento de las condiciones óptimas de la coagulación puede ocasionar problemas y conducir a fibras con un aspecto áspero y poroso, a veces, de color blanco lechoso. El motivo puede ser una velocidad de coagulación demasiado alta o demasiado baja, ya que en ambos casos se dificulta la formación de una adecuada estructura de la fibra.

3.4. TRATAMIENTOS POSTERIORES

La materia que resulta tanto de la hilatura en seco co­n hilatura en húmedo contiene cierta cantidad de disolvente (~l0%) que debe eliminarse en la operación de lavado antes de proceder al estiraje.

La eliminación del disolvente residual se inicia en la etapa de preestiraje que tiene como misión comunicar a los filamentos una consistencia que permita el lavado en buenas condiciones. La temperatura del baño depende del disolvente.

La operación de estiraje se aplica tanto en la hilatura en húmedo como en la hilatura en seco y tiene siempre por objeto orientar las cadenas macromoleculares en la dirección del eje de la fibra. El estiraje del cable debe realizarse cuidadosamente para evitar roturas, por esta razón se aplica en varias etapas y en húmedo. El valor aplicado en cada caso depende de la composición química, de las etapas previas del proceso y de las propiedades finales deseadas para la fibra. El estiraje final se puede aplicar a tempe­raturas altas con vapor, agua a ebullición o con calor seco.

A la etapa de estiraje le sigue el secado en condiciones tales que tiene lugar la desaparición, por colapsamiento, de los huecos o cavidades que resultan de la eliminación del agua que en la operación de lavado pasa a sustituir al disol­vente. De este modo se puede preparar un filamento uniforme. Esta etapa se puede realizar, en condiciones controla­das de tensión, en calandras calentadas con vapor cuya temperatura superficial oscila entre 130 y 160oC. Este método de calentamiento por contacto directo es el más económico y produce adicionalmente un planchado que aumenta el brillo y lustre de la fibra. Para obtener fibras con aspecto mate se han diseñado secadores tipo tambor que actúan por succión.

Otra etapa fundamental consiste en un fijado con vapor para conseguir un grado de relajación que permita minimizar el encogimiento de la fibra.

El proceso de fabricación comprende también las etapas de rizado, acabado, cortado, apertura y embalado. La locali­zación y el número de estas etapas en el proceso dependen del uso final, de la forma de presentación de la materia textil y de la productora.

La voluminización o rizado se realiza en rizadores mecánicos del tipo de cámara de embutición o empaquetado (stuffinq-box). La mayor parte de producto­res de fibras acrílicas prefieren continuar rizando los cables en cámaras rizadoras separadas.

En el ensimaje se adicionan a la fibra, por inmersión o por pulverización, productos lubricantes y antiestáticos pa­ra facilitar las operaciones posteriores.

ESTRUCTURA Y MORFOLOGIA

4.1. ESTRUCTURA

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 gran insolubilidad de poliacrilonitrilo y su resistencia al hinchameiento en disolventes orgánicos fueron atribuidos a la existencia de puentes de hidrogeno y al alto grado de cristalinidad del homopolímero.

Actualmente, se considera que el poliacrilonitrilo es un polímero altamente ordenado con apreciables fuerzas electrostáticas entre los dipolos de los grupos nitrilo vecinos de la misma molécula. También se estima que esta interacción intramolecular de naturaleza repulsiva y que dificulta la rotación de los enlaces, lo que supone un aumento de la rigidez de la molécula polimérica. Por esta razón, la fusión o la disolución no ocasionan variaciones importantes en la entropía, lo que explica el alto punto de fusión del poliacrilonitrilo y su insolubilidad en los disolventes corrientes.

Por otra parte, los polímeros como las fibras presentan un tipo de ordenación cristalina que se extiende lateralmente de una cadena molecular a otra, pero con poco o ningún orden a lo largo del eje de la cadena.

4.2. TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA

Las dificultades para teñir los homopolímeros de acrilonitrilo obligaron a abandonar su empleo como materia prima para la fabricación de fibras. Estas dificultades se han relacionado con las altas temperaturas de transición vítrea, del orden de 105°C, por debajo de la cual la estructura de la fibra no presenta la suficiente apertura y movilidad para permitir la difusión de los colorantes.

La copolimeración del acrilonitrilo con monómeros adecuados rebaja la temperatura de transición vítrea. La composición cualitativa y cuantitativa del copolímero se elige dé modo que pase a valores de 90 - 95°C en aire y de 55 - 60°C en medio acuoso, para que se pueda teñir con colorantes dispersos y básicos a temperaturas próximas a la de ebullición del agua en un equipo convencional.

Conviene tener en cuenta que, al alcanzar la temperatura de transición vítrea, las propiedades de las fibras acrílicas experimentan cambios más bruscos que las poliamidas y los poliésteres. Se debe a que el cambio de propiedades es tanto mas acusado cuanto menos ordenada es la estructura de la fibra, ya que el aumento de movilidad que por encima de la tangente se produce en las regiones masa desordenadas pueden repercutir en la estabilidad de las regiones vecinas más ordenadas. Como ejemplos de los comportamientos de las fibras acrílicas se pueden citar:

  • La disminución del modulo inicial que en medio acuoso se producen a uno 50 - 55°C, de modo que las fibras se deforma considerablemente cuando se la someten a pequeños esfuerzo de tracción a las temperaturas de tintura o acabado (hidrotermoplasticidad).

  • La gran influencia que en la absorción de colorantes provoca deferencia de temperatura de 1 - 2°C.

La temperatura de lavados es casi siempre inferior a la de transición vítrea, la estructura polimérica en estas condiciones no permite que los colorantes se pueden difundir fácilmente hacia el exterior. Esta propiedad se debe en buena medida La excelente solidez al lavado de las tinturas de las fibras acrílicas y idoneidad de estas para fabricar prendas que deben ser frecuentemente lavadas.

La influencia de diversos disolventes y agentes plastificantes sobre la temperatura de transición vítrea de filamentos de Acrilan. Para ello se mide las variaciones de longitud que se presentan al someterlos a temperaturas comprendidas entre 20 y 95°C en una columna de vidrio de doble pared que contiene la solución correspondiente.

En la tabla puede observarse la acción plastificante de diversos medios líquidos sobre la estructura de la fibra.

Temperatura de transición vítrea del Acrilan en diversos medios

Medio

Tg °C

Medio

Tg °C

Aire

92

Fenol (30 g/l)

25

Agua

57

Alcohol Bencílico

58.5

Dimetilfomamida (10 g/l)

53

n-propanol

91

Fenol (10 g/l)

46

n-butanol

91

Fenol (20 g/l)

35

Percloroetileno

90

Variando el sustrato y permaneciendo constante el medio 1iquido en el que se miden las variaciones de longitud, puede conocerse la diferente respuesta de las diferentes fibras acrílicas del mercado a los tratamientos hidrotérmicos, lo que puede ayudar a explicar diferencias en diversos aspectos de su comportamiento.

4.3. ESTADO METASTABLE

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.

Las fibras acrílicas se comportan como si su estructura correspondiese a una mezcla de regiones razonablemente bien ordenadas y de regiones amorfas menos ordenadas. La orientación o el termofijado de las fibras acrílicas no producen un gran aumento de la ordenación (o cristalinidad). Por esta razón, las fibras acrílicas son más difíciles de termofijar.

Las fibras acrílicas se comportan de un modo muy similar, con la ventaja de que la mayor perfección de sus zonas orde­nadas permite aprovechar esta propiedad en el proceso de preparación de hilos de alta voluminosidad, ya que la fibra no tiende a encogerse más allá de lo preestablecido por el productor de la fibra antes de desarrollar la voluminosidad.

Conviene indicar que la capacidad o memoria de encogimiento puede perderse cuando un estiraje excesivo a temperaturas demasiado altas, o un tratamiento térmico o templado a longitud constante, producen un flujo plástico excesivo. Precisamente, éstas son las condiciones adecuadas en la práctica industrial para obtener fibras de altos módulos (alta resistencia, menor elongación). Sin embargo, la repercusión más importante en la industria consiste en que las irregularidades de la estructura molecular debidas variaciones del estiraje y de la temperatura conducen a diferencias en la velocidad de tintura y en el nivel de absor­ción de colorante.

4.4. HUECOS O CAVIDADES

Otros aspectos de la estructura de las fibras acrílica son los que se refieren a su porosidad y a la existencia de huecos o cavidades 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. En términos generales puede decirse que la hilatura en seco produce menos huecos que la hilatura en húmedo, y la hilatura en baños acuosos más que cuando se emplean disolventes orgánicos.

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.

4.5. POROSIDAD

La porosidad de las fibras acrílicas experimenta cambios en las etapas del proceso de transformación en las que intervienen la tensión y los tratamientos térmicos.

Antes de ser sometidos a la operación de rotura por desgarro (craqueado), los filamentos presentan una porosidad periférica de orientación preferentemente radial. Después de esta operación, La fibra fijada en un estado metalstable, presenta fisuras radiales además de una corona periférica muy fina. Finalmente, en el tratamiento de fijado desaparecen estas fisuras y se mantiene una delgada capa periférica con porosidad de orientación tangencial. A través de estas varia­ciones es posible estudiar el comportamiento de un hilo HB, de distinguir las fibras metastables de las estables y de seguir la calidad del tratamiento de fijado.

Las fibras acrílicas que ocasionan los tratamientos con calor seco son creadores de or­den y que los que tienen lugar en medio húmedo producen des­orden.

En los tratamientos en seco se presentan:

  • Dos tempe­raturas características (100 y 1400C) que conducen a un mis­mo tipo de estructura compacta sin que se produzcan cambios en la naturaleza de la porosidad de la fibra.

  • Un interva­lo de temperaturas en el que los tratamientos son bastante heterogéneos.

  • Una zona de temperaturas por encima de 140 0C en la que los tratamientos conducen a estructuras hincha­das pero compactas.

  • En los tratamientos hidrotérmicos se observa:

  • Una ligera variaci6n de la estructura en las muestras tratadas a 1000C.

  • Al aumentar la temperatura hasta 1400C se produce un cierre progresivo de la porosidad de las fibras.

  • Al pasar la temperatura de 140 a 1500C se presentan variaciones importantes de la morfología, desapareciendo la porosidad inicial y apareciendo una piel microporosa.

Las fibras acrílicas a la ac­ción de los tratamientos térmicos parecen independientes de la composición y de la estructura inicial, conviene destacar que tratamientos térmicos tan intensos co­mo los indicados no fijan definitivamente las fibras en un estado morfológico determinado. Concretamente se sabe, a través de numerosos ensayos, que fibras pretratadas térmicamen­te a una temperatura t1 en presencia de vapor de agua, pue­den evolucionar de un modo significativo en un segundo cho­que térmico efectuado en atmósfera seca a una temperatura notablemente inferior (1500C vapor de agua 1300C seco).

Esta es la razón por la que los hilos de multifilamento acrílico deben teñirse antes de proceder a su texturación, ya que de lo contrario en el baño de tintura desaparecerían los efectos de la texturación.

4.6. VARIACION DE LA ESTRUCTURA EN EL PROCESO DE TINTURA

Los tratamientos convencio­nales de tintura aplicados a fibras acrílicas comerciales no modifican significativamente la estructura porosa del sustrato. Las modifi­caciones que eventualmente se puedan producir a lo largo de la tintura son totalmente reversibles y que, después de lavada y secada, la muestra teñida posee una forma estructural muy próxima a la del estado inicia1.

En otro sentido debe indicarse que, ocasionalmente, la operación de tintura produce un agrietamiento en las fibras acrílicas cuando el artículo se enfría demasiado rápidamen­te. Por su parte, la tintura de las fibras moda­crílicas produce una pérdida de brillo, pero éste puede ser recuperado calentando el artículo en aire o en vapor a 110 - 1300C o hirviendo en soluciones salinas concentradas. Este deslustrado corresponde a un efecto óptico motivado principalmente por una inversión parcial del proceso de co­lapsamiento de la fibra. Durante la tintura se producen es­cisiones que disminuyen la compacidad de la estructura fi­brilar, de modo que aparecen fisuras que difunden la luz.

E1 proceso se invierte de nuevo secando la fibra por encima de la temperatura de transición vítrea. Es probable que la principal causa de la separación fibrilar sea la diferencia de presión osmótica entre el interior de la fibra y el baño de tintura. Esta diferencia sería también la causa del posterior compactado o reagrupamiento y recuperación del brillo que ocurre al calentar la fibra en soluciones salinas concentradas.

PROPIEDADES

5.1. PROPIEDADES GENERALES

Dentro de la familia de las fibras acrílicas se presentan ciertas variaciones en las propiedades físicas y químicas. Estas diferencias pueden ser impuestas por las necesidades de unas aplicaciones especificas o debidas a diferencias en el proceso de fabricación de las diferentes productoras (sistemas de hilaturas) y a diferencias menores en su composición química. Por otra parte, las diferencias no son tan importantes como en otras fibras (poliester, rayón) y ello permite establecer un intervalo de valores, mas o menos estrecho, en el que quedan incluidos todos los valores que para cualquier propiedad puede presentar cualquier fibra acrílica.

Se fabricaron fibras acrílicas de gran resistencia a la tracción (5,5 - 6,6 g/dtex), pero su comportamiento era muy deficiente por la facilidad con que fibrilaban, y por que la fibrilación ocasionaba un cambio de matiz en las zonas abradidas. Estos defectos se eliminaron disminuyendo la resistencia de los productos comerciales (vaporizado) y modificando ligeramente la estructura por copolimerización. La disminución de la tenacidad que se derivo de la incorporación de un segundo componente de la cadena polimérica no ocasiono ningún problema serio. La tenacidad de las fibras acrílicas cumple satisfactoriamente con las necesidades o exigencias que imponen sus campos de aplicación. A este respecto, pronto se hizo evidente que su penetración en el mercado textil debía ser consecuencia mas de su tacto agradable, resistencia, fácil cuidado y otras propiedades, que de su alta tenacidad.

PROPIEDADES FISICAS DE LAS FIBRAS ACRILICAS

Propiedades

Fibra de 3.3 dtex

Propiedades

Fibra de 3.3 dtex

Tenacidad (g/dtex)

Tenacidad al lazo

1.13 -2.61

- Seco

2.6 - 4.1

Alargamiento lazo

2.4 - 34.5

- Húmedo

2.0 -3.8

Recuperación después de una extensión del 15%

Alargamiento a la rotura (%)

Inmediata

- Seco

26 - 44

- Seco

12.1 - 17.1

- Húmedo

29 - 61

- Húmedo

12.2 - 14.2

Fluencia (g/dtex)

Diferida

- Seco

1.15 - 1.30

- Seco

38.5 - 50.5

- Húmedo

1.03 - 1.20

- Húmedo

38.9 - 47.6

Módulo inicial (g/dtex)

Deformación permanente

- Seco

46 - 58

- Seco

33.8 - 49.4

- Húmedo

38 - 58

- Húmedo

39.1 - 47.9

Forma de la sección transversal

Entre redonda y aplastada

Absorción de agua a 21 °C y 95% h.r.

2.6 - 5.0

Tasa legal de húmedad

1.1 - 2.5

Temperatura de adherencia (°C)

235 - 254

Peso especifico

1.16 - 1.18

----------------------

-------------

5.2. SECCION TRANSVERSAL

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 - bilobulada. En el mercado existen también como variantes del tipo convencional de una productora concreta (forma de V, Y, T, multiglobal o dentellada).

El conocimiento de la forma de la sección transversal constituye una ayuda valiosa para la identificación del origen de una fibra acrílica concreta.

CLASIFICACION DE LAS FIBRAS ACRILICAS EN FUNCION DE LA FORMA DE SU SECCION TRANSVERSAL

Sección transversal circular o aproximadamente circular

Sección transversal reniforme

Sección transversal con forma alargada- bilobulada

Sección transversal especial

Zefran

Dralon T 100

Dolan 20 - 25

Orlon 81

(multilobal)

Dralon C

Crylor 50-410

Dolan 27 - 80

Crylor 20

(multilobal)

Creslan

Acribel

Dralon A

Acrilan 94

(multilobal)

Crislenka

Acrilan

16, 37, 39, 57

Dralon X

Cashmiton FW/BR

Courtelle

Dolan 88

Lenzing

Bayer ATF 1011

Perwlon

Leacril

Redon

Cashmiton GW

Dolan 26 - 86

Vonnel

Euroacril

Toraylon

Acrilan 88

Panacril

Dolan 81

Velicren

Algunas diferencias sustanciales en el comportamiento, en las propiedades y en la estética de las fibras acrílicas pueden atribuirse a diferencias en la forma de la sección transversal.

La resistencia a la flexión que ofrece una sección transversal aplastada es inferior a la que presenta una fibra con sección transversal redonda. Smith ha indicado que la rigidez a la flexión de una fibra de sección transversal aplastada con una razón 3/1 entre sus ejes principales es aproximadamente tres veces menor que la de una fibra redonda de igual orientación. Muchas fibras hiladas en seco poseen una razón del orden de 3/1.

Como quiera que la rigidez a la flexión esta directamente relacionada con el modulo y este con la orientación de la fibra, se pueden diseñar o predeterminar variaciones de la orientación de la fibra de modo que se compensen o se hagan mas acusados los efectos de la forma de la sección transversal en la rigidez a la flexión.

Las diferencias en la rigidez a la flexión se traducen en diferencias de aspecto (estéticas) o de comportamiento en las fibras comercializadas, condicionando su uso final más adecuado. Concretamente, la sección transversal circular o con forma de riñón es particularmente ventajosa en las fibras destinadas a la fabricación de alfombras, ya que la alta rigidez a la flexión contribuye favorablemente a la resiliencia (elasticidad de volumen) y al mullido de estos artículos. Por su parte, una sección transversal aplastada - bilobulada tiende a aumentar la suavidad al tacto y favorece la reflexión de brillo singulares especialmente adecuados en algunos tipos de tejidos.

5.3. PROPIEDADES MECANICAS

En términos generales puede decirse que las tenacidades de las fibras acrílicas, se sitúan entre las de la viscosa standard y las del nylon, siendo superiores a las de la lana, similares a las del algodón e inferiores a las del poliéster. Las mayores tenacidades corresponden a los sustratos que se presentan en forma de filamento continuo.

La tenacidad de las fibras acrílicas es muy variable a causa de las diferencias en el tipo y proporción de modificante (comonómero), en el estiraje impartido y en otras variables del proceso de fabricación. La tenacidad de estas fibras suele oscilar entre 2,8 y 5,5 g/dtex. La del filamento continuo suele oscilar entre 3,9 - 5,5 y la de la fibra cortada entre 2,8 y 3,9. Sin embargo, la bibliografía cita valores de hasta 7,7 g/dtex para el filamento y de 1,9 para la floca.

Las fibras acrílicas poseen también un intervalo de alargamiento a la rotura que las hacen adecuadas para las aplicaciones textiles. Los valores individuales correspondientes a cada fibra comprendidos entre 11 y el 42 %, de modo que los valores más bajos corresponden a las tenacidades más altas.

La resistencia al lazo es del 65 al 75 % del valor de la tenacidad. Estos valores solo son orientados pues dependen mucho de las condiciones del proceso de fabricación, sobre todo del estiraje y de las condiciones en que se realiza la etapa de relajación.

Las fibras acrílicas presentan una buena resistencia a la deformación según se deduce de su alto modulo inicial, el cual esta comprendido entre 45 y 55 % g/dtex. En las fibras de tenacidad de 2,8 - 3,9 y de unos 90 g/dtex en las fibras de tenacidad próxima a 5,5 g/dtex.

La rigidez media de la fibra oscila entre 8 y 11 g/dtex para la floca y entre 18 y 45 g/dtex para el filamento continuo.

En cuanto al trabajo de rotura medio se puede decir que solo el poliester aventaja a las fibras acrílicas, así como que oscila entre 0,40 y 0,70 para la floca y entre 0,22 y 0,49 para el filamento continuo.

El esfuerzo de fluencia de las fibras acrílicas tanto en húmedo como en seco les permite soportar sin deformación las fuerzas a las que están sometidas en los procesos de transformación de hilos y tejidos. La disminución del esfuerzo de fluencia por acción del calor seco es mayor que en el poliester y menor que en el nylon 6. Cuando se calienta con vapor, la bibliografía indica que la menor disminución corresponde a las fibras acrílicas y que el poliéster ocupa una posición intermedia entre estas y el nylon 6.

Finalmente se puede señalar que las propiedades de tracción de las fibras acrílicas (tenacidad, esfuerzo de fluencia, modulo inicial, alargamiento a la rotura y trabajo de rotura) se conservan bien en condiciones húmedas a temperaturas ambientes.

Según indica Fourne, el cociente de elasticidad de las fibras acrílicas es apreciablemente superior que el de las otras fibras sintéticas. Sin embargo, su recuperación elástica, aunque buena, es inferior a la de las fibras de poliester, nylon y lana. En términos generales puede decirse que las características de recuperación son excelentes para alargamiento mínimos y poco prolongados, pero no es satisfactorio cuando los alargamientos son altos, ya que estos se sitúan en el tramo de la curva carga/alargamiento que sigue al punto de fluencia. Para una extensión del 10 % la recuperación es del 50 - 60 %.

COEFICIENTE DE ELASTICIDAD DE DIVERSAS FIBRAS

Fibras

Coeficiente de elasticidad( %)

Orlon (hilatura en seco)

130

Orlon (hilatura en húmedo)

105

Dralon

125

Redon

132

Acrilan

108

Dacron

100

Nylon 66

100

Nylon 6

85

Lana

100

RECUPERACION ELASTICA DE ALGUNAS FIBRAS ACRILICAS

Alargamiento (%)

Recuperación (%)

Dralon

Orlon

Acrilan

Creslan

1

100

99

-

90

2

95

97

99

-

3

-

-

-

67

4

79

-

-

-

5

-

85

89

48

8

63

75

-

-

La resistencia a la abrasión y al uso de las fibras acrílicas son adecuadas. A este respecto son inferiores a las fibras de poliamida y poliester, y superiores a la lana, viscosa y acetato. Cuanto mayor es el título de una fibra, mayor es su resistencia a la abrasión, de modo que las fibras destinadas al campo de las alfombras poseen un titulo de 16,5 dtex.

Como todas las fibras que poseen buenos valores de tenacidad, trabajo de rotura y resistencia a la abrasión, las fibras acrílicas presentan ciertas tendencias a la formación de pilling. La facilidad varia ampliamente de unos tipos a otros y conviene indicar que recientemente han aparecido en el mercado fibras acrílicas antipilling. También es interesante tener en cuenta que la menor tenacidad de las fibras acrílicas favorece la eliminación de las bolitas a medida que se van formando, lo que supone un comportamiento al pilling mejor que el de las fibras de poliester y poliamida.

El conjunto de propiedades de las fibras acrílicas permite preparar artículos con buena resiliencia, retención de pliegues, recuperación de arrugas, fácil cuidado y propiedades wash and wear, de modo que en estos aspectos solo son superadas por las fibras de poliester.

Un aspecto a tener en cuenta en las propiedades mecánicas en las fibras acrílicas se refiere a que se conservan muy bien en condiciones que ocasionarían un grave deterioro en muchas otras fibras. Como ejemplo: a la luz, a la humedad, a muchos productos químicos y a los disolventes corrientes.

RELACION ENTRE LOS PARAMETROS DE TRACCION DE LAS FIBRAS ACRILICAS MEDIDOS EN DIFERENTES CONDICIONES

Parámetro

Húmedo 21 °C/65% h.r.

Húmedo 95 °C/Húmedo 21 °C

Tenacidad

0.84

0.35

Alargamiento a la rotura

1.08

4.26

Trabajo de rotura

0.98

1.04

Módulo inicial

1.00

0.02

5.4. COMPORTAMIENTO TERMICO

Los principales parámetros térmicos de las fibras acrílicas son los expresados en la siguiente tabla.

Temperatura de transición vítrea

" 90 °C

Temperatura de lavado

40 - 50 °C

Resistencia al calor seco

125 - 135 °C

Temperatura de planchado

160 - 200 °C

Temperatura máxima de fijado

220 °C

Temperatura de decoloración

235 °C

Temperatura a la que la fibra empieza a ser termoplástica

228 °C

Temperatura de reblandecimiento

215 - 255 °C

Temperatura de descomposición

300 - 320 °C

Temperatura de autoinflamación

560 °C

Las fibras acrílicas no presentan un punto de vista de fusión definido; sin embargo, cuando se las somete a una presión tienden a adherirse a las superficies metálicas a temperaturas comprendidas entre 215 y 255 °C.

La resistencia mecánica de las fibras acrílicas no resulta seriamente afectada cuando se las somete a la acción del calor. Se estima que después de permanecer 100 horas a 155 `C suelen conservarse el 96 % de la tenacidad original, aunque el comportamiento puede variar de una fibra a otra.

5.5. TRATAMIENTOS TERMICOS DE ACABADO

Las fibras acrílicas pueden fijarse pero mucho menos que las de poliamida y poliéster. El termofijado tiene como misión conseguir efectos de plisado y estabilizar dimensionalmente los artículos acrílicos. Las fibras acrílicas tienden a encogerse por acción del calor, y mucho más en medio acuoso que en presencia de aire.

El fijado puede realizarse con vapor a presión, con aire o con rayos infrarrojos. En el primer caso, el artículo se somete a la acción del vapor saturado durante 10 minutos, con aire caliente se puede trabajar a 180 °C durante 90 segundos.

5.6. ABSORCION DE AGUA Y ELECTRICIDAD ESTATICA

Las fibras acrílicas son menos higroscópicas que las fibras naturales, menos que los nylones 6 y 6,6 y más que las fibras de poliéster.

La tasa legal de humedad de las fibras acrílicas oscila entre el 1,0 y el 3 %.

La absorción de agua a 20 °C y 95% de humedad relativa la retención de agua por imbibición es del 5 - 10 %.

ABSORCION DE HUMEDAD DE DIVERSAS FIBRAS ACRILICAS

Tasa legal

(%)

Absorción a

20 °C y 95 % h

(%)

Imbibición centrifugación

(%)

Orlon

1.5

2.5

12

Acrilan

1.2

5

10

Creslan

1.35

2.6

-

Dralon

1

-

-

Courtelle

2

-

-

Crylon

1.3

3.2

10 - 12

Las propiedades de tracción de las fibras acrílicas mas afectadas por la presencia de agua son el alargamiento a la rotura y la tenacidad, experimentando esta una disminución del 5 al 25 %. El módulo inicial no cambia y el trabajo de rotura escasamente varia, ya que la disminución de la tenacidad es compensada por el mayor alargamiento a la rotura. Por su parte, el esfuerzo en el punto de fluencia disminuye en un 10 %.

La absorción de agua de las fibras acrílicas es relativamente baja, aunque suficiente para que no se presenten los graves problemas de electricidad estática que plantea la manipulación del poliester. Esta es una de las razones por la que no se ha dedicado mucha atención para mejorar su hidrofílidad. Un intento en esta dirección consistió en la adición de aditivos hidrofílicos como comonómeros, pero la limitada compatibilidad de estos compuestos produce un deslustrado de la fibra.

En cuanto a la electricidad estática, las fibras acrílicas tienden a cargarse negativamente al entrar en contacto con otros materiales. Solo las clorofibras se cargan mas negativamente que las fibras acrílicas.

5.7. PROPIEDADES TINTOREAS

La tintura de las primeras fibras acrílicas era casi imposible. La tintura a alta temperatura y el empleo de transportadores y agentes hinchantes no dio resultados satisfactorios.

Un proceso alcanzó un éxito limitado, consistía en el tratamiento de la fibra con sulfato de cobre y sulfato de hidroxilamina, de modo que se producía una fuerte fijación de iones cuproso por parte de la fibra, probablemente por formación de quelatos con los grupos nitrilo.

Los comonómeros mas empleados en la preparación de copolímeros para su posterior transformación en fibra acrílica son el acrilato de metilo, el metacrilato de metilo y el acetato de vinilo. Las fibras resultantes poseen una estructura menos compacta que las del homopolímero y permiten una mayor velocidad de penetración de los colorantes dispersos y también de los colorantes catiónico que se combinan iónicamente con los grupos terminales sulfónicos procedentes del iniciador de la polimerización.

Sin embargo, el problema general de la tintura de las fibras acrílicas se ha solucionado preparando terpolímeros, de modo que el tercer puede aportar:

  • Un aumento de la afinidad por los colorantes cationicos, a efectos de satisfacer los niveles de tintabilidad comercialmente exigidos.

  • Afinidad por los colorantes aniónicos cuando contiene un átomo de nitrógeno terciario o cuaternario en la molécula.

  • La posibilidad de formar complejos con colorantes adecuados cuando es de naturaleza polar no ionizable (alcoholes, éteres, cetonas).

El tercer componente solo interviene en proporciones mínimas por su alto precio y por el efecto nocivo que una mayor participación produciría en las propiedades del polímero. Como ejemplo se puede citar la menor estabilidad térmica de los copolímeros que contienen un nitrógeno terciario o cuaternario.

Las diferencias en la composición química y en la estructura fina de las fibras acrílicas se han traducido en una amplia variedad de comportamientos tintóreos. Las variaciones químicas, y en menor medida las físicas, influyen en las propiedades tintóreas en cuanto a:

  • Familia de colorantes

  • Velocidad de difusión del colorante

  • Valores de saturación

  • Rendimiento de color

La temperatura a partir de la cual la fibra empieza a absorber colorantes es una importante característica de la fibra y depende de los tipos de comonómeros usados. Otras variables se refieren al metodo de hilatura y al tipo de disolvente utilizado, ya que ambos influyen en el número y tamaño de los huecos o cavidades en la masa de la fibra.

Las fibras modacrílicas suelen teñirse también con colorantes catiónicos. Actualmente es posible una gama completa de intensidades con buenas propiedades de solidez. En la tintura de las fibras modacrílicas con colorantes cationicos se suele recomendar el empleo de auxiliares anionicos para conseguir un mayor rendimiento de color y mejorar la solidez. Parece ser que estos productos reaccionan con los colorantes básicos formando complejos que se difunden en el interior de la fibra y son retenidos por esta de un modo similar a como sucede con los colorantes dispersos. Como en el caso de las acrílicas, también se ha procedido a la modificación del polímero para mejorar la tintabilidad. Las fibras modacrílicas pierden brillo en la operación de tintura, pero pueden ser recuperado calentando el artículo en aire o en vapor a 110 - 130 °C o hirviendo en soluciones salinas concentradas.

Las diferencias de tintabilidad de las fibras acrílicas pueden conocerse tiñiendo las fibras objeto de comparación en un mismo baño que contiene una mezcla de un colorante ácido y un colorante básico. Las condiciones del ensayo y las diversas coloraciones que toman las fibras acrílicas se indican en el apartado correspondiente a la caracterización.

Otro modo de poner de manifiesto las diferencias tintóreas de las fibras acrílicas consiste en teñir varias fibras comerciales con un colorante básico a diferentes pH.

PRODUCTOS COMERCIALES

Entre los productos comerciales más importantes dentro del campo de las fibras de acrílicos, podemos citar:

Floca: De finura comprendida entre 1,3 y 18 dtex y longitud de corte de 28-180 mm. Destinada a la hilatura de hilos de fibras acrílicas en general y sus mezclas.

Se distinguen dos tipos, los normales y los encogibles. Estos productos pueden ofrecer en sus calidades brillante o mate. Otras variedades corresponden a los tipos extrablancos, que son mezclas de varios tipos de fibras con diferentes longitudes, los cuales son destinados a la industria de las alfombras.

Cable: Llamado así por su especialidad para su transformación en peinado, de un título total de 50-130 kdtex y título individual entre 1,3 y 18 dtex en sus variedades estabilizada y no estabilizada.

Peinado: Viene presentado en sus formas de bobinas en sus calidades encogible, no encogible y en encogible no encogible de 40/60 %.

Fibra para relleno: o fibra para l embutición, es basándose en fibras de diferentes finuras (3,3-6,7 dtex) y longitudes de 40 - 100 mm, con materia especialmente ligera, no fieltrante y de alto poder cubriente.

Hilos de multifilamentos: Son de título comprendido entre 33 890 dtex para fabricar tejidos de punto de calidad destinados al sector técnico, así como a la texturación.

Las diferentes propiedades de las fibras acrílicas comerciales ocasionan multitud de problemas al tintorero y al acabador, pero ofrecen la oportunidad de satisfacer las diferentes, y a veces contradictorias, exigencias del mercado.

Las principales diferencias en las propiedades y en el comportamiento de las fibras acrílicas son consecuencia de los diferentes procedimientos de fabricación y de la modificación deliberada de la estructura química y o física para alcanzar un equilibrio particular de propiedades, cuyo resultado global deseado puede no ser el mismo para múltiples usos finales. Ello ha conducido a la necesidad de desarrollar nuevas formas optimizadas especialmente diseñadas para aplicaciones diferentes y suficientemente importantes en calidad y sobre todo en cantidad.

Las diferentes propiedades y el variado comportamiento de las fibras acrílicas obliga, por ejemplo, a que los reglajes o variables de la máquina. Turbo se deban acoplar a cada tipo de fibra acrílica a que la productora aconseje sobre las condiciones óptimas de tintura y a que el acabador tenga que resolver, muchas veces empíricamente y por sí mismo, el problema de hallar las condiciones de trabajo que permitan obtener el efecto deseado.

Indiferentemente de que sean objeto de un comentario separado y de la importancia de las modificaciones necesarias, se pueden mencionar las siguientes variantes de fibras acrílicas:

  • Fibra standard.

  • Fibra especial para hilatura open end de rotor.

  • Fibras encogibles (18 - 40%).

  • Fibras de bajo pilling.

  • Fibras con características especiales de rizado para artículos de pelo.

  • Fibras coloreadas en masa específicas para artículos textiles expuestos a la intemperie.

  • Fibras teñibles con colorantes aniónicos.

  • Fibras teñibles a intensidades profundas.

  • Fibras bicompuestas.

  • Fibras absorbentes a la humedad.

  • Fibras resistentes a las llamas.

  • Fibras para uso técnicos.

  • Fibras de carbono.

Con los tipos de fibras mencionados se preparan hilados siguiendo los procesos de hilatura tipo estambre, lana cardada o algodón, siendo relativamente frecuentes los hilos de mezcla con fibras naturales u otras fibras químicas.

Los hilados tipo estambre o lana cardada más frecuentes poseen la composición que se indica:

  • Fibra acrílica 100%

  • Fibra acrílica 100% brillante

  • Fibra acrílica HB

  • Fibra acrílica/lana, 70/30; 60/40

  • Fibra acrílica/mohair

  • Fibra acrílica/lana/pelo de conejo

Con hilados propios del sistema algodonero, podemos citar:

  • Fibra acrílico 100%

  • Fibra acrílica/lino, 80/20

  • Fibra acrílica/fibrana, 55/45, 70/30

  • Fibra acrílica con otra fibra químicas

  • Fibra acrílica poliéster/neps de tweed

  • Fibra acrílica/poliéster/pelo de conejo.

FIBRAS ACRILICAS DE MAYOR DIFUSION COMERCIAL

Denominación

Productor

País

Acribel

Fabelta

Bélgica

Acrilan

Monsanto

U.S.A

Beslon

Toho Beslon

Japón

Cashmilon

Asahi Chem.Ind.

Japón

Courtelle

Courtaulds

Reino Unido

Creslan

American Cyanamide

U.S.A

Crilenka

Cyanenka

España

Crylor

Rhone-Poulenc

Francia

Dolan

Hoechst

Alemania

Dralon

Bayer

Alemania

Euroacril

Anic

Italia

Exlan

Exlan

Japón

Leacril

Montefibra

Italia- España

Orlon

Dupont

U.S.A

Redon

Phirix-Werke

Alemania

Toaraylon

Toray

Japón

Velicren

Snia-Viscosa

Italia

Vonnel

Mitsubishi

Japón

Zefran

Dow

U.S.A

TIPOS ESPECIALES

7.1. FIBRAS ENCOGIBLES

La aplicación de un segundo estiraje en el proceso de fabricación de las fibras acrílicas permite obtener tipos con diferentes fuerzas de encogimiento. En una fibra estirada de este modo existen tensiones internas con las correspondientes fuerzas de recuperación. La situación puede variar aplicando un tratamiento posterior de modo que las tensiones congeladas pueden relajarse total o progresivamente, o bien permanecer total o parcialmente en estado latente en la fibra. El resultado es la posibilidad de obtener fibras con diferentes encogimientos y diferentes fuerzas de encogimiento.

Combinando fibras acrílicas de diferentes características de encogimiento se pueden preparar hilos de alta voluminosidad. Generalmente se mezcla un 60% de fibras relajadas de bajo encogimiento (fibras relax) con un 40% de fibras no relajadas de alto encogimiento (fibras retráctil). En el primer tratamiento hidrotérmico o simplemente térmico del tejido o hilo, las fibras no relajadas se encogen y se dirigen al centro de la estructura del hilo. Esto obliga a que, al no encogerse en el tratamiento, las fibras relajadas de la mezcla formen ondas, bucles y lazos y se sitúen en las partes exteriores de la estructura del hilo.

La combinación adecuada de los títulos de las fibras encogidas y encogibles permite conseguir efectos interesantes.

Las fibras con gran capacidad de encogimiento pueden prepararse también en las plantas textiles por el procedimiento de rotura por desgarro (craqueado). El proceso consiste en aplicar a un cable normal un estiraje del 20-50 %, a la vez que se somete a un calentamiento al pasar entre dos placas calientes (100-190 °C). Un enfriamiento rápido aplicado en condiciones adecuadas fija la estructura de la fibra; a continuación el cable pasa a través de una serie de rodillos y barras rompedoras y se produce la rotura de la fibra por desgarro.

Cuando el proceso de craqueado se realiza a bajas temperaturas se obtienen fibras de menor encogimiento adecuadas para la obtención de hilos MBY (hilos de voluminosidad media). El empleo de este tipo de fibras permite obtener diseños con efectos especiales en alfombras al conseguir un pelo especialmente denso en artículos de vestir de alto gramaje.

7.2. FILAMENTO CONTINUO TEXTIL

Solo el 0,2% de la producción mundial de fibras acrílicas se presenta en forma de filamento continuo. Una parte de esta producción se dedica a la fabricación texturados con los que se puede preparar tejidos de punto de galgas muy finas. Con estos artículos se fabrican prendas de gran calidad, por su tacto seco, suave y sedoso y por su aspecto lustroso, que justifica su alto precio.

La operación de texturación de las fibras acrílicas debe realizarse sobre hilos tenidos, ya que la hidrotermoplasticidad de la fibra en las condiciones de tintura podría ocasionar variaciones importantes en la macromorfología de los filamentos y comprometer seriamente los efectos conseguidos en la texturación.

7.3. FIBRAS DE BAJO PILLING

En términos generales, puede indicarse que las necesidades del mercado en cuanto a niveles de pilling, está bastante bien cubiertas por las fibras acrílicas convencionales, por lo que los tipos especiales son mucho menos necesarios que el caso del poliéster. Sin embargo, las fibras de bajo pilling ofrecen la posibilidad de utilizar fibras acrílicas en campos de aplicación en los que no habían penetrado o lo habían hecho escasamente y con dificultad.

La capacidad de flexión es un parámetro importante en el comportamiento de las fibras al pilling y depende mucho de la geometría de la sección transversal de la fibra. En el caso del poliéster se sabe que las secciones transversales tri o pentalobales conducen a niveles más bajos de pilling.

También se debe tomar en cuenta que la respuesta de las fibras al pilling depende en gran parte de las propiedades de las fibras y estas de la curva de alargamiento. Las fibras de bajo pilling poseen una curva mas aplastada, con menor tenacidad y elongaciones mas altas, lo cual se consigue introduciendo modificaciones convenientes en el proceso de fabricación de la fibra.

En el campo de la decoración es muy frecuente el empleo de artículos 100% acrílicos, evitándose el pilling basándose en títulos altos, hilos muy torcidos y tejidos densos. Entre otras, tenemos a las fibras `Leacril' y `Vonnel Pilnon' como fibras acrílicas de bajo pilling de reconocimiento mundial.

7.4. FIBRAS DE RIZADO ESPECIAL

Las fibras acrílicas deben rizarse para comunicarles una estructura que facilite el rozamiento entre fibras necesario para su transformación en hilos.

La permanencia del rizado influye mucho en el aspecto y calidad de pelo y depende de la estabilidad del rizado los diversos tratamientos mecánicos, térmicos y sobre todo, hidrotérmicos que experimenta la fibra. La desaparición del rizado conduce a que las fibras que forman el pelo en los artículos acabados se dispongan rectas o tersas, mientras que la conservación del rizado supone que las fibras que forman el pelo se orienten al azar.

Estas diferencias conducen a comportamientos ópticos muy diferentes. En las fibras orientadas al azar, la luz se difunde intensamente y el pelo tiene un aspecto lanoso y mate, adecuado para un forro afelpado como los utilizados como aislantes del frío en chaquetas e impermeables. Cuando ha desaparecido el rizado de las fibras, resulta un pelo lustroso de aspecto sedoso adecuado para la imitación de artículos de peletería.

7.5. FIBRAS BICOMPUESTAS

En este tipo de fibras los dos componentes se yuxtaponen de modo más o menos similar a como lo hacen ortocortex y el paracortex en la lana rizada. La geometría de la sección transversal de la fibra ofrece diversas posibilidades de ubicación de los dos componentes.

Estas fibras se han diseñado para obtener un rizado helicoidal (tridimensional) que amplía en gran medida las posibilidades de diseño y funcionalidad de muchos artículos textiles. El rizado de las fibras bicompuestas es consecuencia del diferente comportamiento térmico de los dos polímeros componentes, ya que la diferente respuesta al calor o al hinchamiento se traduce en que uno de los dos se encoja más que el otro y resulte una estructura helicoidal, en la que el componente más inestable a la acción del calor se ubica en el interior de la hélice de rizado. La intensidad y las propiedades del rizado dependen del tipo y magnitud de las diferencias entre los dos componentes, de la porción relativa de estos y de su distribución geométrica en la sección transversal.

Continuando con las Fibras Bicompuestas, debemos indicar que la frecuencia y amplitud del rizado depende de la curvatura y ésta a su vez de los siguientes factores:

  • Diferencia entre el grado de encogimiento de los componentes.

  • Diferencia en el valor del módulo de los componentes.

  • Forma de la sección transversal de la fibra y de cada uno de los componentes.

  • Diámetro de la fibra o superficie de la sección transversal de la misma.

Otros aspectos importantes de las fibras bicompuestas rizadas se refiere a la fuerza del rizado (mientras este se genera o cuando se modifica en alguna etapa superior) y el agrupamiento de fibra- fibra en la estructura del hilo. Las formas del rizado dependen de la forma de la sección transversal y de la distribución de los componentes. Por su parte la forma de la sección transversal influye en la facilidad con que las fibras se agrupan en un hilo de un modo más o menos apretado o compacto. La mayor voluminosidad se consigue en los hilos que poseen una gran fuerza de rizado y una menor facilidad de acoplamiento entre ellas.

Las propiedades y el comportamiento singular de las fibras acrílicas bicompuestas dependen fundamentalmente de la mayo ó menor diferencia que algunos aspectos presentan los dos componentes. Para conservar las buenas propiedades de las fibras acrílicas se requiere que los polímeros, además de ser compatibles entre sí, posean un alto porcentaje de unidades estructurales de acrilonitrilo. El nivel de rizado y su reversibilidad dependen de la composición elegida.

Las fibras acrílicas intrínsecamente rizadas se dividen en dos grupos:

  • Fibras cuyo rizado se desarrolla al secarlas después de someterlas a un tratamiento hidrotérmico (rizado reversible).

  • Fibras que rizan instantáneamente al tratarlas con calor seco o húmedo (rizado irreversible).

Para conseguir un rizado reversible se recurre a componentes que presentan diferencias de hidrofilidad. Aunque no es imprescindible, la hidrofilidad diferencial es el resultado del diferente carácter iónico de los componentes.

Las fibras acrílicas de rizado reversible pierden rizado en húmedo y lo recuperan al secarlas.

A modo de resumen se puede indicar que los artículos de fibras acrílicas de rizado reversible poseen un tacto, resiliencia, elasticidad, voluminosidad, nervio y rizado similar a los de estambre.

La operación de estiraje influye mucho en el potencial de rizado de las fibras acrílicas bicompuestas. Las condiciones deben elegirse de modo que se consigan niveles adecuados de tenacidad, elongación y parámetros de rizado.

Las fibras bicompuestas de rizado irreversible poseen componentes cuyo diferente contenido de comonómeros neutros ocasiona una relajación diferencial entre los dos componentes.

Los componentes más frecuentemente utilizados son el acrilato de metilo, el acetato de vinilo y el metacrilato de metilo, que son los mismos que se emplean para modificar y mejorar la solubilidad, el comportamiento en el estiraje y la tintabilidad de las fibras acrílicas preparadas con poliacrilonitrilo homopolímero. Estas fibras acrílicas se caracterizan por un tacto firme, por la baja elasticidad de los hilos resultantes y por un alto nivel de rizado irreversible. El rizado permanente es especialmente adecuado para la fabricación de tejidos con excelente estabilidad dimensional en el acabado y en los ciclos de entretenimiento (lavado-uso), así como los efectos especiales en los tejidos de pelo.

7.6. FIBRAS ABSORBENTES DE LA HUMEDAD

La producción de fibras capaces de aportar confortabilidad a los artículos textiles ha sido enfocada recientemente de un modo original. Un equipo de investigadores de la firma Bayer (Alemania) ha diseñado una fibra capaz de absorber la humedad conservando a la vez las buenas propiedades mecánicas y la manipulabilidad de la fibra acrílica Dralon.

Según el modelo diseñado la fibra poseería un gran número de capilares capaces de absorber y transferir rápidamente la humedad. Una corteza o vaina compacta de dimensiones adecuadas protegería los finos poros y garantizaría una manipulación textil sin problemas. Finalmente, la vaina poseería una multitud de finos canales que permitiría el paso de la humedad del medio ambiente a través del sistema poroso de la fibra.

La fibra Dunova de Bayer se hila en seco y posee una corteza de espesor y estructura tales que, junto con la adecuada distribución del sistema capilar, permiten cumplir con las exigencias del confort y del procesado en las operaciones textiles convencionales. Por su bajo peso específico (0,7 - 0,9), esta fibra se sitúa entre las más ligeras. La comparación con las fibras naturales (algodón y lana) y sintéticas (poliéster, poliamida, acrílicas) de mayor difusión permite destacar de un modo más directo el comportamiento de esta fibra a la absorción de agua y a la eliminación por secado del agua absorbida.

La velocidad de mojado de la fibra Dunova es muy similar a la del algodón y mucho mayor que las de las fibras acrílicas. En cuanto a la velocidad con que se evapora el agua de esta fibra, cabe indicar que se conserva las buenas propiedades de secado de las fibras acrílicas y que se seca mucho más deprisa que el algodón. Como consecuencia del alto límite de perceptibilidad de la humedad, los artículos que han experimentado un lavado y un centrifugado doméstico pueden considerarse secos después de 12 minutos, mientras que los de fibras acrílicas convencionales requieren 9 minutos y los de lana y algodón 20 y 33 minutos respectivamente.

Otras fibras acrílicas absorbentes de la humedad son la Swift (Mitsubishi), el Leaglor (Montefibre) y el Aqualon (Kanebo).

7.7. FIBRAS POLIACRILONTRILO/CASEINA

La fibra japonesa Chinon supone un intento avanzado de aproximación a la seda natural. El proceso de preparación comprende la disolución de la caseína en una solución concentrada de cloruro de zinc, la filtración de la disolución resultante, el paso de ésta a un recipiente que contiene acrilonitrilo y un indicador adecuado, la polimerización del acrilonitrilo en presencia de la proteína disuelta, una filtración, un desairado y la extrusión de la disolución en un baño de coagulación.

Después de la coagulación los filamentos se estiran en dos etapas, se secan y se desarrollan.

El contenido de la caseína es del 30%. Por otra parte, la polimerización del acrilonitrilo en presencia de la proteína sugiere la formación de un copolímero de injerto y de poliacrilonitrilo homopolímero.

Las propiedades del Chinon (Toyobo) son comparables a las de la seda natural. Sólo es inferior en la resistencia al nudo y en el encogimiento en agua e ebullición. Se tiñe con los mismos colorantes de la seda natural, pero las tinturas de Chinon son más sólidas.

7.8. FIBRAS RESISTENTES A LA LLAMA

La flamabilidad propia de las fibras acrílicas desaparece al introducir en la estructura polimérica una alta proporción de cloruro de vinilo o cloruro de vinilideno. El producto resultante es un copolímero estadístico en el que el cloro actúa como retardante de la llama. A partir de copolímeros de este tipo se preparan las fibras que genéricamente se conocen como fibras modacrílicas. Las moléculas de los polímeros correspondientes deben contener un mínimo del 35% y menos del 85% en peso de la unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.

La combinación de una serie de propiedades (resistencia a la llama, estabilidad al calor, luz y humedad, facilidad de tintura, comportamiento versátil en la manipulación textil, aspecto y tacto agradable y resistencia química) han contribuido a que las fibras textiles intrínsecamente resistentes a la llama y a que se fabriquen a una escala relativamente importante. A ello ha contribuido también:

  • La legislación, cada día más exigente desde la década de los sesenta, desarrollada en materia de fuego, al menos en los países industrialmente avanzados.

  • La circunstancia de que las fibras acrílicas son las más difíciles de ignifugar, puesto que hasta el presente no se conoce ningún tratamiento posterior de ignifugación que sea efectivo.

Las fibras modacrílicas se hilan por extrusión de la disolución del polímero en acetona. Algunas se hilan en húmedo y otras en seco. Un tratamiento posterior de estiraje mejora la estabilidad térmica de la fibra.

Entre los países que más han desarrollado fibras retardantes de las llamas, tenemos a Japón con la Toraylon Unfla. Dupont ha producido una nueva fibra, el Orlon FLR. El polímero modacrílico correspondiente se ha diseñado de modo que las fibras resultantes retengan las propiedades deseadas del Orlon convencional, además de ofrecer una duradera resistencia a la llama.

Otras fibras modacrílicas comercializadas son el Monsanto SEF Modacryl (Monsanto), el Dralon C (Bayer) y el Kanekalon (Kanegafuchi).

La resistencia a la llama de la mayor parte de los artículos de fibras acrílicas es tal que los hace adecuados para la fabricación de cortinas, ropa de noche para niños, tejidos de pelo y ropa de trabajo. Cuando el riesgo de fuego no es tan grande como el de las alfombras, las fibras modacrílicas pueden mezclarse con otras fibras y ofrecen un adecuado comportamiento al fuego.

Las propiedades mecánicas de las fibras modacrílicas son muy similares a las de las fibras acrílicas. Por otra parte, su mayor sensibilidad a los tratamientos con agua caliente (tintura) obliga a adoptar precauciones especiales para evitar deformaciones, estirones o arrugas. Los tejidos de fibras modacrílicas poseen un tacto cálido y agradable. Finalmente, el brillo y densidad de estas fibras son muy adecuados para fabricar con ellas artículos imitación de piel natural, pelucas y artículos de pelo.

7.8. FIBRAS O FILAMENTO CONTINUO PARA USOS TÉCNICOS

La preparación de fibras acrílicas a partir de poliacrilonitrilo homopolímero permite conseguir fibras con propiedades iguales o mejoradas en cuanto a la resistencia a la luz, la inercia química y la retención de la resistencia a humedades altas. Por otra parte, estas fibras poseen mayor estabilidad térmica y mejores tenacidad y módulo que las destinadas a usos domésticos y a prendas de vestir, de modo que son especialmente adecuadas para aplicaciones industriales en las que estas propiedades sean particularmente apreciadas.

Lo que hemos estudiado, nos confirma que se han comercializado fibras especialmente diseñadas para la industria papelera. Estas fibras poseen propiedades autoligantes, ya que se fibrilan con facilidad cuando se someten a una operación de batido. Las fibrillas resultantes proporcionan un ligado mecánico insensible al agua que permite que la resistencia en húmedo de la napa de fibras sea al 50 % de la resistencia en seco.

7.9. FIBRAS DE CARBON

Las formas cristalinas del carbono son el diamante y el grafito; el término carbón se utiliza para designar al grafito escasamente cristalizado. Las fibras de carbón suelen corresponder a un grafito de alto grado de cristalinidad y considerable proporción de desorden.

A las fibras de carbón y de grafito se les dedica desde hace unos años gran atención por su excelente comportamiento cuando se utilizan como materiales de ingeniería. Las fibras de carbón difieren de las de grafito en diversos aspectos. Las de grafito poseen menor superficie interna, menor resistividad eléctrica, mayor densidad y zonas cristalinas de mayores dimensiones. La utilización de la fibra de grafito se ha difundido en la industria aeronáutica clásica y espacial, en la construcción de botes y submarinos, recipientes de presión, industria química, piezas rotativas, alambres y cables, componentes de máquinas, equipos de deportes. También se emplea en la fabricación de hilos y tejidos. Por su parte, la incorporación de fibra cortada de carbono a telas no tejidas permite el uso de éstas como conductores de electricidad.

Propiedades sobresalientes de las fibras de carbono y grafito son su alta resistencia a temperaturas elevadas (hasta 3500 ºC en atmósfera no oxidante), flexibilidad, densidad relativamente baja, alta resistencia, gran rigidez, economía de peso, inercia química, no toxicidad e ininflamilidad.

La misión fundamental del proceso de carbonización consiste en la casi total eliminación de los átomos de nitrógeno e hidrógeno, a la vez que se elimina cierta proporción de átomos de carbono para obtener una fibra de carbón más o menos pura.

Como fibras de carbono obtenidas de un precursor acrílico se pueden contar el Grafil (Couartlds, Inglaterra), Hyfil (Rolls Royce, Inglaterra), Modmor (Morganite, Inglaterra), Dralon T 100 (Bayer, Alemania), Zefran tipo 500 (Dow, U.S.A).

El alto precio de las fibras de carbón han sido un tema muy debatido por su alto costo. Las primeras utilizadoras de los composites de fibras de carbono han sido la industria aeronáutica espacial, ya que podía justificar su empleo atendiendo a la reducción de peso y del costo de fabricación.

USOS

Los principales campos de aplicación de las fibras acrílicas son los que se citan:

  • Prendas exteriores de tejidos de punto (60 %) e hi­los para tricotar a mano.

  • Tejidos de pelo (7 %)

  • Decoración (23 %)

  • Alfombras (8 %)

  • Otros (2 %)

Los usos racionales de las fibras acrílicas se basan lógicamente en sus propiedades. A título de ejemplo se puede indicar que la suavidad y voluminosidad de los artículos re­sultantes explican su empleo en la fabricación de prendas de punto, mantas y tejidos de pelo. Su voluminosidad, resilien­cia, aceptable resistencia a la abrasión y la fácil elimina­ción de las manchas las hacen adecuadas para la fabricación de alfombras. Los usos mencionados resultan también favorecidos por la capacidad de recuperación de las fibras acrílicas después de haberlas deformado. De su resistencia a la luz se puede señalar que es extraordinariamente beneficiosa en el comportamiento al uso de los artículos (cortinas, tapicerías) prolongadamente expuestos a la acción de la luz.

Las fibras acrílicas se emplean mucho en la fabricación de prendas exteriores de punto porque permiten obtener artículos con un tacto cálido, seco, suave y agradable, similar al de la lana y que difiere mucho del tacto grasiento y frío de las fibras hiladas por fusión (nylon y poliéster). Tam­bién influyen positivamente su bajo peso específico y la posibilidad de obtener hilos de alto volumen, lo que permite conseguir un alto poder cubriente y una sensación cálida en artículos relativamente ligeros. Otros factores favorables corresponden a su gran capacidad de retener la forma y el aspecto con una atención o cuidado relativamente sencillo, la gran solidez al lavado de las tinturas y los excelentes blancos ópticos disponibles para las fibras acrílicas.

El aspecto y el tacto agradable de las fibras acrílicas se complementan con la facilidad con que se pueden obtener hilos muy voluminosos. Cuando se preparan hilos de fibras acrílicas altamente encogibles y fibras acrílicas de bajo encogimiento, la aplicación de un tratamiento posterior de va­porizado o de ebullición produce un aumento muy importante de la voluminosidad del hilo. Las fibras encogibles disminuyen de longitud y se dirigen hacia el centro del hilo, obli­gando a que los de bajo encogimiento formen ondas y bucles en la periferia del hilo. Con estos hilos voluminosos, que combinan el tacto cálido y seco propio de las fibras acríli­cas y la voluminosidad y poder cubriente que se les ha comu­nicado, se puede preparar una abundante variedad de prendas de punto atractivas.

Otra alternativa para aumentar la voluminosidad consis­te en el empleo de fibras acrílicas bicompuestas, solas o en mezcla con otras fibras. En este caso, la voluminosidad adi­cional conseguida es consecuencia del encogimiento y, sobre todo, del desarrollo de un rizado helicoidal estadístico en la fibra bicompuesta. Este rizado es a veces reversible, de modo que disminuye cuando la fibra esta mojada pero vuelve a su nivel original después de un secado en condiciones relajadas. Esta reversibilidad constituye la principal razón por la que los tejidos de punto preparados con esta fibra presentan una excelente retención de la elasticidad después del lavado. Esta propiedad contribuye también a que recuperen su forma las prendas estiradas durante su uso. Ni el nylon ni el poliéster pueden reproducir la excepcional voluminosidad ni el tacto cálido de las fibras acrílicas. En cuanto a estética, las prendas de tejido de punto de fibras acrílicas bi­compuestas son las que más se aproximan a las de lana. Ello no es extraño ya que la oveja es la máquina de la que se sirve la naturaleza para hilar fibras bicompuestas yuxtapuestas.

Las fibras acrílicas son raramente utilizadas en la fa­bricación de tejidos de calada destinados a la fabricación de prendas exteriores, a pesar de su retención de los plie­gues, recuperación de las arrugas, baja retención de la húmedad, buen nivel de fácil cuidado y retención del aspecto. Esta situación puede ser atribuida a la menor y más lenta recuperación de las arrugas en condiciones cálidas y húmedas, así como a las exigencias del mercado en cuanto al tacto de este tipo de artículos.

Los niveles de algunos parámetros de tracción de las fibras acrílicas, (tenacidad, trabajo de rotura) son inferio­res a los de las fibras de poliamida y de poliéster. Esto constituye más una ventaja que una limitación, ya que, al irse rompiendo las bolitas a medida que se van formando, el fenómeno del pilling se minimiza en gran medida. Ello permite el empleo de hilos voluminosos con niveles moderados de torsión facilitando la fabricación de prendas de punto suaves, cálidas y atractivas.

El mercado más importante en este campo de aplicación es el de las chaquetas, jerseys y calcetines de punto trico­tados a mano o en maquinaria adecuada. A título de curiosi­dad se puede indicar que en algunos casos la estética puede más que la funcionalidad, éste es el caso de los calcetines de fibra acrílica cuya voluminosidad va acompañada por una insuficiente, para este uso, resistencia a la abrasión de los artículos 100 % acrílicos.

En el campo de la decoración las fibras acrílicas apor­tan la posibilidad de conseguir aspectos excelentes con muy buenos comportamientos al uso. En el campo de las cortinas, la variedad de los artículos oscila entre las cortinas de verano y los pesados terciopelos que aunan su aspecto cálido y suntuoso con el cuidado fácil propio de las fibras acríli­cas.

Las propiedades de las fibras acrílicas son también adecuadas en otros usos o aplicaciones del campo de la decora­ción y de los textiles para el hogar, tales como mantas, colchas y cubiertas de cama, tapicería, revestimiento de pare­des, mantelerías, etc.

La excelente resistencia de las fibras acrílicas a la luz, a los microorganismos y a los insectos favorece su em­pleo en la fabricación de artículos que están prolongadamen­te expuestos a la intemperie, tales como banderas, prendas para caza y sky, toldos, tiendas de campaña, cintas transportadoras para la agricultura y la minería, cuerdas, redes y artículos de pesca, velas para yates, tapicerías de automóviles, etc. Estas aplicaciones han resultado favorecidas por la excelente solidez de los pigmentos comerciales de modo que después de miles de horas de exposición no se presentan cambios apreciables de matiz. Actualmente, y más todavía en el futuro, sé esta sacando mayor partido de la resistencia de las fibras acrílicas a la luz solar en aplicaciones tales como sacos de arena y alfombrillas o felpudos para puertas de entrada (alfombras exterior-interior). En el caso de los sacos de arena se ha comprobado que su duración es de 7 a 11 veces mayor que la de los de polipropileno.

Las fibras acrílicas aportan a las alfombras voluminosidad, resiliencia, aceptable resistencia a la abrasión y facilidad para eliminar manchas. Por otra parte el empleo de fi­bras bicompuestas permite aumentar la voluminosidad, el po­der cubriente y la tintabilidad en pieza. A este aspecto cabe indicar que la tintura en pieza posee muchos alicientes porque permite almacenar alfombras para teñirlas después a cualquier color, en lugar de almacenar una variedad de alfombras teñidas que pueden no venderse en su totalidad. Por otra parte, se han diseñado equipos especiales que minimizan la distorsión de las alfombras (bajo módulo y alta deformabilidad en agua caliente) durante la tintura en pieza de alfombras a la continua. Con el desarrollo de la tintura en pieza ha adquirido más importancia la tintura cruzada. En el mercado existen fibras normalmente e intensamente teñibles con colorantes básicos y también fibras teñibles con colorantes ácidos, lo que permite obtener efectos multicolores en un solo baño.

Las fibras acrílicas han acaparado casi en exclusiva el mercado de los artículos tricotados de pelo como consecuen­cia de su excelente tacto y de la facilidad con que se puede planchar y levantar el pelo en los artículos imitación pele­tería. Ni el nylon ni el poliéster son adecuados para este uso final a pesar de sus mejores propiedades de tracción.

Algunas aplicaciones industriales y especiales de las fibras acrílicas se basan en su inercia química, en su resistencia a la intemperie y en su moldeabilidad en condiciones adecuadas. Como ejemplos se pueden citar los papeles, fil­tros, paneles y otras estructuras fabricadas con fibras acrílicas. Algunas de estas aplicaciones han motivado la apari­ción de tipos comerciales especialmente diseñados. Este pue­de ser el caso de las fibras fibrilables adecuadas para ti­pos especiales de papel y sobre todo en la fabricación de filtros de aceite para automóviles. Los papeles de fibras acrílicas son de precio alto pero justificados en usos espe­ciales, tales como mapas para reconocimientos geológicos.

También se pueden mencionar las telas o estructuras no teji­das en las que la adición de una pequeña proporción de disolvente (DMF, DMSO, sulfolane) facilita el autoligado de las napas correspondientes.

Las aplicaciones industria1es requieren fibras acríli­cas de mayor tenacidad, módulo y estabilidad térmica que las destinadas a la indumentaria y a usos domésticos. Las más adecuadas son las fibras del homopolímero poliacrilonitrilo. Estas fibras se tiñen con mucha dificultad pero los usos industriales ra­ramente requieren fibras coloreadas. Como usos clásicos se pueden citar los sacos para arena, fieltros para secadores de papel y sacos para separar del aire diversos tipos de polvo. Se debe mencionar también el empleo de fibras acrílicas de poliacrilonitrilo homopolímero como precursoras de las fi­bras de carbono con excelentes propiedades físicas.

CARACTERISTICA DE LAS FIBRAS ACRILICAS

A lo largo del proceso de fabricación, las fibras acrílicas y los productos que resultan de las etapas intermedias del proceso son sometidos a una serie de ensayos de caracterización, cuya frecuencia depende de su mayor o menor incidencia en la calidad y uniformidad del producto final, así como en el comportamiento de éste en las operaciones textiles.

A este respecto deben distinguirse:

  • La caracterización en la planta de producción.

  • La caracterización de la fibra comercializada.

9.1. CARACTERIZACION EN LAS PLANTAS DE PRODUCCION

La caracterización en la planta de producción comprende la correspondiente a las etapas previas a la hilatura.

Los ensayos más importantes que se realizan antes de proceder a la hilatura se refieren a la determinación de:

  • La composición del polímero.

  • El peso molecular.

  • La distribución del peso molecular.

  • El color y su estabilidad.

  • El contenido de polímero en él dope.

9.2. LA COMPOSICION DEL POLIMERO

Se determina mediante métodos químicos o físicos-químicos (espectroscopía).

9.3. EL PESO MOLECULAR

Suele determinarse por viscosimetría (Mv) y por difusión de la luz (Mw).

El peso molecular suele determinarse por viscosimetría, para lo cual es necesario conocer la relación Mv/Mw para un determinado valor de .

La variedad de relaciones entre viscosidad intrínseca y peso molecular que se puede derivar de las diversas composiciones químicas y de los diferentes procedimientos de polimerización utilizados carecen de influencia en el campo textil, ya que el peso molecular de las fibras acrílicas no suelen experimentar cambios a lo largo de las operaciones textiles, ni tampoco durante su uso y mantenimiento.

Se puede indicar que el peso molecular medio de los copolímeros utilizados en la preparación de fibras acrílicas oscila entre 80000 y 170000 (Mw medido por difusión de la luz). Para que la hilabilidad sea buena es necesario que el polímero sea sustancialmente lineal.

9.4. LA DISTRIBUCION DEL PESO MOLECULAR

Se determina separando el polímero en fracciones, por precipitación fraccionada o por disolución fraccionada, y procediendo a la medida del peso molecular de cada fracción. El índice de polimolecularidad Mw/Mn depende del sistema redox utilizado y del procedimiento de polimerización.

9.5. LA CARACTERIZACION DEL COLOR DEL POLIMERO

Puede realizarse disolviendo 1g de muestra en 100ml de dimetilformamida de calidad adecuada, para determinar después el espectro de absorción o la absorción a una longitud de onda determinada.

9.6. LA ESTABILIDAD DEL COLOR

Se puede determinar calentando una muestra de polímero durante una hora y procediendo a medidas colorimétricas sobre una disolución preparada del modo indicado. De este modo se puede conocer la respuesta del polímero a los tratamientos térmicos y la influencia del tipo y proporción de comonómero.

9.7. EL CONTENIDO DEL POLIMERO

En la solución de hilatura se determina por precipitación, aislamiento y pesada.

9.8. LA CARACTERIZACION POST-HILATURA

Es muy diversa, abarcando la determinación de parámetros:

  • Geométricos:

Título o masa lineal.

Forma de la sección transversal.

Frecuencia de rizado.

Indice de rizado.

Retención del rizado.

  • Mecánicos de tracción:

Tenacidad y alargamiento a la rotura en estado acondicionado.

Tenacidad y alargamiento al nudo.

Módulo inicial y módulo postfluencia en estado acondicionado.

Propiedades carga/alargamiento a 95°C en húmedo.

  • Opticos:

Brillo.

Fluorescencia.

Indice de amarillo.

  • Tintóreos:

Grupos receptores de colorante.

Agotamiento del colorante catiónico o disperso.

Valor de saturación.

  • Químicos:

Propiedades mecánicas de las fibras después de permanecer sumergidas en diferentes medios líquidos durante tiempos y a temperaturas diferentes.

  • Estructurales:

Solubilidad diferencial en mezclas DMF/H2O.

CARACTERIZACION DE LAS FIBRAS ACRILICAS COMERCIALIZADAS

La caracterización de una fibra acrílica fuera de la planta de producción debe iniciarse con su identificación como tal fibra acrílica, lo cual puede significar la necesidad de aislarla de otras fibras con las que se encuentran mezcladas.

La etapa siguiente puede consistir en conocer la procedencia u origen de una fibra para poder recabar información de la productora sobre su comportamiento, sobre todo tintóreo.

Aunque no es frecuente, un cocimiento más completo requiere determinar la proporción de monómeros y comonómeros, así como el contenido de grupos ácidos fuertes y o débiles.

La caracterización puede completarse con los parámetros geométricos, mecánicos, ópticos, tintóreos, químicos y estructurales anteriormente indicados.

10.1. IDENTIFICACION Y CUANTIFICACION

El análisis elemental de las fibras acrílicas convencionales revela la presencia de nitrógeno y la ausencia de cloro, al igual de los nylones, las aramidas, los poliuretanos segmentados y alguna fibra elastomérica.

Un tratamiento con m-cresol a temperatura ambiente disuelve los nylones y el tratamiento posterior con dimetilformamida a ebullición disuelve las fibras acrílicas. Las aramidas (Nomex, Kevlar) son insolubles en las condiciones mencionadas.

De acuerdo con la norma UNE, las fibras acrílicas pueden separase de sus mezclas con otras fibras (entre otras, lana, fibras animales, algodón, viscosa, modal, poliamida, poliéster) por disolución en dimetilformamida a una temperatura comprendida entre 90 y 95°C, durante un tiempo de 1 hora y relación de baño de 1/80. El tratamiento con dimetilformamida se repite a la misma temperatura, durante 30 minutos y relación de baño 1/60.

La lana y otras fibras animales como el mohair y la cachemira pueden separase de las fibras acrílicas, tratando la mezcla correspondiente con una solución 1M de hipoclorito sódico, durante 30 minutos y a temperatura ambiente.

10.2. IDENTIFICACION DEL ORIGEN

La industria manufacturera tiene muchas veces necesidad de conocer la procedencia exacta de una fibra acrílica determinada. Se puede señalar que la racionalización del proceso de tintura requiere el conocimiento de algunos parámetros tintóreos de la fibra relacionados con su composición química y con las variables del proceso de hilatura.

Para identificar la procedencia de una fibra se suele recurrir a la determinación de una serie de parámetros tales como:

  • Ensayos de coloración.

  • Forma de la sección transversal.

  • Solubilización en un producto a una temperatura y en un tiempo determinado.

  • Espectrofotometría en el infrarrojo.

  • Cromatografía de gases.

  • Amarilleamiento de las muestras tratadas en una prensa para termoestampación.

Los ensayos de mayor interés son los que corresponden a los parámetros que no experimentan cambios en el proceso manufacturero forma de la sección transversal, espectro IR y cromatogramas.

La Espectrofotometría en el infrarrojo permite clasificar las fibras acrílicas en tres grupos:

  • Las bandas de absorción detectadas.

  • La intensidad relativa de las bandas detectadas en un espectro.

  • La intensidad de una misma banda en los espectros objeto de comparación.

Por otra parte, aíslan los componentes de cada uno de los grupos apoyándose en la forma de la sección transversal, en la cromatografía de gases y en el Amarilleamiento de las muestras tratadas térmicamente.

El primer grupo comprende las fibras de poliacrilonitrilo homopolímero o de copolímeros preparados con monómeros que no contienen grupos carbonilos (cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno). En los espectros correspondientes no se observa la banda de absorción a 1720 cm-1 propia del grupo carbonilo y se detectan con facilidad las bandas de 2240 cm-1 (stretching C"N) y de 1450, 1370 y 1070 cm-1. En el caso de los copolímeros que contienen unidades estructurales cloradas se detecta con facilidad una absorción a 680 cm-1.

Las fibras componentes de este grupo, entre las que se encuentran las fibras modacrílicas, pueden diferenciarse a partir de la información que se deriva del conocimiento de la forma de la sección transversal y del espectro en el infrarrojo.

El segundo grupo comprende las fibras en cuyos espectros aparece la banda de absorción a 1120 cm-1 característica de las unidades estructurales de metacrilato de metilo. Las diferentes fibras que lo componen se pueden identificar combinando la información que aporta en conocimiento de la forma de la sección transversal y la cromatografía de gases por pirólisis.

El tercer grupo está formado por las fibras que contiene unidades con grupo carbonilo (banda de absorción a 1720 cm-1) no ubicados en unidades estructurales de metacrilato de metilo o del acrilato de metilo. Todas las fibras de este grupo poseen secciones transversales diferentes, excepto el Leacril y el Acrilan, cuyo parentesco es bien conocido. Sin embargo, el pirograma permite distinguir con claridad el Leacril del Acrilan.

El cuarto grupo es el más numeroso y el más difícil de resolver, ya que son varias las fibras que poseen secciones transversales de la misma forma. Se distinguen cuatro subgrupos según la forma de la sección transversal y separa o identifica sus componentes en función de:

  • La presencia de una banda de absorción a 1680 cm-1 característica de la dimetilformamida y revela que una fibra se ha hilado en seco.

  • La evolución del Amarilleamiento en función de la temperatura.

  • Los pirogramas.

Agrupación de las fibras acrílicas en función de su espectro en el infrarrojo

GRUPO I

GRUPO II

GRUPO III

GRUPO IV

Monsanto SEF

Acribel

Acrilan 16,37,39,57

Cashmilon FW/BR

Modacryl

Creslan

Acrilan 88

Courtelle LC

Dralon T 100

Crilenka

Acrilan 94

Dolan

Orlon 81

Crylor 50 - 410

Dolan 88

Dralon A

Orlon T 21

Crylon 20

Leacril

Dralon X

Teklan

Vonnel

Lenzing

Velicren FR

Redon

Verel

Toraylon

Zefran

Panacril

Dralon C

Dolan 81

Velicren

Courtelle

Dolan 26 - 86

Euroacril

Bayer ATF 1011

Cashmilon GW

Pewlon

La identificación del origen de una fibra acrílica se basa en los resultados de una serie de ensayos, estos son:

  • Ensayo de coloración de Meldrum.

  • Solubilidad en nitrometano a 90, 60, 65 y 75°C.

  • Forma de la sección transversal.

  • Ensayo de coloración con Anaranjado Sevron.

  • Temperatura a la que la fibra se disuelve en dimetilformamida en un tiempo de 2-3 minutos.

Las diferentes fibras acrílicas objeto de examen se clasifican inicialmente en cuatro grupos en función de la coloración que adquieren al someterlas al ensayo de Meldrum. Las diferentes coloraciones son: amarillo pálido, verde manzana pálido, verde intenso y matices rojos (incluyendo estos el escarlata, rojo anaranjado y rosa, independientemente de la intensidad del matiz).

El ensayo de Meldrum se realiza según se indica:

  • Se mezcla en proporciones iguales una solución de Verde Lisamina SFS y otra de Anaranjado Sevron en un tubo de ensayo. Se calienta a 90°C en un baño de agua y se introduce la muestra durante 5 minutos. A continuación se lava con agua templada, con agua fría y se seca.

  • En el ensayo de coloración con Anaranjado Sevron L se emplea sólo la solución correspondiente a este colorante y el calentamiento se realiza en un baño de agua a ebullición.

  • Las fibras teñibles con colorantes ácidos se identifican fácilmente por su color verde después de someterlas al ensayo de Meldrum. El color que adquiere las fibras teñibles con colorantes básicos oscila entre el violeta y el anaranjado pasando por le rosa. Las que sólo contienen grupos ácidos débiles se colorean muy poco en las condiciones del ensayo.

10.3. CONTENIDO DE COMONOMEROS

El contenido de unidades estructurales modificantes (comonómeros) en las fibras acrílicas comerciales puede determinarse directamente por hidrólisis del grupo nitrilo con transformación total en grupos carboxílicos y amoníaco.

El contenido de grupos nitrilo puede calcularse a partir del resultado de la valoración del amoníaco. Este procedimiento no permite distinguir entre grupos amida y grupos nitrilo, ya que ambos son hidrolizables.

Contenidos de acrilonitrilo y comonómeros en fibras acrílicas comerciales

Productor y denominación comercial

Contenido de acrilonitrilo

(%)

Contenido de comonómeros calculados

(%)

Deducido del contenido de grupos nitrilo.

Deducido del contenido de nitrógeno.

Bayer Dralon

90.5

9.5

9.6

Bayer Dralon Bifilar

89.9

10.1

9.9

Du Pont Orlon 42

90.4

9.6

9.5

Du Pont Orlon 74

86.0

14.0

9.6

Du Pont Orlon 75

91.2

8.8

8.9

Phrix Redon F

91.0

9.0

8.9

Hoechst Dolan 50

91.5

8.5

7.2

10.4. CONTENIDOS DE GRUPOS ACIDOS

Los grupos ácidos de las fibras acrílicas pueden ser fuertes (sulfato o sulfónicos) o débiles. Los grupos sulfonato constituyen el 80% del total de grupos fuertemente ácidos y están localizados como grupos terminales o en las unidades estructurales de los comonómeros empleados en la preparación del copolímero. Los grupos carboxílicos pueden estar localizados en las unidades estructurales de los comonómeros modificantes o ser el resultado de la hidrólisis del grupo nitrilo o de otros grupos durante la polimerización o en la manipulación posterior.

Kirby y Baldwin han desarrollado un método que permite determinar separadamente por valoración potenciométrica el contenido de ácidos fuertes y el de ácidos débiles, después de proceder a una desalificación por intercambio iónico.

Los grupos sulfato y sulfonato pueden determinarse también por espectroscopía infrarroja, aunque este método requiere una difícil calibración con sodio radioactivo.

10.5. CARACTERIZACION DE LA ESTRUCTURA FINA

El estudio de la estructura fina de las fibras acrílicas puede realizarse recurriendo a técnicas generalmente complejas y de escasa capacidad de resolución para detectar las diferencias que se pueden presentar, como consecuencia de las variaciones que controlada o incontroladamente se suelen producir en las condiciones del proceso de fabricación. Recientemente Gacén, Maillo y Baixauli, han puesto a punto un ensayo de solubilidad diferencial de las fibras acrílicas en mezclas dimetilformamida/agua. Por otra parte, Gacén y Canal han puesto a punto el ensayo del tiempo crítico de disolución de los hilos de fibras acrílicas. Ambos ensayos son muy sencillos en cuanto a equipo y a realización. En ambos se mide de una forma global e indirecta el grado de compacidad de la estructura de la fibra, de modo que las menores solubilidades y los mayores tiempos críticos de disolución corresponden a los sustratos que poseen una estructura más cerrada o apretada.

El ensayo del tiempo crítico de disolución permite apreciar diferencias muy importantes entre hilos 100% relax no encogibles y 100% retráctil (encogible), sin embargo, la escasa memoria térmica de las fibras acrílicas conduce a que sustratos de diferentes estructura, después de teñidos, presentan escasas diferencias en el tiempo crítico de disolución, a pesar de que su comportamiento tintóreo sea muy diverso. Esto supone que de esta técnica no se pueden esperar los excelentes resultados que proporciona con el poliéster. En cuanto a su uso como control de calidad en planta de producción, esta técnica tampoco parece recomendable, ya que el ensayo habría que realizarlo sobre unos pocos filamentos individuales de un cable y su representatividad con respecto a la totalidad del cable sería prácticamente nula.

En cuanto al ensayo de solubilidad diferencial en mezclas DMF/H2O debe indicarse que la composición de la mezcla más adecuada para detectar con mayor facilidad diferencias de estructura depende del comonómero utilizado en la preparación del polímero componente de la fibra. También conviene señalar que una misma mezcla es adecuada para estudiar la estructura de todos los tipos de sustratos que se pueden preparar con el mismo copolímero y de todos los sustratos que resultan de la aplicación de los diferentes tratamientos térmicos e hidrotérmicos textiles.

La reproducibilidad del ensayo de solubilidad es excelente, lo que puede permitir conceder cierta importancia a pequeñas variaciones de solubilidad entre sustratos diferentemente teñidos, teniendo en cuenta la ya indicada escasa memoria térmica de las fibras acrílicas.