Variación de la estructura de hilados obtenidos por hilatura neumática al ser sometidos a diferentes tratamientos hidrotérmicos

A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº. 128 15 VARIACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA AL SER SOMETIDOS A DIFERENTES TRATAMIENTOS HIDROTÉRMICOS A. Riva*, R. Prieto**, M. Kasem*** y L. Coll**** 0. 1. Resumen El objetivo de este trabajo es el estudio de las variaciones estructurales que se producen en hilados de PES/CO, obtenidos mediante dos sistemas de hilatura por zunchado neumático, al ser sometidos a diferentes tratamientos hidrotérmicos como descrudado y tintura y a ensayos hidrotérmicos de relajación. Los tratamientos hidrotérmicos se han aplicado a los hilados dispuestos en bobina o en madeja. El interés del estudio radica en conocer si los diferentes tratamientos hidrotérmicos pueden paliar las diferencias de estructura de los hilados obtenidos por los diferentes sistemas de hilatura o si, por el contrario, dichas diferencias se acentúan o permanecen inalterables. Palabras clave: hilatura neumática, torsión fugaz, torsión real, zunchado, tratamientos hidrotérmicos. 0.2. Summary: VARIATION IN THE STRUCTURE OF YARNS OBTAINED BY PNEUMATIC SPINNING AND SUBJECTED TO DIFFERENT HYDROTHERMAL TREATMENTS The aim of this paper is to the study the structural variations that occur in PES/CO yarns obtained by means of the two systems of spinning by pneumatic wrapping when they are subjected to different hydrothermal treatments for scouring and dyeing and to hydrothermal relaxation tests. The hydrothermal treatments were applied to yarns on bobbins or in skeins. The point of the study was to determine whether the different hydrothermal treatments can mitigate the structural disparities between the yarns obtained by means of the different spinning systems or, on the contrary, those disparities are accentuated or remain unchanged. Key words: pneumatic spinning, false twist, real twist, wrapping, hydrothermal treatments. 0.3. Résumé: VARIATION DE LA STRUCTURE DES FILÉS OBTENUS PAR FILATURE PNEUMATIQUE APRÈS DIVERS TRAITEMENTS HYDROTHERMIQUES L’objectif de ce travail consiste à étudier les variations structurales produites sur des filés de PES/CO, obtenus selon les deux systèmes de filature par cerclage pneumatique, après avoir été soumis à différents traitements hydrothermiques comme le décruage et la teinture et à des essais hydrothermiques de relaxation. Les traitements hydrothermiques ont été appliqués aux filés disposés sur bobines ou en écheveaux. L’intérêt de l’étude est de savoir si les différents traitements hydrothermiques peuvent pallier les différences de structure des filés obtenus par les différents systèmes de filature ou si, au contraire, ces différences s’accentuent ou restent inaltérables. Mots clés: filature pneumatique, torsion fugace, torsion réelle, cerclage, traitements hydrothermiques. 1. INTRODUCCIÓN En la actualidad en la hilatura neumática existen dos tendencias bien diferenciadas que incidirán en los desarrollos futuros de la hilatura por zunchado neumático: a) sistemas por torsión fugaz: la torsión es aplicada al cuerpo del hilado en formación donde el núcleo actúa como generador de la torsión de zunchado * Dra. Ing. Ascensión Riva Juan, Profesora Titular de Universidad del Departamento de Ingeniería Textil y Papelera (U.P.C.). Jefa del Laboratorio de Físico- Química de Tintura y Acabados del INTEXTER (U.P.C.). ** Ing. Téc. Remedios Prieto Fuentes, Laboratorio de Físico-Química de Tintura y Acabados del INTEXTER (U.P.C.) *** Dr. Ing. Mohamed Hussein Kasem, Investigador del “Engineering Textile Department” del “Nacional Research Centre” de El Cairo (Egipto). Estancia postdoctoral en INTEXTER. **** Dr. Ing. Liberto Coll-Tortosa, Prof. Titular de Universidad jubilado. BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº 128 A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA 16 b) sistema por torsión real de zunchado: la torsión se origina por los extremos de las fibras liberadas desde el núcleo La diferencia fundamental entre ambos sistemas es la forma de conseguir el zunchado y, consecuentemente, los hilados resultantes presentan estructuras ligeramente diferentes 1-20). Esta diferencia de estructuras puede dar lugar a comportamientos diferentes de ambos tipos de hilados, en particular al ser tratados hidrotérmicamente como sucede en los procesos de tintura y acabado. El objetivo de este trabajo es el estudio de las variaciones estructurales que se producen en hilados de PES/CO, obtenidos mediante los dos sistemas mencionados al ser sometidos a diferentes tratamientos hidrotérmicos como descrudado y tintura y a ensayos hidrotérmicos de relajación. Los tratamientos hidrotérmicos se han aplicado a los hilados dispuestos en bobina o en madeja con el objeto de establecer como afectan las tensiones a la que está sometido el hilado durante el tratamiento. Es evidente que la acción combinada del agua y la temperatura sobre el encogimiento de los hilados no será la misma si el hilado está sometido a tensión (en bobina) o si se encuentra prácticamente sin tensión (en madeja). El interés del estudio radica en conocer si los diferentes tratamientos hidrotérmicos pueden paliar las diferencias de estructura de los hilados obtenidos por los diferentes sistemas de hilatura o si, por el contrario, dichas diferencias se acentúan o permanecen inalterables. 2. EXPERIMENTAL 2.1. Materia Los hilados utilizados en este estudio han sido elaborados mediante sistemas diferentes de hilatura neumática y uno obtenido mediante hilatura convencional de anillos. a) Hilatura neumática de zunchado por torsión fugaz. Los hilados obtenidos mediante este sistema los identificaremos como: HZNtf. b) Hilatura neumática por torsión real de zunchado. Los hilados obtenidos mediante este sistema los identificaremos como: HZNtrz. La diferencia fundamental entre ambos sistemas radica en la forma de impartir la torsión a las fibras de zunchado. En el sistema HZNtf se utilizan dos toberas tándem; una que llamamos de destorsión, dispuesta inmediatamente a la salida de la línea de estirado, seguida de una tobera de torsión fugaz. Dicho grupo de toberas se caracteriza porque en la tobera de destorsión se genera un vórtice helicoidal semejante al de la tobera de torsión fugaz, pero que actúa en sentido contrario. La misión de la tobera de distorsión es aflojar y dar más soltura al triangulo de hilatura para favorecer la liberación de extremos de fibras. Este sistema de hilatura se aplicó utilizando una máquina Murata MJS tipo 802. En el sistema HZNtrz se utiliza una única tobera vórtex y un elemento de localización de la torsión, cuya misión es evitar que se cierre el triangulo de hilatura y conseguir que las fibras permanezcan más paralelas. A este sistema de hilatura corresponde un modelo en estudio en INTEXTER, cuyo objetivo es obtener una estructura de hilado con menor deformación que la del hilado obtenido por toberas tándem. Con cada uno de los sistemas de hilatura se elaboraron hilados de las siguientes composiciones: CO% PES% 100 --- 75 25 50 50 25 75 --- 100 El título de todos los hilados fue de 15 Tex. Las materias primas de partida fueron: algodón Jumel extra largo y poliéster 1,3/38 Br. El proceso de hilatura se realizó en una planta piloto del INTEXTER: Se elaboraron las cintas (Tops) de todas las composiciones mediante tres pasos de manuar, utilizando un manuar Ingolstadt (Shubert-Salzer) modificado 21). 2.2. Tratamientos hidrotérmicos 2.2.1. Descrudado y tintura 2.2.1.1. Descrudado La fórmula de descrudado fue: Carbonato sódico 15 g/l Sandopan DTC 2 g /l R / B 1/15 El descruzado se realizó a ebullición durante una hora. 2.2.1.2. Tintura del poliéster En el caso de mezclas se realiza primero la tintura del poliéster. La fórmula de tintura utilizada para el poliéster fue: Colorante disperso: Rojo Brillante Foron E-RLN 0,9% spf Sulfato amónico 2 g/l Carrier: Dilatina IND 5 cc/l R / B 1/15 pH 5-5,5 El proceso tintura se inicia a 40 ºC, se sube a 100 ºC en 45 minutos, se mantiene esta temperatura durante una hora, se enfría y se saca la muestra 22). A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº. 128 17 Después de la tintura se realizó un lavado reductor a 40 ºC durante 20 minutos. La fórmula utilizada fue: Sosa cáustica 2 g/l Hidrosulfito sódico 2 g/l Ekalina FS 2 g/l R /B 1/15 2.2.1.3. Tintura del algodón En el caso de mezclas después de la tintura del poliéster se realiza la tintura del algodón. La fórmula de tintura utilizada para el algodón fue: Colorante directo: Rojo Brillante Solar BA 0,3 % spf Sulfato sódico 4 g/l R / B 1/15 El proceso de tintura se inicia a 40ºC, se sube a 100ºC en 20 minutos y se mantiene a esta temperatura durante 40 minutos 23). 2.2.1.4. Equipos utilizados para los tratamientos hidrotérmicos: Para obtener las madejas se utilizó un aspe. Para realizar las bobinas se utilizó una Bobinadora AHIBA, modelo KSW-F. Para realizar los descrudados y las tinturas de las bobinas, se utilizó el aparato de tintura para laboratorio TURBOCOLOR 100 (Ahiba). Para realizar los descrudados y tinturas de las madejas se utilizó el equipo Linitest (Original Hanau). 2.2.2. Ensayo hidrotérmico de relajación El método de ensayo se basa en determinar el encogimiento de una madeja después de un tratamiento hidrotérmico en estado relajado y en condiciones predeterminadas. Los pasos seguidos son 24): 1) Climatización de las madejas durante un mínimo de 24 horas a temperatura y humedad relativa estándar. 2) Medida de la longitud inicial de las madejas. Las medidas se toman tras permanecer las madejas colgadas con un peso preestablecido durante 30 segundos. 3) Prueba de encogimiento propiamente dicha: para evitar enmarañamientos de las madejas durante la ebullición, se introducen longitudinalmente en bolsas individuales de tejido Marquissete. Las madejas deben hervir durante unos 30 minutos; transcurrido este tiempo se enfría hasta una temperatura aproximada de 50 ºC. 4) Centrifugado de las madejas y secado (colgándolas durante dos horas bajo ventilación forzada, a la temperatura de 30- 40 ºC). 5) Climatización de las madejas. 6) Medida de la longitud de las madejas dispuestas de la forma indicada en la medida de la longitud inicial. Para el tratamiento a ebullición se utilizó un equipo Multidye. 2.3. Parámetros determinados 2.3.1. Diámetro aparente y deformación filar Para evaluar el diámetro aparente y la deformación filar de los hilados por zunchado se desarrolló una metodología propia 25): el hilado es arrollado con una tensión constante, sobre un portaobjetos de cristal para facilitar la observación continua de su estructura a través de una proyectina Heerbrug. El número de mediciones fue de 100 para cada tipo de hilado. La determinación del diámetro medio aparente, necesaria para el estudio de la deformación filar, se realiza en las zonas con poca deformación. El coeficiente de deformación filar viene determinado por la relación: ( ) d dd Die e − = Siendo De = coeficiente de deformación (0 < De >1) de = diámetro máximo del hilado (micras) di = diámetro mínimo del hilado (micras) d = diámetro medio aparente del hilado en zonas no deformadas (micras). Cuando más se acerque a uno el valor de De mayor será la deformación de la estructura del hilado, por lo tanto representará un hilado con una estructura “sacacorchos“ más marcada. En caso contrario, cuando el valor tiende a cero, el hilado presentará una deformación menor y significará ser un hilado más cilíndrico. Las figuras 1 y 2 muestran el significado de los parámetros indicados. FIGURA 1: Hilados zunchados con poca deformación BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº 128 A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA 18 FIGURA 2: Hilados zunchados con mucha deformación. 2.3.2. Encogimiento residual En las madejas sometidas a ebullición se cálculo del encogimiento que experimentaron, según la expresión: 100 . )( × − iL LfLi Li = Longitud de la madeja antes de la ebullición. Lf = Longitud de la madeja después de la ebullición 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Diámetro aparente y deformación filar Los resultados obtenidos son presentados en las tablas 1, 2 y 3. TABLA 1 Diámetro aparente de los hilados antes y después de los tratamientos de descrudado y tintura Diámetro aparente (µ) Sistema de hilatura Composición de los hilados HZNtrz HZNtf CO% PES% Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja 100 0 21,8 20,8 21,4 18,2 15,6 16,8 75 25 22,6 19,8 20,6 18,4 16,2 16,6 50 50 22,2 20,2 20,8 17,4 16,2 16,8 25 75 22,0 20,2 20,2 18,4 16,6 17,6 0 100 22,2 20,8 20,8 18,2 16,6 16,8 TABLA 2 Coeficiente de variación del diámetro aparente Coeficiente de variación del diámetro aparente (%) Sistema de hilatura Composición de los hilados HZNtrz HZNtf CO% PES% Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja 100 0 42,83 34,80 30,69 42,14 43,43 34,28 75 25 37,34 39,46 31,54 34,83 37,47 33,66 50 50 34,11 34,48 29,55 33,94 37,93 32,87 25 75 42,92 35,65 32,45 33,54 36,45 33,18 0 100 41,03 43,44 24,77 35,25 33,18 31,82 A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº. 128 19 Los valores del diámetro medio aparente, es decir del diámetro de las zonas no deformadas del hilado, son mayores en los hilados HZNtrz que en los hilados HZNtf. Esto significa que tanto en crudo como después de los tratamientos hidrotérmicos, los hilados HZNtrz son más voluminosos que los HZNtf. Después de los tratamientos de descrudado y tintura todos los hilados presentan disminución del diámetro respecto al que tenían en crudo. Entre sistemas, la magnitud de adelgazamiento que sufre el hilado, es por un igual, sin destacar un sistema sobre otro. El porcentaje del adelgazamiento de los hilados HZNtrz en bobina y madeja respecto al crudo son 8,12% y 6,3% mientras para los hilados HZNtf son 9,2 y 6,6 % respectivamente. Respecto al tratamiento en bobina o madeja, la tónica general es que el grosor del hilo es algo mayor en el acabado en madeja, coincidiendo esto, en ambos sistemas de hilatura. Lógicamente en la madeja los hilados tienen mayor facilidad de relajación y encogimiento. En general el CV del diámetro aparente de los hilados HZNtrz mejora en los tratamientos hidrotérmicos, tanto en bobina como en madeja. Generalmente la mejora de los hilados teñidos en madeja es mayor que la de los teñidos en bobina. TABLA 3 Deformación filar antes y después de los tratamientos hidrotérmicos Deformación filar (µ) Sistema de hilatura Composición de los hilados HZNtrz HZNtf CO% PES% Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja Crudo Tratam. Bobina Tratam. Madeja 100 0 0,448 0,415 0,410 0,631 0,582 0,669 75 25 0,277 0,360 0,380 0,611 0,635 0,660 50 50 0,450 0,493 0,482 0,745 0,656 0,745 25 75 0,352 0,355 0,377 0,590 0,598 0,734 0 100 0,331 0,383 0,417 0,518 0,583 0,629 La tabla 3 muestran los resultados de la deformación filar de los hilados, para las cinco composiciones de hilado y para cada sistema de hilatura. Se aprecia claramente en todas las composiciones de materia, que la deformación en los hilados del sistema HZNtrz es menor al sistema HZNtf. Esto confirma la diferencia que hay en el sistema de constitución del hilado, ya que en el sistema HZNtrz, a consecuencia de no generarse la torsión fugaz, se someten a menos tensión las fibras de zunchado, con lo cual, desaparece prácticamente el efecto sacacorchos, y por ello tiene menor deformación filar. Las diferencias de deformación halladas entre los hilados crudos de diferentes composiciones de materia, pueden atribuirse a pequeñas variaciones de tensión durante la hilatura inherentes al proceso, al hilar distintas composiciones de materia. La deformación filar de los hilados varia poco por los tratamientos hidrotérmicos, sea cual sea el sistema de hilatura y la forma en que se dispone el hilado, bobina o madeja. Generalmente se produce un ligero aumento de la deformación, hecho lógico ya que el hilado puede encogerse y sufrir alguna alteración al ser sometido al tratamiento hidrotérmico. Aún siendo pequeños los cambios experimentados en cuanto a la deformación filar, los hilados del sistema HZNtrz presentan una deformación semejante en bobina y madeja. En cambio en el sistema HZNtf la deformación es ligeramente mayor en la tintura en madeja, debido a que el hilado en madeja, al someterlo a altas temperaturas encoge libremente sin limitaciones, contrariamente a lo que ocurre en el caso de la bobina. Probablemente se note más este efecto en el sistema HZNtf, ya que a priori, las fibras de zunchado ya están mucho más tensas sobre el núcleo que en el sistema HZNtrz. 3.2. Encogimiento de los hilados Los valores de encogimiento residual a la ebullición están representados en la tabla 4. BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2005. Nº 128 A. Riva, R. Prieto, M. Kasem y L. Coll HILADOS OBTENIDOS POR HILATURA NEUMÁTICA 20 TABLA 4 Encogimiento residual Composición (%) Encogimiento residual (%) CO PES HZNtrz HZNtf 100 0 1,73 2,07 75 25 1,93 4,41 50 50 2,34 4,89 25 75 2,27 4,96 0 100 2,41 4,33 Podemos apreciar claramente que los hilados del sistema HZNtrz, tienen encogimientos menores que los del sistema HZNtf. La razón de este comportamiento, se encuentra en el hecho de su constitución filar, como hemos comentado anteriormente: Los hilados HZNtf debido a su estructura sacacorchos tienen más capacidad de compactación que los hilados HZNtrz; teniendo en cuenta que el ensayo se realiza con los hilados en forma de madeja y en estado relajado, la compactación de los hilados HZNtf se produce más fácilmente. Por otra parte el coeficiente de deformación filar de los hilados crudos HZNtf es más alto que los HZNttrz, con lo que la posibilidad de encoger de los primeros es más alta. Se observa que los hilados 100% Algodón, en ambos sistemas de hilatura, son los que presentan encogimientos menores. Esto se explica porque los hilados no han sido sometidos a un fijado previo y por tanto el poliéster sufre un encogimiento que se traduce en un aumento del encogimiento del hilado al aumentar el porcentaje de poliéster en el mismo. 4. CONCLUSIONES 4.1. Los tratamientos hidrotérmicos de descrudado y tintura producen, en general, una disminución del diámetro medio aparente de los hilados. Esta disminución es algo menor cuando el tratamiento se realiza con el hilado en forma de madeja, debido a que en esta forma tiene más facilidad de relajación y por tanto de encogimiento. 4.2. La variabilidad del diámetro medio aparente de los hilados de los dos sistemas de hilatura mejora con los tratamientos hidrotérmicos, siendo algo más sensible la mejora en el tratamiento en madeja. 4.3. En todas las composiciones de la materia la deformación filar de los hilados HZNtf es mayor que en los hilados HZNtrz. Los tratamientos hidrotérmicos no producen gran efecto sobre la deformación filar de los hilados. Generalmente se producen ligerísimos aumentos de deformación que suelen ser algo más notorios en el caso de los hilados HNZtf en forma de madeja. 4.4. Los hilados HZNtrz sufren encogimientos menores que los HZNtf en los tratamientos hidrotérmicos en que los hilados están libres de tensiones; la configuración filar de los hilados HZNtf, con mayor deformación, permite una mayor compactación de las diferentes zonas del hilado. 5. BIBLIOGRAFÍA 1. Artz, P., Messmer, R., Maide, H. “Möglichkeiten zur besseren Rohstoffnutzung duch aufbereitung und beimischung von gerissenen Garnresten in der Spinnerei”, Textil Praxis International 4, 363, (1987). 2. K. R. Salhotra, “An overview of spinning technologies: possibilities, applications and limitations”. 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