TRATAMENTO TÉRMICO EM MATERIAIS TÊXTEIS COMPOSTO DE POLIÉSTER

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J.B. Giordano

Rua Emilio de Menezes, s/n, Vila Amorim, cep, 13469 111 Americana – SP jbgiordano@uol.com.br

Faculdade de Tecnologia de Americana – FATEC

RESUMO

tratamento térmico aplicado em materiais de fibras sintéticas é um processo bastante importante no beneficiamento destes materiais, tem a finalidade de conferir estabilidade dimensional. Esse processo altera outras propriedades tais como: afinidade tintorial, alongamento e resistência a ruptura. O objetivo deste trabalho é mostrar a influência tempo e temperatura no tratamento térmico de poliéster. Amostras foram submetidas ao tratamento em temperaturas até190 ºC e nos tempos de 30 à 60 seg, determinando-se o grau de encolhimento obtidos nestas temperaturas, posteriormente lavadas pelos processos sabão neutro, 25 minutos e temperaturas de 25, 60, 80 e 96 ºC) e após secagem foram feitos testes de resistência à tração tanto no sentido da largura como de comprimento. Os resultados mostram que: com aumento da temperatura ocorre encolhimento do tecido e não se observa diferença nas propriedades mecânicas e também se observa que o tempo de tratamento térmico é independente nos resultados apresentados.

Palavras-chave: Poliéster, temperatura, tempo, encolhimento e têxtil.

INTRODUÇÃO

Novas tecnologias de produção, a possibilidade de utilização de matéria-, como a proveniente de embalagens de refrigerantes e o desenvolvimento recente de aplicações especiais, como as fibras tintas em massa para a indústria automobilística tornam o poliéster a segunda fibra mais produzida no mundo, ficando atrás apenas do algodão. [5]

Propriedades

As propriedades das fibras de poliéster são afetadas pela estrutura das fibras.

O peso molecular médio de aproximadamente 15000 para o PET é requerido para obter melhores propriedades das fibras têxteis. Peso molecular menor fornece fibras de baixa resistência de empacotamento, peso molecular maior fornece fibras mais duras para aplicação industrial.

As fibras de poliéster podem ser compostas de região cristalina, semicristalina e amorfa. A densidade do PET amorfo é 1,33 g/cm³, mas a orientação e ao aumento da cristalinidade faz com que a densidade varie entre 1,38 – 1,40 g/cm³.

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- Propriedades físicas: as propriedades físicas das fibras de poliéster variam com o método de manufatura e com o peso molecular do polímero. Um aumento no peso molecular causa aumento na resistência à tração e elongação e no módulo de Young. Propriedades físicas e mecânicas das fibras de PET são dadas na tabela 01. [1] e [4]

- Propriedades Químicas: poliéster tem boa resistência a ácidos fracos, até mesmo a altas temperaturas e é resistente a ácidos fortes à temperatura ambiente, mas se dissolve com decomposição parcial na presença de ácido sulfúrico concentrado. Podem-se deixar fibras de PET por várias semanas na água a 70 ºC que elas não perdem a resistência, já deixando por uma semana a 100 ºC sua resistência sobre uma diminuição de 20%. Bases fortes, como a soda cáustica, reduzem a resistência. Amônia e bases orgânicas penetram na estrutura das fibras causando degradação e perdas das propriedades físicas. Têm excelente resistência a oxidantes.

- Propriedades ópticas: o PET é transparente, provido de brilho, efeito brilhante desejável para alguns fins, como vestuário. Quando esse efeito não é requerido, adicionam-se substâncias. Dióxido de titânio reduz o brilho, melhorando a brancura. Pigmentos ou tintas são adicionados durante a manufatura do polímero ou a extrusão.

-Propriedades térmicas: as propriedades térmicas das fibras de poliéster dependem de sua manufatura. A temperatura de transição vítrea (Tg), a temperatura de cristalização e a temperatura de fusão dependem das quantidades de material amorfo e cristalino.

-Tingimento: devido à estrutura rígida e falta de sítios reativos, o PET absorve muito pouco os corantes em sistemas de tingimento convencional. Isto é particularmente verdadeira para fibras com alta cristalinidade, alta tenacidade e alto módulo. Fibras de poliéster são, por essa razão, tingidos quase exclusivamente com corantes dispersos, com procedimento completamente controlado e disperso com apenas hidrogênio fraco ligando a molécula do corante à fibra. A escolha do corante correto para tingimento da fibra de poliéster depende de sua afinidade com o PET, de suas propriedades semelhantes, de sua firmeza, lavagem a seco e de sua sublimação; assim como o tamanho da molécula do corante e a taxa de difusão do corante para a fibra. A taxa de tingimento depende da temperatura, tempo e “histórico” térmico da fibra. Fibras são modificadas para aumentar a eficiência do tingimento ou as propriedades.

Modificações com comonomes aumentam a taxa de tingimento com dispersão do corante à pressão atmosférica. Tais fibras são utilizadas em tapetes. Fibras de poliéster contendo sulfonatos podem ser tingidas com dispersão e tingimento catiônico para efeitos multicoloridos. Essas fibras modificadas apresentam baixa tendência de empacotamento.

Adições de grupos catiônicos aos poliésteres podem causar degradação oxidativa e descoloração. [3]

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- Outras propriedades: fibras de poliéster apresentam boa resistência à luz solar. Elas podem se degradar pela radiação ultravioleta, porém com a adição de fibras de vidro elas estão protegidas da luz do dia. Contudo o PET á inflamável. Mesmo em blendas com algodão, que suporta a combustão, fibras de PET queimam. Poliésteres apresentam boa resistência térmica à oxidação. Finalmente, a resistência das fibras de poliéster a fungos, envelhecimento e desgaste é excelente.

Tratamento térmico: [6] e [2]

O processo de tratamento térmico comumente denominado na indústria têxtil como termofixação é baseado no aquecimento dentro de uma faixa específica de temperatura cujo limite superior é a temperatura de fusão e o limite inferior é a temperatura de transição vítrea da fibra (necessária para quebrar as ligações secundárias).

Os principais objetivos obtidos pelo processo de tratamento térmico são:

 Homogeneização da estrutura da fibra;

 Eliminação de tensão interna da fibra, resultando em redução do encolhimento durante processos de beneficiamento e uso final;

 Aumento da estabilidade dimensional;

 Redução do enrolamento das laterais de tecidos planos e malhas.

Os parâmetros mais importantes no tratamento térmico são: temperatura, tempo e a tensão mecânica aplicada ao tecido.

As mudanças causadas pelo tratamento térmico não são apenas mecânicas, mas também nas propriedades de tingimento das fibras sintéticas. A temperatura determina as propriedades de tingimento como segue: Com o aumento da temperatura (no caso do poliéster, acima de 200 °C) a proporção de regiões cristalinas diminui porque os cristalitos instáveis fundem e a massa polimérica recristaliza parcialmente. Quanto maior a proporção de regiões não cristalinas depois do tratamento térmico, que também é influenciada pela taxa de resfriamento (resfriamento rápido reduz a recristalização), melhores serão as propriedades de tingimento posterior.

Os objetivos deste trabalho são de estudar os efeitos da temperatura e o tempo no tratamento térmico, o qual na indústria têxtil denomina-se termofixação. Este processo é de fundamental importância na indústria para se obter tecidos com qualidades aceitáveis. Este processo, termofixação, é realizado na indústria têxtil através de experiências que são passadas de geração a geração, sem, contudo haver uma analise científica do fenômeno, além de existir poucas referências a este tipo de processo

MATERIAIS E MÉTODOS

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Características do tecido:

Tecido utilizado: Poliéster texturizado

Fio de trama: Poliéster texturizado. 122 Detex/48 filamentos. Tipo TUSN – Polyenka Fio de urdume: Poliéster texturizado. 122 Detex/48 filamentos. Tipo TUSN – Polyenka

Compreendem-se fios de trama aqueles que estão perpendiculares ao comprimento do tecido e os fios de urdume são aqueles que seguem o comprimento do tecido.

Densidade de fios de trama: 24 fios/cm Densidade de fios de urdume: 30 fios/cm Gramatura do tecido: 225 g/m²

Estrutura do tecido: Cetim Equipamentos utilizados

Rama: Equipamento utilizado na Indústria Têxtil para: secar tecidos, tratar termicamente tecidos (termofixar), fixar corante no tecido e aplicar produtos de acabamento tais como: amaciantes, resinas, etc.. É composta de um sistema de controle de velocidade e uma câmara de aquecimento no qual o tecido passa. O comprimento desta câmara (25 a 50 m) que determina a velocidade que o tecido passará nela. Existe também nas laterais deste equipamento uma corrente com dispositivo no qual se prende o tecido, permitindo que este entre de um lado da câmara da rama e sai do outro lado, percorrendo toda a extensão da rama.

Dinamômetro: Equipamento utilizado para realizar ensaios de resistência a tração e alongamento de tecidos planos, segundo a norma da ABNT NBR: 11912: “Resistência a tração e alongamento em tecidos planos em tiras”.

Máquinas de lavar roupa industrial: Equipamento utilizado para ensaios de alteração dimensional. Possui tambor giratório horizontal e a possibilidade de aquecimento até a temperatura de ebulição;

Metodologia

- Osensaios de tratamento térmico foram realizados na indústria, onde se pode observar os efeitos em escala industrial (foram tratados 100 m de tecido em cada temperatura e tempo); os tecidos não sofreram nenhum tratamento anterior;

-temperatura da câmara do equipamento rama foi ajustada nas seguintes temperaturas: 150, 160, 170, 180 e 190ºC com uma variação de ± 2ºC;

- Houve também ajuste na velocidade do equipamento rama a fim de que o tecido permanecesse dentro do equipamento aquecido por 30 e 60 seg. Assim os tecidos foram

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entrando na câmara da rama, fixados na agulhas existentes nas laterais do equipamento, percorrendo toda extensão do equipamento (50 m), reproduzindo fielmente o procedimento de termofixação destes materiais executado nas indústrias têxteis;

- Estas amostras, em seguida foram submetidas a ensaio de resistência a tração (carga de ruptura) e alongamento, tanto no sentido de trama (fios transversal ao comprimento) como de urdume (fios paralelos ao comprimento do tecido), Obedecendo a norma da ABNT NBR 11912. Que consiste em cortar corpo de prova de 50 X 300 mm e submetê-los à ação de força até que ocorra o rompimento do tecido. Utilizou-se para este ensaio o equipamento dinamômetro, pode-se determinar também a porcentagem de alongamento até ruptura. Para cada tempo e temperatura foram realizados 10 ensaios de resistência à tração e os corpos de prova foram recortados em diferentes regiões ao longo dos 100 metros tratados.

- Outras amostras das que foram tratadas termicamente na rama, realizaram-se ensaio de alteração dimensional (encolhimento) nas temperaturas de 25, 60, 80 e 96 ºC sucessivamente, após a secagem destas amostras mediu-se o encolhimento em ambos os sentidos (trama e urdume) de cada temperatura de lavagem; Foram realizados 10 ensaios de alteração dimensional para cada temperatura de lavagem e para cada tempo e temperatura de tratamento térmico. O ensaio de alteração dimensional esta baseado na Norma ABNT NBR 10320 “Determinação das alterações dimensionais de tecidos planos e malhas”, na qual consiste em cortar corpos de prova de 100 X 100 cm e submetê-los a lavagem com ajuste de temperatura, obedecendo todo o ciclo da máquina de lavagem, utilizando sabão neutro e em seguida os corpos de provas são secos em superfície horizontal à temperatura ambiente e em seguida mede-se o grau de encolhimento;

- Amostras que foram submetidas ao ensaio de alteração dimensional foram realizadas nestas amostras também o ensaio de resistência à tração (carga de ruptura) e alongamento.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

1. Resultados dos ensaios de resistência à tração e alongamento (trama e urdume) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25ºC (sem tratamento), 150, 160, 170, 180 e 190 ºC por 30 e 60 seg.; e amostras tratadas termicamente e lavadas a 96 ºC.

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

25 150 160 170 180 190

alongamento %

Temperatura ºC

Urdume - tempo de termofixação - 60 seg.

Urdume após lavagem - tempo de

termofixação - 60 seg.

Urdume após lavagem - tempo de

termofixação - 30 seg.

Figura 1: Gráfico de porcentagem (%) de alongamento no sentido de urdume em função da temperatura do tratamento térmico (ºC) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25(sem tratamento), 150, 160, 170, 180, 190 ºC por 30 e 60 seg. antes e após lavagens.

Nota-se no gráfico da figura 1 que após as lavagens as amostras apresentam maior alongamento e os tempos de tratamento térmico (30 e 60 seg.), principalmente em temperatura abaixo de 180 ºC, isto mostra que mesmo sofrendo tratamento térmico os tecidos, abaixo desta temperatura, podem ocorrer encolhimento, conseqüentemente aumenta a possibilidade de possuir maior poder de alongamento. Observa-se também que o comportamento das amostras sem lavagem é mais regular do que as que foram lavadas pouco influem nesta propriedade. Durante a lavagem as fibras ficam mais irregularmente distribuídas ao longo do tecido, devido à ação mecânica da máquina de lavar, pode ocorrer também a eliminação de insumos que o tecido possuía originalmente tais como; óleos lubrificantes, gorduras e graxas.

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0 200 400 600 800 1000 1200 1400

25 150 160 170 180 190

Tração (N)

Temperatura ºC

Urdume após lavagem - tempo de termofixação - 60 seg.

Urdume após lavagem - tempo de termofixação - 30 seg.

Figura 2: Gráfico de carga de ruptura (N) sentido de urdume em função da temperatura de tratamento térmico (ºC) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25(sem tratamento), 150, 160, 170, 180, 190 ºC por 30 e 60 segundos antes e após lavagens.

Observa-se no gráfico da figura 2 mostra que o tempo de tratamento térmico pouco influi nas resistências à tração. Ocorre maior regularidade nos resultados na temperatura de 180ºC, isto pode sugerir que nestas condições o material esteja mais estável. Em temperaturas de fixação mais abaixa (150ºC) ocorre maior resistência a tração nas amostras lavadas devido ao encolhimento que estas apresentam após a lavagem, ou seja, quando se corta o corpo de prova para realizar o ensaio de resistência a tração, este vai conter mais fios, pois este corpo de prova é padrão (50 X 300 mm). Assim espera-se que as amostras encolhidas apresentam maior resistência à tração do que as amostras sofrerem encolhimento (não lavadas). Por outro lado as amostras que foram tratadas com temperaturas maiores (170, 180, 190), não encolhem mais, daí os corpos de prova possuir o mesmo número de fios.

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0 5 10 15 20 25 30 35 40

25 150 160 170 180 190

tem peratura ºC

alongamento % alongamento trama

tempo de termofixação 60 seg

alongamento trama lavada tempo de termofixação 60seg alongamento trama tempo de termofixação 30seg

alongamento trama lavada tempo de termofixação 30 seg

Figura 3: Gráfico de porcentagem (%) de alongamento sentido de trama em função da temperatura de tratamento térmico (ºC) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25, 150, 160, 170, 180, 190 ºC por 30 e 60 seg. antes e após lavagens.

No gráfico da figura 3 observa-se que o comportamento do tecido no sentido da trama é mais irregular que no sentido de urdume, no entanto apresentam comportamento semelhante na temperatura 180ºC, sugerindo que nesta temperatura o tecido se estabilize.

Observa-se também que as amostras que não sofreram tratamento térmico (termofixação) e não foram lavadas apresentam menor alongamento do que aquelas que foram lavadas. Isto se justifica pelo fato que os fios antes dos processos de tecelagem são engomados, para evitar a ruptura durante o processo de tecimento e esta goma é eliminada nas lavagens, resultando assim tecidos mais flexíveis. Agora quando o tecido é submetido à temperatura alta de180 ºC esta flexibilidade tende a diminuir pelo aumento das regiões cristalinas.

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0 200 400 600 800 1000 1200

25 150 160 170 180 190

temperatura ºC

tração N

Tração trama tempo de termofixação 60seg Tração trama lavada tempo de fixação 60seg Tração trama tempo de termofixação 30 seg Tração trama lavada tempo de termofixação 30seg

Figura 4: Gráfico de carga de ruptura (N) sentido de trama em função da temperatura de tratamento térmico (ºC) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25, 150, 160, 170, 180, 190 ºC por 30 e 60 seg. antes e após lavagens.

O gráfico da figura 4 mostra que também ocorre maior resistência à tração nas amostras lavadas, observa-se maior regularidade nos resultados a partir de 180 ºC. Os valores no sentido de tramas são menores do que no sentido de urdume, principalmente por estas possuírem menos fios do que no sentido de urdume, de acordo com a densidade de fios pré determinada no tecido. Tecido de poliéster quando submetido a temperatura tende a se encolher, característica das fibras sintéticas utilizadas no setor têxtil, portanto quando o tecido encolhe, sendo o corpo de prova para o ensaio de resistência a tração um tamanho padrão (50 X 300 mm), tem-se maior número de fios neste corpo de prova, conseqüentemente maior resistência a tração, além que com aumento da temperatura, ocorre aumento das regiões cristalinas das fibras e “empacotamento” das ligações. Observa-se que tanto no sentido de trama como de urdume, os tempos de tratamento (30 e 60 seg) pouco influi no resultado da termofixação, sugerindo que em processos industriais pode-se trabalhar com a velocidade do equipamento ajustado para 30 seg, assim se ganha tempo de produção nesta etapa de beneficiamento destes materiais.

2. Resultados de alteração dimensional (porcentagem (%) de encolhimento) de amostras submetidas ao processo de tratamento térmico e em seguida lavadas com sabão neutro em temperaturas consecutivas de 25, 60, 80 e 96 ºC

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Tabela 1: Porcentagem (%) de encolhimento de trama (t) e urdume (u) de amostras tratadas termicamente nas temperaturas de 25, 150, 170, 180 e 190 ºC em tempos de 30 e 60 seg. e submetidas aos processos de lavagens consecutivas nas temperaturas de 25, 60, 80 e 96 ºC

Temperatur a Tratamento

térmico ºC

25 150 150 170 170 180 180 190

Tempo Tratamento

térmico (seg)

0 30 60 30 60 30 60 60

Encolhimento% Temperatura de lavagem ºC

25

t = 1,0 u = 1,0

t = 0,0 u = 0,0

60

t = 4,0 u = 4,0

t = 1,0 u = 1,0

t =1,0

u = 1’,0 t = 1,0 u = 1,0

t = 1,0 u = 1,0

t = 0,0 u = 0,0

80

t = 10,0 u = 12,0

t = 3,0 u = 3,0

t = 0,0 u = 0,0

t =0,0 u = 0,0

96

t = 14,0 u = 20,0

t = 4,0 u = 4,0

t = 3,0 u = 3,0

t = 0,0 u = 0,0

t = 0,0 u = 0,0 u = urdirme; t = trama

A tabela 1 mostra que amostras tratadas termicamente em temperatura de 180 ºC não apresentam alteração dimensional, ou seja, entende-se que nesta temperatura de tratamento para este tecido estudado neste trabalho, seja o suficiente para estabilização das fibras. Para temperaturas inferiores ocorre encolhimento, sendo mais acentuado na amostra em que não houve tratamento térmico (25ºC, ambiente). Nas temperaturas de lavagem 80 e 96ºC é onde ocorre maior grau de encolhimento. Em geral, na prática, as indústrias têxteis realizam o processo de termofixação (tratamento térmico) em temperatura entorno de 50 ºC acima da temperatura daquelas utilizadas nos processos posteriores, como por exemplo o tingimento desta fibra é executado a 130 ºC. Assim tratando termicamente tecidos de poliéster a 180º, tem-se estabilidade dimensional assegurada, supondo que em condições normais de uso não ultrapasse esta temperatura.

CONCLUSÕES

- Os tempos de 30 e 60 segundos utilizados neste trabalho são independentes nas propriedades mecânicas nos tecido de acordo com os resultados aqui apresentados, assim pode-se trabalhar com 30 seg, obtendo-se resultados satisfatórios;

- O tratamento térmico é importante para eliminar o encolhimento dos tecidos em processos posteriores os quais os tecidos sofrerão, pois já encolheram nesta etapa do processo (termofixação);

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- Temperatura de 180 ºC é a ideal para se obter bons resultados quanto à estabilidade dimensional do tecido, ou seja, tratando-se nesta temperatura espera-se que seja o suficiente para que o tecido encolha tudo nesta operação;

- Tecidos de poliéster não tratados termicamente apresentam grande encolhimento após serem submetidos tratamentos a úmidos aquecidos em processos posteriores;

REFERÊNCIAS

1. ARAÚJO, M. de; CASTRO, E. M. de Melo. (1984), Manual de Engenharia Têxtil.

Volume 2. Fundação Calouste Gulbenkian. Lisboa. Portugal.

2. BERNARD, P. C., (1983). Textiles Fibers to Fabrics, 6ª edição. Mc Graw International Editions. New York.

3. BILLMEYER, F.W. Jr. “Textbook of Polymer Science”, 2 th . Edition, New York, John Wiley & Sons. , (1984),

4. MENACHEN, L., PRESTON, J., (1993). High Technology Fibers. Part A, Volume 3, Marcel Dekker, New York.

5. ODIAN, G. Principles of Polymerization. 3 ed. McGraw-Hill Inc., New York, USA.1991. 475 p.

6. VASQUEZ, N.R.; SAKELLÁRIOS, A. S.. Foto e tratamento térmico de polímeros.

In: 1º SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE POLÍMEROS. Salvador. BA. Anais... 1980.

pág.187 a 205.

TITLE: Thermal Treatment in Composed Polyester Materials ABSTRACT:

The polyester is widely used in the textile industry. The final characteristics of a product are associated to the processes that the material is submitted, and among these, it is distinguished thermal treatment. The objective this work is to show the influence of these parameters in the thermal treatment of polyester. Temperatures and time of industrial thermal treatment were tested in the intervals of 25 to 190 ºC and 30 to the 60 seconds, respectively.

Fabric samples have been submitted in diverse combinations, in the intervals of temperature and time, and later washed by the habitual processes (neutral soap, 25 minutes and temperatures of 25, 60, 80 and 96 ºC) and after drying, traction tests have been made. The results showed that: treatment above of 170 ºC promoted dimensional stability in the fabric and it didn’t observe difference in the mechanical properties.

Key-words: Polyester, temperature, time, textile, stability