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2.0.0- PROPIEDADES MORFOLÓGICAS
2.1.0- El diámetro aparente de las fibras
Las secciones transversales de las fibras están muy lejos de tener un área de forma circular perfecta. Sin embargo podemos considerar, para cada sección, un área circular perfecta equivalente al área de la correspondiente sección real. A los diámetros de estas secciones
circulares perfectas, de áreas equivalentes, podemos llamarlos, entonces, diámetros aparentes (Фap). Conociendo el peso y el largo de la fibra, así como su peso específico, se puede calcular el área
de la sección equivalente promedio:
P = Seq x L x ρ Seq =(L x ρ) / P Seq = área de la sección equivalente promedio de la fibra
L = largo de la fibra ρ = peso específico de la fibra
P = peso de la fibra
Una vez conocida la Seq promedio se puede conocer el diámetro aparente Фap promedio, a partir de la
expresión:
Seq = (π. Фap2)/4
En las fibras naturales las dimensiones del diámetro aparente puede tener grandes variaciones, tanto entre fibras de una misma clase como a lo largo de una misma fibra. Se deben, por tanto, considerar valores medios y sus coeficientes de variación (CV%).
En las fibras químicas, hechas por el hombre, tanto el diámetro aparente como el largo presentan variaciones menores. Sin embargo, la forma de la sección de las fibras químicas puede ser muy variable, según el fabricante de que provengan (ver Secc. 2.7.0 de este capítulo). Como ya se ha señalado, la hilabilidad de una fibra depende en gran medida de su rugosidad superficial, es decir, de su índice de fricción fibra/fibra. La fricción interfibrilar impide que las fibras se deslicen unas sobre otras, confiriéndole resistencia a la tracción al hilado. Por otra parte, la fricción interfibrilar es función del área externa de las fibras y de la cantidad de fibras que hay por sección transversal de hilado, es decir del total de área interfibrilar. El área externa de las fibras está determinada por: 1) por el perímetro de la sección y 2) por el largo de la fibra. A su vez, el perímetro de la sección depende de la forma de la sección y de su diámetro aparente. Resumiendo entonces, diremos que el diámetro aparente, la forma de la
sección y el largo son parámetros de gran importancia para la hilatura de fibras discontinuas. Para que el hilado sea viable, entonces, la cantidad de fibras por sección no pueden ser pocas. Evidentemente, no pueden ser ni 1, ni 2, ni 3… ¿Cuántas entonces?
La cantidad de fibras por sección de hilado debe superar un valor mínimo, llamado “limite de hilabilidad”. Este valor será distinto según la naturaleza de la fibra textil que se utilice: es por ejemplo 100 para el algodón y 45 (promedio) para la lana. Por debajo de esa cantidad mínima de fibras por sección, un hilado de fibras discontinuas no tendrá resistencia a la tracción (aún con muchas torsiones insertadas) y por tanto no será viable. Como es imprescindible respetar esa cantidad mínima de fibras por sección, en general, no se pueden hacer hilados muy delgados con fibras gruesas (ver Figuras 2.20 y Tabla 2.11). Por otra parte, la regularidad de los hilados delgados es en general mejor cuando las fibras son finas que cuando son gruesas. Esto es debido a que en un hilado delgado, una variación en la cantidad de fibras por sección se nota más cuando las fibras son gruesas que cuando son
finas. Por tanto, en el momento de adquirir la materia prima, es decir las fibras que se utilizarán en la producción de un hilado, es muy importante conocer el diámetro aparente (dato objetivo) o la “finura” (dato subjetivo) de las fibras, sus valores medios y sus CV%.
La lana es una fibra relativamente larga si la comparamos con el algodón y presenta una gran variación del diámetro aparente - o de su apreciación subjetiva: la “finura” - según sea la raza del ovino y la parte del vellón de donde provenga la muestra. Por tanto, para la lana el diámetro aparente será mucho más importante que el largo a la hora de comercializarla.
El algodón, en cambio, si lo comparamos con la lana, es una fibra mucho más corta y con diámetros aparentes menores (en el entorno de 14-17 micras) y también con menores CV% de ese diámetro aparente. Por tanto, a la hora de vender y comprar algodón, se valora más su largo (además de otras propiedades como la madurez, el color, etc.) que su diámetro aparente. La “finura” es una expresión más utilizada en la industria lanera para establecer una estimación subjetiva del diámetro aparente de la fibra. Sin embargo, como ya se indicó más arriba, la expresión “diámetro aparente” es más correcta, pues la fibra no tiene una sección circular perfecta y por tanto no existe un diámetro real sino “aparente”. Tanto la “finura” como el “diámetro aparente” se expresan comúnmente en micras o micrones, es decir en milésimas de milímetro (ver Figuras 2.15, 2.16, 2.17, 2.18 y 2.19).
La “finura”, además de la importancia que ya señalamos en el proceso de hilatura, es también muy importante porque determina una propiedad muy apreciada en el artículo final: la suavidad. Un aumento al doble del diámetro aparente de la fibra se estima que reduce unas 16 veces la flexibilidad de la misma. Las fibras gruesas serán por tanto más rígidas, tendrán más tendencia a “pinchar” la piel humana y producir escozor. Los artículos hechos con fibras delgadas y flexibles no “pinchan”, se doblan sobre sí mismas, son más suaves y se comercializan, por tanto, a mejor precio (ver Figura 2.19).
Ya vimos que el diámetro aparente de las fibras influye en una propiedad fundamental de los hilados como lo es la regularidad. El largo de la fibra también influye mucho en la regularidad del hilado, como veremos más adelante. Estas propiedades morfológicas, sumadas a la forma como se lleve a cabo el proceso de hilatura, determinarán que el hilado posea o no una buena “regularidad de masa” (ver Capítulo IV, “Hilatura de Fibras Discontinuas”)).
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Figura 2.15
QUÉ ARTÍCULOS DE LANA SE PUEDEN ELABORAR SEGÚN LA FINURA DE LA FIBRA
Figura 2.16
Figura 2.17
COMPARACIÓN DE “FINURAS” DE ALGUNAS FIBRAS TEXTILES
Figura 2.18
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Figura 2.19
LA FINURA Y LA SUAVIDAD AL TACTO
“Factor de escozor”: es el porcentaje de fibras de la muestra con finura mayor a 30 micrones.
“Micrones del borde grueso”: es el número de micrones por encima de la media correspondientes al 5 % de las fibras más gruesas. La lana del ovino A será más suave que la del ovino B
Figura 2.20
TABLA 2.11
CANTIDAD DE FIBRAS POR SECCIÓN DE HILADO NECESARIAS PARA HILAR LANA
Los números en rojo, a la izquierda de la línea divisoria, corresponden a los hilados viables, es decir, aquellos que tienen una cantidad de fibras por sección igual o mayor al “límite de hilabilidad (45 fibras por sección )
µµµµ Nm 8 10 12 18 24 28 32 36 40 44 48 56 30,0 84 56 42 36 31 29,5 87 58 43 37 33 29,0 90 60 45 38 34 30 28,5 94 62 47 40 35 31 28,0 65 48 41 36 32 27,5 67 50 43 38 33 30 27,0 70 52 44 39 34 31 26,5 72 54 46 40 36 32 26,0 75 56 48 42 37 33 30 25,5 78 58 50 44 39 35 31 25,0 61 52 46 40 36 33 30 24,5 63 54 47 42 38 34 31 24,0 66 56 49 44 34 36 33 23,5 69 59 52 46 41 37 34 23,0 61 54 48 43 39 36 31 22,5 64 56 50 45 41 37 32 22,0 67 59 52 47 43 39 34 21,5 62 55 49 45 41 35 21,0 65 57 51 47 43 37 20,5 60 54 49 45 39 20,0 63 57 52 47 41 19,5 60 54 50 43 19,0 63 57 52 45
2.2.0- Equipos para la medición del diámetro aparente de las fibras textiles
1- MICROSCOPIO DE PROYECCIÓN. (ej. lanámetros)Un microscopio proyecta la imagen sobre una pantalla donde se mide el diámetro de unas 100 fibras con una regla graduada. Se construye un histograma y se determina la finura media en micras y su CV%. Es un método que insume mucho tiempo.
2- “AIR FLOW” (“WIRA Fibre Fineness Meter”) (Figura 2.21)
Este equipo es muy usado para lana aunque también se utiliza para algodón. Se hace pasar una corriente de aire por una muestra de peso conocido de fibras lavadas y cardadas. Se pueden medir el flujo de aire a presión constante o la caída de presión a flujo constante. El primer método es el más usado. La fórmula básica del aparato relaciona la caída de presión con el diámetro aparente de la fibra: Q = (k.d.e.A.
∆∆∆∆
P) / (1-e) L; donde d = diámetro de la fibra y k, A, L, e son constantes del aparato. Se mide el caudal Q en el rotámetro a∆∆∆∆
P constante y se obtiene d, en micrones, en una curva de calibración.3- “CSIRO SONIC FIBRE FINENESS METER”
Mide la variación de frecuencia sónica a través de la muestra de fibras. El aparato registra, en milivoltios, la atenuación producida por la muestra a la señal de ultrasonido. El diámetro medio, en micras, se obtiene de una tabla de conversión.
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4- “OPTICAL FIBRE DIAMETER ANALYSER (OFDA)”(Figura 2.22)
El equipo magnifica la imagen de las fibras individuales usando una cámara de video, y se miden en la pantalla del monitor sus diámetros aparentes.
5- TEXLAB FDA 200 PEYER
Se suspende una muestra de fibras en un líquido adecuado. Se hacen pasar las fibras, una por una, por una zona de medición y se miden sus diámetros aparentes con un rayo láser.
6- SIROLAN-LASERSCAN (Figura 2.23, 2.24)
Es un equipo similar al anterior, desarrollado por el CSIRO de Australia. 7- “FIBRONAIRE” o “MICRONAIRE”
Este equipo mide la resistencia al pasaje de aire que opone una muestra de algodón, a dos presiones distintas, y da un valor que se corresponde con la “finura” y la “madurez” de la fibra. Ese valor se expresa como “índice micronaire”, que equivale al peso en microgramos (10-6g) de una pulgada de largo de fibra (25,4 cm). Indices micronaire de 3 son característicos de algodones muy finos, de 3 a 5 de algodones de finura media e, índices superiores a 5 de algodones gruesos. Existen también equipos, como el “IIC-Shirley Fineness/Maturity Tester”, que dan valores de finura y madurez por separado.
8- “HIGH VOLUMEN INSTRUMENT (HVI)” (Figura 2.25)
Estos equipos permiten obtener, en pocos minutos y en serie, datos de finura, madurez, color, suciedad, largo y resistencia a la tracción de una gran cantidad de muestras de algodón.
FLOW METER OPTICAL FIBRE DIAMETER ANALYSER (OFDA)
Figuras, 2.21, 2.22, 2.23, 2.24 y 2.25 ( tomadas de folletos comerciales)
HIGH VOLUMEN INSTRUMENT (HVI) Histograma resultante de una medición con el Sirolan-Laserscan
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2.3.0- La “densidad lineal” de una fibra
En el caso de la seda y de las fibras químicas no es común expresar sus “diámetros aparentes” en micrones sino que – al igual que para los hilados (ver Capítulo IV, “Hilatura de
Fibras Discontínuas) - se determinan sus “densidades lineales”, tanto si son filamentos o si son fibras “cortadas”.
Se define la “densidad lineal” de una fibra como el peso correspondiente a un determinado largo. Entonces, solo para materiales de igual peso específico la “densidad lineal” será función lineal del diámetro aparente de la fibra.
“densidad lineal” de una fibra = peso de la fibra / largo de la fibra = P / L
peso específico de un cuerpo cilíndrico = peso / volumen (área de la sección x largo)
= P/ V = P / S x L = [(πΦ2)/4] x L
La “densidad lineal” de las fibras continuas o filamentos, así como las fibras discontinuas que resulten de su corte, se expresan generalmente en “decitex” o en “deniers”.
El “tex” expresaría el peso en gramos de una fibra de 1000 metros de longitud. Una fibra de 1 tex sería aquella que pesara un gramo por 1000 metros.
El “denier” expresa el peso en gramos de una fibra de 9000 metros de longitud. Una fibra de un “denier” sería aquella que pesara un gramo por 9000 metros.
Un decitex es aproximadamente igual a un denier: 1 decitex = 0,9 denier; 1 denier = 1,1 decitex Si dividimos la “densidad lineal” de una fibra por su peso específico obtendremos su “sección equivalente”: (P/L) / [P/(S x L)] = P.S.L / P.L = S. Conocidas entonces la densidad lineal de una fibra, en dtex o deniers, y su peso específico, en p.ej., g/cm3, se puede calcular
su sección equivalente en cm2, y por tanto su diámetro aparente en micrones.
Pregunta: ¿Cuál será la sección equivalente y el diámetro aparente de un filamento de poliéster
de 5 deniers (peso esp. 1,38 g/cm3)?
Respuesta: 5 g / 9000 m = 5,5 x 10 –4 g/m ; sección: (5,5 x 10 –6) / 1,38 = 3,98 x 10 –6 cm2 diámetro aparente:
√
(3,98 x 10 –6 x 4) /π
= 22,1 x 10 -4 cm = 22,1 micronesSi la naturaleza química de las fibras que se comparan es distinta, y por tanto distinto su peso específico, ya no
hay una relación directa entre sus densidades lineales y sus secciones. P.ej. una fibra de 3 deniers y peso
específico 1,5 tendrá una “sección equivalente” o “denier equivalente” igual a otra de 2 deniers y peso específico 1.
P- Para fibras de diferentes pesos específicos pero igual tex o denier, ¿cuál tendrá mayor “sección equivalente”? R- La más liviana, o de menor peso específico.
P- Considerando dos conjuntos de fibras de pesos totales iguales pero de pesos específicos diferentes, y suponiendo largos promedio iguales para todas las fibras, ¿qué conjunto presentará una mayor área de contacto
interfibrilar? R- El conjunto de mayor peso específico, pues las secciones equivalentes de sus fibras serán
Para elaborar un hilado con una mezcla íntima de fibras de distinta naturaleza, es importante que sus diámetros aparentes y sus secciones equivalentes sean similares (no que sus densidades lineales sean iguales). Los hilados elaborados con fibras de distintas secciones
equivalentes, tienden a tener una mayor “migración” o movimiento de fibras desde el núcleo a la vaina del hilado y viceversa, con lo que pueden producirse problemas de pilosidad y/o “pilling”.
TABLA 2.12
PESO ESPECÍFICO DE ALGUNAS FIBRAS TEXTILES FIBRA g/cm3 Algodón 1,54 - 1,56 Lino 1,50 Lana 1,30 – 1,32 Seda 1,25 – 1,34 Rayón Acetato 1,31 – 1,33 Rayón Viscosa 1,52 Poliamidas (“nylon”) 1,14 Poliésteres 1,23-1,38 Poliacrílicas 1,13 Poliolefinica 0,92 – 0,95
En algunos casos puede ser conveniente establecer (para una fibra natural, un filamento o una fibra artificial y/o sintética cortada) una equivalencia entre la finura expresada en micrones y la
densidad lineal. En la Tabla 2.13 se dan algunos valores aproximados de estas equivalencias. TABLA 2.13
ALGUNAS EQUIVALENCIAS APROXIMADAS ENTRE
DIÁMETRO APARENTE EN MICRONES Y DENSIDAD LINEAL EN DECITEX
Diámetro aparente
MICRONES
DECITEX
LANA VISCOSA NYLON 6.6 PES ACRÍLICO
19 4.0 3.3 3.1 3.9 2.1 20 4.4 3.7 3.6 4.3 2.3 21 4.9 4.1 3.9 4.8 2.6 22 5.3 4.4 4.3 5.2 2.8 23 5.9 4.8 4.7 5.7 2.9 24 6.3 5.1 5.1 6.2 3.1 25 6.9 5.6 5.6 6.8 3.3 26 7.3 6.0 6.1 7.3 3.7 27 7.9 6.4 6.6 7.9 3.9 28 8.4 6.9 7.0 8.4 4.2 29 9.0 7.3 7.4 9.1 4.6 30 9.6 7.7 8.0 9.8 5.0 32 10.8 8.6 9.1 11.1 5.8 34 12.0 9.6 10.4 - 6.9 36 13.3 10.6 11.6 - -
La densidad lineal en decitex (Ndtex)se calcula a partir del diámetro aparente en micrones (Фap) con la
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2.4.0- Microfibras y microfilamentos
Hasta hace muy poco tiempo se consideraba que los artículos hechos con fibras artificiales y sintéticas tenían una “mano” o “tacto” menos agradable que las hechas con fibras naturales. Actualmente, sin embargo, este concepto ha cambiado, primero debido al texturizado de los filamentos (ver Sección 1.0.0, “Introducción”) y, más recientemente, debido al desarrollo de los microfilamentos y de las microfibras. Desde 1985 el consumo de fibras sintéticas aumentó considerablemente y, con la aparición de los microfilamentos y de las microfibras, ese consumo se ha acelerado aún más.
A partir de 1960 se comenzó a trabajar para obtener fibras sintéticas con densidades lineales similares o menores a los de la seda, es decir, de aproximadamente 1 dtx o 1 denier o menos
TABLA 2.14 - Evolución de la “densidad lineal” de los filamentos sintèticos AÑO Monofilamento
(dtex ò denier)
Cantidad de filamentos Hilado multifilamento
(dtex ò denier total)
1960 5,0 30 150
1980 2,0 35 70
1985 1,0 50 50
1990 0,4 - 0,6 100 40-60
Si bien se pueden producir microfilamentos entre 0,1 y 1,0 dtex (y ultra microfilamentos entre 0,0001 y 0,1 dtex) en general, para fines textiles, se utilizan microfilamentos de poliéster de 0,55 - 0,65 dtex y de poliamidas de 0,80–0,85 dtex. Como las poliamidas son más blandas que el poliéster, se deben utilizar microfilamentos de poliamida algo más gruesos que los de poliester, para obtener telas con texturas y resistencias finales similares.
Las “microfibras cortadas” se emplean menos que los “microfilamentos” pues presentan diversos problemas: p.ej. deben hilarse a velocidades más bajas para evitar la formación de “neps” y las telas tejidas con los hilados resultantes pueden presentan luego problemas de “pilling”. Para hilados de poliéster puro se pueden emplear “microfibras cortadas” de 0,8 dtex pero para mezclar con algodón y con lana se deben utilizar microfibras más gruesas de, p. ej., 1,1 dtex para algodón y de 1,3 dtex para la lana.
Las telas tejidas con hilados de microfilamentos o microfibras cortadas tienen un tacto mucho más suave, una superficie más tersa, una “caída” más pronunciada, una mayor estabilidad dimensional. Tienen también una baja permeabilidad al “agua líquida” pero muy buena al “agua vapor”, menor tiempo de secado, y un mayor poder cubriente de la luz.
Figura 2.26
COMPARACIÓN DE LAS SECCIONES EQUIVALENTES
DE ALGUNAS FIBRAS E HILADOS MULTIFILAMENTOS
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Figura 2.27
TEJIDO PLANO HECHO CON MICROFILAMENTOS
A: superficie del tejido, B: sección del tejido, C: sección de los microfilamentos
Figura 2.28
Figura 2.29
CAMPOS DE APLICACIÓN DE LAS MICROFIBRAS Y MICROFILAMENTOS
Figura tomada del International Textile Bulletin (ITB)
BIBLIOGRAFÍA
2- “Fibre Science”, J.M.Preston, The Textile Institute, Manchester, 1955 3- “Physical Methods of Investigating Textiles”, R. Meredith, 1956
4- “The WIRA Textile Data Book”, WIRA Headingley Lane, Leeds, LS 6 1 BW, England, 1973 5- “Shingosen: Past, Present and Future”, M.Okamoto, K.Kajiwara, Textile Progress, Vol.27, Nº2,
1997
6- “Physical Testing of Textiles”, B.P.Saville, Woodhead Publishing Ltd.,<sales@woodhead- publishing.com>
