Influencia e interacción de las variables de termofijado en la estructura fina del polietilentereftalato
- Autores: Fernando Bernal Sánchez
- Directores de la Tesis: Joaquín Gacén Guillén (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 1987
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Claudi Mans Teixidó (presid.), Josefina Maíllo Garrido (secret.), José María Gutiérrez González (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El objetivo fundamental de la tesis ha sido el estudio de las variaciones estructurales de las fibras de poliéster en su termofijado. El sujeto del estudio ha sido un tejido antes y después de descrudado, y además termofijado en un rame industrial y en doce condiciones igualmente industriales. Las temperaturas estudiadas han sido de 180 y 200ºC, los tiempos de 30 y 45 s y las sobrealimentaciones por trama de 1,4; 3,6; 5,8 y 7,2%. Este rango de sobrealimentaciones lleva asociado otro de tensiones, generadas durante el tratamiento térmico, que es la variable que incide sobre los cambios microestructurales. El estudio se ha abordado mediante tres tipos de técnicas: 1. Cromatografía de exclusión, que informa sobre la distribución de pesos moleculares.
2. Técnicas que conducen a parámetros que dependen principalmente de la cristalinidad y menos de la orientación.
3. Técnicas que conducen a parámetros que miden tanto las variaciones de cristalinidad como las de orientación.
La Cromatografía de Exclusión demuestra que la distribución de pesos moleculares no se modifica a consecuencia del termofijado, ni tampoco de ninguna de sus variables (temperatura, tiempo o sobrealimentación/tensión). Ello descarta que hayan sucedido termodegradaciones y/o policondensaciones en estado sólido.
El segundo tipo de técnicas incluye la Columna de Gradiente de Densidades (grado de cristalinidad), el Tiempo Crítico de Disolución y la Calorimetría Diferencial.
El Grado de Cristalinidad estimado a partir de la densidad ha resultado ser muy sensible a la operación de descrudado-secado a 100ºC, en el sentido de trama. No así en el de urdimbre, como consecuencia de su estructura original anormalmente fijada. En ambos sentidos es muy sensible a la operación de termofijado y a la temperatura de esta operación.
El Tiempo Crítico de Disolución (TCD) es una medida de la cohesión intermacromolecular global de la fibra. Al igual que el grado de cristalinidad, es muy sensible a la operación de descrudado-secado en el sentido de trama, aunque no en el de urdimbre. También lo es a la operación de termofijado y a la temperatura del tratamiento. Estas tendencias se justifican por ser mayor la cristalinidad del sustrato descrudado, o termofijado a mayor temperatura. Los sustratos termofijados a 200ºC presentan una interesante tendencia: el TCD aumenta al disminuir la sobrealimentación. Cuanto menor es la sobrealimentación, se generan más tensiones que previenen la desorientación de la estructura, y por tanto la cohesión intermacromolecular y el TCD deben ser superiores.
La calorimetría diferencial detecta las endotermas previas a la fusión (PEP). Estas corresponden a la fusión de los pequeños cristalitos formados a consecuencia de un tratamiento térmico. La temperatura de esta transición está aceptado que mide la temperatura efectiva del tratamiento. El hilo de trama del tejido original no presenta este tipo de endoterma, y la del descrudado lo hace a 130ºC. De este PEP, debe ser más responsable el secado a 100ºC que el descrudado en sí mismo. La importante diferencia entre la temperatura nominal y efectiva se atribuye a la naturaleza hidrotérmica del tratamiento. El hilo de urdimbre presenta antes y después del descrudado un PEP a 139ºC (> 130ºC). Ello justifica la estructura anormalmente fijada de la urdimbre original y su inercia al descrudado-secado. El termofijado hace desaparecer los PEP de los sustratos descrudados, y en su lugar aparecen otros nuevos a una temperatura que depende principalmente de la temperatura de termofijado. Precisamente el PEP se caracteriza por su elevada sensibilidad a esta variable. Se aprecia, además, una leve aunque sistemática tendencia del PEP a disminuir cuando aumenta la tensión. Ello se justifica por la menor perfección de los cristalitos formados bajo tensión.
Fuerzas de Contracción, Análisis Termomecánico y Sorción de Yodo constituyen el tercer tipo de técnicas.
Las fibras de poliéster tienden a encoger por efecto del calor, ello se debe a desorientaciones de las zonas amorfas orientadas, replegamientos de cadenas y liberación de tensiones. En esta investigación se ha seguido la evolución de estos fenómenos de dos modos complementarios. Uno, a longitud constante, midiendo en cada instante (a cada temperatura) la fuerza (fuerza de contracción) que es necesario aplicar sobre la probeta para impedir completamente su encogimiento. Otra, sin aplicar ninguna tensión sobre la probeta, midiendo su encogimiento por Análisis Termomecánico.
Las curvas Fuerza de Contracción/Temperatura indican que el descrudado-secado, el termofijado, la temperatura de termofijado y la sobrealimentación disminuyen la fuerza de contracción a la vez que la temperatura a la cual se empieza a desarrollar ésta, se desplaza a valores superiores. Ello mide la estabilización estructural de estos tratamientos o variables, y se justifica por los incrementos del grado de cristalinidad (excepto cuando se considera la variable sobrealimentación) y por las mencionadas desorientaciones, replegamientos y liberación de tensiones.
El Análisis Termomecánico mide el encogimiento y la velocidad de encogimiento en función de la temperatura, y entre otras, la temperatura de inicio del encogimiento (TIE). Puede relacionarse con la técnica anterior, y eliminando la variable común temperatura, obtener el gráfico Fuerza de Contracción/Encogimiento. El área de la superficie delimitada por esta curva y el eje de los encogimientos constituye el trabajo de contracción de la fibra. Este parámetro ofrece las mismas tendencias que la fuerza de contracción, y opuestas a las de la TIE. Las interpretaciones se basan en las mismas hipótesis.
Por su parte, la discusión de los datos del encogimiento con la temperatura demuestra que el encogimiento de las fibras de poliéster termofijadas sucede en dos etapas, ambas de orden cero. La que tiene lugar a menores temperaturas se asocia a la desorientación de las zonas amorfas orientadas, mientras que la que lo hace a temperaturas superiores está relacionada con los replegamientos de cadena en los cristalitos.
La sorción de yodo es una medida del volumen libre de la fibra, disminuye con el descrudado-secado, con el termofijado y con la temperatura de esta operación. Por el contrario aumenta con la sobrealimentación, dada la inferior orientación del sustrato más sobrealimentado.
Siete correlaciones entre estos parámetros han complementado el estudio. La metodología es habitual en esta línea de trabajo y profundiza más en el conocimiento de la microestructura de la fibra de poliéster. Se han considerado siete casos, seleccionados por su mayor interés práctico o importancia teórica. Por ejemplo, uno de ellos permite localizar el origen de un defecto de tintura en la variación inesperada de la microestructura original de la fibra o de las condiciones de termofijado. Otro, conduce a determinar una temperatura singular, próxima a 190ºC a la cual tiene lugar una brusca variación del tamaño de los cristalitos con la temperatura del tratamiento térmico.
De esta Tesis Doctoral han resultado 58 conclusiones. Contiene 133 referencias bibliográficas y numerosas tablas y figuras.
