CAPITOLUL V. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE FIBRELOR …. Dr. Ing. Demetra... · Consideraţii generale Prin higroscopicitate se înţelege proprietatea fibrelor de acumula şi de a ceda

Proprietăţile fizice ale fibrelor textile

95

CAPITOLUL V. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE FIBRELOR TEXTILE

V. 1. HIGROSCOPICITATEA FIBRELOR

V.1.1. Consideraţii generale Prin higroscopicitate se înţelege proprietatea fibrelor de

acumula şi de a ceda din şi respectiv în atmosferă vapori de apă. În general, se spune despre un corp că este higroscopic, dacă reţine cu uşurinţă vapori de apă din mediu înconjurător.

Cunoaşterea higroscopicităţii pentru fiecare tip de fibră prezintă importanţă, atât pentru procesele tehnologice de prelucrare, cât şi pentru stabilirea celor mai adecvate domenii de utilizare, deoarece de această însuşire depind calităţile igienice şi de confort ale confecţiilor textile.

Astfel, în halele de producţie trebuie să se asigure un anumit microclimat în funcţie de higroscopicitatea fibrelor prelucrate. De regulă, în cazul prelucrării fibrelor sintetice, care au o higroscopicitate redusă, se recomandă ca umiditatea relativă a aerului din halele de producţie să fie mai mare comparativ cu cea utilizată la prelucrarea fibrelor naturale.

Există numeroase domenii de utilizare care impun restricţii în ceea ce priveşte higroscopicitatea fibrelor. Astfel, pentru lenjerie de corp se recomandă fibre higroscopice, care să confere produselor proprietăţi igenico-funcţionale corespunzătoare. Se consideră că, pentru articolele de îmbrăcăminte cele mai indicate fibre sunt cele care în condiţii standard de microclimat (temparatura de 200 C şi umiditatea relativă a aerului 65 %) reţin cel puţin 6 % umiditate, iar pentru articole tehnice utilizate ca izolatori electrici se recomandă fibre cu higroscopicitate foarte mică, sau chiar nulă.

Fibre textile

96

Fenomenul fizic complex, cunoscut sub denumirea de sorbţie, care are ca efect acumularea vaporilor de apă de către fibre, este rezultatul proceselor de adsorbţie şi absorbţie.

Adsorbţia este procesul fizic prin care moleculele de apă sunt reţinute pe suprafaţa fibrelor. Cantitatea vaporilor adsorbiţi este dependentă, în principal de structura şi proprietăţile substanţelor ce alcătuiesc fibra, de suprafaţa fibrelor şi de parametrii mediului în care sunt păstrate fibrele. Fenomenul de adsorbţie se produce foarte repede, echilibru dintre umiditatea adsorbită de fibre şi umeditatea mediul se atinge în câteva secunde.

Absorbţia este procesul fizic prin care moleculele de apă pătrund, prin difuzie, în interiorul fibrei. Acest proces decurge lent, echilibru atingându-se după câteva ore. De asemenea, decurge lent şi fenomenul invers, de cedare a moleculelor absorbite. Cantitatea de apă reţinută de fibre prin absorţie este dependentă de mai mulţi factori, dar în primul rând de proprietăţile polimerului constituent şi de umiditatea relativă a aerului.

Reţinerea moleculelor de apă în capilarele existente în structura unor fibre este un proces de durată şi se produce, cu precădere, la umidităţi relative mari ale aerului. Vaporii de apă din atmosferă condensează numai în aceste zone structurale. Procesul este declanşat de umezirea pereţilor capilarelor, unde se formează un menisc concav. Deşi vaporii din atmosferă, în raport cu suprafeţele plane nu au presiunea corespunzătoare saturaţiei, în zona capilarelor presiunea vaporilor atinge sau chiar depăşeşte presiunea de saturaţie, ca urmare în aceste zone se crează condiţiile necesare condensării vaporilor.

Din cele expuse rezultă că higroscopicitatea fibrelor depinde de o multitudine de factori, dintre care se menţionează:

– compoziţia chimică a polimerului (cu cât vor exista în polimer mai multe grupe polare libere, cu atât higroscopicitatea va fi mai mare);

– cristalinitatea (un indice de cristalinitate mare determină o higroscopicitate redusă);

– structura supramoleculară (prezenţa unor cavităţi, porozităţi sau fisuri);

– conţinutul de substanţe însoţitoare.


97

V.1. 2. Umiditatea relativă a aerului

Cantitatea de apă conţinută la un moment dat de fibre este

determinată de parametrii mediul ambiant, în mod deosebit de umiditatea relativă a aerului. De aceea, higroscopicitatea fibrelor trebuie abordată în corelare cu umiditatea relativă a aerului.

Umiditatea relativă a aerului reprezintă umiditatea absolută a aerului (masa vaporilor de apă existentă în unitatea de volum de aer) exprimată în procente în raport cu umiditatea corespunzătoare saturaţiei (masa vaporilor de apă existentă în unitatea de volum de aer saturat). Umiditatea relativă a aerului este definită de relaţia:

100⋅=UsUaϕ (%)

în care: Ua – umiditatea absolută, g/m3; Us – umiditatea corespunzătoare saturaţiei, g/m3.

Umiditatea relativă a aerului se poate determina cu următoarele aparate: psihrometrul, higrometrul, higrograful, termohigrograful. • Psihrometrele sunt alcătuite din două termometre, care măsoară

temperatura aerului la un moment dat (termometru uscat) şi temperatura aerului corespunzătoare mediului saturat (termometru umed). Pe baza celor două temperaturi, din diagramele, sau din tabele psihrometrice se stabileşte umiditatea relativă a aerului pentru mediul în care s-au efectuat măsurătorile;

• Higrometrele indică direct umiditatea relativă a aerului. La higrometre, ca traductoare se folosesc fibre cheratinice (fire de păr) care îşi modifică lungimea în funcţie de umiditatea aerului. Asemenea aparate se etalonează cu ajutorul psihrometrelor;

• Higrografele sunt higrometre prevăzute cu sisteme de înregistrare automată a variaţiei în timp a umidităţii relative a aerului;

• Termohigrografele sunt aparate care înregistrează variaţia în timp atât a umidităţii cât şi a temperaturii aerului.

Fibre textile

98

În industria textilă, atât în halele de producţie, cât şi în

laboratoarele de investigare a caracteristicilor materialelor textile se utilizează medii ambiante cu anumiţi parametrii, denumite prescurtat atmosfere.

În practică se întâlnesc următoarele tipuri de atmosfere: – atmosfera de condiţionare; – atmosfera de încercare; – atmosfera de referinţă.

Atmosfera de condiţionare este mediu ambiant în care se păstrează probele reprezentative înainte de a fi supuse încercărilor. Probele se menţin cel puţin 24 ore în această atmosferă, timp în care sunt aduse la o anumită umiditate. Pentru aceasta se folosesc dulapuri de climatizare – termohigrostate –, sau probele sunt ţinute în laboratoare cu aer condiţionat.

Atmosfera de încercare este mediu ambiant în care trebuie să se efectueze încercările.

Pentru cele două atmosfere, în standarde, se prevăd aceeşi parametri şi anume, temperatura 200 C şi umiditatea relativă a aerului 65 %.

Sunt admise şi abaterii: – restrânse, respectiv pentru temperatură ± 10 C, iar pentru

umiditate ± 2%; – obişnuite, respectiv pentru temperatură ± 20 C, iar pentru

umiditate ± 5%;

Atmosfera de referinţă este atmosfera la care se raportează rezultatele măsurătorilor în cazul în care acestea au fost efectuate în alte condiţii decât cele prevăzute în standarde. Această atmosferă are următorii parametrii: temperatura 200 C, umiditatea relativă a aerului 65 %, iar presiunea atmosferică 750 mm coloană de mercur.

Dacă se cunosc parametrii mediului ambiant, pe baza unor relaţii empirice se poate calcula umiditatea fibrelor.


99

V.1.3. Umiditatea fibrelor. Masa comercială

Umiditatea fibrelor (Uf) reprezintă conţinutul de apă (Ma) exprimat în procente faţă de masa uscată a fibrelor (Muf):

100100 ⋅−

=⋅=uf

ufi

uf

af M

MMMM

U (%)

relaţie în care Mi reprezintă masa fibrelor la un moment dat. Cantitatea de apă reţinută de fibre este dependentă de compoziţia chimică şi structura acestora, precum şi de parametrii microclimatului în care sunt păstrate (temperatura şi umiditatea aerului). Fibrele textile au capacitatea de a reţine sau de a ceda în mediu ambiant molecule de apă, fenomen ce se manifestă până la atingrea echilibrului dintre umiditatea fibrelor şi umiditatea aerului. Umiditatea fibrelor corespunzătoare stării de echilibru poartă denumirea de umiditate de echilibru.

Umiditatea normală (Un) sau umiditatea condiţionată este umiditatea de echilibru a fibrelor corespunzătoare condiţiilor standard de microclimat ( %;65=aerϕ Ct 020= ).

Umiditatea reală (Ur ) este umiditatea fibrelor la un moment dat, fără să se ţină cont de echilibru, deci reprezintă cantitatea de apă conţinută de fibre la un momemt dat, exprimată în procente faţă de masa uscată a acestora şi se calculează cu relaţia:

100⋅−

=uf

ufir M

MMU (%)

în care: Mi - masa iniţială (la un moment dat) a probei de fibre, g; Muf - masa uscată a probei, g.

Umiditatea legală (Ul) sau repriza este valoarea standardizată a umidităţii fibrelor şi reprezintă procentul de umiditate legal admis în tranzacţiile comerciale, fiind folosit la calculul masei condiţionate sau masei comerciale. În tabelul V.1. este prezentată umiditatea legală a principalelor fibre textile.

Fibre textile

100 Repriza principalelor fibre textile (STAS 6217-82 din 1982) Tabelul V.1

Tipul fibrelor Umiditatea legală (Ul, %) Tipul fibrelor

Umiditatea legală (U

l, %)

Bumbac 8,50 Mătase naturală 11,00 In şi cânepă 12,00 Vâscoză, cupro 13,00 Iută 16,00 Acetat 9,00 Ramie 11,00 Relon 5,00 Manilă şi sisal 14,00; 13,00 Melană 2,00 Lână spălată 17,00 Poliester 0,50

Variaţiile de umiditate determină variaţia unor proprietăţi ale fibrelor precum şi variaţii de masă a loturilor. Din acest motiv investigarea caracteristicilor fibrelor trebuie să se realizeze asupra probelor condiţionate (menţinute 24 – 72 ore în condiţii standard de climă, respectiv în dulapuri de climatizare sau laboratoare cu aer condiţionat), iar în tranzacţiile comerciale facturarea loturilor să se realizeze după masa comercială.

Masa comercială a unui lot de fibre reprezintă masa acelui lot, dar a cărui umiditate corespunde umidităţii legale. Deci, masa comercială (Mc) a unui lot de fibre reprezintă masa uscată a fibrelor (Muf) la care se adaugă cantitatea de apă legal admisă (Mal):

alufc MMM += dar, umiditatea legală este defintă de relaţia:

100⋅=uf

all M

MU (%) ⇒100

uflal

MUM

⋅= ,

înlocuind în relaţia masei comerciale expresia masei de apă legal admise se obţine:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

1001 l

ufcUMM

În mod analog se poate determina expresia masei unui lot de fibre (Mr) a cărui umiditate are valoarea cunoscută (Ur):

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

1001 r

ufrUMM


101

Făcând raportul ultimelor două expresii se obţine:

r

l

r

c

UU

MM

++

=100100

,

de unde rezultă expresia masei comerciale:

r

lrc U

UMM++

⋅=100100

în care: MC – masa comercială a lotului de fibre, în kg; Mr – masa reală (netto) a lotului de fibre, în kg; - Ul – umiditatea legală (repriza), în %; Ur – umiditatea reală a fibrelor, calculată cu relaţia (2). Deci recepţia cantitativă presupune determinarea masei lotului şi a umidităţii reale conţinută de fibre în momentul cântăririi. În tranzacţiile comerciale se pot întâlni trei cazuri distincte: 1. Ur < Ul , atunci Mc > Mr 2. Ur = Ul , atunci Mc = Mr 3. Ur > Ul , atunci Mc < Mr

V.1.4. Metode pentru determinarea umidităţii fibrelor Cantitatea de apă conţinută de fibre (umiditatea fibrelor) se poate detrmina prin două categorii de metode:

– metode indirecte, bazate pe variaţia proprietăţilor electrice ale fibrelor în funcţie de conţinutul de umiditate.

– metode directe (metode termice), prin care conţinutul de umiditate se determină prin metoda uscării, metoda distilării şi extracţiei;

Metodele indirecte prezintă avantajul că sunt rapide, dar valorile obţinute au caracter informativ şi nu sunt utilizate pentru calculul masei comerciale. Aceste metode se aplică cu precădere la fibrele naturale şi mai rar la fibrele sintetice. În cazul fibrelor sintetice, rezultatele indicate de aceste aparate sunt influenţate de natura şi cantitatea substanţelor de avivare şi uleiere conţinute de fibre supuse analizei.

Fibre textile

102

Dintre metodele directe cea mai precisă şi mai răspândită este metoda uscării (evaporării apei). Această metodă este deservită de aparate de condiţionare de diverse tipuri constructive şi constă în cântărirea fibrelor ce constituie proba iniţială, uscarea acestora sub acţiunea unei surse de încălzire (curent electric, radiaţii infraroşii, curenţi de înaltă frecvenţă etc.), iar în final stabilirea masei fibrelor uscate.

Masa uscată a probei se stabileşte prin cântăriri succesive (din 10 în 10 minute) până la obţinerea masei constante. Aparatul de condiţionare, a cărui schema de principiu este prezentată în figura V.1, se compune din: etuvă şi un coş în care se intorduce proba de fibre; un sistem de încălzire şi insuflare a aerului cald; un termostat ce serveşte la reglarea şi menţinerea constantă a temperaturii din etuvă (105oC -110oC); o balanţă pentru determinarea masei probei.

Pentru reducerea timpului de analiză au fost concepute aparate de condiţinare prevăzute cu etuve în care se introduc simultan mai multe probe, precum şi aparate prevăzute cu camere (etuve) de preuscare, în care se introduc unul sau mai multe coşuri cu probe a căror masa iniţială a fost stabilită în prealabil.

aer cald

refulare aer

Balanţă

Coş cu proba de fibre

Etuvă

Fig.V.1. Schema de principiu a aparatului de condiţionare


103

V.1.5. Influenţa conţinutului de umiditate asupra

caracteristicilor fibrelor Datorită higroscopicităţii, odată cu variaţia umidităţii aerului se modifică conţinutul de umiditate al fibrelor, ceea ce determină modificarea masei şi caracteristicilor acestora. Acest fenomen a fost sesizat încă din secolul XIV de către producătorii de fibre, care au observat variaţii de masă ale aceloraşi loturi de fibre. La cererea lor, în anul 1452, Leonardo da Vinci a inventat un aparat pentru determinarea conţinutului de umiditate al fibrelor de bumbac, iar mai târziu Cusa a conceput şi construit un aparat pentru determinarea conţinutului de umiditate al fibrelor de lână. Treptat, s-a constatat că în funcţie de conţinutul de apă se modifică foarte multe caracteristici ale fibrelor, cu ar fi: dimensiunile, proprietăţile mecanice, proprietăţile electrice etc. Din acest motiv este strict necesar ca investigarea proprietăţilor fibrelor să se realizeze asupra probelor climatizate, iar tranzacţiile comerciale să se efectueze în conformitate cu masa comercială.

V.1.5.1. Influenţa umidităţii asupra dimensiunilor fibrelor

Majoritatea fibrelor textile sunt higroscopice, adică sunt capabile să absoarbă umezeală din atmosferă. Odată cu acumularea vaporilor de apă, volumul, repectiv dimensiunile fibrelor se modifică.

La marea majoritate a fibrelor, se constată o creştere mai accentuată a dimensiunilor transversale comparativ cu cele longitudinale, adică se produce fenomenul de umflare. Iniţial, acest fenomen era considerat ca un aspect negativ al fibrelor, dar mai târziu a fost luat în considerare pentru obţinerea ţesăturilor autoimpermeabile. Asemenea ţesături se realizează cu o desime foarte mare, din fire cu conţinut redus de umiditate, dar cu o capacitate de umflare mare. În contact cu apa fibrele se umflă, îşi măresc dimensiunile, ceea ce are ca efect micşorarea spaţiilor dintre fire şi dintre fibre, deci se produce autoimpermeabilizarea ţesăturii.

Fibre textile

104

Acumularea de către fibre a vaporilor de apă are ca efect modificarea dimensiunilor acestora (fig. V.2), modificări ce se pot aprecia prin creşterile absolute (Δ) ale lungimii (Δl), grosimii (Δd), ariei secţiunii transversale (ΔA), volumului (ΔV):

01 lll −=Δ ; 01 ddd −=Δ ; 01 AAA −=Δ ; 01 VVV −=Δ ;

sau prin creşterile relative (S) ale aceloraşi mărimi, exprimate în procente:

1000

⋅Δ

=llSl ; 100

0

⋅Δ

=ddSd ; 100

0

⋅Δ

=AAS A ; 100

0

⋅Δ

=VVSV

Fibrele se carcterizează prin anizotropie structurală, din care cauză modificarea dimensiunilor nu se produce cu aceleaşi valori pe toate direcţiile. La toate fibrele se constată o creştere mult mai accentuată a grosimii comparativ cu lungimea acestora. Cu cât diferenţele sunt mai mari cu atât gradul de anizotropie este mai mare. Anizotropia de umflare este definită ca raportul între creşterea diametrului şi alungimii fibrelor, şi se calculează cu relaţia:

l

d

SSA =

Anizotropia de umflare este specifică fiecărui tip de fibră, valorile mai mari înregistrându-se la fibrele naturale şi cele artificilale şi mai mici la cele sintetice.

d0

d1

l0

l1

Fig. V.2. Prezentarea schematică a modificării dimensiunilor fibrei

ca efect a fenomenului de umflare


105

V. 1.5.2. Influenţa umidităţii fibrelor asupra caracteristicilor tensionale

Rezistenţa la tracţiune a fibrelor variază în funcţie de conţinutul de apă, dar nu după o lege general valabilă. La unele fibre, odată cu creşterea umidităţii se înregistrează o creştere a rezistenţei la tracţiune, la altele o scădere, dar există şi fibre care nu-şi modifică această proprietate. Astfel, la vâscoză şi la lână rezistenţa scade odată cu creşterea umidităţii, deoarece apa pătrunde uşor între elementele structurale ale fibrelor, provocând ruperea legăturilor intermoleculare şi interfibrilare, ceea ce are ca efect o scădere pronunţată a rezistenţei concomitent cu o creştere accentuată a alungirii. La lână, în mediu umed, se înregistrează o scădere a rezistenţei la tracţiune cu 23 – 25 %, iar la vâscoză scădere poate ajunge chiar până la 60 %. La fibrele naturale vegetale (bumbac, in, cânepă) odată cu creşterea umidităţii se înregistrează o creştere a rezistenţei. La bumbac rezistenţa creşte cu cca. 12 %, iar la in creşterea poate ajunge la 23 %. Acest fenomen se explică prin faptul că structura acestor fibre este compactă, iar moleculele de apă care pătrund în interiorul fibrei determină reorientarea elementelor structurale, ceea ce conduce la formarea unor noi forţe de coeziune şi implicit la creşterea rezistenţei la tracţiune.

În figura V.3 este redată variaţia rezistenţei la tracţiune a

unor fibre în funcţie de conţinutul de umiditate. Unele fibre sintetice, de regulă cele cu higroscopicitate

redusă, nu-şi modifică rezistenţa în mediu umed.

Fig.V.3. Variaţia rezistenţei la tracţiune a fibrelor în funcţie de umiditatea

aerului 1 – in; 2 – bumbac; 3- perlon;4 – lână;

5 – vâscoză

Fibre textile

106 Alungirea fibrelor în mediu umed se modifică în sensul

creşterii, sau nu se modifică. Nu există fibre la care să se înregistreze o scădere a alungirii odată cu creşterea conţinutului de umiditate. În general, fibrele sintetice care nu-şi modifică rezistenţa, nu suferă nici modificări ale alungirii.

V. 2. PROPRIETĂŢILE TERMICE

Principalele proprietăţi termice ale fibrelor textile pe baza cărora se stabilesc cele mai adecvate domenii de utilizare, precum şi valorile celor mai indicaţi parametrii tehnologici din procesele de fabricaţie sunt: • conductibiliatea termică; • căldura specifică; • termostabilitatea; • rezistenţa la aprindere

V.2.1. Conductibilitatea termică

Conductibilitatea termică este proprietatea unui material de a

fi străbătut de un flux de căldură sub acţiunea unei diferenţe de temperatură, adică proprietatea materialului de a transporta căldura dintr-o zonă unde temperatura este mai ridicată spre o zonă unde temperatura este mai scăzută. Conductibilitatea termică a unui corp se poate aprecia prin conductivitate, care este numeric egală cu cantitatea de căldură ce trece în unitatea de timp prin unitatea de suprafaţă separatoare când gradientul de temperatura este egal cu unitatea. Coductivitatea termică este o constantă a fiecărui material (substanţe) a cărei valoare depinde de densitate, porozitate, umiditate, temperatură etc.

Capacitatea de izolare termică a unui corp este invers proporţională cu conductivitatea termică a corpului considerat. Conductivitatea termică a fibrelor textile diferă de la un tip de fibră la alt tip, dar comparativ cu conductivitatea aerului este mult mai mare. Astfel, conductivitatea fibrelor de lână este de 7,3 ori mai mare decât a aerului, a fibrelor acetat de 9,6 ori, a fibrelor vâscoza şi cupro de 11 ori, iar a fibrelor de bumbac de 17,5 ori.


107 Din acest motiv, capacitatea de izolare termică a produselor

textile nu este dependentă semnificativ de natura şi tipul fibrelor, ci de cantitatea de aer staţionar din fibre şi dintre fibre. Capacitatea de izolare termică a fibrelor, va fi cu atât mai mare, cu cât structura şi starea de suprafaţă a acestora (prezenţa cavităţilor, porozităţilor etc.) va permite înglobarea unei cantităţi mari de aer staţionar. Acelaşi raţionament este valabil şi pentru produsele textile. Capacitatea de izolare termică a produselor este dependentă de conductivitatea fibrelor utilizate, dar influenţa hotărâtoare o are modul de aranjare al fibrelor în produs, respectiv cantitatea de aer staţionar existentă printre fibrele ce alcătuiesc produsul.

Pentru mărirea capacităţii de izolare termică, produsele textile (ţesăturile, tricoturile) se supun unor operaţii speciale de finisare, sau se realizează articole stratificate, în care cel puţin un strat de material are o structură afânată, voluminoasă cu un conţinut mare de aer.

Operaţia de finisare, frecvent întâlnită în practica industrială, care are ca scop principal mărirea capacităţii de izolare termică, este cea de scămoşare. De menţionat că, conductivitatea termică a apei este de peste 20 de ori mai mare decât cea aerului, fiind totodată mai mare decât conductivitatea majorităţii fibrelor textile, din care cauză capacitatea de izolare termică a produselor textile scade odată cu creşterea gradului de umidificare.

V.2.2. Căldura specifică

Căldura specifică a unui material reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru ridicarea temperaturii cu un grad a unui corp din acel material, de masă egală cu unitatea. În general, căldura specifică este dependentă de temperatura şi natura corpurilor.

În tabelul V.2 sunt redate valorile căldurii specifice ale principalelor fibre textile, la temperatura camerei. Din punct de vedere al căldurii specifice nu există diferenţe mari de la o fibră la alta. La fibrele utilizate în mod curent în industria textilă, căldura specifică are valori cuprinse între 0,26 cal/g.0C şi 0,36 cal/g.0C.

Fibre textile

108 Că ldura spec i f i că Tabe lu l V.2

Tip f ibră Că ldura

spec i f i că , ca l /g . 0 C

Tip f ibră Că ldura

spec i f i că , ca l /g . 0 C

Bumbac 0 ,290 Po l iac r i lon i t r i l 0 ,26 Bumbac mercer iza t 0 ,295 Po l ic lo rura de v in i l 0 ,22 Lână 0 ,325 Po l ies te r 0 ,32 Mă t a se 0 ,330 S t ic lă 0 ,19 Po l iamida 6 0 ,360 Azbes t 0 ,25 Po l iamida 6 .6 0 ,340 Deoarece valorile căldurii specifice ale fibrelor textile variază între limite, ce pot fi considerate, restrâse, se poate trage concluzia că nici această caracteristică nu influenţează semnificativ capacitatea de izolare termică a produselor textile.

V.2.3. Termostabilitatea fibrelor

Termostabilitatea fibrelor reprezintă proprietatea acestora de a nu-şi modifica semnificativ însuşirile într-un anumit interval de temperatură.

În practică, limita inferioară a intervalului prezintă o mai mică importanţă, deoarece fibrele textile rezistă bine la temperaturi joase obişnuite (– 400C până la –700 C), în schimb limita superioară prezintă o deosebită importanţă atât pentru operaţiile din procesele de fabricaţie (spălare, vopsire, uscare etc) cât şi pentru condiţiile de exploatere şi întreţinere. Există numeroase categorii de produse textile, cum ar fi curelele de transmisie, filtrele, reţelele cord din anvelope, care în timpul utilizării sunt supuse la solicitări termice permanente. Pentru asemenea produse se recomandă fibre cu o bună stabilitate termică.

Toate fibrele textile, odată cu ridicarea temperaturii peste o anumită limită, suferă modificări fizice sau chimice, care se reflectă în proprietăţile fibrelor, respectiv se înregistrează modificări ale caracteristicilor.

Termostabiliatea fibrelor se apreciază prin evaluarea modificării caracteristicilor, survenite ca urmare a unui tratament termic urmat de condiţionare.


109

Din punct de vedere al termostabilităţii fibrele textile se împart în:

• fibre cu termostabilitate redusă, cele la care se înregistrează modificări ale caracteristicilor la temperaturi de 700 C – 900 C;

• fibre cu termostabilitate normală, cele care nu suferă modificări esenţiale până la temperaturile de 1200 C – 1500 C;

• fibre cu termostabilitate ridicată, cele a căror caracteristici se păstrează la temperaturi de peste 2000 C – 2500C.

Există o categorie de fibre, caracterizate printr-o termostabilitate deosebită, care pot fi exploatate la temperaturi foarte mari, de peste 20000 C, fără să-şi modifice proprietăţile de utilizare. Asemenea fibre de mare performanţă (fibrele carbon, ş.a.) sunt foarte scumpe, se obţin prin tehologii costisitoare şi sunt destinate domeniilor speciale de utilizare (aeronautică, cosmonautică etc).

Sub acţiunea temperaturii unele fibre devin termoplastice, adică se înmoaie înainte de descompunere, iar altele se descompun fără a trece prin faza de înmuiere.

Din acest punct de vedere fibrele textile se împart în:

• fibre termoplastice (fibrele acetat şi marea majoritate a fibrelor sintetice);

• fibre netermoplastice (fibrele naturale şi artificiale cu excepţia acetatului).

Temperatura de înmuiere scăzută a unor fibre (polietilenice,

policlorvinilice, polipropolenice etc) le limitează domeniile de utilizare, dar face posibilă folosirea lor în sectorul neţesutelor, unde sunt folosite ca fibre termoadezive.

Unul din procedeele de realizare a materialelor textile neţesute presupune formarea unui strat fibros numai din fibre termoadezive, sau din amestecuri cu conţinut de fibre termoadezive (5 % – 60 %) şi termoconsolidarea stratului. Termoconsolidare este un tratament termic care are ca efect formarea punctelor de legare (de sudare) între fibrele termoadezive şi între fibrele termoadezive şi celelalte fibre.

Fibre textile

110

V.2.4. Comportarea la aprindere şi ardere

Rezistenţa la aprindere a fibrelor se apreciază prin capacitatea

acestora de a se opune arderii atunci când vin în contact direct cu flacăra. Din acest punct de vedere fibrele se clasifică în:

• inflamabile, care se aprind uşor şi propagă continuu flacăra, întreţinând arderea (fibrele celulozice naturale şi artificiale, poliacrilinitrilice etc);

• inflamabile, care se aprind, dar nu întreţin arderea, se sting de la sine după îndepărtarea flăcării (fibrele naturale animale, poliesterice, poliamidice etc);

• neinflamabile nu se aprind şi nu întreţin arderea (azbest, stică, policlorvinilidenice etc). La ardere, fiecare tip de fibră are un comportament specific.

Din acest motiv arderea este folosită ca metodă de identificare a fibrelor.

Fibrele celulozice (naturale şi artificiale) se aprind uşor, ard continuu, iar în urma arderii rezultă o cenuşă fină, excepţie face acetatul, care prin combustie se topeşte, lasând un rezidiu cărbunos.

Bumbacul prin ardere degajă un miros specific (de hârtie arsă), iar în stare presată are proprietatea de a arde mocnit, fără flacără. Arderea fără flacără poate dura câteva zeci de ore. Dacă arderea mocnită ajunge într-o zonă mai afânată, atunci pot izbucni flăcările.

Fibrele animale (părurile şi mătasea) se aprid uşor în contact direct cu flacăra, dar nu întreţin arderea, se sting de la sine după îndepărtarea flăcării, din care cauză unii autori consideră că aceste fibre fac parte din categoria fibrelor neinflamabile. Prin ardere degajă un miros specific (de păr ars) şi lasă un rezidiu spongios, sfărâmicios aderent la fibră.

Majoritatea fibrelor sintetice se aprind dar nu întreţin arderea. Prin ardere se topesc lăsând o bilă (topitură) aderentă la fibră.

Există domenii de folosire în care se impune utilizarea articolelor textile neinflamabile – ignifuge, care nu se aprind sau se aprind greu, împiedicând propagarea focului. Asemenea articole sunt:


111

stofele de mobilă şi draperiile destinate sălilor de spectacol, spitalelor etc; haine de protecţie pentru pompieri, oţelari etc. Pentru astfel de domenii este strict necesar să se utilizeze fibre ignifuge naturale, fibre ignifuge obţinute pe cale chimică, sau fibre inflamabile cărora l-i s-a aplicat un tratament de ignifugare. Ignifugarea presupune acoperirea sau impregnarea materialelor cu substanţe ignifuge, în vederea reducerii vitezei de propagare a flăcării şi a reducerii vitezei de propagare a arderii fără flacără.

V.2.5. Efectele căldurii

asupra dimensiunilor fibrelor

Fibrele textile, supuse unui tratament termic, chiar la temperaturi inferioare celor de înmuiere sau distrugere, suferă o serie de modificări structurale, care se pot aprecia prin contracţie. Contracţia, ca efect al temperaturii, reprezintă modificarea dimensiunilor fibrelor, respectiv micşorarea lungimii concomitent cu creşterea grosimii. Practic, valoarea contracţiei (C) se determină prin măsurarea lungimii fibrelor înainte de tratament (l0) şi după tratament (l-):

1000 ⋅−

=l

llC (%)

Cu cât tratamentul termic se realizează la temperaturi mai mari cu atât modificările ireversibile ale dimensiunilor vor fi mai accentuate. De asemenea, modificările sunt mai accentuate dacă tratamentul termic decurge în prezenţa unor agenţi de umflare, cum ar fi de exemplu apa, sau aburul. Din acest motiv, atunci când se indică o anumită valoare a contracţiei trebuie să se specifice şi tratamentul la care a fost supusă proba analizată.

Se consideră că produsele textile şi fibrele textile au o bună stabilitate dimensională, dacă contracţia este mai mică de 2 %.

În funcţie de destinaţie, fibrele chimice se produc cu diferite valori ale contracţiei.

Diminuarea, sau chiar eliminarea efectului de contracţie la fibrele chimice se realizează printr-un tratament termic, care poartă denumirea de termofixare sau fixare.

Fibre textile

112

Termofixarea filamentelor încreţite (cablurilor destinate

obţinerii fibrelor scurte, sau a firelor texturate) are ca scop stabilizarea ondulaţiilor.

Efectul termofixării asupra caracteristicilor fibrelor depinde atât de parametrii tratamentului termic (durată, temperatură, prezenţa aburului) cât şi starea relaxată, sau tensionată a fibrelor în timpul tratamentului.

De exemplu, în cazul tratării cu abur a fibrelor de lână în stare tensionată, efectele obţinute depind de durata tratamentului. S-a constatat, că, o fibră de lână în stare tensionată tratată cu abur timp de 2 – 3 minute suferă o contracţie de până la 30 %, fenomenul purtând denumirea de supracontracţie. Dacă durata aceluiaşi tratamnetul se prelungeşte la 25 - 30 minute, atunci structura fibrei se fixează la lungimea corespunzătoare stării tensionate, fenomenul purtând denumirea de fixare.

Acţiunea aburului şi a forţei de tensionare, timp de 2 – 3 minute, determină ruperea legăturilor intercatenare. Dacă, după durata menţionată, tratamentul se întrerupe, atunci catenele se ondulează, apare fenomenul de supracontracţie, fibra pierzând cca. 30 % din lungimea iniţială. Dacă, însă, după ruperea legăturilor intercatenare, fibra se menţine în stare tensionată încă 25 minute, atunci în acest interval de timp se formează alte legături, corespunzătoare noilor poziţii, astfel apare fenomenul de fixare, fibra păstrându-şi permanent lungimea la care a fost deformată.

De regulă, efectele obţinute prin tratamente termice, sau hidrotermice rămând stabile până la nivelul temperaturilor folosite în procesul respectiv.

Cunoşterea efectelor temperaturii asupra fiecărui tip de fibră permite conducerea corespunzătoare a proceselor de finisare chimică textilă şi totodată facilitează indicarea condiţiilor de exploatare şi de întreţinere a produselor textile.


113

V. 3. PROPRIETĂŢILE OPTICE

V.3.1. Consideraţii genarale

Principalele proprietăţi optice în funcţie de care se apreciază calitatea fibrelor textile, se stabilesc reţetele de amestec ce urmează a se prelucra în filatură, precum şi destinaţia firelor sunt:

– luciul; – culoarea; – indicele de refracţie; – dicroismul

Luciul unui corp este determinat de capacitatea acestuia de a reflecta difuz sau regulat lumina ce cade pe suprafaţa sa. La corpurile solide, în funcţie de netezimea suprafeţelor şi capacitatea de a reflecta razele luminoase se întâlnesc următoarele tipuri de luciu:

– luciul metalic, specific metalelor şi mineralelor metalifere; – luciul diamantin, caracteristic mineralelor transparente; – luciul sticlos, în care se încadrează toate fibrele textile; – luciul gras, specific cuarţului; – luciul mătăsos, caracteristic mineralelor în care se găsesc

filoame de fibre; – luciul sidefos, caracteristic mineralelor cu conţinut

lamelar de minerale; Culoarea unui corp este determinată de capacitatea acestuia

de a absorbi o parte din radiaţiile cuprinse în lumina albă. Indicele de refracţie absolut reprezintă raportul dintre viteza

de propagare a unei unde în vid şi viteza de propagare a aceleiaşi unde într-un mediu. Valoarea indicelui de refracţie (n), dependentă de lungimea de undă a radiaţiei, se calculează ca raport dintre sinusul unghiului de incidenţă (i1) şi sinusul unghiului de refracţie (i2):

2

1

sinsin

iin =

Fibre textile

114 Dicroismul este proprietatea, specifică substanţelor

birefringente uniaxe (care au o singură axă optică), de a absorbi selectiv una din razele ordinară şi extraordinară care iau naştere în interiorul lor în urma refracţiei unei raze incidente.

V.3.2. Proprietăţi optice specifice fibrelor textile

Luciul fibrelor este determinat de starea de suprafaţă. Cu cât suprafaţa laterală este mai omogenă şi mai netedă cu atât luciul este mai pronunţat. Din punct de vedere al luciului fibrele textile se împart în următoarele categorii:

– fibre cu luciul mat: bumbacul scurt şi de lungime medie, dar cu densitate de lungime mare; lâna groasă şi semigroasă; fibrele liberiene aspre;

– fibre cu luciul slab: bumbacul lung; inul, cânepa şi ramia cotonizate; lâna fină;

– fibre cu luciul pronunţat: bumbacul mercerizat; mătasea nedegomată (borangicul);

– fibre cu luciul puternic: mătasea degomată; fibrele chimice matisate;

– fibre cu luciul forte puternic: fibrele chimice nematisate.

Luciul fibrelor textile poate fi modificat prin diferite tratamente fizice sau chimice. Astfel, prin tratarea bumbacului cu hidroxid de natriu, fibrele, devin cilindrice cu suprafaţa laterală netedă, dispar răsuciturile, ceea ce are ca efect creşterea pronunţată a luciului.

La unele fibre naturale creşterea luciului presupune îndepărtarea substanţelor însoţitoare. Astfel, îndepărtarea sericinei din borangic, tratament cunoscut sub denumirea de degomare, are ca efect îndepărtarea sericinei, obţinerea filamentelor singulare de mătase (filamentele de fibroină), care se caracterizează printr-un luciu mult mai accentuat comparativ cu luciul borangicului.

De asemenea, cotonizarea fibrelor tehnice de in şi cânepă, tratament care presupune divizarea avansată a fibrelor concomitent cu îndepărtarea unei cantităţi însemnate de substanţe însoţitoare are ca efect creşterea luciului.


115 Polimerii din care se fabrică fibrelor chimice se caracterizează

prin luciul foarte pronunţat. Scăderea luciului la fibrele chimice se realizează prin matisare, adică includerea superficială, sau în întreaga masă a polimerului a particulelor de matisant.

Matisarea se poate face înainte de operaţia de filare chimică, respectiv înainte de transformarea polimerului în filamente, prin dispersia particulelor fine de matisant în masa polimerului adus în stare de mobilitate, sau după filare prin dispersia particulelor în straturile de la suprafaţa filamentelor.

Ca matisant, aproape în exclusivitate, se utilizează particule foarte fine (2μm) de bioxidul de titan (TiO2). Se recomandă ca dimensiunile particulelor să fie de 10 până la 40 de ori mai mici decât orificiile filierelor. Efectul maxim de matisare se obţine prin includerea în polimer a unei cantităţi de 2 % de matisant.

Luciul fibrelor se mai poate diminua şi prin modificarea structurii de suprafaţă. Fibrele cu suprafaţa laterală denivelată prezintă un luciu mai atenuat comparativ cu cele cu suprafaţă netedă.

Luciul produselor textile este influenţat de luciul şi grosimea fibrelor, precum şi de structura produsului respectiv.

Produsele obţinute din fibre subţiri au un luciu mai redus comparativ cu cele realizate din fibre similare, dar de grosime mai mare. Luciul produselor textile poate fi redus prin creşterea torsiunii firelor şi prin mărirea frecveţei punctelor de legare din ţesături sau tricoturi.

Culoarea fibrelor, atât a celor naturale cât şi a celor care se

fabrică pe cale chimică, este predominant albă, dar gradul de alb nu este acelaşi pentru toate categoriile de fibră .

La fibrele naturale culoarea şi nuanţa culorii este determinată de varietate, soi, sau rasă, dar şi de starea generală a fibrelor. Orice abatere de la nuanţa normală indică o degradare a fibrelor, deci o calitate inferioară. Din acest motiv, în special pentru fibrele naturale vegetale, culoare constituie unul din criteriile de apreciere a calităţii.

Culoarea bumbacului, din punct de vedere biologic, depinde specia şi soiurile de provenienţă, de zona de cultură, de condiţiile atmosferice din perioada de vegetaţie şi de coacere.

Culoarea naturală a fibrelor de bumbac variază de la alb intens până la brun roşcat, culorile intermediare fiind alb-lăptos, alb-gris, crem, crem-brun, brun deschis, brun închis.

Fibre textile

116

Marea majoritate a varietăţilor de bumbac, care se cultivă pentru fibre, produc fibre albe. Soiurile de bumbac colorat produc fibre cu caracteristici mecanice necorespunzătoare, iar plantele necesită condiţii pedoclimatice deosebite.

În industrie se preferă fibrele albe, deoarece din acestea se pot obţine produse într-o vastă gamă coloristică.

Celuloza – principalul component al fibrei de bumbac este de culoare albă. Modificarea culorii normale a celulozei se datorează substanţelor secundare care o însoţesc şi de gradul de pigmentare naturală, din care cauză culoarea normală a fibrelor, pentru marea majoritate a varietăţilor de bumbac este alb, alb-gălbui.

Alterarea culorii normale a fribrelor se datorează unor influenţe exterioare (frigul, bruma, roua, diverşi paraziţi etc.), care pot interveni în perioada de coacere. De asemenea, ambalarea, transportul şi depozitarea necorespunzătoare pot conduce la apariţia unor pete datorate acţiunii unor microorganisme.

De nuanţa culorii, respectiv de gradul de alb, se ţine seama atât la recoltarea şi egrenarea bumbacului, unde se formează loturi cât mai omogene, cât şi industria de prelucrare a acestor fibre. Se recomandă ca loturile cu grad de alb diferit să se prelucreze separat în filaturi, ţesătorii şi tricotaje, pentru a se asigura condiţiile necesare unei vopsiri cât mai uniforme şi a se evita apariţia nuanţărilor în produsele finisate.

Gradul de alb al fibrelor de bumbac se apreciază organoleptic, prin compararea probelor cu mostre etalon, sau cu ajutorul unor aparate numite leucometre.

Culoarea normală a principalelor fibre liberiene cum ar fi inul, cânepa şi iuta este cenuşiu-verzui şi tinde spre alb-gălbui, alb-argintiu. Culoarea alb-argintie indică o bună calitate a fibrelor. Din acest motiv, în unele ţări, la clasaficarea fuiorului se ţine seama şi de culoarea acestuia.

Culoarea fibrelor de lână, produsă de marea majoritate a raselor de oi, este alb, alb-gălbui, dar există şi rase de oi care produc fibre colorate în diferite culori şi nuanţe (negru, maron, gris). Culoarea şi nuaţa este determinată de cantitatea şi natura pigmenţilor care se găsesc în structura fibrei.


117

La unele fibre, cum este cazul borangicului, pigmenţii se găsesc în substanţele însoţitoare. În funcţie de natura pigmenţilor existenţi în sericină, borangicul poate avea diferite culori, alb, crem, galben-verzui. Filamentele de fibroină, care se obţin după eliminarea sericinei, au culoarea alb-strălucitor.

În general, în industrie, culoarea naturală a fibrelor se poate modifica prin finisarea chimică a produselor. Astfel, gradul de alb de poate îmbunătăţii prin folosirea unor agenţi chimici cu ajutorul cărora se îndepărtează pigmenţii şi substanţele însoţitoare, sau prin albire optică.

Fibrele chimice, în marea lor majoritate, sunt albe, dar se pot realiza şi fibre colorate. Şi cazul acestor fibre gradul de alb nu este acelaşi pentru toate categoriile. Gradul de alb al fibrelor chimice depinde de foarte mulţi factori, dintre care se menţionează: natura şi puritate polimerului, parametrii tehnologici din procesele de fabricaţie etc.

Fibrele chimice colorate se obţin fie prin vopsirea în masă a polimerului (dispersarea colorantului în masa polimerului înainte de filare), fie prin introducerea în fluxul tehnologic de fabricaţie a fazelor specifice vopsirii. Cel de al doilea caz este frecvent utilizat în tehnologiile de obţinere a firelor filamentare.

Culoarea fibrelor chimice se apreciază organoleptic, prin compararea mostrelor cu atlasuri de culori, ce cuprind diferite clase de culori, sau cu ajutorul colorimetrelor sau fotometrelor.

La aprecierea culorilor trebuie să se ţină seama de o serie de factori, cum ar fi sursa de lumină şi fondul pe care se cercetează culoarea, factori care pot influenţa nuaţa culorii analizate.

Astfel, lumina emisă de un bec incandescent, fiind bogată în radiaţii galbene, determină o deschidere a culorilor roşu şi portocaliu şi o închidere a culorilor albastre, lumina solară puternică reduce intensitatea tuturor culorilor, iar lumina solară slabă determină o deschidere a culorilor albastre şi o închidere a culorilor roşu şi galben.

Analizate pe un fond deschis, culorile apar mai accentuate, iar pe un fond închis apar mai atenuate. Culoarea roşu analizată pe un fond albastru tinde spre nuaţa galben-portocaliu, iar pe un fond verde apare cu nuanţa spre violet.

Fibre textile

118

Indicele de refracţie. Fibrele sunt corpuri anizotrope din punct de vedere optic. Indicii de refracţie pe cele două direcţii principale ale fibrei, în lungul axei şi perpendicular pe axa (fig.V.4), înregsitrează valori diferite.

În tabelul V.3, pentru principalele fibre textile, sunt redate

valorile orientative ale celor doi indici de refracţie, precum şi valorile birefringenţei, calculate ca diferenţă între indicele de refracţie în lungul axei şi perpendicular axa.

Valori orientative ale indicilor de refracţie Tabelul V.3

Indici de refracţie Tip fibrã axial perpendicular

Birefringenţa

Bumbac Giza 1,579 1,530 0,049 Lână 1,553 1,542 0,011 Mătase 1,591 1,538 0,053 Vâscoza 1,539 1,519 0,020 Poliamida 6.6 1,582 1,519 0,063 Poliester 1,725 1,537 0,188 Sticlă 1,547 1,547 0

Sticla, fiind izotropă, prezintă aceleaşi valori pentru indici de refracţie pe cele două direcţii.

În general, birefringenţa caracterizează gradul de orientare al elemtelor structurale ale fibrelor.

Dintre fibrele naturale, ramia se caracterizează prin cea mai avansată orientare, din care cauză este considerată ca prototip al fibrelor din acest punct de vedere. Birefringenţa acestor fibre compativ cu alte fibre este mare (β = 0,068).

nII

n┴

Fig. V.4. Reprezentarea schematică

a indicilor de refracţie


119

Dicroismul este capacitatea fibrelor de a reţine anumite radiaţii, atunci când sunt analizate în lumină polarizată.

Fibrele textile, datorită anizotropiei lor, absorb diferit radiaţiile cu o anumită lungime de undă, ceea ce face ca în lumină polarizată să apară colorate diferit. Schimbarea culorii se datorează absorbţiei inegale a uneia din cele două raze: ordinară şi extraordinară.

Acest fenomen se foloseşte pemtru aprecierea calitativă a fibrelor textile. Cu ajutorul luminii polarizate se poate determina gradul de maturitate a fibrelor de bumbac, care este influenţat de conţinutul de celuloză din fibre. Dacă sub condensatorul microscopului se introduce un nicol polarizor, iar la ocular se montează un nicol analizor la un unghi de 90o faţă de primul, câmpul rămâne întunecat. Dacă între polarizor şi analizor se aşează un preparat de fibre textile, lumina albă care trece din polarizor prin fibre şi analizor, va părăsi analizorul ca lumină colorată. Spunem că fibrele apar în culori de interferenţă.

Culorile de interferenţă prezentate de fibrele de bumbac sunt datorate proprietăţii de dublă refracţie (birefringenţă) a acestora şi depind de grosimea peretelui fibrelor. Pe baza culorii fibrelor de bumbac analizate în lumină polarizată, acestea se împart în patru clase de maturitate:

• mature – colorate în galben, • parţial mature – colorate în verde, • nemature – colorate în albastru, şi • total nemature – colorate în roşu.

Dicroismul fibrelor este folosit şi pentru detectarea unor defecte ale fibrelor chimice, care pot apărea datorită unor grade de etirare necorespunzătoare (subţieri datorită unor întinderi excesive), sau datorită unor solicitări de compresie , care ar conferi fibrelor un aspect aplatizat.

Fibre textile

120

V. 4. PROPRIETĂŢI ELECTRICE SPECIFICE FIBRELOR TEXTILE

Fibrele textile fac parte din clasa dielectricilor, a căror

proprităţi electrice sunt puternic influenţate de constanta dielectrică, conductibilitatea termică (dependentă de compoziţia chimică), numărul şi desimea punctelor de contact, de frecvenţă, de temperatură conţinutul de apă din fibre, umiditatea aerului, de mărimea forţelor de tracţiune, viteza de mişcare, etc.. Cunoaşterea proprietăţilor electrice ale fibrelor textile prezintă importanţă deosebită pentru stabilirea domeniilor de folosire şi pentru adoptarea condiţiilor optime de prelucrare. Astfel, ca izolatori electrici pot fi utilizate fibrele a căror conductivitate electrică este scăzută, în speţă a celor cu higroscopicitate redusă, sau chiar nulă. În procesele de prelucrare a fibrelor, care au o capacitate mare de acumulare a sarcinilor electrostatice, trebuiesc luate măsuri de prevenire a acestui fenomen, sau de creare a condiţiilor care să permită descărcarea sarcinilor acumulate de fibre. În procesele de prelucrare mecanică, fibrele se încarcă cu sarcini electrostatice, în special datorită frecărilor dintre fibre şi datorită frecărilor dintre fibre şi suprafeţele organele de lucru ale maşinilor. Sarcinile acumulate pot fi negative sau pozitive. O acumulare excesivă de sarcini electrice perturbă buna funcţionare a procesului tehnologic. Fibrele încărcate cu sarcini electrice de acelaşi semn se resping, iar cele încărcate cu sarcini electrice de semn contrar se atrag, deci vor avea tendinţa de a părăsi poziţia lor paralelă cu axa înşiruirii, ceea ce va determina obţinerea unor semifabricate neuniforme. O acumulare excesivă de sarcini electrice, duce deasemenea la lipirea fibrelor de organele de lucru ale maşinilor, producând înfăşurări ale acesora pe organele de lucru la înfundarea cardelor, etc., şi deci întreruperea proceselor tehnologice.


121

În ţesătorie apar defecte sub forma înfăşurării defectoase a firelor pe canete, sau pe sulurile de urzeală, iar la ţesere, datorită atracţie, sau respingerii firelor, apar defecte sub formă de rărituri care alternează cu desimi prea mari. De asemenea, materialele textile electrizate atrag şi reţin particulele de praf, de scame, murdărindu-se foarte repede. Pentru a preîntâmpina efectele negative menţionate, în practică, se iau o serie de măsuri menite să prevină încărcarea, precum şi măsuri care să favorizeze descărcarea sarcinilor acumulate. Asemenea măsuri sunt strict necesare în cazul prelucrării fibrelor sintetice, care, comparativ cu alte fibre, au mare capacitate de încărcare cu sarcini electrostatice. Dintre aceste măsuri se menţionează:

– folosirea amestecurilor de fibre ce se încarcă cu sarcini de semn contrar, producându-se astfel neutralizarea;

– introducerea în amestec a unui procent redus de fibre metalice, care să favorizeze descărcarea fibrelor de bază ale amestecului de sarcinilor acumulate;

– antistatizarea fibrelor în procesele de obţinere, sau înaintea introducerii lor în procesele tehnologice specifice sectorului textil; subtanţele antistatice se încarcă cu sarcini electrice de semn contrar cu cele reţinute de fibre;

– avivarea fibrelor, adică depunerea pe suprafaţa aceastora a unei pelicule care ca scop reducerea coeficientul de frecare, creşterea higroscopicităţii superficiale şi prin acesta creşterea conductivităţii electrice;

– antistatizarea manşoanelor cu care se îmbracă unele organe de lucru ale maşinilor, cum ar fi cilindrii superiori ai trenurilor de laminat;

– umidificarea aerului din halele de fabricaţie; – legarea la pământ a maşinilor; – ionizarea aerului în zona în care apar perturbaţii, cum ar fi

de exemplu înaintea înfăşurării firelor pe sulul de urzeală; Măsurile se adoptă în funcţie de materialul prelucrat, procesul

tehnologic utilizat şi efectele dorite a se obţine.

Fibre textile

122

V. 5. MASA ŞI VOLUMUL SPECIFIC

V.5.1. Densitatea şi volumul specific al fibrelor.

Masa specifică a fibrelor este determinată de natura polimerului, structura fibrelor şi de conţinutul de umiditate. Fibrele sunt corpuri neomogene, cu cavităţi şi pori de diverse forme şi mărimi, din care cauza masa specifică se apreciază prin masă specifică reală (ρr) şi masă specifică aparentă (ρa) pentru a căror calcul se iau în considerare volumul real, respectiv volumul aparent al fibrelor. De asemenea, ţinând cont de volumul real sau de volumul aparent al fibrelor se determină volumul specific real, respectiv volumul specific aparent. Densitatea reală (ρr) şi volumul specific real (Vsr) al fibrelor se determină cu relaţiile:

r

fr V

M=ρ (g/cm3);

f

rsr M

VV = (cm3/g)

în care Mf – masa probei, g; Vr – volumul real al probei, cm3. Prin volumul real al unei fibre se înţelege volumul ocupat de substanţa din care este alcătuită fibra, excluzându-se cavităţile, porozităţile, sau golurile existente în structura fibrei considerate. Densitatea aparentă (ρa) şi volumul specific aparent (Vsa) al fibrelor se determină cu relaţi similare celor prezentate anterior, respectiv:

a

fa V

M=ρ (g/cm3);

f

asa M

VV = (cm3/g)

în care Mf reprezintă masa probei, g; Va – volumul aparent al probei, cm3.

Volumul aparent al unei fibre cuprinde atât volumul ocupat de substanţa din care este alcătuită fibra cât şi volumul cavităţilor, porozităţilor şi golurilor existente în structura fibrei.

Este evident că:

ra VV > ⇒ ar ρρ >


123

Datorită faptului că întotdeauna densitatea reală este mai mare decât densitatea aparentă, fibrele se caracterizează prin aşa numita porozitate, care se defineşte prin următoarea relaţie:

100⋅−

=r

arpρρρ (%)

O porozitate mare indică faptul că în structura fibrelor este înglobată o cantitate mare de aer.

Creşterea porozităţii fibrelor chimice se poate realiza practic prin includerea în masa polimerului adus în stare de mobilitate, deci înainte de filare, a unor particule fine de gaz inert. Prin aceasta se îmbunătăţeşte capacitatea de izolare termică, dar se înrăutăţesc alte proprietăţi ale fibrelor cum ar fi rezistenţa la tracţiune.

De valoarea densităţii fibrelor se ţine cont la proiectarea produselor textile şi la stabilirea parametrilor de lucru în procesele de prelucrare.

Astfel, diametrul firului este unul din principalii parametri de bază de care se ţine cont la proiectarea tricoturilor. Dar, pentru aceeaşi densitate de lungime a firului, diametrul acestuia este cu atât mai mare cu cât masa specifică a fibrelor este mai mică.

De asemenea, fibrele cu densitate mică se caracterizează prin capacitate de acoperire mare. Deci, din fibre cu densitate mică se pot realiza produse uşoare, cu masă redusă pe unitate de suprafaţă, şi cu un comsum redus de energie.

Fibrele cu porozitate mare conferă produselor realizate o bună capacitate de izolare termică, aceasta datorită faptului că în structura fibrelor este înglobată o cantitate mare de aer. În procesele de prelucrare trebuie să se ţină cont de densitatea fibrelor, în special în acele faze tehnologice din filatură, sau din fluxul tehnologic de obţinere a materialelor textile neţesute, în care transportul materialului fibros se face pneumatic. Astfel, dacă se transportă pneumatic un amestec fibros format din componenţi cu densităţi diferite poate să apară fenomenul de stratificare, fenomen cu influenţe negative asupra omogenităţii amestecului şi în final asupra calităţii produsului finit.

Fibre textile

124

V.5.2. Metode de determinare a densităţii reale

şi a volumul specific real al fibrelor

Pentru a determina masa specifică reală, respectiv volumul specific real este necesar să se cunoască masa probei de fibre supuse analizei, precum şi volumul real al tuturor fibrelor din probă. Masa probei se poate determina, relativ uşor, cu ajutorul unei balanţe gravimetrice, dar volumul real se determină mult mai dificil. Acesta, pe de o parte datorită faptului că fibrele sunt corpuri de volume foarte mici şi pe de altă parte datorită neuniformităţii dimensiunilor lor. Există mai multe metode prin care se poate stabili cu precizie valoarea volumului real al fibrelor dintr-o probă. Majoritatea metodelor presupun imersarea probei de fibre de masă cunoscută într-un lichid şi determinarea volumului, sau, după caz, a masei lichidului deslocuit de către proba imersată. Lichidele folosite trebuie să îndeplinească unele condiţii şi anume:

– să nu fie absorbite de fibre; – să fie capabile să deslocuiască toate porozităţile existente

în structura fibrelor; – să fie neutre din punct de chimic în raport cu fibrele

analizate. Asemenea condiţii sunt îndeplinite de toluen, benzen,

nitrobenzen, tetraclorură de carbon. Metoda cilindrului gradat Această metodă se bazează pe principiul: un corp scufundat

într-un lichid deslocuieşte un volum de lichid egal cu volumul său.

H1

D

H

proba de fibre Fig. V.5. Schema de principiu a

metodei cilindrului gradat


125

Dacă o probă de masă M se introduce într-un cilindru gradat (fig. V.5), atunci nivelul lichidului creşte de la valoarea iniţială H la valoarea H1. Cunoscându-se diamtrul cilindrului, D, se poate calcula volumul lichidului deslocuit (Vl), care, de fapt, este egal cu volumul real al probei de fibre (Vrf):

( )4

12 HHDVV rfl

−==π ;

deci, în acest caz, densitatea reală a fibrelor analizate se determină cu relaţia:

( )HHDM

VM

rfr −

==1

24

πρ

Metoda prezintă dezavantajul că nu este precisă. Pentru a se obţine rezultate acceptabile este necesar ca nivelele lichidului să citească cu o precizie cât mai mare, ceea ce se poate asigura cu ajutorul unor dispozitive optice, special concepute în acest scop. Metoda balanţei hidrostatice Metoda balanţei hidrostatice (fig.V.6) are la bază principiul lui Arhimede: un corp scufundat într-un lichid este împins în sus cu o forţă egală numeric cu masa lichidului deslocuit.

Balaţa, de construcţie specială, are un braţ prevăzut cu o spiră

în care se fixează proba de fibre. Iniţial de stabileşte masa spirei (MSl) introduse în lichid până la un anumit nivel, apoi se introduce o probă de fibre de masă cunoscută (Mf) în spira balanţei şi se determină masa spirei şi a probei (Msfl) scufundate în lichid până la acelaşi nivel.

Fig.V.6. Schema de principiu a

balanţei hidrostatice[14] 1 – spira cu proba de fibre; 2 – nivelul de scufundare

1

2

Fibre textile

126

Cunoscându-se masa spirei cu fibre în lichid şi masa spirei în lichid se calculează masa probei de fibre scufundate în lichid (Mfl):

slsflfl MMM −=

Masa lichidului deslocuit (Mld), conform principiului lui Arhimede, este egală cu diferenţa dintre masa probei stabile în aer şi masa aceleeaşi probe în lichid:

fllld MMM −=

Cunoscându-se densitatea lichidului (ρl) se determină volumul lichidului deslocuit (Vld), care este egal cu volumul probei (Vf):

l

ldfld

MVVρ

==

Metoda picnometrică Denumirea metodei derivă de la picnometru (fig.V.7), un balon de sticlă, în care se poate delimita un volum constat de lichid.

Volumul constant de lichid este posibil de asigurat deoarece

picnometrul este prevăzut cu un dop şlefuit şi cu tub capilar. Această metodă are la bază principiul dislocuirii de către fibre,

când acestea sunt imersate într-un lichid, a unui volum egal cu volumul fibrelor. Metoda este foarte simplă, nu necesită dotări speciale, doar un picnometru şi o balanţă gravimetrică de precizie, iar rezultatele obţinute sunt precise.

Practic, se determină masa probei de fibre (Mf) în aer, masa picnometrului plin cu lichid (Ml), apoi, după introducerea fibrelor în lichid se determină masa picnometrului cu lichid şi fibre (Mjf).

Fig. V.7. Picnometru 1 – balon de sticlă;

2 – dop şlefuit cu tub capilar 1

2


127

Cunoscându-se densitatea lichidului (ρl) şi valorile celor trei cântăriri se calculează masa lichidului deslocuit (Mld), volumul lichidului deslocuit (Vld), care este egal cu volumul real al fibrelor din probă (Vf) şi în final densitatea fibrelor (ρf), în acest scop folosindu-se relaţiile:

lfflld MMMM −+= ;

l

lffl

l

ldfld

MMMMVVρρ

−+=== ;

lffl

lf

f

ff MMM

MVM

−+

⋅==

ρρ

V.5.3. Metode de determinare a densităţii aparente şi a volumul specific aparent al fibrelor

După cum s-a menţionat la începutul acestui capitol densitatea aparentă (ρa), respectiv volumul specific aparent (Vsa) al fibrelor se determină cu relaţiile:

a

fa V

M=ρ (g/cm3);

f

asa M

VV = (cm3/g)

în care: Mf – masa probei, g; Va – volumul aparent al probei, cm3. Ca şi cazul densităţii reale, masa probei de fibre se determină relativ uşor, iar pentru determinarea volumului aparent se aplică metode specifice în funcţie de forma fibrelor.

La toate fibrele, indiferent de forma lor, volumul aparent se determină prin calcul. La fibre cu secţiune circulară, volumul aparent al unei probe se calculează cu relaţia:

nLdVa ⋅⋅=4

2π

în care: d – reprezintă valoarea medie a diametrului, cm; L – lungimea medie a fibrelor; n – numărul de fibre din probă.

Fibre textile

128 Pentru fibrele a căror secţiune transversală este diferită de cea circulară, volumul aparent se determină cu relaţia:

nLAVa ⋅⋅= în care: A – aria medie a secţiunilor transversale, cm2: L - lungimea medie a fibre, cm; n - numărul fibrelor din probă. După cum rezultă din relaţiile prezentate, calculul volumului aparent al unei probe de fibre presupune cunoaşterea numărului de fibre din probă şi determinarea lungimii medii şi a diametrului mediu, sau a valorii medii a ariei secţiunii transversale. Toate aceste determinări sunt anevoioase şi necesită mult timp. Reducerea timpului de analiză se poate realiza prin segmentarea fibrelor la aceeaşi lungime. În acest caz lungimea medie a fibrelor din probă este egală cu lungimea de segmentare (Ls), iar volumul aparent se calculează cu relaţiile:

nLdV sa ⋅⋅=4

2π ; nLAV sa ⋅⋅=

în care semnificaţia terminilor este aceeaşi cu cea din relaţiile prezentate anterior.

În funcţie de densitatea reală, fibrele pot fi grupa în patru categorii:

– fibre cu densitate mică, ρ = 0,8....1,2 g/cm3, ex: fibrele polietilenice; polipropilenice; toate tipurile de poliamide; poliacrilonitrilice;

– fibre cu densitate medie, ρ = 1,2....1,34 g/cm3, ex: fibrele naturale animale (părurile şi mătasea);

fibrele artificiale proteice; polialcoolvinilice; – fibre cu densitate mare, ρ = 1,38....1,6 g/cm3, ex:

fibrele celulozice naturale (bumbac, in, cânepă etc) şi artificiale (vâscoza, cupro); poliesterice; acetat celulozice;

– fibre cu densitate, foarte mare ρ = 2,0....2,8 g/cm3, ex: fibrele azbest; sticlă; tetrafloretilenice (teflon).

Documents

CAPITOLUL V. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE FIBRELOR …. Dr. Ing. Demetra... · Consideraţii generale Prin higroscopicitate se înţelege proprietatea fibrelor de acumula şi de a ceda