CONTROL CALIDAD de FIBRAS TEXTILES, TEJIDOS y producto CONFECCIONADO. 1.- Fibras textiles. Aspectos generales. Se denominan fibras textiles a las fibras naturales, artificiales y sintéticas que poseen un pequeño diámetro (micras) comparado con su longitud (cm, m), relativamente flexibles y macroscópicamente homogéneas, con las que se pueden obtener hilados, tejidos, mallas, cuerdas y otras manufacturas semejantes. Estas fibras son en general muy cortas, de menos de 50 mm de largo, con espesores del orden de menos de 50 micras. Antes de utilizar las fibras para fabricar los tejidos es necesario obtener de ellas hilos continuos de diámetro y torsión adecuada para la URDIMBRE (conjunto de hilos paralelos dispuestos en el sentido del largo del tejido ó situados enfrente del telar los hilos paralelos que vemos en sentido longitudinal) y la TRAMA (hilos que cruzan el tejido ó situados transversales a los de urdimbre tal como se observa frente al telar). Estos son los dos tipos fundamentales de hilos que entrecruzados con determinada estructura ó ligamento forman los distintos tipos de tejidos. Consultar norma UNE 40.161 “Tejidos de calada: definiciones relativas a su estructura” y UNE 40.017 “Tejidos de calada. Notaciones empleadas en la representación de su estructura”. Los hilos se forman agrupando las fibras ordenadamente para que compongan una sección sensiblemente uniforme, y después, torciendo el conjunto para que aumente la fricción entre las fibras y conferirle de esta manera al hilo resistencia a la tracción entre otras propiedades. Antiguamente esta operación se realizaba a mano, con el huso y la rueca, en la actualidad el hilado se realiza en máquinas hiladoras, en un proceso complejo, en el que por medio de estirajes y torsiones sucesivas, se obtienen hilos de diámetros y resistencias suficientemente uniformes [1]. Para una descripción de materias textiles, esquema morfológico, terminología y definiciones consultar norma UNE 40.388 En función de su origen, las fibras pueden clasificarse en dos grandes grupos: Fibras naturales, que se presentan como tales en la Naturaleza. Fibras sintéticas, que se preparan a través de los correspondientes procesos de transformación de polímeros en fibras. Como ejemplos representativos del primer grupo de fibras podemos citar: lana, seda, pelos animales (alpaca, mohair, cachemir, angorina, etc.). De origen vegetal algodón, lino, ramio, cáñamo, sisal, yute, etc. Como ejemplos de fibras químicas de polímero natural tendremos: caucho natural (elastodieno), celulosa regenerada (rayon), viscosa, crupo, modal, éster de celulosa (acetato de celulosa, triacetato de celulosa
Para el caso de fibras químicas de polímero sintético las más representativas serían: derivados poivinílicos (acrílicas), poliamida (nylon), poliésteres, poliuretano segmentado (elastanos), poliolefinas. Para una clasificación rigurosa y detallada consultar norma UNE 40.452 “Textiles. Nombres genéricos para las fibras naturales” y UNE 40.449 “Clasificación de las fibras textiles según su origen”. Las fibras textiles convencionales poseen en común la característica de estar formadas por moléculas muy largas simula 3 Además de las propiedades mecánicas que se requieren en cualquier textil, las principales propiedades que entran en juego en el comportamiento general del tejido frente a los usos a que se destina son: a) La resiliencia a la compresión, o al estiraje ó tracción. b) La transmisión del calor y de electricidad (propensión a la electricidad estática). c) La permeabilidad al aire. d) Las propiedades de humedad y de capilaridad o inversamente. e) Las propiedades hidrófugas o de impermeabilidad al agua. f) La estabilidad dimensional en estado seco o en estado húmedo. g) La resistencia al plegado y el auto desarrugado. h) La resistencia a la abrasión y a la formación de pilling. i) Las propiedades de fieltrado. j) El comportamiento frente al engrase o la suciedad. k) El «tacto», la «caída», el «brillo». Algunas de estas propiedades son mensurables, otras solamente perceptibles en una escala de cualidad, variable según el observador. Además, casi todas las propiedades citadas son interdependientes, lo que a menudo complica el problema de su evaluación. La resistencia de un tejido se caracteriza por el hecho de que, cuando un esfuerzo de presión se ejerce sobre el tejido, algunas fibras se desplazan; al cesar éste, las fibras vuelven a su posición inicial, y el tejido a su aspecto primitivo. La resiliencia pone en juego, principalmente las propiedades de las fibras, tales como el módulo inicial y la recuperación elástica instantánea, así como la deformación permanente. La geometría del tejido interviene ya que, para que la propiedad se manifieste, es necesario que las fibras tengan cierto grado de libertad. La resiliencia está en estrecha correlación con otras propiedades tales como el tacto, hinchamiento, la transmisión de calor, la inarrugabilidad; y actúa especialmente sobre la permanencia de estas propiedades. La mayoría de las fibras sintéticas dan tejidos de buena resiliencia comparable a la lana; por el contrario, las fibras artificiales que tienen una fuerte deformación permanente y un módulo inicial débil, proporcionan tejidos cuya resiliencia inicial se atenúa con el tiempo. El tacto de un tejido es la impresión que se siente al tocarlo. La resiliencia interviene para dar la impresión de nervio, de suavidad a la compresión, de volumen, de calor. La forma de la superficie de las fibras da la impresión de dulzura, de ligereza, o por el contrario de rigidez, de rugosidad; si las fibras tienen un alto módulo inicial, son generalmente origen de fuertes tensiones internas que hacen el tacto áspero, duro, poco agradable. Los tratamientos de termofijado, disminuyen o anulan estas tensiones internas, mejorando a menudo el tacto de los artículos. 4 No se puede clasificar, pues, el valor respectivo de !as distintas fibras frente a esta propiedad subjetiva, pero son también las sintéticas las que se prestarán mejor a la realización de un «tacto» determinado, gracias a la amplitud y a la multiplicidad de los tratamientos de acabado que podrán soportar. La noción «comfort» de un artículo textil, está en relación con las propiedades de cambio térmico, de permeabilidad al aire o al vapor de agua, de la ligereza (para no implicar movimientos). Los cambios térmicos dependen de varios factores: conductibilidad térmica de las fibras que dependen de su estructura molecular; cantidad de aire encerrado, que depende de la densidad de fibras por unidad de volumen del tejido; fijado exotérmico del agua que depende de la reprise o tasa legal de humedad de la materia textil. Las fibras sintéticas, de débil recuperación, están menos favorecidas con respecto a esto, y es necesario paliar este inconveniente (en este caso) mediante la geometría de los artículos y el trabajo de los hilos que aumentan de volumen. La estructuración, según los distintos procedimientos que han sido señalados, ha permitido grandes progresos sobre el particular. La permeabilidad al aire y al vapor de agua, es necesaria para permitir la refrigeración y perspiración ó transpiración de la piel. A continuación se indica un pequeño glosario relativo a propiedades de confort, protección y resistencia: Stretch: Indica presencia de elasticidad en una prenda. GoreTex: Sistema de prendas que utiliza tejidos laminados con membranas. Fueron los primeros en utilizar un sistema de sellado impermeable en las costuras. Actualmente hay otros sistemas que lo igualan o incluso superan, sin llegar a ser tan caros. Thermolite: Fibra de filamento hueco que presenta poco peso y máximo aislamiento al frío. No hay nada que con el mismo peso mantenga tanto el calor como el thermolite. Se presenta en formato de guatas (para rellenos) y en formato de fibras para hacer prendas. Polar: Prenda que utiliza tejidos de alta densidad con capacidad de retener un gran volumen de aire dentro del filamento, con lo que se consigue un buen aislamiento térmico. Soft Shell: Sistema de tejidos polares con o sin membrana y con una elasticidad moderada. Membrana: Fina película de poliuretano que se lamina dentro de otros dos tejidos. Las membranas pueden ser microporosas o capilares. Bloquean el viento y las moléculas líquidas dejando pasar un discreto volumen de moléculas gaseosas (perspiración). Cordura: Aramida modificada con estructura de poliamida que mediante un proceso de taslanización o texturizado especial produce en el hilo la aparición de una serie de cristales que son extremadamente resistentes al roce y a la abrasión, pero no es particularmente resistente a los cortes. Se le debe insertar un hilo de kevlar que incrementa notablemente la resistencia a los cortes y a la rotura. 5 2.- Descripción de las fibras textiles de mayor relevancia. 2.1. Algodón. Las fibras de algodón proceden de la semilla del algodonero (Gossypium), del género de las malváceas. Los diferentes tipos de algodón cultivados son el Gossypium hirsutum (87%) o algodón americano, Gossypium barbadense (8%) o algodón egipcio y el Gossypium herbaceum (5%). Aproximadamente la mitad del tiempo necesario para el desarrollo de la fibra es ocupado en el crecimiento longitudinal y la otra mitad en el crecimiento interno (espesor). Mientras crece longitudinalmente, la fibra consiste en un tubo de paredes finas (pared primaria) ocupada por el protoplasma. La pared secundaria se forma a medida que aumente el espesor de la fibra al depositarse capas de celulosa desde el interior de la pared primaria. La pared secundaria no se desarrolla uniformemente en todas las fibras de una mis 6 Para información más detallada se puede consultar la norma UNE 40141 “Textiles. Fibras de algodón. Evaluación de la madurez. Método por microscopio óptico”. Veamos un poco más detalladamente los procedimientos para la determinación de la madurez del algodón y las consecuencias industriales que se derivan de su conocimiento. La célula del algodón tiene forma de un tubo cuyo perímetro medio es una característica de la variabilidad considerada. La pared del tubo (membrana) se llama se llama pared primaria y tiene un espesor de 0,1 mm. En el segundo periodo de crecimiento de la fibra, el tubo se rellena por deposición de finas capas espirales de celulosa (pared secundaria). El protoplasma y la energía solar son los agentes productores de este crecimiento en espesor conocido generalmente como el “grado de madurez”, el cual depende esencialmente de las condiciones ambientales de la planta en el segundo periodo de crecimiento. Durante el crecimiento la fibra cambia frecuentemente de dirección, esto origina una ondulación natural. Se considera en general que el periodo de maduración dura de 5 a 7 semanas. El grado de madurez de una fibra de algodón se identifica con el grueso de las paredes de la fibra, es decir el grueso de la pared celular secundaria respecto al diámetro de la fibra redondeada con una lejía. Se afirma en este caso que cuánto más gruesa es la pared celular secundaria para un mismo diámetro de fibra, más madura es la fibra o más elevado es su grado de madurez. La madurez del algodón es una medida del grado de desarrollo de la pared celular, el cual se expresa como la relación entre el espesor de la pared (P), canal interior ó lumen (L) y la anchura de la fibra. El grado de madurez de una fibra de algodón se identifica con el grueso de las paredes de la fibra, es decir el grueso de la pared celular secundaria respecto al diámetro de una fibra redondeada e una disolución de NaOH ó lejía. Según este criterio tendríamos: FIBRAS MADURAS: L ≤ 2P FIBRAS INMADURAS: L > 2P FIBRAS MUERTAS: P < 2 µm Las cápsulas de algodón totalmente maduras y desarrolladas bajo condiciones favorables, contienen un número variable de fibras no maduras, en todo caso la proporción de ellas se puede situar en valores menores del 5%. 7 Se ha demostrado así mismo una estrecha relación entre el grado de madurez y la longitud de la molécula de celulosa en la pared secundaria. De tal manera que cuanto más larga es la molécula más madura es la fibra. En la determinación del grado de madurez de un conjunto de fibras mediante microscopía se distinguen generalmente las fibras maduras, las inmaduras, y en ocasiones cuando es posible las fibras muertas. No se dispone de una clara definición de cuando una fibra es madura o muerta. El grado de madurez del algodón está entre las características más determinantes de la calidad de la fibra ya que en su procesado industrial tiene una importancia notable en la hilabilidad de las fibras, en el número de botones en el velo de carda, sobre las propiedades del hilado fabricado con el mismo, así como sobre la tintabilidad o capacidad de absorber colorantes. Cuando la fibra es madura todas estas características se optimizan. A pesar de su importancia práctica, el grado de madurez no suele ser fácilmente encontrado ni conocido, al contrario que el Indice micronaire (finura de la fibra) y el índice Pressley (resistencia mecánica de la fibra) esto es debido a la dificultad de su determinación. Veamos cómo se determina el grado de madurez o Maturity index en inglés. Los procedimientos y aparatos desarrollados para la determinación del grado de madurez del algodón se pueden clasificar en dos grupos: Determinación del grado de madurez de cada fibra, por microscopía óptica. Determinación del grado de madurez de un copo de algodón. Clasificación de acuerdo a un estándar de clasificación nacional o internacional de grado de madurez. Suele ser un método muy tedioso ya que se toman muestras representativas de 2.500 a 3.000 fibras, se comparan bajo el microscopio unas 300 fibras de algodón con grados de madurez escalonados desde muy inmaduro hasta muy maduro. El ensayo se realiza en la vista longitudinal de la fibra en microscopio clasificándolas en 11 grupos. Valoración en función del efecto producido por lejía de sosa caustica. Se basa en hinchar la fibra con sosa caustica y en valorar posteriormente el espesor de las paredes de la fibra a través del microscopio. El empleo de luz polarizada ayuda a la discriminación de la madurez. Se utiliza un microscopio con luz polarizada con 250 a 300 aumentos y sosa caustica con concentración al 18% para hinchar la fibra. La preparación de la probeta se realiza con peines tipo Baer u otro aparato similar. Las fibras se cortan con un micrótomo a una distancia de 0,4 mm disociándolas con una aguja de destejer sobre un portaobjetos, procurando repartir la fibra sobre 2 cm2 , se moja con 4 o 5 gotas de etanol 96º, se absorbe con papel de filtro el exceso y se cubre con cubre-objeto. Se deposita a lo largo de uno de los laterales del cubre-objetos unas gotas de disolución de sosa caustica al 18% se facilita la difusión a lo largo de la laminilla absorbiendo con papel filtro por el otro extremo. 8 Se examinarán en torno a 300 fibras con 250 aumentos con un movimiento de la platina móvil de arriba abajo y de izquierda a derecha con incrementos de 2 mm, tomando nota de los tres tipos de fibras. El índice de inmadurez viene dado por la fórmula: 10N + 5T + D / 100 Donde: N son fibras maduras, T inmaduras y D fibras muertas, este índice varía de 1 a 10. Coeficiente de madurez o relación de madurez. Método británico. Método Shirley. Define como fibras muertas, aquellas fibras que una vez hinchadas, tienen un espesor de pared de 1/5 o menos de la anchura máxima de la fibra. Las fibras muertas tienen un aspecto variable que va desde cintas planas sin espiras y con una pared secundaria pequeña o inexistente, hasta el de formas muy retorcidas con una pared algo más desarrollada. Fibras de pared delgada, se define como aquellas fibras que no entran ni en el grupo de las normales, ni en el de las muertas. Fibras normales, son fibras que una vez hinchadas, se presentan como bastoncillos, con un lumen discontinuo o incluso no tienen. No tienen las espiras bien definidas. Se calcula el porcentaje de fibras normales N y el de fibras muertas D para cada grupo de cinco porta-objetos (cada probeta de ensayo son grupos de 100 fibras dispuestas sobre cada porta-objetos). La relación de madurez se calcula aplicando la fórmula: M = [(N – D)/200] + 0,70 Relación de madurez. Método USA, norma ASTM. Difiere del anterior en que solamente hace dos clasificaciones: Fibra madura: se consideran como maduras, todas las fibras que después de la acción de la lejía de sosa caustica al 18% presenta una forma cilíndrica sin espiras y en las cuales la pared celulósica secundaria es igual o mayor a ¼ del diámetro de la fibra (ancho del lumen igual a la mitad del diámetro de la fibra). Fibra inmadura: se consideran fibras “inmaduras” todas aquellas fibras hinchadas que presentan vueltas en espiral, es decir no son lisas, así como también fibras que son cilíndricas y sin espiras pero que son transparentes y cuyo espesor de pared es menor que el ancho del lumen. El porcentaje varía de 0 % (todas las fibras inmaduras) a 100% toda la fibra madura.
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