¿Com mesurar el coeficient de fricció fibra-fibra en fibres de PET ?

De tots es conegut la importància de la suavitat dels nostres teixits tèxtils , ja sigui en peces de roba de vestir , tovalloles o teixits tècnics . Aquesta suavitat  la podríem definir com el “feel good factor” buscat per tots quan comprem per exemple ,  una peça de roba.

La suavitat i per tant el confort ha estat considerat pels consumidors ,  com un paràmetre clau en les teles usades per a vestuari. Així com  pels comercialitzadors de productes tèxtils com un dels principals atributs més buscats dels consumidors.

És àmpliament acceptat, que la mà del teixit incloent  la seva suavitat és un terme complex. Influeixen moltes propietats i variables integrades en el curs d’una avaluació molt subjectiva.

La mà  de les fibres i dels teixits , pot variar-se entre amplis límits mitjançant un acabat de silicona. Aquest acabat , millora la suavitat  de les fibres , presumiblement reduint la fricció entre elles (coeficient de fricció  fibra / fibra).

Mètode tradicional  per  avaluar la suavitat

El mètode tradicional per avaluar la  mà  o suavitat en teixits , no teixits  i fibres  és la tècnica sensorial tàctil. Aquesta  mà del teixit  es avaluada  subjectivament per un panell de  persones entrenades  i amb experiència per a aquest fi. Fent servir els atributs mecànic-sensorials ,  tocant i sentint  el substrat tèxtil amb les mans. En l’avaluació es busca la  suavitat, finor, rigidesa o duresa , pel que  pot haver-hi algunes dificultats amb aquest mètode d’avaluació subjectiu.

La forma d’avaluació de la suavitat  del teixit  , es atribuint li  els adjectius i  paràmetres de  suavitat , pobra  , bona , excel·lent. Un altre opció es fent servir una escala de puntuació del 1 al 5 . Sent  la puntuació 1 com la més baixa en suavitat i 5  com la més alta amb una suavitat excel·lent

La avaluació subjectiva de la mà del teixits , no teixits i fibres  ,  també es defineix mitjançant la  norma ASTM D123-07, A3.

Assaig de fricció fibra -fibra

En el cas de fibres de PET , podem quantificar  objectivament la suavitat  de les fibres , mitjançant  un  mètode d’assaig  que mesura la fricció de les fibres ( fibra / fibra). 

La prova de fricció  es fonamenta en mesura la fricció d’una sola fibra lliscant sobre un petit cilindre de fibres.

El mètode consisteix  en preparar una capa de fibres tractades en paral·lel i embolicades  axialment al voltant d’un cilindre (vareta metàl·lica) de 80 mm de llarg i 3 mm de diàmetre.

A continuació, la vareta metàl·lica es col·loca sobre el suport  fixat a la part  inferior d’una Instron (tensile tester ) tipus 500. En el següent pas , s’agafa una  única fibra tractada,  i es fixa al suport de la  pinça  superior . Després es penja al voltant  (360º)  del cilindre recobert  de fibres de forma que quedi en angle recte amb les altres fibres del cilindre. Veure figura 1.

Figura 1. Esquema de l’assaig de fricció fibra – fibra.

En l’extrem  oposat de la fibra que està lliure . Se li penja un micro pes amb un pes conegut de  800 mg , que ens actuarà com a tensió coneguda.

A continuació, la fibra amb el micro pes. Es estirada cap amunt  verticalment a una velocitat constant de 20 mm / min.  donant com a resultat un valor de tensió.

Obtenció del coeficient de fricció

En les condicions d’assaig esmentades anteriorment, el coeficient  de fricció fibra / fibra es calcula mitjançant l’equació d’Eytelwein següent :

On .

To = Tensió mesurada .

                    Ti = Tensió aplicada .

                    u = Coeficient de fricció .

                    2n = Angle de contacte .

La prova de fricció de fibra / fibra , requereix un mínim de 5 determinacions de cada mostra. Així obtenim un valor mitjà  del coeficient de fricció que sigui  significatiu  de la suavitat de la mostra.

Rendiment de la fibra siliconada de polièster PET

Fibres  PET de polièster 6,7 dtex es van tractar amb la  següent formulació ,fen servir productes de silicona .

Formulació suggerida 

97%  PDMS amino funcional en  emulsió ( 30% – 40% ma* ) .

3%  Alcoxisilà amino funcional ( 100 % ma*).

Bany d’aplicació  

Contingut actiu del bany d’aplicació = 7% ma*

Quantitat d’acabat aplicat = 0,4% spf *

Resultats

Coeficient de fricció Fibra / Fibra  de 0,047 a 0,045.

Bones propietats antiestàtiques (molt baixes o fins i tot nul·les).

Resiliència , més del 70%

Durabilitat de l’acabat de silicona en les fibres  PET

Coeficient de fricció després de  rentar  en sec les fibres

Es col·loca una mostra de 20 g de pes ,  de les fibres tractades amb la formulació anterior , en un recipient de 500 ml  al qual s’afegeixen 300 ml de percloroetilè. El recipient tancat i hermètic es  col·loca sobre un agitador  durant 10 minuts. L’excés de dissolvent s’elimina després del període de prova  amb un escorregut per pressió ,  la mostra s’asseca a 60 ° C durant 1 hora abans de fer l’ assaig de  fricció  fibra-fibra.

Resultats del coeficient de fricció  fibra / fibra

Abans del rentat  en sec: 0,047

Després del rentat en sec: 0,056

Coeficient de fricció després de un rentat  domèstic de les fibres

Per l’obtenció del coeficient de fricció es  fa servir un coixí  de 10 cm x 10 cm de fibres tractades amb un pes total  de 40 g . El coixí es col·loca en una rentadora domèstica incloent una  càrrega de rentat addicional d’1 kg, inclòs el coixí de 40 g. Es fa servir un detergent d’us domèstic. Després del cicle de rentat (1 hora a 45 ° C), la mostra s’eixuga   a 40 ° C durant 3 hores abans de fer l’assaig de fricció fibra-fibra.

Resultats del coeficient de fricció  fibra / fibra

Abans del rentar domèstic : 0,047

Després del rentat domèstic : 0,060

Discussió dels resultats

L’assaig de determinació del coeficient de fricció fibra-fibra es molt més fiable que  el mètode tradicional de fer servir el tacte sensorial de la mà per determinar i avaluà  la suavitat de les fibres.

El mètode ens quantifica la suavitat de les fibres. Obtenim un coeficient numèric per lo que eliminem  la subjectivitat de tenir que fer servir  els adjectius de mà pobra  , bona , excel·lent.

Incrementa la fiabilitat dels resultats obtinguts de suavitat   de les fibres tractades amb polímers de silicona.

ma* , materia activa .

spf *. Sobre pes de fibra ,

Assaig de resiliència de fibres de PET siliconades

A més de les propietats inherents que té la fibra PET de polièster, és possible donar propietats de volum afegides mitjançant la formació de diverses configuracions de crimpat o arrissat en l’etapa de fabricació de la fibra.

Els polímers  de silicona s’apliquen a la fibra de polièster per reduir la fricció entre fibres ( tacte suau de les fibres )  i  també per millorar  la resiliència d’aquestes. Aquest siliconat de les fibres incrementa la propietat de conservació del volum inicial de les fibres sotmeses a una càrrega o pressió , proporcionant unes millors propietats d’aïllament tèrmic .

La suavitat i la recuperació a la compressió del teixit en formes de guata, es poden variar mitjançant l’ajust del nivell de crimpat i l’aplicació d’un acabat de silicona de les fibres. Aquesta millora és degut presumiblement per la reducció de la fricció de fibra / fibra.

En termes tècnics, podem dir que la resiliència de les fibres , és la quantitat màxima d’energia potencial elàstica que poden acumular les fibres abans d’arribar al seu límit de deformació. D’aquesta manera, una fibra amb una alta resiliència podrà suportar grans deformacions i recuperar la seva forma i volum inicial sense patir deformacions permanents.

Quantificació de la resiliència de les fibres de PET

La prova de resiliència ens dóna una idea de la compressibilitat de la massa de fibres i de la capacitat d’ aquesta massa de fibres per recuperar-se de la compressió. Per a un material completament elàstic, la resiliència seria del 100%. Mentre que per a un material totalment plàstic seria nul.

La resiliència també es pot expressar per la relació entre l’energia retornada per l’espècimen i l’energia gastada per l’aparell de proves.

La mesura requereix l’ús d’aparells especials de prova del tipus Shirley Thickness Gauge SDL 34. La següent figura 1, ens mostra esquemàticament la part de l’aparell on es posen els pesos i la fibra.

Figura 1 : Aparell de probes amb cilindre de perspex

Mètode d’assaig

Entre 0,5 i 1,5 g de fibres tractades i tallades se sotmeten a un cicle de canvis de pressió, la pressió augmenta gradualment des d’un mínim de 0 g / cm² fins a un valor màxim de 100 g / cm² i disminueix fins a 0 g / cm² .

Les fibres es col·loquen amb cura i a mà dins d’un cilindre de perspex, tal com es mostra a la figura 1. La massa total de fibres es sotmet a una pressió creixent fins a un màxim de 102,6 g/ cm² i decreixent fins a zero. (0, 0.2, 0.6, 2.6, 6.60, …………, 102.6, …………. 6.60, 2.6, 0.6, 0.2, 0 g / cm²).

Per obtenir un punt de partida definit, cada exemplar se sotmet a un tractament preliminar que consisteix en aplicar una pressió força gran durant un temps curt (100 g / cm2) i permetre un temps adequat per a la recuperació a pressió zero.

Els pesos s’apliquen a intervals d’1 minut. S’ha de tenir en compte d’afegir i treure els pesos amb la major suavitat possible per evitar qualsevol compressió o recuperació sobtada del material.

Obtenció dels resultats de resiliència

Representant gràficament els valors del volum específic de compressió i de recuperació, el valor de la resiliència de les nostres fibres ens ve donada per la següent expressió:

Sent .

R ; Resiliència en %

Ar : àrea de la corba de recuperació

Ac : àrea de la corba de compressió

Valors de resiliència de fibra staple PET 6,7 detex sense tractament

Per la obtenció dels valors de resiliència , s’utilitza fibra staple de polièster PET 6,7 detex sense tractar i obtenim la següent taula 1 de valors de volum específic pel cicle de compressió i de recuperació .

Taula 1 . Valors de volum específic fibra staple PET 6,7 detex sense tractament

Representant els valors de la taula 1 anterior, obtenim la gràfica 1 del
cicle de compressió i recuperació.

Gràfica 1 . Volum específic fibra staple PET 6,7 detx sense tractament.

Calculem les àrees de compressió i recuperació de la gràfica 1 anterior i mitjançant la fórmula d’obtenció de la resiliència i obtenim un valor de resiliència de 69,23%.

Valors de resiliència fibra staple PET 6,7 detex siliconada formula 2 components

El sistema de dos components consisteix en una emulsió de polímer de silicona amb funció amina i catalitzada amb un alcoxisilà amb funció amina.

 Formulació suggerida 

97%  PDMS amino funcional en  emulsió (macro i microemulsió) ( 30% – 40% ma* ) .

3%  Alcoxisilà amino funcional ( 100 % ma*).

Bany d’aplicació  

Contingut actiu del bany d’aplicació = 7% ma*

Quantitat d’acabat aplicat = 0,4% spf *

Per la obtenció del valor de resiliència utilitzem la mateixa fibra staple de polièster PET 6,7 detex anterior i es tracta amb la formula de 2 components . Obtenim la següent taula 2 de valors de volum específic pel cicle de compressió i de recuperació .

Taula 2. Valors de volum específic fibra staple PET 6,7 detex tractada amb formula 2 components

Representant els valors de la taula 2 anterior, obtenim la gràfica 2 del
cicle de compressió i recuperació.

Gràfica 2 . Volum específic fibra staple PET 6,7 detx tractada amb formula 2 components.

Calculem les àrees de compressió i recuperació de la gràfica 2 anterior i mitjançant la fórmula d’obtenció de la resiliència i obtenim un valor de resiliència de 76,19%.

Valors de resiliència fibra staple PET 6,7 detex siliconada formula standard

La formula standard consisteix en una emulsió de polímer de silicona PDMS , catalitzada amb un alcoxisilà .

 Formulació suggerida 

97%  PDMS amino funcional en  macroemulsió ( 30% – 40% ma* ) .

3%  Alcoxisilà amino funcional ( 100 % ma*).

Bany d’aplicació  

Contingut actiu del bany d’aplicació = 7% ma*

Quantitat d’acabat aplicat = 0,4% spf *

Per la obtenció del valor de resiliència utilitzem la mateixa fibra staple de polièster PET 6,7 detex anterior i es tracta amb la formula Standard . Obtenim la següent taula 3 de valors de volum específic pel cicle de compressió i de recuperació .

Taula 3. Valors de volum específic fibra staple PET 6,7 detex tractada amb formula standard

Representant els valors de la taula 3 anterior, obtenim la gràfica 3 del
cicle de compressió i recuperació.

Gràfica 3 . Volum específic fibra staple PET 6,7 detx tractada amb formula standard.

Calculem les àrees de compressió i recuperació de la gràfica 3 anterior i mitjançant la fórmula d’obtenció de la resiliència i obtenim un valor de resiliència de 74,99%.

Discussió del resultats

Una de les propietats més importants de les fibres de polièster es la resiliència. Això vol dir que sota una acció de pressió i de deformació les fibres han de poder recuperar el seu estat inicial de volum sense patir una gran deformació permanent .

En els assaigs de resiliència efectuats es pot comprovar com les fibres de polièster tractades amb polímers de silicona milloren aquesta propietat de recuperació de volum inicial quan han estat sotmeses a una deformació deguda a un increment de la pressió en el conjunt de les fibres.

Taula 4. Resum de valors de resiliència obtinguts segons formulació .

Es evident que segons el tipus de formulació i de polímer de silicona emprat en la formulació , podrem millorar considerablement la propietat de resiliència inicial de les fibres de polièster segons en mostra la taula 4 anterior .

Notes:

*spf : Sobre pes fibra  

*ma : Matèria activa .