FIBRA DE ACRÍLICO.
Las fibras de acrílico se fabrican a partir del acrilonitrilo asociado con otros polímeros, al tener un 100% acrilonitrilo da problemas al teñido es por eso que se ocupa un 15% de copolimeros que nos ayudan a la tintura. Algunas fibras acrílicas se hilan en seco, con la dimetilformamida, la extrusión de los polímeros se consigue en aire caliente; al evaporar el disolvente, el producto se solidifica. En caliente, se estiran las fibras de 3 a 10 veces su longitud origina l y se le da forma. Hilado humedo, disuelto el acrilonitrilo, su extrusión se realiza en un baño coagulante. Todos los acrílicos se producen en fibra corta y en cable de filamentos continuos.
Se define como fibra acrílica un polímero constituido por macromoléculas lineales cuya cadena contiene un mínimo del 85% en masa de unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.
Desde el punto de vista de la disponibilidad de las materias primas necesarias para su fabricación, las fibras acrílicas presentan unas perspectivas muy favorables, ya que ninguna de ellas es aromática. Ello supone la ausencia de interferencia de otros sectores cuya demanda y legislación sé orienta hacia el consumo de productos aromáticos.
Las propiedades de las fibras acrílicas recomiendan su empleo como alternativa de la lana en el campo del vestido y de los textiles para interiores. Entre estas propiedades se pueden citar la alta voluminosidad con tacto cálido parecido a la lana, su excelente resiliencia, su baja densidad y su tacto agradable.
COMPOSICIÓN QUÍMICA. (COMONÓMEROS):
El polímero componente de las fibras acrílicas está constituido por macromoléculas lineales cuya cadena contiene un mínimo del 85% en masa de la unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.
El contenido de unidades estructurales correspondientes al acrilonitrilo es del 89% - 94% en peso.
El contenido de unidades con grupos ácidos en los terpolímeros es de unas pocas unidades porcentuales, y a veces inferior al 1%. Entre los comonómeros de este tipo tenemos:
Acidos acrílicos
|
Acido itacónico
|
CH2 = CH
COOH
|
COOH
CH2 = C
COOH
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Acido alilsufúrico
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Acido estirenosulfónico.
|
CH2 = CH
CH2 - O - SO3H
|
CH2 = CH
C6H4 - SO3H
|
El contenido de unidades con grupos básicos en los terpolímeros suele ser del orden del 6%. Los comonómeros más citados son:
Vinilpiridina
|
Acrilamida
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Etilinimina
|
CH2 = CH
C5H4N
|
CH2 = CH
CONH2
|
CH2 - CH2
NH
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El contenido de unidades estructurales de comonómero neutro en los terpolímeros suelen ser del 5% al 8%. Como en el caso de los copolímeros, estos comonómeros son:
Acrilato de metilo
|
Metacrilato de metilo
|
Acetato de vinilo
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CH2 = CH
COO - CH3
|
CH3
CH2 = C
COO - CH3
|
CH2 = CH
OOC - CH3
|
Las fibras acrílicas contienen aditivos que se incorporan como agentes de acabado para mejorar el comportamiento de la fibra en el proceso de fabricación, en el proceso textil y durante su uso. Estos productos poseen propiedades antiestáticas y lubricantes; en algunos caso la fibra acrílica contienen también foto y termoestabilizadores.
ESTRUCTURA FÍSICA DE LAS FIBRAS ACRÍLICAS
Principalmente resultado de las interacciones atractivas y repulsivas entre grupos nitrilo cercanos, de la misma cadena o cadenas vecinas, lo que le lleva a adoptar una configuración helicoidal irregular. Hay infinitas variantes de fibras acrílicas. La estructura de las fibras acrílicas permite que puedan almacenar y retener indefinidamente a temperatura ambiente un encogimiento latente o potencial. Esta característica ha sido aprovechada con gran eficiencia en el proceso de preparación de hilos de alta voluminosidad.
PROPIEDADES
Bajo peso específico. Aceptable resistencia a la abrasión y a la formación de pilling. Muy buena resiliencia o elasticidad de volumen. Los artículos se pueden termofijar, tienen así plisado duradero. Posibilidad de preparar artículos voluminosos. Tacto suave y cálido. Hidrotermoplasticidad, por lo que hay que tener precaución a lavarlas. Tinturas muy sólidas al lavado. Facilidad de eliminación de manchas. Resistentes a los productos químicos excepto a los ácidos fuertes concentrados, Que las disuelven, y los álcalis débiles les atacan lentamente. La lejía les ataca a Alta temperatura. Excelente resistencia a la luz. Pueden plancharse sin riesgo hasta 150° C, no funden hasta los 200° C – 260º C. Arden fundiendo y continúan ardiendo después de retirar la llama. Dejan un residuo negro y duro, como una bola. Se pueden limpiar bien en seco, aunque les va mejor el agua. Secan rápidamente por su baja hidrofilidad. No son sensibles al moho ni a la polilla. La forma de la sección transversal de las fibras acrílicas depende fundamentalmente del proceso de hilatura utilizando en la transformación del polímero en fibra. La hilatura en húmedo conduce generalmente a fibra de sección transversal redonda o arriñonada. Las fibras hiladas en seco suelen poseer secciones con forma aplastada. En el mercado existen también como variantes del tipo convencional de una productora concreta (forma de V, Y, T, multiglobal o dentellada).
POLIMERIZACIÓN
La Polimerización del acrilonitrilo solo o con otros monómeros comprende las tres etapas de iniciación, propagación y terminación.
La etapa de iniciación consiste en la activación de algunas moléculas de monómero por los radicales primarios separados del iniciador.
La propagación de la reacción en cadena se realiza por reacción de las moléculas activadas con sucesivas moléculas de monómero, formándose macrorradicales. A lo largo de esta etapa la actividad radical pasa sucesivamente a la unidad estructural que se acaba de incorporar a la cadena. Como es obvio, para obtener moléculas poliméricas son necesarias muchas propagaciones por cada molécula de monómero activada en la etapa de iniciación.
El proceso de crecimiento de los macrorradicales se detiene o termina por reacción entre ellos o con alguna sustancia presente en el sistema (terminación por acoplamiento mutuo, desproporción o transferencia de cadena)
PREPARACIÓN DEL POLÍMERO
La mayor parte de los polímeros del acrilonitrilo se obtienen por procesos continuos tanto en suspensión acuosa como en solución.
En la polimerización en suspensión los monómeros se dispersan mediante agitación en una solución acuosa del catalizador. La suspensión que contiene el monómero y el catalizador se mantiene a la temperatura de polimerización (3O - 700C) para formar el polímero, el cual es insoluble en el medio acuoso en el que se desarrolla la reacción. Se separa el polímero por filtración y se somete a un lavado para eliminar las impurezas.
Los polímeros del acrilonitrilo obtenidos por polimerización radical son generalmente atácticos y parece ser que los intentos para aumentar la estereoregularidad no ha conducido ha resultados satisfactorios. Por otra parte, se ha indicado que el carácter atáctico de estos polímeros puede favorecer o permite el fijado de las fibras acrílicas en un estado metalstable.
HILATURA
PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE HILATURA
La transformación de los homopolímeros o copolímeros del acrilonitrilo en fibras obliga a disolverlos y a extruir la disolución resultante en una atmósfera de aire o en un baño de coagulación. En cualquier caso es imprescindible recuperar el disolvente y reutilizarlo para que el proceso sea económicamente viable.
La dimetilformamida es el disolvente más utilizado en los procesos de hilatura de las fibras acrílicas. Otros disolventes orgánicos son la dimetilacetamida, el dimetilsulfóxido y el carbono de etileno. Entre las inorgánicas tenemos tiocianatos de sodio y calcio, cloruro de cinc y ácidos inorgánicos.
Para disolver el polímero en un disolvente orgánico se recomienda añadirlo en un estado finamente dividido al disolvente enfriado. A continuación, se somete la mezcla fría a una fuerte agitación para formar una suspensión uniforme, la cual se calienta después a 1500C y se convierte en poco tiempo en una Solución incolora apta para la hilatura.
La disolución del polímero en un disolvente inorgánico se efectúa en dos etapas. En la primera se dispersa el polvo de polímero mojado, que contiene del orden del 30 % de agua, en una solución acuosa de la sal de concentración inferior a la necesaria para disolver el polímero (40 % a 250C). A continuación se añade a la disolución una cantidad adicional de sal que eleve la concentración a niveles suficientes para disolver el polímero.
Después de preparada, la solución de hilatura pasa al filtro prensa y, tanto en la hilatura en seco como en la hilatura en húmedo, es bombeada con una presión de l0 - 12 bar a las cabezas de hilatura individuales, dosificada con presión a las bombas de hilatura, filtrada de nuevo y extruida a través de las hileras.
HILATURA EN SECO
En la hilatura en seco los bloques de hilatura con las correspondientes bombas medidoras, equipo de f filtración e hileras están situados en la cumbre o nivel superior de la cámara de hilatura. Inmediatamente debajo de cada hilera, una corriente de aire procedente de un jet circular incide sobre los filamentos en fase de formación. En el interior de los tubos o cámaras de hilatura, cuya longitud es unos 6 m, la mayor proporción de disolvente es evaporado y arrastrado por la corriente de aire caliente. En las proximidades de la base de la célula se recoge el aire saturado con vapor disolvente y se envía al equipo de condensación. El haz de filamentos es recogido en la base del tubo mediante una guía-hilos de cerámica.
Sobre este incide agua fría que al entrar en contacto con el cable de hilatura lo enfría y detiene la evaporación. Con este tratamiento acuoso se inicia también la eliminación del disolvente residual de los filamentos casi solidificados y las aguas de lavado se envían a la planta de recuperación del disolvente.
Después de abandonar la célula de hilatura se aplica un acabado a base de una emulsi6n de ensimaje antes de que el haz de filamentos sea recogido por guías conducidas y enviado a un bote alimentador.
A causa de las altas temperaturas necesarias (230-2600C); para la evaporación del disolvente y la formación del filamento, la hilatura en seco obliga a adoptar precauciones especiales contra la explosión y penetración de vapores tóxicos en las áreas de trabajo.
HILATURA EN HÚMEDO
Los equipos de hilatura tipo balsa o piscina son actualmente los casi exclusivamente utilizados en la hilatura en húmedo. La solución de hilatura procedente de las bombas de hilatura y filtros individuales es extruida a través de las hileras, las cuales están distribuidas y sumergidas en el baño de coagulación por debajo del nivel del líquido. La solución de hilatura contiene del 10 al 30 % de polímero y el baño de coagulación consiste en una disolución del disolvente de hilatura y su temperatura depende de la naturaleza o tipo de disolvente y oscila entre -5 y 450C.
A la salida del baño, los cables pasan por una serie de guías comunes después de ser acompañados por los rodillos guía medio sumergido.
Las variables más importantes de un proceso de hilatura en húmedo corresponden al disolvente y coagulante elegidos, y a las condiciones en que tiene lugar la coagulación. Para facilitar la recuperación del disolvente, el baño de coagulación suele consistir en una soluci6n acuosa del mismo disolvente empleado para preparar él dope.
Entre los productos utilizados se pueden citar los siguientes: agua, alcoholes, soluciones acuosas salinas, kerosene, xilenos y qlico1es.
La temperatura del baño de coagulación influye mucho en la calidad del producto obtenido. A este respecto, se ha observado que cuando la temperatura del baño se mantiene entre -15 y + 10 0C la extrusión del dope en una solución acuosa de tiocianato conduce a geles claros y tenaces, y que, después de convertidos en filamento, pueden ser estirados para aumentar la resistencia a la tracción y el trabajo de rotura del filamento. Cuando la temperatura es superior a + 1O oC, los geles precipitados son opacos, poco tenaces y no se prestan a una posterior orientación.
Una alta densidad inicial de la fibra y una estructura interna más homogénea permiten:
· Obtener resistencias más altas con menores estirajes.
· Mayores alargamiento para un nivel de estiraje determinado.
· Valores más altos de la resistencia y del módulo máximo para altas razones de estiraje.
· Mejora del comportamiento a la fatiga y a la abrasión.
El no cumplimiento de las condiciones óptimas de la coagulación puede ocasionar problemas y conducir a fibras con un aspecto áspero y poroso, a veces, de color blanco lechoso. El motivo puede ser una velocidad de coagulación demasiado alta o demasiado baja, ya que en ambos casos se dificulta la formación de una adecuada estructura de la fibra.
 Fibra hilada en seco "Drytex®" |  Fibra hilada en húmedo |
ESTRUCTURA
La estructura de los polímeros de acrilonitrilo ha sido objeto de muchos estudios y decisiones, sobre todo en lo referente al tipo y grado de orden de los polímeros y fibras resultantes.
La gran insolubilidad de poliacrilonitrilo y su resistencia al hinchameiento en disolventes orgánicos fueron atribuidos a la existencia de puentes de hidrogeno y al alto grado de cristalinidad del homopolímero.
Actualmente, se considera que el poliacrilonitrilo es un polímero altamente ordenado con apreciables fuerzas electrostáticas entre los dipolos de los grupos nitrilo vecinos de la misma molécula. También se estima que esta interacción intramolecular de naturaleza repulsiva y que dificulta la rotación de los enlaces, lo que supone un aumento de la rigidez de la molécula polimérica. Por esta razón, la fusión o la disolución no ocasionan variaciones importantes en la entropía, lo que explica el alto punto de fusión del poliacrilonitrilo y su insolubilidad en los disolventes corrientes.
Por otra parte, los polímeros como las fibras presentan un tipo de ordenación cristalina que se extiende lateralmente de una cadena molecular a otra, pero con poco o ningún orden a lo largo del eje de la cadena.
Las dificultades para teñir los homopolímeros de acrilonitrilo obligaron a abandonar su empleo como materia prima para la fabricación de fibras. Estas dificultades se han relacionado con las altas temperaturas de transición vítrea, del orden de 105°C, por debajo de la cual la estructura de la fibra no presenta la suficiente apertura y movilidad para permitir la difusión de los colorantes.
La copolimeración del acrilonitrilo con monómeros adecuados rebaja la temperatura de transición vítrea. La composición cualitativa y cuantitativa del copolímero se elige dé modo que pase a valores de 90 - 95°C en aire y de 55 - 60°C en medio acuoso, para que se pueda teñir con colorantes dispersos y básicos a temperaturas próximas a la de ebullición del agua en un equipo convencional.
Conviene tener en cuenta que, al alcanzar la temperatura de transición vítrea, las propiedades de las fibras acrílicas experimentan cambios más bruscos que las poliamidas y los poliésteres. Se debe a que el cambio de propiedades es tanto mas acusado cuanto menos ordenada es la estructura de la fibra, ya que el aumento de movilidad que por encima de la tangente se produce en las regiones masa desordenadas pueden repercutir en la estabilidad de las regiones vecinas más ordenadas. Como ejemplos de los comportamientos de las fibras acrílicas se pueden citar:
· La disminución del modulo inicial que en medio acuoso se producen a uno 50 - 55°C, de modo que las fibras se deforma considerablemente cuando se la someten a pequeños esfuerzo de tracción a las temperaturas de tintura o acabado (hidrotermoplasticidad).
· La gran influencia que en la absorción de colorantes provoca deferencia de temperatura de 1 - 2°C.
La temperatura de lavados es casi siempre inferior a la de transición vítrea, la estructura polimérica en estas condiciones no permite que los colorantes se pueden difundir fácilmente hacia el exterior. Esta propiedad se debe en buena medida La excelente solidez al lavado de las tinturas de las fibras acrílicas y idoneidad de estas para fabricar prendas que deben ser frecuentemente lavadas.
La influencia de diversos disolventes y agentes plastificantes sobre la temperatura de transición vítrea de filamentos de Acrilan. Para ello se mide las variaciones de longitud que se presentan al someterlos a temperaturas comprendidas entre 20 y 95°C en una columna de vidrio de doble pared que contiene la solución correspondiente.
En la tabla puede observarse la acción plastificante de diversos medios líquidos sobre la estructura de la fibra.
Temperatura de transición vítrea del Acrilan en diversos medios
| |||
Medio
|
Tg °C
|
Medio
|
Tg °C
|
Aire
|
92
|
Fenol (30 g/l)
|
25
|
Agua
|
57
|
Alcohol Bencílico
|
58.5
|
Dimetilfomamida (10 g/l)
|
53
|
n-propanol
|
91
|
Fenol (10 g/l)
|
46
|
n-butanol
|
91
|
Fenol (20 g/l)
|
35
|
Percloroetileno
|
90
|
Variando el sustrato y permaneciendo constante el medio 1iquido en el que se miden las variaciones de longitud, puede conocerse la diferente respuesta de las diferentes fibras acrílicas del mercado a los tratamientos hidrotérmicos, lo que puede ayudar a explicar diferencias en diversos aspectos de su comportamiento.
La estructura de las fibras acrílicas permite que puedan almacenar y retener indefinidamente a temperatura ambiente un encogimiento latente o potencial. Esta característica ha sido aprovechada con gran eficiencia en el proceso de preparación de hilos de alta voluminosidad.
Las fibras acrílicas se comportan como si su estructura correspondiese a una mezcla de regiones razonablemente bien ordenadas y de regiones amorfas menos ordenadas. La orientación o el termofijado de las fibras acrílicas no producen un gran aumento de la ordenación (o cristalinidad). Por esta razón, las fibras acrílicas son más difíciles de termofijar.
Las fibras acrílicas se comportan de un modo muy similar, con la ventaja de que la mayor perfección de sus zonas ordenadas permite aprovechar esta propiedad en el proceso de preparación de hilos de alta voluminosidad, ya que la fibra no tiende a encogerse más allá de lo preestablecido por el productor de la fibra antes de desarrollar la voluminosidad.
Conviene indicar que la capacidad o memoria de encogimiento puede perderse cuando un estiraje excesivo a temperaturas demasiado altas, o un tratamiento térmico o templado a longitud constante, producen un flujo plástico excesivo. Precisamente, éstas son las condiciones adecuadas en la práctica industrial para obtener fibras de altos módulos (alta resistencia, menor elongación). Sin embargo, la repercusión más importante en la industria consiste en que las irregularidades de la estructura molecular debidas variaciones del estiraje y de la temperatura conducen a diferencias en la velocidad de tintura y en el nivel de absorción de colorante.
HUECOS O CAVIDADES
Otros aspectos de la estructura de las fibras acrílica son los que se refieren a su porosidad y a la existencia de huecos o cavidades en la masa de la fibra. Estos huecos controlan la velocidad de difusión de los colorantes y en muchas fibras el agotamiento en el equilibrio. Su número y tamaño dependen del método de hilatura. En términos generales puede decirse que la hilatura en seco produce menos huecos que la hilatura en húmedo, y la hilatura en baños acuosos más que cuando se emplean disolventes orgánicos.
La temperatura de tratamiento de la fibra, tanto en estado seco como en estado húmedo, durante el proceso de hilatura influye considerablemente en su microestructura. La etapa de relajación parece ser que es la de mayor importancia por su gran incidencia en un buen número de propiedades de la fibra.
PROPIEDADES GENERALES
Dentro de la familia de las fibras acrílicas se presentan ciertas variaciones en las propiedades físicas y químicas. Estas diferencias pueden ser impuestas por las necesidades de unas aplicaciones específicas o debidas a diferencias en el proceso de fabricación de las diferentes productoras (sistemas de hilaturas) y a diferencias menores en su composición química. Por otra parte, las diferencias no son tan importantes como en otras fibras (poliester, rayón) y ello permite establecer un intervalo de valores, más o menos estrecho, en el que quedan incluidos todos los valores que para cualquier propiedad puede presentar cualquier fibra acrílica.
Se fabricaron fibras acrílicas de gran resistencia a la tracción (5,5 - 6,6 g/dtex), pero su comportamiento era muy deficiente por la facilidad con que fibrilaban, y por qué la fibrilación ocasionaba un cambio de matiz en las zonas abradidas. Estos defectos se eliminaron disminuyendo la resistencia de los productos comerciales (vaporizado) y modificando ligeramente la estructura por copolimerización. La disminución de la tenacidad que se derivó de la incorporación de un segundo componente de la cadena polimérica no ocasiono ningún problema serio. La tenacidad de las fibras acrílicas cumple satisfactoriamente con las necesidades o exigencias que imponen sus campos de aplicación. A este respecto, pronto se hizo evidente que su penetración en el mercado textil debía ser consecuencia más de su tacto agradable, resistencia, fácil cuidado y otras propiedades, que de su alta tenacidad.
PROPIEDADES FISICAS DE LAS FIBRAS ACRILICAS
Propiedades
|
Fibra de 3.3 dtex
|
Propiedades
|
Fibra de 3.3 dtex
|
Tenacidad (g/dtex)
|
Tenacidad al lazo
|
1.13 -2.61
| |
- Seco
|
2.6 - 4.1
|
Alargamiento lazo
|
2.4 - 34.5
|
- Húmedo
|
2.0 -3.8
|
Recuperación después de una extensión del 15%
| |
Alargamiento a la rotura (%)
|
Inmediata
| ||
- Seco
|
26 - 44
|
- Seco
|
12.1 - 17.1
|
- Húmedo
|
29 - 61
|
- Húmedo
|
12.2 - 14.2
|
Fluencia (g/dtex)
|
Diferida
| ||
- Seco
|
1.15 - 1.30
|
- Seco
|
38.5 - 50.5
|
- Húmedo
|
1.03 - 1.20
|
- Húmedo
|
38.9 - 47.6
|
Módulo inicial (g/dtex)
|
Deformación permanente
| ||
- Seco
|
46 - 58
|
- Seco
|
33.8 - 49.4
|
- Húmedo
|
38 - 58
|
- Húmedo
|
39.1 - 47.9
|
Forma de la sección transversal
|
Entre redonda y aplastada
|
Absorción de agua a 21 °C y 95% h.r.
|
2.6 - 5.0
|
Tasa legal de húmedad
|
1.1 - 2.5
|
Temperatura de adherencia (°C)
|
235 - 254
|
Peso especifico
|
1.16 - 1.18
|
----------------------
|
-------------
|
SECCION TRANSVERSAL
La forma de la sección transversal de las fibras acrílicas depende fundamentalmente del proceso de hilatura utilizando en la transformación del polímero en fibra. La hilatura en húmedo conduce generalmente a fibra de sección transversal redonda o arriñonada. Las fibras hiladas en seco suelen poseer secciones con forma aplastada - bilobulada. En el mercado existen también como variantes del tipo convencional de una productora concreta (forma de V, Y, T, multiglobal o dentellada).
El conocimiento de la forma de la sección transversal constituye una ayuda valiosa para la identificación del origen de una fibra acrílica concreta.
CLASIFICACION DE LAS FIBRAS ACRILICAS EN FUNCION DE LA FORMA DE SU SECCION TRANSVERSAL
Sección transversal circular o aproximadamente circular
|
Sección transversal reniforme
|
Sección transversal con forma alargada- bilobulada
|
Sección transversal especial
|
Zefran
|
Dralon T 100
|
Dolan 20 - 25
|
Orlon 81
(multilobal)
|
Dralon C
|
Crylor 50-410
|
Dolan 27 - 80
|
Crylor 20
(multilobal)
|
Creslan
|
Acribel
|
Dralon A
|
Acrilan 94
(multilobal)
|
Crislenka
|
Acrilan
16, 37, 39, 57
|
Dralon X
|
Cashmiton FW/BR
|
Courtelle
|
Dolan 88
|
Lenzing
|
Bayer ATF 1011
|
Perwlon
|
Leacril
|
Redon
|
Cashmiton GW
|
Dolan 26 - 86
|
Vonnel
| ||
Euroacril
|
Toraylon
| ||
Acrilan 88
|
Panacril
| ||
Dolan 81
| |||
Velicren
|
PROPIEDADES MECANICAS
En términos generales puede decirse que las tenacidades de las fibras acrílicas, se sitúan entre las de la viscosa standard y las del nylon, siendo superiores a las de la lana, similares a las del algodón e inferiores a las del poliéster. Las mayores tenacidades corresponden a los sustratos que se presentan en forma de filamento continuo.
La tenacidad de las fibras acrílicas es muy variable a causa de las diferencias en el tipo y proporción de modificante (comonómero), en el estiraje impartido y en otras variables del proceso de fabricación. La tenacidad de estas fibras suele oscilar entre 2,8 y 5,5 g/dtex. La del filamento continuo suele oscilar entre 3,9 - 5,5 y la de la fibra cortada entre 2,8 y 3,9. Sin embargo, la bibliografía cita valores de hasta 7,7 g/dtex para el filamento y de 1,9 para la floca.
Las fibras acrílicas poseen también un intervalo de alargamiento a la rotura que las hacen adecuadas para las aplicaciones textiles. Los valores individuales correspondientes a cada fibra comprendidos entre 11 y el 42 %, de modo que los valores más bajos corresponden a las tenacidades más altas.
La resistencia al lazo es del 65 al 75 % del valor de la tenacidad. Estos valores solo son orientados pues dependen mucho de las condiciones del proceso de fabricación, sobre todo del estiraje y de las condiciones en que se realiza la etapa de relajación.
Las fibras acrílicas presentan una buena resistencia a la deformación según se deduce de su alto modulo inicial, el cual está comprendido entre 45 y 55 % g/dtex. En las fibras de tenacidad de 2,8 - 3,9 y de unos 90 g/dtex en las fibras de tenacidad próxima a 5,5 g/dtex.
La rigidez media de la fibra oscila entre 8 y 11 g/dtex para la floca y entre 18 y 45 g/dtex para el filamento continuo.
En cuanto al trabajo de rotura medio se puede decir que solo el poliester aventaja a las fibras acrílicas, así como que oscila entre 0,40 y 0,70 para la floca y entre 0,22 y 0,49 para el filamento continuo.
Finalmente se puede señalar que las propiedades de tracción de las fibras acrílicas (tenacidad, esfuerzo de fluencia, modulo inicial, alargamiento a la rotura y trabajo de rotura) se conservan bien en condiciones húmedas a temperaturas ambientes.
Según indica Fourne, el cociente de elasticidad de las fibras acrílicas es apreciablemente superior que el de las otras fibras sintéticas. Sin embargo, su recuperación elástica, aunque buena, es inferior a la de las fibras de poliester, nylon y lana. En términos generales puede decirse que las características de recuperación son excelentes para alargamiento mínimos y poco prolongados, pero no es satisfactorio cuando los alargamientos son altos, ya que estos se sitúan en el tramo de la curva carga/alargamiento que sigue al punto de fluencia. Para una extensión del 10 % la recuperación es del 50 - 60 %.
COEFICIENTE DE ELASTICIDAD DE DIVERSAS FIBRAS
Fibras
|
Coeficiente de elasticidad( %)
|
Orlon (hilatura en seco)
|
130
|
Orlon (hilatura en húmedo)
|
105
|
Dralon
|
125
|
Redon
|
132
|
Acrilan
|
108
|
Dacron
|
100
|
Nylon 66
|
100
|
Nylon 6
|
85
|
Lana
|
100
|
RECUPERACION ELASTICA DE ALGUNAS FIBRAS ACRILICAS
Alargamiento (%)
|
Recuperación (%)
| ||||
Dralon
|
Orlon
|
Acrilan
|
Creslan
| ||
1
|
100
|
99
|
-
|
90
| |
2
|
95
|
97
|
99
|
-
| |
3
|
-
|
-
|
-
|
67
| |
4
|
79
|
-
|
-
|
-
| |
5
|
-
|
85
|
89
|
48
| |
8
|
63
|
75
|
-
|
-
| |
La resistencia a la abrasión y al uso de las fibras acrílicas son adecuadas. A este respecto son inferiores a las fibras de poliamida y poliester, y superiores a la lana, viscosa y acetato. Cuanto mayor es el título de una fibra, mayor es su resistencia a la abrasión, de modo que las fibras destinadas al campo de las alfombras poseen un titulo de 16,5 dtex.
Como todas las fibras que poseen buenos valores de tenacidad, trabajo de rotura y resistencia a la abrasión, las fibras acrílicas presentan ciertas tendencias a la formación de pilling. La facilidad varia ampliamente de unos tipos a otros y conviene indicar que recientemente han aparecido en el mercado fibras acrílicas antipilling. También es interesante tener en cuenta que la menor tenacidad de las fibras acrílicas favorece la eliminación de las bolitas a medida que se van formando, lo que supone un comportamiento al pilling mejor que el de las fibras de poliester y poliamida.
El conjunto de propiedades de las fibras acrílicas permite preparar artículos con buena resiliencia, retención de pliegues, recuperación de arrugas, fácil cuidado y Un aspecto a tener en cuenta en las propiedades mecánicas en las fibras acrílicas se refiere a que se conservan muy bien en condiciones que ocasionarían un grave deterioro en muchas otras fibras. Como ejemplo: a la luz, a la humedad, a muchos productos químicos y a los disolventes corrientes.
RELACION ENTRE LOS PARAMETROS DE TRACCION DE LAS FIBRAS ACRILICAS MEDIDOS EN DIFERENTES CONDICIONES
Parámetro
|
Húmedo 21 °C/65% h.r.
|
Húmedo 95 °C/Húmedo 21 °C
|
Tenacidad
|
0.84
|
0.35
|
Alargamiento a la rotura
|
1.08
|
4.26
|
Trabajo de rotura
|
0.98
|
1.04
|
Módulo inicial
|
1.00
|
0.02
|
COMPORTAMIENTO TERMICO
Los principales parámetros térmicos de las fibras acrílicas son los expresados en la siguiente tabla.
Temperatura de transición vítrea
|
" 90 °C
|
Temperatura de lavado
|
40 - 50 °C
|
Resistencia al calor seco
|
125 - 135 °C
|
Temperatura de planchado
|
160 - 200 °C
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Temperatura máxima de fijado
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220 °C
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Temperatura de decoloración
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235 °C
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Temperatura a la que la fibra empieza a ser termoplástica
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228 °C
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Temperatura de reblandecimiento
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215 - 255 °C
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Temperatura de descomposición
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300 - 320 °C
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Temperatura de autoinflamación
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560 °C
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Las fibras acrílicas no presentan un punto de vista de fusión definido; sin embargo, cuando se las somete a una presión tienden a adherirse a las superficies metálicas a temperaturas comprendidas entre 215 y 255 °C.
La resistencia mecánica de las fibras acrílicas no resulta seriamente afectada cuando se las somete a la acción del calor. Se estima que después de permanecer 100 horas a 155 `C suelen conservarse el 96 % de la tenacidad original, aunque el comportamiento puede variar de una fibra a otra.
TRATAMIENTOS TERMICOS DE ACABADO
Las fibras acrílicas pueden fijarse pero mucho menos que las de poliamida y poliéster. El termo fijado tiene como misión conseguir efectos de plisado y estabilizar dimensionalmente los artículos acrílicos. Las fibras acrílicas tienden a encogerse por acción del calor, y mucho más en medio acuoso que en presencia de aire.
El fijado puede realizarse con vapor a presión, con aire o con rayos infrarrojos. En el primer caso, el artículo se somete a la acción del vapor saturado durante 10 minutos, con aire caliente se puede trabajar a 180 °C durante 90 segundos.
ABSORCION DE AGUA Y ELECTRICIDAD ESTATICA
Las fibras acrílicas son menos higroscópicas que las fibras naturales, menos que los nylones 6 y 6,6 y más que las fibras de poliéster.
La tasa legal de humedad de las fibras acrílicas oscila entre el 1,0 y el 3 %.
La absorción de agua a 20 °C y 95% de humedad relativa la retención de agua por imbibición es del 5 - 10 %.
ABSORCION DE HUMEDAD DE DIVERSAS FIBRAS ACRILICAS
Tasa legal
(%)
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Absorción a
20 °C y 95 % h
(%)
|
Imbibición centrifugación
(%)
| |
Orlon
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1.5
|
2.5
|
12
|
Acrilan
|
1.2
|
5
|
10
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Creslan
|
1.35
|
2.6
|
-
|
Dralon
|
1
|
-
|
-
|
Courtelle
|
2
|
-
|
-
|
Crylon
|
1.3
|
3.2
|
10 - 12
|
Las propiedades de tracción de las fibras acrílicas más afectadas por la presencia de agua son el alargamiento a la rotura y la tenacidad, experimentando esta una disminución del 5 al 25 %. El módulo inicial no cambia y el trabajo de rotura escasamente varia, ya que la disminución de la tenacidad es compensada por el mayor alargamiento a la rotura. Por su parte, el esfuerzo en el punto de fluencia disminuye en un 10 %.
La absorción de agua de las fibras acrílicas es relativamente baja, aunque suficiente para que no se presenten los graves problemas de electricidad estática que plantea la manipulación del poliéster. Esta es una de las razones por la que no se ha dedicado mucha atención para mejorar su hidrofílidad. Un intento en esta dirección consistió en la adición de aditivos hidrofílicos como comonómeros, pero la limitada compatibilidad de estos compuestos produce un deslustrado de la fibra.
En cuanto a la electricidad estática, las fibras acrílicas tienden a cargarse negativamente al entrar en contacto con otros materiales. Solo las clorofibras se cargan más negativamente que las fibras acrílicas.
PROPIEDADES TINTOREAS
La tintura de las primeras fibras acrílicas era casi imposible. La tintura a alta temperatura y el empleo de transportadores y agentes hinchantes no dio resultados satisfactorios.
Un proceso alcanzó un éxito limitado, consistía en el tratamiento de la fibra con sulfato de cobre y sulfato de hidroxilamina, de modo que se producía una fuerte fijación de iones cuproso por parte de la fibra, probablemente por formación de quelatos con los grupos nitrilo.
Los comonómeros más empleados en la preparación de copolímeros para su posterior transformación en fibra acrílica son el acrilato de metilo, el metacrilato de metilo y el acetato de vinilo. Las fibras resultantes poseen una estructura menos compacta que las del homopolímero y permiten una mayor velocidad de penetración de los colorantes dispersos y también de los colorantes catiónico que se combinan iónicamente con los grupos terminales sulfónicos procedentes del iniciador de la polimerización.
Sin embargo, el problema general de la tintura de las fibras acrílicas se ha solucionado preparando terpolímeros, de modo que el tercer puede aportar:
· Un aumento de la afinidad por los colorantes cationicos, a efectos de satisfacer los niveles de tintabilidad comercialmente exigidos.
· Afinidad por los colorantes aniónicos cuando contiene un átomo de nitrógeno terciario o cuaternario en la molécula.
· La posibilidad de formar complejos con colorantes adecuados cuando es de naturaleza polar no ionizable (alcoholes, éteres, cetonas).
El tercer componente solo interviene en proporciones mínimas por su alto precio y por el efecto nocivo que una mayor participación produciría en las propiedades del polímero. Como ejemplo se puede citar la menor estabilidad térmica de los copolímeros que contienen un nitrógeno terciario o cuaternario.
Las diferencias en la composición química y en la estructura fina de las fibras acrílicas se han traducido en una amplia variedad de comportamientos tintóreos. Las variaciones químicas, y en menor medida las físicas, influyen en las propiedades tintóreas en cuanto a:
· Familia de colorantes
· Velocidad de difusión del colorante
· Valores de saturación
· Rendimiento de color
La temperatura a partir de la cual la fibra empieza a absorber colorantes es una importante característica de la fibra y depende de los tipos de comonómeros usados. Otras variables se refieren al método de hilatura y al tipo de disolvente utilizado, ya que ambos influyen en el número y tamaño de los huecos o cavidades en la masa de la fibra.
Las fibras modacrílicas suelen teñirse también con colorantes catiónicos. Actualmente es posible una gama completa de intensidades con buenas propiedades de solidez. En la tintura de las fibras modacrílicas con colorantes cationicos se suele recomendar el empleo de auxiliares anionicos para conseguir un mayor rendimiento de color y mejorar la solidez. Parece ser que estos productos reaccionan con los colorantes básicos formando complejos que se difunden en el interior de la fibra y son retenidos por esta de un modo similar a como sucede con los colorantes dispersos. Como en el caso de las acrílicas, también se ha procedido a la modificación del polímero para mejorar la tintabilidad. Las fibras modacrílicas pierden brillo en la operación de tintura, pero pueden ser recuperado calentando el artículo en aire o en vapor a 110 - 130 °C o hirviendo en soluciones salinas concentradas.
Las diferencias de tintabilidad de las fibras acrílicas pueden conocerse tiñiendo las fibras objeto de comparación en un mismo baño que contiene una mezcla de un colorante ácido y un colorante básico. Las condiciones del ensayo y las diversas coloraciones que toman las fibras acrílicas se indican en el apartado correspondiente a la caracterización.
Otro modo de poner de manifiesto las diferencias tintóreas de las fibras acrílicas consiste en teñir varias fibras comerciales con un colorante básico a diferentes pH.
PRODUCTOS COMERCIALES
Entre los productos comerciales más importantes dentro del campo de las fibras de acrílicos, podemos citar:
Se distinguen dos tipos, los normales y los encogibles. Estos productos pueden ofrecer en sus calidades brillante o mate. Otras variedades corresponden a los tipos extrablancos, que son mezclas de varios tipos de fibras con diferentes longitudes, los cuales son destinados a la industria de las alfombras.
Cable: Llamado así por su especialidad para su transformación en peinado, de un título total de 50-130 kdtex y título individual entre 1,3 y 18 dtex en sus variedades estabilizada y no estabilizada.
Peinado: Viene presentado en sus formas de bobinas en sus calidades encogible, no encogible y en encogible no encogible de 40/60 %.
Fibra para relleno: o fibra para l embutición, es basándose en fibras de diferentes finuras (3,3-6,7 dtex) y longitudes de 40 - 100 mm, con materia especialmente ligera, no fieltrante y de alto poder cubriente.
FIBRAS ACRILICAS DE MAYOR DIFUSION COMERCIAL
Denominación
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Productor
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País
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Acribel
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Fabelta
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Bélgica
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Acrilan
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Monsanto
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U.S.A
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Beslon
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Toho Beslon
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Japón
|
Cashmilon
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Asahi Chem.Ind.
|
Japón
|
Courtelle
|
Courtaulds
|
Reino Unido
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Creslan
|
American Cyanamide
|
U.S.A
|
Crilenka
|
Cyanenka
|
España
|
Crylor
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Rhone-Poulenc
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Francia
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Dolan
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Hoechst
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Alemania
|
Dralon
|
Bayer
|
Alemania
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Euroacril
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Anic
|
Italia
|
Exlan
|
Exlan
|
Japón
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Leacril
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Montefibra
|
Italia- España
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Orlon
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Dupont
|
U.S.A
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Redon
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Phirix-Werke
|
Alemania
|
Toaraylon
|
Toray
|
Japón
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Velicren
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Snia-Viscosa
|
Italia
|
Vonnel
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Mitsubishi
|
Japón
|
Zefran
|
Dow
|
U.S.A
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RESISTENTENCIA A LA LLAMA
La flamabilidad propia de las fibras acrílicas desaparece al introducir en la estructura polimérica una alta proporción de cloruro de vinilo o cloruro de vinilideno. El producto resultante es un copolímero estadístico en el que el cloro actúa como retardante de la llama. A partir de copolímeros de este tipo se preparan las fibras que genéricamente se conocen como fibras modacrílicas. Las moléculas de los polímeros correspondientes deben contener un mínimo del 35% y menos del 85% en peso de la unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.
La combinación de una serie de propiedades (resistencia a la llama, estabilidad al calor, luz y humedad, facilidad de tintura, comportamiento versátil en la manipulación textil, aspecto y tacto agradable y resistencia química) han contribuido a que las fibras textiles intrínsecamente resistentes a la llama y a que se fabriquen a una escala relativamente importante. A ello ha contribuido también:
· La legislación, cada día más exigente desde la década de los sesenta, desarrollada en materia de fuego, al menos en los países industrialmente avanzados.
· La circunstancia de que las fibras acrílicas son las más difíciles de ignifugar, puesto que hasta el presente no se conoce ningún tratamiento posterior de ignifugación que sea efectivo.
Las fibras modacrílicas se hilan por extrusión de la disolución del polímero en acetona. Algunas se hilan en húmedo y otras en seco. Un tratamiento posterior de estiraje mejora la estabilidad térmica de la fibra.
Entre los países que más han desarrollado fibras retardantes de las llamas, tenemos a Japón con la Toraylon Unfla. Dupont ha producido una nueva fibra, el Orlon FLR. El polímero modacrílico correspondiente se ha diseñado de modo que las fibras resultantes retengan las propiedades deseadas del Orlon convencional, además de ofrecer una duradera resistencia a la llama.
Otras fibras modacrílicas comercializadas son el Monsanto SEF Modacryl (Monsanto), el Dralon C (Bayer) y el Kanekalon (Kanegafuchi).
La resistencia a la llama de la mayor parte de los artículos de fibras acrílicas es tal que los hace adecuados para la fabricación de cortinas, ropa de noche para niños, tejidos de pelo y ropa de trabajo. Cuando el riesgo de fuego no es tan grande como el de las alfombras, las fibras modacrílicas pueden mezclarse con otras fibras y ofrecen un adecuado comportamiento al fuego
.
Las propiedades mecánicas de las fibras modacrílicas son muy similares a las de las fibras acrílicas. Por otra parte, su mayor sensibilidad a los tratamientos con agua caliente (tintura) obliga a adoptar precauciones especiales para evitar deformaciones, estirones o arrugas. Los tejidos de fibras modacrílicas poseen un tacto cálido y agradable. Finalmente, el brillo y densidad de estas fibras son muy adecuados para fabricar con ellas artículos imitación de piel natural, pelucas y artículos de pelo.
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