Telco Textil

Análisis de la fibra del textil

 

La fibra es la unidad y la base de cualquier producto textil.  Las fibras pueden ser naturales o artificiales, de filamento corto o continuo.  Todas las fibras contienen ciertas características que son fundamentales para la manufactura del hilo (proceso de hilado) y el resultado de las telas (tejido de punto o de trama u otro). Hay otras propiedades adicionales de la fibra que influyen para la selección específica de ciertas telas.

Características básicas de la fibra:

Diámetro y pureza

Largo

Fuerza

Madurez

Rigidez

Fricción

 

Métodos de ensayo relacionados con esta área:

ASTM  D2130,  ISO 137

La pureza de una fibra es un parámetro de calidad muy  importante ya que da la suavidad y flexibilidad de la tela, imagine por ejemplo la finura de las fibras naturales como la seda o el cahsmere,  las cuales tienen bastante demanda.  El conocimiento acerca  de la pureza de la fibra hace posible su clasificación y también permite hacer predicciones acerca de las propiedades del hilo y la tela, en relación con los parámetros de otras telas.  Con relación a los parámetros de otras telas, si la cuenta del hilo es tomada de dos variedades diferentes de algodón,  el grupo que contenga las fibras más finas tendrá también el número más largo de fibras en la sección transversal y por lo tanto será aún más fuerte que la muestra de fibra.  La pureza denota las dimensiones de la sección transversal de la fibra.  Como las características de la sección transversal de las fibras de algodón son irregulares, la determinación directa de la zona de la sección transversal es difícil y laboriosa.  El índice de la pureza que se emplea comúnmente de la fibra es la densidad lineal o el peso unitario por largo de unidad.  La unidad en la cual se expresa esta cantidad varía de país a país, aunque la unidad que varios países emplean para medir el algodón es el microgramo por pulgada y los instrumentos de flujo de aire desarrollados para su medida.  En estos aparatos se calibra, por unidad, la pureza de la fibra.

 

 

Micronaire

La lectura de “micronaire” se usa para medir la pureza en las fibras del algodón al forzar la entrada de aire a través del ramillete de la fibra.

Prueba de Micronaire: descripción breve del método (ASTM, Método D-1448)

Esta técnica para medir se describe en el estándar “ASTM Method D-1448”.  Es importante señalar que el Micronaire no da una directa lectura de la pureza, sin embargo sí da el índice de pureza basado en la resistencia durante el paso del aire en cierta cantidad de fibras en un determinado espacio.

  • La cantidad de aire que pasa a través de un peso determinado de fibras de algodón está subordinado a la resistencia de la superficie de las fibras.
  • Las fibras más finas resisten el flujo de aire mejor que las fibras más gruesas debido a la relación de aumento de la superficie con el peso.
  • Tomando 50 granos de algodón, los cuales contienen varios miles de fibras, la muestra se comprime en un cilindro de una pulgada de largo por una de diámetro.
  • El aire es forzado a través de la cuerda del algodón y la resistencia se mide dando como resultado el nivel de pureza de las fibras.
  • Los valores de Micronaire se miden en microgramos por pulgada (ug/in).
  • “Cuanto mayor sea el valor, el grosor del algodón”

La pureza también se puede medir a través del:

  • Vibroscopio
  • Peso directo

 

Vibroscopio

Este método se basa en el principio de que a una longitud determinada de fibra, sostenida a cierta tensión tiene una frecuencia natural de vibración transversal.  La frecuencia de la vibración es una función del peso por unidad o del “denier” (unidad del peso del hilo de la seda, rayón, etc.).  Este método es utilizado frecuentemente para fibras artificiales o sintéticas.

Peso directo

Ya que se puede controlar por la mano del hombre las fibras, la pureza de una serie de filamentos continuos puede ser encontrada al pesar una longitud determinada de hilo.  Después del cálculo de la densidad lineal del hilo, la pureza unitaria del hilo se calcula al dividir el valor de la densidad lineal de los hilos entre el número de filamentos en el hilo.

Pruebas de microscopio: breve descripción del método ASTM-D-2130

Esta prueba se sirve del uso del microscopio para la búsqueda del diámetro de la fibra.

  • Una cierta cantidad de fibras es colocada en un plato y se observa a través del microscopio.
  • Una regla milimétrica permite medir el diámetro exacto de las fibras.
  • Para las fibras sintéticas, un número limitado de medidas hace posible que se obtenga un resultado bastante acertado del diámetro ya que éste es bastante regular.  En el caso de fibras naturales, como por ejemplo la lana, el técnico debe medir por lo menos 50 fibras para obtener el promedio representativo de esa partida.  Esta prueba no es complicada aunque requiere un manejo preciso y mucha paciencia.
  • El técnico calcula y da una cifra promedio para la pureza de la fibra, la desviación y el coeficiente de variación.

Resistencia a la tracción y alargamiento de las pruebas

Dependiendo de la resistencia de las fibras que se usen para la manufactura del hilo o tela es que será la resistencia de éstos. Otros factores que influyen para la consistencia del hilo son:

  • Densidad lineal de la fibra
  • Torsión o giro del hilo

Hay que tomar en cuenta que la resistencia es extremadamente importante para la fabricación de hilo (arte de hilar).

Instrumentos para medir la resistencia de la fibra.

Uno de los instrumentos que miden la resistencia de las fibras del algodón o de las fibras artificiales y su elongación es Stelometer Zellweger Uster ™.  Este aparato mide el alargamiento de la  fibra hasta el punto de rotura.

 

 

Prueba de estiramiento hasta el punto de rotura: breve descripción del método (ASTM D1445)

 

Después de peinar una pequeña cantidad de fibra y de remover manualmente la fibra corta, se prepara un manojo de fibras, ya sea mediante la acumulación o de modo paralelo en forma de listones, de unos 5mm de largo por 6 mm de ancho aproximadamente con una serie de dispositivos auxiliares para la preparación de muestras.

 

Después se coloca la muestra en una abrazadera cuya s pinzas tengan separación entre sí  de 3.2 mm (0.126 pulgadas).  Con relación a la figura 1., una de las pinzas (J1) está montada en la pinza ajustable que lleva el plegador.  La segunda pinza (J2) está anexa en el extremo superior del péndulo que se gira en el punto 0.  El centro de gravedad del plegador se encuentra de lado derecho de su eje de rotación, A.  Cuando el pestillo de detención se libera, la plegadera gira en el sentido de las agujas del reloj.  El centro de gravedad del brazo del péndulo coincide con el eje de rotación “A” y por lo tanto la masa pesada del péndulo tiene un mínimo de movimiento.  Por lo tanto la masa pesada del péndulo tiene poco movimiento, lo cual elimina efectivamente los efectos de la inercia.  La carga de rotura en kilogramos y el porcentaje de alargamiento se indican en los puntos P1 y P2,  respectivamente.

Resistencia de la fibra

La tenacidad de la fibra depende de varios factores tales como la longitud de las moléculas en la cadena de acuerdo a la orientación de la fibra, el tamaño de las moléculas de los cristalitos, la distribución de los cristales, el tipo de instrumentos usados y las condiciones atmosféricas.  La resistencia promedio de la fibra única se expresa en unidades de gramos/tex.  Como se aprecia en la unidad para la tenacidad tiene dimensiones sólo de largo, y por tanto esta propiedad también se expresa como “rotura de la longitud”, que puede ser considerada como la longitud de la muestra equivalente en peso a la carga hacia la carga de rompimiento.  Desde que “tex” es la masa en gramos en un kilometro de la muestra, los valores de tenacidad expresados en gramos/tex corresponderán a la longitud de rompimiento en kilómetros.

 

Paquete de resistencia de la fibra:

En la práctica las fibras no se usan de modo individual pero sí en grupos como por ejemplo el hilo o las telas. Por lo tanto los bloques o grupos de fibras entran en juego durante la tracción para el rompimiento de los hilos o telas.  Además, la correlación existente entre hilado y la fuerza del conjunto es por lo menos tan alta como la que existe entre el rendimiento del hilado y su  resistencia  intrínseca determinada por las pruebas realizadas de modo individual a las fibras.   Los exámenes del grupo de fibras se realizan en menos tiempo y requieren de menor esfuerzo que las pruebas realizadas de modo individual a las fibras.  En vista de estas consideraciones, la determinación del punto de rompimiento de la longitud del conjunto de las fibras ha cobrado mayor importancia que los exámenes individuales.

Medición de la longitud de la fibra  y distribución longitudinal

Todos los aparatos importantes que se usan para la fabricación de hilados de primera necesidad se fijan de acuerdo a la longitud de la fibra. Por lo anterior podemos definir que es la longitud de la fibra la que determina la calidad de la misma y por lo tanto influye para fijar el precio.

Principales instrumentos de medición de longitud de la fibra

 

1.- Serie “Suter Webb”

Este es el procedimiento más antiguo que se conoce disponible hoy día. Mucho antes de que fuera posible la medición electrónica, el procedimiento Suter-Webb era la única opción capaz de dar la longitud de la fibra y su distribución.  En la actualidad este método se sigue considerando el más exacto de todos los procesos o técnicas desarrollados hasta ahora.  Este método es tedioso y requiere de mucho tiempo y por lo general no se usa en los laboratorios de las fábricas de textiles. Sin embargo, repetimos que el proceso más exacto para determinar el largo y distribución de las fibras.  Este método se llama ASTM-D-1440-90.

 

Breve descripción del método ASTM-D-1440-90

Este procedimiento se sirve de un aparato de clasificación que consta de dos juegos de peines paralelos que sirven para desenmarañar  y colocar de modo paralelo las fibras en una muestra de 75 mg.  Después de maniobrar de modo paralelo las fibras, la muestra se coloca en alguno de los juegos de peines y se empuja ligeramente bajo los dientes del mismo.  Los peines frontales se dejan caer sobre la pieza hasta que un número de fibras empieza a sobresalir detrás del peine que empieza a acercarse

Estas fibras empiezan a transferirse con el uso de pinzas o fórceps al otro juego de peines hasta que se establece una base,  EL continuo juego de los peines permite la revisión de cada una de las fibras de la muestra y la transferencia se repite para poder desenredar todas las fibras, de principio a fin, de la muestra.

Cuando por tercera ocasión las fibras se extraen de los peines se van acomodando de modo secuencial y longitudinal en unas tablas forradas de terciopelo.  Se mide cada una de las fibras extraídas de cada peine con una regla especial y, aquellas que miden entre 3.2 mm (0.126 pulgadas) se separan y juntan para ser pesadas en una báscula de torsión con sensibilidad de al menos ±0.05 mg.

 

 

Resultados de la evaluación

 

De los datos sobre el peso-longitud, la longitud del cuadrado superior, la longitud media, coeficiente de variación de la longitud, y porcentaje de fibras cortas menores a los 12.7 mm (0.5 pulgadas; consideradas como no aptas para ser hiladas) o cualquier otra especificación dada de longitud puede ser calculada.   Este conjunto de técnicas fue el primero en usar, en los Estados Unidos de América,  los términos de longitud de la fibra y longitud de la distribución, mismos que se siguen empleando hasta la fecha. Los vocablos del ASTM D1440 se describen a continuación:

Longitud del cuadrado superior: aquella longitud que excede más del 25% de las fibras por peso de la muestra.

Longitud media: el promedio de longitud de todas las fibras de la muestra basados en los datos de peso-longitud

Coeficiente de variación de la longitud: una medida de la dispersión de los valores observados igual a la desviación estándar de los valores dividido por el promedio de los valores y expresado en porcentaje.

Porcentaje de fibras menores a los 12.7 milímetros (0.5 pulgadas): el porcentaje de las fibras, por peso, hallados en la muestra que son más miden menos de los 112.7 milímetros.

 

 

2. El fibrografo

El fibrografo Zellweger Uster se desarrolló en los años 50 por el Dr. K. L. Hertel, en la Universidad de Tennessee; en los Estados Unidos de América.  Originalmente fue comercializado por la empresa Spinlab de Knoxville, Tennessee y el aparato se hizo popular.  A pesar de que los resultados obtenidos mediante este aparato no son tan detallados o precisos como lo son los obtenidos mediante el uso del Suter-Webb, la velocidad de la prueba es sumamente alta.  El fibrografo tuvo su nicho de mercado en las pruebas de detección de implantes y control de calidad.  Este método se describe en el estándar ASTM D-1447.

 

 

 

Descripción del método ASTM D-1447

El instrumento hace uso de un “mechón” de fibras preparadas para el fibrografo por un dispositivo de pruebas.  El dispositivo de pruebas de fibras tiene la forma de barbillas (cerdas) agarradas en un peine. Las fibras se colocan en el peine de tal modo que son tomadas aleatoriamente en toda su longitud.  Se coloca el peine de fibras dentro de fibrografo para que sea escaneado de principio a fin.  La cantidad de luz que pasa a través de las “barbas”  se usa como indicador del número de fibras que se extienden en diferentes distancias del peine.

 

Resultados de la evaluación

La pantalla del fibrografo señala la cantidad, o densidad óptica, y los datos de longitud del fibrogramo.  El fibrogramo es la curva que representa la acumulación de la distribución de la extensión de las fibras, y esto se censa mediante el escaneo de la fibra de la “barba”. Se obtienen 3 diferentes datos (el 50% y el 2.5% de la longitud de la extensión y el 50/2.5 de la relación de uniformidad).  Estas medidas se definen a continuación y son del método ASTM Designación D-1447:

 

50% de la longitud de la extensión: la distancia que abarcó el 50% de las fibras de la barba

2.5% de la distancia de longitud: la distancia que abarcó el 97.5% de las fibras las barbas del peine

50/2.5 de la relación de uniformidad: la proporción entre el 50% y el 2.5% de la distancia  expresada en porcentaje del tramo de longitud.

 

Es ampliamente conocido en el medio de las hilaturas cortas que la longitud del cuadrante superior, según lo determinado por el método Suter-Webb está de acuerdo con la medición de la longitud del 2.5% del tramo que hizo el fibrografo.  En cierto modo estas dos medidas coinciden con las medidas de la mitad superior para la  longitud media del instrumento de alto volumen (HVI) de líneas de prueba y con el 25% del dispositivo del Zellweger Uster AL-101  La longitud media de la serie y el 50% la longitud del fibrografo difieren entre sí dadas las diferencias de cómo fueron medidas: peso de la fibra contra número de fibras.

 

La uniformidad en la proporción (50/2.5 longitud de la extensión  x  100) es una medida para obtener la uniformidad en la longitud de la muestra. Entre más alta sea la uniformidad de la longitud  nos indica que las fibras tienen la misma longitud y, también podría ser un indicador del número de fibras cortas, sin posibilidad de ser hiladas, contenidas en la muestra analizada.

 

 

3- Maquinaria de Fibrolínea Zellweger Uster

Se emplea con la unidad de medida de longitud de la fibra (Almeter AL-101) para determinar la longitud y distribución de la fibra en un conjunto de fibras de 10 cms. de longitud o menos.  Se puede usar en muestras de fibras sueltas así como en cintas y mechas   p. 24

 

Breve descripción de la prueba

 

Aproximadamente 100 mg de fibra obtenida de la muestra son maniobradas dentro de una cazoleta de plata que tiene forma de mano.  El ramillete de fibra se transfiere directamente dentro del campo de la aguja FL-101, asegurándose de que la mitad de las fibras se contrapongan a la otra parte.  Esto se hace para reducir o eliminar el efecto de ganchos que se hayan introducido durante el proceso.   Una muestra de aproximadamente 100 mm de ancho es considerada como óptima (casi 4 pulgadas). Automáticamente el FL-101  prepara para la muestra para la unidad AL-101, de modo similar al método de la prueba Suter-Webb.

La muestra, cuyas fibras están colocadas a lo largo de la base para medirlas de punta a punta,  se transfiere hasta la lámina inferior del AL-101 junto con los extremos de las fibras desiguales frente al sensor del condensador.  Se baja la charola de aluminio con la muestra como protección y evitar que se mueva.  El condensador hace la prueba de escaneo cada 0.125 mm. (0.005 pulgadas).

 

 

Resultados de la evaluación

Los parámetros usuales de la longitud calculados y reportados por la computadora son peo y número, promedio de longitud, longitud del cuarto superior, coeficiente de variación en la longitud y porcentaje de contenido de fibras cortas menores a los 12.7 mm, y el 1% de longitud que es el tramo que sobrepasa el 1% del número de fibras en esa muestra.  La precisión de este método realizado en laboratorio está dentro del rango de 0.5 mm (0.02 pulgadas) para las longitudes del cuadrante superior derecho y la media y de un 2% de puntos para el coeficiente de variación y contenido de fibras cortas.

 

 

4.- Medida AFIS

Una de las nuevas técnicas para medir la longitud de las fibras y su distribución es el sistema de Zellweger Uster llamado AFIS L&D, que usa un método electro-óptico para la medición.

 

Breve descripción de la prueba

La unidad base requiere de una muestra que pese aproximadamente 1 gramo (g).  La muestra se coloca entre los rodillos y la mesa de alimentación, en la apertura de la unidad aeromecánica.  El rodillo de apertura y el cilindro de cardado abren la muestra de la fibra y la separan en fibra, motas, basura y polvo.  La basura y polvo son succionados.  En su paso hacia otros conductos y canales de aceleración, las fibras y motas pasan a través del sensor óptico quien determina la longitud de la fibra y su distribución solamente de las fibras que pasan por el sensor.  El sensor es capaz de diferenciar entre fibras individuales y motas mediante el impulso de conversión.

 

 

Resultados de la evaluación

Los datos estadísticos son calculados y se imprimen. Están a disposición datos sobre peso y número, longitud promedio, coeficiente de variación en la longitud de la fibra y contenido de fibra corta menor a los 12.7 milímetros.  La longitud del cuadrante superior derecho sólo tiene datos de peso.  La calidad de las longitudes que tienen un número son las del 2.5% y 5%.  La frecuencia de distribución y diagramas de grapas pueden ser obtenidos e imprimidos tanto por peso como por número.  También está disponible en el apartado  D del AFIS L&D los diámetros de la longitud en micrones, por número y el coeficiente de variación del diámetro.  El tiempo requerido para evaluar cada muestra es de 2 a 3 minutos.