Las condiciones del proceso durante el hilado determinan los cambios en las fibras durante el proceso de conformación

Las condiciones del proceso durante el hilado determinan los cambios en las fibras durante el proceso de conformación, lo que afecta significativamente la capacidad de hilado, la estructura y las propiedades del hilo enrollado y las características del hilo terminado. Por tanto, las propiedades del hilo acabado se ven muy influenciadas por estas condiciones.

01 Temperatura de fusión (Tm)

La temperatura de fusión, también conocida como temperatura de hilado, debe controlarse adecuadamente para garantizar una buena capacidad de hilado y excelentes propiedades físicas y mecánicas del hilo terminado. La temperatura de fusión debería fundir completamente los chips y al mismo tiempo evitar una degradación térmica severa de las macromoléculas de poliéster. Por lo tanto, para virutas con una viscosidad característica en el rango de 0,64 a 0,66, generalmente se recomienda controlar la temperatura de fusión entre 285 y 290°C. Si supera los 300°C, las macromoléculas de poliéster sufrirán una rápida degradación térmica. Dentro del rango de temperatura antes mencionado, a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de flujo de la masa fundida disminuye gradualmente, lo que conduce a una uniformidad y propiedades reológicas mejoradas, mejorando así la capacidad de hilatura.

El grado de preorientación del hilo enrollado (índice de birrefringencia n) disminuye, la uniformidad de la sección transversal disminuye y la tensión de hilatura también disminuye. La relación de estiramiento máxima y la relación de estiramiento natural del hilo enrollado aumentan. Después del estiramiento, la resistencia y el alargamiento del hilo estirado también muestran una tendencia creciente. Por lo tanto, siempre que la viscosidad de la masa fundida no disminuya significativamente, la temperatura se puede mantener lo más alta posible.

Sin embargo, la temperatura de fusión no debe ser demasiado alta. Las temperaturas excesivamente altas pueden exacerbar la degradación de las macromoléculas de poliéster, lo que lleva a una presión del tornillo reducida o fluctuante, lo que puede causar fluctuaciones en el punto de solidificación de la fibra, mayor desigualdad en la cinta y mayores tasas de desigualdad en el teñido, entre otros problemas. Además, puede provocar un aumento de filamentos del cabezal de inyección, más pelusas y extremos rotos durante el bobinado y un alargamiento excesivo del producto terminado. En casos graves, los filamentos extruidos pueden parecer discontinuos y no poder enrollarse correctamente.

La temperatura de fusión tampoco puede ser demasiado baja. Si la temperatura es demasiado baja, la viscosidad excesiva aumentará la tensión de corte de la masa fundida en la hilera, provocando la rotura de la masa fundida y dando como resultado una capacidad de hilatura deficiente. Cuando la temperatura es inferior a 280°C, la resistencia y el alargamiento de los filamentos hilados son bajos. Este tipo de filamento se conoce como filamento débil, que tiende a producir pelusas y extremos rotos durante el estiramiento, lo que dificulta la operación.

En los procesos de producción reales, la temperatura de fusión a menudo fluctúa, lo que puede provocar fácilmente diferencias de color en las fibras. La fluctuación de temperatura generalmente se controla dentro de un rango de ±1°C. Cabe señalar que las diferentes características de las virutas de poliéster tienen diferentes viscosidades intrínsecas y puntos de fusión, por lo que el rango de temperatura de fusión seleccionado también debe diferir en consecuencia. Generalmente, para una variación de la viscosidad intrínseca de ±0,1, la temperatura de fusión debería cambiar correspondientemente en ±10°C.

La idoneidad de la temperatura de fusión seleccionada se puede evaluar no sólo a partir de las condiciones operativas de hilado y estiramiento, así como de los indicadores de calidad del hilo acabado, sino también evaluando la caída de viscosidad del hilo libre de aceite. Es deseable un Δn inferior a 0,04, con fluctuaciones mínimas.

La temperatura de fusión se puede controlar mediante las temperaturas de la extrusora de tornillo y la caja de hilatura. Además, también se deben considerar los efectos de la generación de calor por fricción. Según las funciones fundamentales del tornillo, se puede dividir en sección de alimentación, sección de compresión y sección de medición. En la práctica, para facilitar el control de la temperatura, el tornillo se puede dividir en varias zonas de control de calefacción.

02 presión de extrusión del tornillo

La presión de extrusión de tornillo se refiere a la presión de fusión en la salida del extrusor de tornillo, que se mide y controla mediante sensores de presión. La presión de extrusión de tornillo se utiliza para superar la resistencia de la masa fundida en equipos como tuberías y mezcladores, asegurando que haya una cierta presión de masa fundida en la entrada de la bomba dosificadora.

Según los informes bibliográficos, la presión de entrada de la bomba debe alcanzar los 2 MPa para que la bomba dosificadora mida y produzca con precisión; de lo contrario, puede resultar en un suministro de bomba insuficiente o fluctuante, provocando que el hilo hilado se vuelva más fino o desigual.

Tomando como ejemplo la máquina de hilar VC406A, al hilar filamento de 167 dtex a una velocidad de 1000 m/min, la resistencia de la tubería es de 2,6 MPa y se requieren al menos 4,6 MPa de presión de extrusión de tornillo en la máquina de hilar para una producción normal.

En la producción real, es necesario controlar la presión entre 6,5 y 7,5 MPa. Aunque una presión de extrusión de tornillo más alta es beneficiosa para el hilado, una presión excesivamente alta requiere una rotación de tornillo más rápida, lo que aumenta el reflujo de la masa fundida dentro de la extrusora y aumenta el consumo de energía. Si la presión excede el rango de tolerancia de presión del equipo, pueden ocurrir accidentes.

03 Volumen de suministro de la bomba

El volumen de suministro de la bomba se refiere a la masa de masa fundida entregada por la bomba dosificadora por unidad de tiempo. El tamaño del volumen de suministro de la bomba afecta directamente el espesor del hilo hilado. El volumen de suministro de la bomba se puede determinar mediante cálculos y luego ajustarse según las condiciones reales. La fórmula de cálculo es la siguiente:

Q = DRV/(l0000K)

En la fórmula, Q es el volumen de suministro de la bomba (g/min), D es la densidad del hilo terminado (dtex), R es la relación de estiramiento, v es la velocidad de hilado (m/min) y K es el coeficiente de contracción de la fibra (comúnmente tomado entre 1,05 y 1,10). En la producción real, el volumen de suministro de la bomba no se controla directamente; en cambio, se logra controlando la velocidad de rotación de la bomba. La velocidad de rotación de la bomba se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

N=Q/γηC

En la fórmula: n es la velocidad de la bomba dosificadora (r/min), Q es el volumen de suministro de la bomba (g/min), γ es la densidad de la masa fundida (g/cm³), η es la eficiencia de la bomba dosificadora (generalmente 98%) y C es la capacidad de la bomba dosificadora (cm³/r).

La velocidad permitida para una bomba dosificadora general es de 15 a 40 r/min, siendo el rango óptimo de 20 a 30 r/min. Si la velocidad calculada está fuera de este rango, se puede ajustar cambiando las especificaciones de la bomba dosificadora.

04 Presión del componente

La presión de los componentes se utiliza para superar la resistencia que encuentra la masa fundida al pasar a través de la capa de filtro y los orificios de la hilera, y está estrechamente relacionada con la uniformidad de la calidad de la fibra.

Durante el hilado a alta presión, la presión de los componentes oscila entre 9,8 y 24,5 MPa, lo que da como resultado una mejor calidad del hilo bobinado. A medida que aumenta el tiempo de uso del componente, las impurezas en la capa filtrante se acumulan gradualmente, lo que aumenta la resistencia y aumenta continuamente la presión del componente. En términos de presión de los componentes, el proceso considera principalmente la presión inicial y la tasa de aumento de presión.

La presión inicial se refiere a la presión medida 30 minutos después de que el nuevo componente se haya estabilizado durante el hilado, también conocida como presión inicial. Está relacionado con la composición de la capa filtrante, el rendimiento de la bomba, la temperatura de fusión y la viscosidad, y generalmente se establece entre 9,8 y 14,7 MPa.

La tasa de aumento de presión se refiere al grado de aumento en la presión del componente por unidad de tiempo (hora o día) durante el uso normal. La tasa de aumento de presión diaria debe ser inferior al 6%. Un aumento rápido de la presión puede acortar la vida útil del componente. Si la presión del componente alcanza un máximo de 30 MPa, deberá sustituirse. Continuar usándolo puede dañar la bomba dosificadora o causar deformación de la placa de la hilera o fuga de material.

05 Enfriamiento Soplado Temperatura, humedad y velocidad del viento

Al hilar filamentos, generalmente se utiliza el soplado lateral, con tres parámetros principales: temperatura, humedad y velocidad del viento (volumen de aire). Además, está la distribución de la velocidad del viento en la superficie de la ventana lateral.

La temperatura de enfriamiento del soplado está entre 20 y 30°C. Si la velocidad de giro aumenta, la temperatura del aire debe reducirse adecuadamente para acelerar el enfriamiento. Actualmente se utiliza habitualmente una temperatura de 28°C.

El golpe de enfriamiento debe tener un cierto nivel de humedad para evitar la electricidad estática generada por la fricción de los filamentos con el aire seco en el conducto, reduciendo las sacudidas y rebotes de los filamentos. También ayuda a mantener una temperatura interior constante, facilitando la transferencia de calor y mejorando el enfriamiento de los filamentos. Además, afecta la cristalinidad, el alargamiento y la recuperación de humedad de los filamentos. Es aceptable una humedad relativa entre 65% y 80%, normalmente controlada en alrededor del 70%.

La velocidad del viento (volumen de aire) tiene un impacto significativo en la preorientación (birrefringencia) y la relación de estiramiento del hilo enrollado. A medida que aumenta la velocidad del viento, disminuye la birrefringencia del hilo enrollado, mientras que aumenta la relación de estiramiento en frío. Esto se debe a mejores efectos de enfriamiento a velocidades de viento más altas, que desplazan el punto de solidificación hacia la hilera, acortando la zona de deformación y debilitando el efecto de orientación de estiramiento en la masa fundida antes de la solidificación.

Además, las velocidades del viento más altas pueden mejorar la uniformidad del tinte y reducir las variaciones en la densidad lineal, al tiempo que mitigan la interferencia del flujo de aire exterior. Sin embargo, si la velocidad del viento excede un cierto nivel, puede hacer que los filamentos se sacudan y se vuelvan turbulentos, lo que aumenta el efecto de enfriamiento en la superficie de la hilera y potencialmente conduce a un aumento en la variabilidad de los indicadores de calidad del producto. Las velocidades del viento de enfriamiento para filamentos de diferentes densidades lineales se muestran en la Tabla.

Además, la velocidad del viento debe ser estable, ya que las fluctuaciones pueden aumentar la desigualdad del diámetro del filamento. Esta desigualdad es una de las causas clave de las inconsistencias del teñido y las variaciones en la resistencia a la tracción. Las curvas de distribución de la velocidad del viento suelen adoptar tres formas: lineal uniforme, curva y en forma de S, siendo las más comunes la lineal y la curva. Para mantener la temperatura de la superficie de la hilera, algunas configuraciones incluyen una zona de enfriamiento dentro de la ventana de hilatura, con la abertura inferior aislada con placas de asbesto. Durante la producción normal, es fundamental colocar correctamente los paneles aislantes.

06 Velocidad de bobinado

La velocidad de bobinado es un factor importante que afecta a la preorientación del hilo bobinado. Cuanto mayor es la velocidad de bobinado, mayor es el grado de preorientación, pero la relación de estiramiento posterior tiende a ser menor. Si bien la productividad del husillo aumenta con la velocidad de bobinado, no lo hace en proporción lineal.

En condiciones óptimas, se debe maximizar la velocidad de bobinado, ya que esto no sólo aumenta la eficiencia de la producción sino que también mejora la calidad del hilo. Según los datos disponibles, la velocidad de bobinado óptima para la hilatura convencional se sitúa entre 900 y 1200 m/min.

La relación entre la velocidad de bobinado y la velocidad de expulsión de la masa fundida se denomina relación de estiramiento de la hilera. Un aumento en la relación de estiramiento de la hilera da como resultado una disminución en la relación de estiramiento posterior. La relación de estiramiento de la hilera se puede calcular utilizando la ecuación (9-9).

En la ecuación, R′R'R′ representa la relación de estiramiento de la hilera, vvv es la velocidad de bobinado (cm/min), γgammaγ es la densidad de la masa fundida (g/cm³), ddd es el diámetro del orificio de la hilera (cm), nnn es el número de orificios de la hilera y QQQ es la salida de la bomba (g/min).

07 Frecuencia de reciprocidad del dispositivo de hilo guía de movimiento transversal

La frecuencia de movimiento alternativo del dispositivo de guía del hilo de movimiento transversal determina el tamaño del ángulo de devanado de la bobina y afecta la tensión del devanado, lo que la convierte en un factor clave para lograr una buena formación del devanado. En la producción, el ángulo de bobinado habitualmente utilizado suele estar entre 6° y 7°. La frecuencia de reciprocidad se puede calcular utilizando la ecuación (9-10).

En la ecuación, NNN representa la frecuencia de reciprocidad (ciclos/min), αalphaα es el ángulo de bobinado (°), HHH es la carrera de la guía del hilo (m) y vvv es la velocidad de bobinado (m/min).

Para evitar una mala formación de devanado causada por hilos superpuestos, la frecuencia de movimiento alternativo del dispositivo de guía de hilo de movimiento transversal debe variarse periódicamente. El rango de variación se denomina amplitud, mientras que la duración de la variación se denomina período. La amplitud normalmente se establece en ±15 a 25 ciclos/min, y el período generalmente está entre 15 y 25 segundos. Cuando aumenta la velocidad del devanado, tanto la amplitud como el período deben reducirse adecuadamente.

08 Rotación de rodillos y concentración de aceite

La cantidad de aceite aplicada al hilo enrollado determina directamente el contenido de aceite del multifilamento acabado. Una mayor concentración de aceite y una velocidad de rotación más rápida de los rodillos conducen a una mayor aplicación de aceite. La cantidad de aceite aplicada depende del uso final del hilo: para hilos tejidos, es del 0,6% al 0,7%; para los hilados de punto, del 0,7% al 0,9%; y para hilos elásticos, del 0,5% al ​​0,6%. La velocidad de rotación del rodillo suele estar entre 10 y 20 r/min, con una concentración de aceite del 10 % al 16 %.

Para garantizar una aplicación uniforme de aceite, se deben coordinar la velocidad de rotación del rodillo y la concentración de aceite. Si la concentración de aceite aumenta y la velocidad del rodillo disminuye, el aceite tendrá mejores propiedades de dispersión y difusión, pero peor adherencia. Por el contrario, si la concentración de aceite disminuye y la velocidad del rodillo aumenta, las propiedades de salpicadura y difusión serán peores, mientras que la adherencia mejorará.

El aceite de hilatura debe prepararse como una emulsión de una concentración específica antes de su uso. El aceite preparado debe ser uniforme y tener una gran transparencia.