El término termofijado se utiliza en la industria textil para describir un proceso térmico que suele tener lugar en una atmósfera de vapor o en un entorno de calor seco . El efecto del proceso proporciona a las fibras , hilos o tejidos estabilidad dimensional y, muy a menudo, otros atributos deseables, como mayor volumen, resistencia a las arrugas o resistencia a la temperatura. Muy a menudo, el termofijado también se utiliza para mejorar los atributos de los procesos posteriores.
El termofijado puede eliminar la tendencia a la torsión indeseable. En los procesos de bobinado, torsión, tejido, tufting y tricotado, la mayor tendencia a la torsión puede causar dificultades en el procesamiento del hilo. Cuando se utiliza el termofijado para hilos de alfombras , los resultados deseables incluyen no solo la disminución de la torsión sino también la estabilización o fijación del hilo de fibra. Tanto la estabilización de la torsión como la estabilización del efecto de friso son resultados del proceso de termofijado. El termofijado beneficia a los hilos de fibra corta, así como a los hilos de filamento continuo voluminosos (BCF). El termofijado a menudo también hace que las fibras sintéticas ganen volumen. Este crecimiento de volumen se describe comúnmente como "desarrollo de volumen". Todos los procesos que utilizan temperatura y/o humedad para dar a los textiles uno de los atributos mencionados anteriormente se conocen como termofijado. El término "fijación térmica" se utiliza con menos frecuencia. En la industria de las alfombras, el proceso se denomina exclusivamente "termofijado".
La tendencia a la ondulación se debe a las condiciones tecnológicas de la producción de hilados y a las propiedades físicas de la fibra . En primer lugar, las "condiciones tecnológicas de la producción de hilados" se refieren al momento de giro del hilo. Un hilo torcido siempre intentará torcerse cuando cuelgue libremente entre dos puntos fijos en forma de bucle. Al hacerlo, pierde una parte de su torsión original y se convierte en espirales cuya dirección de torsión es opuesta a la dirección de torsión original. Este desarrollo de la torsión en la dirección opuesta se produce cuando el hilo torcido intenta alcanzar el equilibrio.
La torsión en sentido contrario se debe a las tensiones resultantes de la torsión del hilo que Mueller indicó en el diagrama de tensión y presión. La tensión total que actúa contra la torsión aumenta en relación con el aumento de la torsión debido al aumento de la tensión y la presión del haz de fibras del hilo. Puede llegar a ser tan fuerte que el núcleo del hilo se combe cuando ya no puede soportar las tensiones de compresión. El hilo se enrosca, lo que significa que el hilo intenta alcanzar un estado de equilibrio en el que las torsiones en sentido contrario a la dirección de torsión original equilibran el par del hilo. Estas torsiones también se denominan torsiones negativas. En este estado de equilibrio, las tensiones de torsión internas se anulan entre sí. El hilo siempre se comba en un punto donde la sección transversal es pequeña debido a la irregularidad del hilo. Durante el proceso de hilado, este punto recibió más torsiones y, por lo tanto, está sujeto a mayores tensiones internas, que finalmente rompen el núcleo del hilo. Aunque los hilos más gruesos están menos torcidos que los finos, la tensión interna aumenta en sentido opuesto al tamaño del hilo. Los hilos más pequeños se debilitan más con el vapor. Otros aspectos positivos del vapor son la reducción del rizado y, al mismo tiempo, el ajuste de las propiedades físicas de cercanía y extensión impartidas al hilo mediante la torsión.
Dependiendo del tipo de material del hilo, se producen comportamientos completamente diferentes. Se sabe mucho sobre el vaporizado de hilos de lana, pero se necesita más investigación sobre el comportamiento del vaporizado de fibras artificiales y algodón.
En cuanto entra vapor, aumenta inmediatamente la cantidad de humedad del hilo , debido al calentamiento del hilo y a la condensación del vapor. Según Speakmann, en la fibra de lana estirada se pueden observar los siguientes fenómenos: las cadenas laterales de cistina se someten a una hidrólisis en el puente de azufre, donde la cistina se disuelve en cisteína y un ácido sulfónico aún no aislado.
En los puentes que se han formado a partir de la liberación de la sal se puede observar una ionización. Debido al aumento de la temperatura en las fibras durante el vaporizado se produce una oscilación de las moléculas que lleva a la ruptura de los puentes de hidrógeno; ahora se liberan valencias residuales que pueden saturarse con el agua dipolar. El agua actúa entonces como un lubricante entre las moléculas individuales. De este modo, los enlaces de las cadenas principales entre sí se disuelven por las cadenas laterales, las cadenas polipeptídicas individuales pueden desplazarse unas contra otras y las tensiones encuentran su equilibrio (véase la ilustración 4). Al continuar el vaporizado del hilo, se forman nuevas cadenas laterales entre los componentes individuales de las cadenas principales. Cuando finalmente se seca el hilo, es decir, se produce el equilibrio de humedad dentro del hilo, se libera sal de nuevo y se forman puentes de hidrógeno. Ahora las cadenas polipeptídicas individuales ya no pueden desplazarse unas contra otras y las fibras recuperan su antigua proximidad, pero sin tener tensiones notables en su interior.
La torsión del hilo o del hilo doble está determinada. Por supuesto, al igualar las tensiones mediante vaporización, debe tenerse en cuenta la estructura morfológica de las fibras. Dado que la fibra de lana alcanza muy rápidamente la temperatura para romper los puentes de hidrógeno y el vapor para hidrolizar los puentes de cistina, es posible una modificación de la torsión relativamente rápida que corresponde aproximadamente a los valores de un hilo moderado en autoclave; sin embargo, la calidad de vaporización del proceso de vaporización Steamatic es mucho mejor en lo que se refiere a la uniformidad de la absorción de humedad.
Las fibras sintéticas se pueden dividir en dos dominios de fibra, el dominio cristalino (organizado) y el dominio amorfo (no organizado). En los dominios cristalinos, las fuerzas físicas de atracción actúan entre las líneas paralelas de polímeros . Estas fuerzas que actúan transversalmente al eje de la fibra conforman la proximidad de una fibra. Si se aplica tensión a la fibra, estas fuerzas impiden que la fibra se rompa.
Por el contrario, los dominios de fibras amorfas actúan como enlaces de las fibras. Son responsables de la resistencia a la flexión de las fibras. Además, los dominios de fibras amorfas permiten la entrada de agua o tinte.
Durante el vaporizado, el calentamiento de la fibra hace que sus moléculas comiencen a oscilar. El aumento de la oscilación, que puede verse influido por el grado y el período de calentamiento, disuelve las fuerzas de enlace eléctrico en la fibra; primero en los dominios amorfos, después en los cristalinos y por último en los polímeros. Al igual que ocurre con la lana, se liberan las tensiones introducidas por el hilado . Durante el secado o el enfriamiento de la fibra , las fuerzas de enlace se reconstruyen sin que haya tensiones en la parte interna.
El problema de las fibras sintéticas es que la reducción de las fuerzas de unión solo tiene lugar entre el llamado punto de deformación (inicio del cambio de los dominios de fibra sólida y amorfa a un estado viscoelástico, fácilmente deformable) y el punto de distorsión (los dominios de fibra cristalina también cambian a un estado viscoelástico), que se encuentra en un rango de temperatura relativamente alto.
Esto también explica el hecho de que la lana mezclada con fibras sintéticas sea más difícil de fijar que la lana pura. El fijado de las fibras sintéticas solo es posible a temperaturas superiores a los 85-95 °C. En cambio, la lana pura puede fijar muy bien a estas temperaturas.
En el proceso de vaporización en línea, el algodón desempeña un papel más o menos secundario. No se conocen bien los procesos físicos o químicos exactos que se producen en la fibra.
La calidad de las alfombras de pelo cortado mejora significativamente gracias a la reducción de las tensiones internas del hilo. Este beneficio esencial es el resultado de los efectos del vapor y el termofijado.
Los estilos de alfombras se dividen en dos tipos básicos: alfombras de bucle y alfombras de pelo cortado. En el caso de las alfombras de pelo cortado y sus variantes (Sajonia, Shag, Frieze), el proceso de termofijado es de suma importancia.
Por lo general, cuando se corta el hilo, los extremos se deshilachan de forma similar a como se deshilachan los extremos de una trenza o una cuerda al cortarlos, y se forma una especie de cepillo. Este deshilachado debe evitarse por todos los medios en las alfombras de pelo cortado. Una alfombra de pelo cortado con los extremos deshilachados del hilo tendría un aspecto deficiente, un ciclo de vida más corto y desventajas ergonómicas para el "caminante", como lo han demostrado las investigaciones científicas. La alfombra es menos elástica y no absorbe los pasos del usuario tan bien como lo haría una alfombra termoendurecible. Una alfombra fabricada con hilo termoendurecible es más atractiva, duradera y cómoda para el usuario. El valor añadido de la alfombra termoendurecible es significativo. Normalmente, una alfombra termoendurecible se puede identificar por su estructura granulada, que en la industria se denomina "definición de punta de alfiler". La apariencia de los extremos del pelo cortado es similar a la de las puntas de alfiler.
En la industria textil se conocen varios procesos de termofijado diferentes. A continuación se presentan los más importantes.
El proceso de termofijado más antiguo es el termofijado en autoclave. En su mayor parte, se trata de un proceso discontinuo. Las instalaciones de autoclave utilizan vacío y/o presión. El material textil se introduce en el autoclave en bobinas, en madejas o suelto en un recipiente. Como casi todos los autoclaves están expuestos a ciertas presiones, suelen tener forma cilíndrica y montarse horizontalmente. Lo más habitual es que los autoclaves se carguen y descarguen desde el extremo del cilindro, pero algunos pueden cargarse desde un extremo y descargarse desde el otro. Existen autoclaves montados verticalmente, pero son menos comunes. Se utilizan principalmente para hilos sintéticos como poliéster, polietileno, polipropileno y nailon.
Para la automatización de la hilatura/bobinado de bobinas existe el llamado "vaporizador en línea". El primer proceso conocido de este tipo es el proceso Steamatic de Resch. En este caso, el proceso de termofijación se lleva a cabo entre la hilatura de anillos y las bobinadoras. Una vez que la máquina de hilar de anillos ha terminado de hilar, las bobinas cargadas se transportan al vaporizador en línea, donde se vaporizan mediante un método de vacío y se secan nuevamente en segundos. Después del vaporizado y el secado, las bobinas se transportan a la bobinadora, donde se rebobinan en una bobina cruzada.
La industria de las alfombras utiliza actualmente dos procesos continuos, el proceso Power-Heat-Set y el proceso TVP, derivado de la tecnología de autoclave.
El proceso Power-Heat-Set, anteriormente conocido como proceso Suessen, fue desarrollado a principios de los años 70 y fue el primer sistema de termofijado continuo del mundo. El proceso en sí fue revolucionario, ya que fue el primer sistema que no funcionaba con vapor saturado y presión, sino con una mezcla de vapor y aire sobrecalentados a presión atmosférica. Con esta innovadora tecnología se crearon colecciones de alfombras completamente nuevas. En el proceso Power-Heat-Set, los hilos y filamentos se oxidan ligeramente en la superficie debido al oxígeno existente en la atmósfera circundante y a las temperaturas más altas. Esta película capilar de óxido hace que la alfombra completa sea más resistente a las manchas. Las partículas de suciedad se adhieren menos a las fibras.
Además de la tecnología Power-Heat-Set, existe el proceso SUPERBA TVP3, que también es un proceso continuo. En el proceso TVP3, el hilo se coloca en una cinta transportadora y se introduce a través de una esclusa en un túnel de presión que puede tener hasta 15 m de largo. Dentro del túnel, se somete al proceso de termofijado con vapor saturado. Al final del túnel, el hilo se extrae a través de una segunda esclusa. El hilo, que todavía está caliente y húmedo, se seca y se enfría después del termofijado y se alimenta al proceso de bobinado. Se pueden procesar hasta 72 cabos de hilo al mismo tiempo.
En el proceso Power-Heat-Set, el hilo se fija mediante calor con vapor sobrecalentado en un sistema abierto a presión atmosférica. Se pueden procesar todos los materiales que se utilizan habitualmente en la industria de las alfombras, como poliamida 6, poliamida 6.6, polipropileno, acrílico, PET, poliéster y lana.
El hilo sin procesar se coloca en bobinas en una fileta (hasta 72 bobinas). A una velocidad de hasta 700 m/min, el hilo se extrae de las bobinas y se introduce en el proceso de termofijado. Hay dos formas básicas de transportar el hilo a través del proceso. Una forma es colocar el hilo en bobinas o en forma de "ocho" sobre una cinta o enrollarlo sobre cuerdas dispuestas en forma de polígono para transportarlo a través del proceso. En el caso de los hilos Frieze, solo se utiliza el transporte por cinta. Frieze se produce mediante una caja de relleno especial, la denominada Twinroll-Box (TRB). El proceso de termofijado se lleva a cabo a temperaturas entre 110 °C y 200 °C en una mezcla de vapor y aire. Después del termofijado, el hilo se enfría y se vuelve a enrollar en bobinas en la bobinadora. En general, una máquina de termofijado consta de seis líneas con ocho extremos (fibras) cada una. Es posible una producción diaria de hasta 10,5 toneladas.