El termofijado es un término utilizado en la industria textil para describir un proceso térmico que normalmente tiene lugar en una atmósfera de vapor o en un ambiente 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 procesos posteriores.
El ajuste por calor puede eliminar la tendencia a una torsión indeseable. En los procesos de bobinado, torsión, tejido, mechones y tricotado, la mayor tendencia al torque puede causar dificultades en el procesamiento del hilo. Cuando se utiliza termofijación para hilos de alfombras , los resultados deseables incluyen no sólo la disminución del torque sino también la estabilización o fijación del hilo de fibra. Tanto la estabilización por torsión como la estabilización del efecto friso son resultados del proceso de termofijación. La termofijación beneficia a los hilos básicos, así como a los hilos de filamento continuo a granel (BCF). La fijación por calor a menudo también hace que las fibras sintéticas ganen volumen. Este crecimiento de volumen se describe comúnmente como "desarrollo en masa". Todos los procesos que utilizan temperatura y/o humedad para dar a los textiles uno de los atributos mencionados anteriormente se conocen como termofijación. El término "fijación térmica" se utiliza con menos frecuencia. En la industria de las alfombras, el proceso se denomina exclusivamente "fijado por calor".
La tendencia al arrugamiento se debe a las condiciones tecnológicas de la producción del hilado y a las propiedades físicas de la fibra . Las "condiciones tecnológicas de la producción de hilados" se refieren sobre todo al momento de giro del hilo. Un hilo retorcido siempre intentará torcerse cuando cuelga libremente entre dos puntos fijos en forma de bucle. Al hacer esto, renuncia a una parte de su torsión original que se convierte en espirales cuya dirección de torsión es opuesta a la dirección de torsión original. Este desarrollo de torsión en la dirección opuesta ocurre cuando el hilo retorcido 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 presión del haz de fibras en el hilo. Puede llegar a ser tan fuerte que el núcleo del hilo se pandee cuando ya no pueda soportar las tensiones de compresión. El hilo se riza, lo que significa que el hilo intenta alcanzar un estado de equilibrio en el que las torsiones en la dirección opuesta a la dirección de torsión original equilibran el par del hilo. Estos giros también se denominan giros negativos. En este estado de equilibrio, las tensiones de torsión internas se anulan entre sí. El hilo siempre se dobla en un punto donde la sección transversal es pequeña debido a las irregularidades del hilo. Durante el proceso de hilatura, este punto sufre más torsiones y, por lo tanto, está sujeto a tensiones internas más altas, que finalmente rompen el núcleo del hilo. Aunque los hilos más gruesos están menos retorcidos que los finos, la tensión interna aumenta en sentido opuesto al tamaño del hilo. El hilo más pequeño se debilita más con el vapor. Otros aspectos positivos del vaporizado son la reducción del rizado y al mismo tiempo el ajuste de las propiedades físicas de cierre y extensión que se confieren al hilo mediante la torsión.
Existen comportamientos completamente diferentes según el tipo de material del hilo. 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.
Tan pronto como entra vapor, la cantidad de humedad del hilo aumenta inmediatamente, 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 en un ácido sulfónico aún no aislado.
Se puede ver una ionización en los puentes que se produjeron a partir de la liberación de sal. Debido al aumento de temperatura en las fibras durante el vaporizado se produce una oscilación de las moléculas que provoca la rotura de los puentes de hidrógeno; ahora se liberan valencias residuales que pueden saturarse con el agua dipolar. El agua actúa entonces como una lubricación entre las moléculas individuales. De este modo, los enlaces de las cadenas principales entre sí se disuelven mediante las cadenas laterales, las cadenas polipeptídicas individuales pueden desplazarse entre sí y las tensiones encuentran su equilibrio (ver ilustración 4). Cuando se continúa 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 entre sí y las fibras recuperaron su anterior unión, aunque sin tensiones notables en su interior.
El hilo o la doble torsión del hilo están fijados. Por supuesto, hay que tener en cuenta la estructura morfológica de las fibras a la hora de igualar las tensiones mediante vaporización. 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 del vapor del proceso de vaporización Steamatic es mucho mejor en referencia 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 líneas de polímeros estrechamente paralelas . Estas fuerzas que actúan transversalmente al eje de la fibra constituyen la cercanía de una fibra. Si se aplica tensión a la fibra, estas fuerzas impiden que la fibra se rompa.
Por el contrario, los dominios de las fibras amorfas actúan como enlaces de las fibras. Son responsables de la resistencia a la flexión de las fibras. Además, los dominios de fibra amorfa hacen posible la entrada de agua o tinte.
Durante la cocción al vapor, el calentamiento de la fibra hace que sus moléculas comiencen a oscilar. El aumento de la oscilación, que puede verse influenciado por el grado y el período de calentamiento, disuelve las fuerzas de enlace eléctrico en la fibra; al principio en los dominios amorfos, después en los cristalinos y por último en los polímeros. Al igual que con la lana, las tensiones generadas por el hilado se liberan. Durante el secado o enfriamiento de la fibra , las fuerzas de unión se reconstruyen sin que haya tensiones en la parte interior.
El problema de las fibras sintéticas es que la reducción de las fuerzas de unión sólo se produce entre el llamado punto de deformación (el inicio del cambio de los dominios de fibra amorfos, solidificados y firmes, a un estado viscoelástico, fácilmente deformable) y el punto de distorsión (el 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 fraguado de fibras sintéticas sólo es posible a partir de un rango de temperatura de 85 a 95 °C. Por el contrario, la lana pura se adapta muy bien a estas temperaturas.
En la cocción al vapor en línea, el algodón desempeña un papel más o menos subordinado. El proceso físico o químico exacto en la fibra no se conoce bien.
La calidad de las alfombras de pelo cortado mejora significativamente mediante una reducción de las tensiones internas en el hilo. Este beneficio esencial resulta de los efectos de la cocción al vapor y la termofijación.
Los estilos de alfombras se dividen en dos tipos básicos. Estos tipos son las alfombras de pelo ondulado y las alfombras de pelo cortado. Especialmente en el caso del pelo cortado y sus variantes (Sajonia, shag, friso), el proceso de termofijación es de suma importancia.
Por lo general, cuando se corta el hilo, los extremos se deshilachan de manera similar a como se deshilachan los extremos de una trenza o cuerda cuando se cortan 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 tendría un mal aspecto, un ciclo de vida más corto y desventajas ergonómicas para el "caminante", como lo demuestran las investigaciones científicas. La alfombra es menos elástica y no absorbe los pasos del usuario tan bien como lo haría una alfombra termofijada. Una alfombra fabricada con hilo termofijado es más atractiva, duradera y cómoda para el usuario. El valor añadido de las moquetas heatset es significativo. Normalmente, una alfombra termofijada se puede identificar por su estructura granulada, lo que en la industria se denomina "definición de punta precisa". La apariencia de los extremos del pelo cortado es similar a las puntas de un alfiler.
En la industria textil se conocen varios procesos diferentes de termofijación. Los más importantes se presentan aquí.
El proceso de termofijado más antiguo es el termofijado en autoclave. En general, es un proceso discontinuo. Las instalaciones de autoclave utilizan vacío y/o presión. El material textil se introduce en el autoclave en bobinas, en ovillos o suelto en un contenedor. Como casi todos los autoclaves están expuestos a determinadas presiones, normalmente se construyen en forma cilíndrica y se montan horizontalmente. Por lo general, los autoclaves se cargan y descargan desde el extremo del cilindro, pero algunos pueden cargarse desde un extremo y descargarse desde el otro. Los autoclaves montados verticalmente existen pero son menos comunes. Se utilizan principalmente para hilos sintéticos como poliéster, polietileno, polipropileno y nailon.
Para la automatización del hilado/bobinado de eslabones 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 termofijado se produce entre la hilatura de anillos y las máquinas bobinadoras. Tan pronto como la máquina de hilar a anillos termina de hilar, las bobinas cargadas se transportan al vaporizador en línea. Esas bobinas se cuecen al vapor allí con un método de vacío y se secan nuevamente en segundos. Después de vaporizar y secar, las bobinas se transportan a la máquina bobinadora, donde se rebobinan en un paquete de bobinado cruzado.
Actualmente, la industria de las alfombras utiliza dos procesos continuos, el proceso Power-Heat-Set y el proceso TVP, que se deriva de la tecnología de autoclave.
El proceso Power-Heat-Set, anteriormente conocido como proceso Suessen, se desarrolló a principios de la década de 1970 y fue el primer sistema de termofijado continuo en todo el mundo. El proceso en sí fue revolucionario porque fue el primer sistema que no funcionó con vapor saturado y presión, sino con una mezcla de vapor/aire sobrecalentado 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 de óxido capilar hace que luego toda la alfombra 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 sobre 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 a un proceso de termofijado con vapor saturado. Al final del túnel, el hilo se saca a través de una segunda mecha. El hilo que todavía está caliente y húmedo se seca y se enfría después del termoendurecimiento y se alimenta al proceso de bobinado. Se pueden procesar hasta 72 extremos de hilo al mismo tiempo.
En el proceso Power-Heat-Set, el hilo se fija con calor con vapor sobrecalentado en un sistema abierto a presión atmosférica. Se pueden procesar todos los materiales normalmente utilizados en la industria de las alfombras, como poliamida 6, poliamida 6.6, polipropileno, acrílico, PET, poliéster y lana.
El hilo crudo se suministra en paquetes en una fileta (hasta 72 paquetes). A una velocidad de hasta 700 m/min, el hilo se retira de los paquetes y se introduce en el proceso de termofijación. Hay dos formas básicas de transporte del hilo a lo largo del proceso. Una forma es colocar el hilo en bobinas o en un patrón en forma de 8 en una correa o envolverlo en cuerdas dispuestas en forma de polígono para transportarlo a través del proceso. Con los hilos Frieze solo se utiliza el transporte por correa. Frieze se produce mediante un prensaestopas especial, el llamado Twinroll-Box (TRB). El proceso de termofijado se realiza a temperaturas entre 110 °C y 200 °C en una mezcla de vapor y aire. Después del termofijado, el hilo se enfría y se enrolla. en los paquetes nuevamente en la bobinadora. En general, una máquina termofijadora consta de seis líneas con ocho extremos (fibras) cada una. Es posible una producción diaria de hasta 10,5 toneladas.