El hilado es un proceso de fabricación para crear fibras de polímeros . Es una forma especializada de extrusión que utiliza una hilera para formar múltiples filamentos continuos. [1]
Si el polímero es un termoplástico , puede someterse a hilado por fusión. El polímero fundido se extruye a través de una hilera compuesta de capilares donde el filamento resultante se solidifica por enfriamiento. Mediante este proceso se producen nailon , olefina , poliéster , saran y azufre . [1]
Los pellets o gránulos del polímero sólido se introducen en una extrusora . Los pellets se comprimen, se calientan y se funden mediante un tornillo de extrusión y luego se introducen en una bomba de hilado y en la hilera.
El proceso de hilado directo evita la etapa de formación de pellets de polímero sólido. El polímero fundido se produce a partir de las materias primas y luego, desde el acabador de polímeros, se bombea directamente a la hilandería. El hilado directo se aplica principalmente durante la producción de fibras y filamentos de poliéster y está destinado a una alta capacidad de producción (>100 toneladas/día).
Si la temperatura de fusión del polímero es superior a su temperatura de degradación, el polímero debe someterse a técnicas de hilado en solución para la formación de fibras. El polímero se disuelve primero en un disolvente formando una solución de hilado (a veces llamada "dope"). La solución de hilado se somete luego a técnicas de hilado en seco, húmedo, en seco-chorro húmedo, en gel o electrohilado.
Una solución de hilado que consta de polímero y un disolvente volátil se extruye a través de una hilera hacia una cámara de evaporación. Una corriente de aire caliente incide sobre los chorros de solución de hilado que emergen de la hilera, evaporando el disolvente y solidificando los filamentos. El hilado por soplado de solución es una técnica similar en la que se rocía una solución de polímero directamente sobre un objetivo para producir una estera de fibra no tejida . [2]
El hilado en húmedo es el más antiguo de los cinco procesos. El polímero se disuelve en un disolvente de hilado y se extruye a través de una hilera sumergida en un baño de coagulación compuesto de sustancias no disolventes. El baño de coagulación hace que el polímero precipite en forma de fibra. Mediante este proceso se producen acrílico , rayón , aramida , modacrílico y spandex . [1]
Una variante del hilado en húmedo es el hilado en húmedo con chorro seco , en el que la solución de hilado pasa a través de un espacio de aire antes de sumergirse en el baño de coagulación. Este método se utiliza en el hilado de celulosa disuelta con Lyocell y puede dar lugar a una mayor orientación del polímero debido a la mayor capacidad de estiramiento de la solución de hilado en comparación con la fibra precipitada.
El hilado en gel, también conocido como hilado semifundido, se utiliza para obtener alta resistencia u otras propiedades especiales en las fibras. En lugar del hilado húmedo, que se basa en la precipitación como mecanismo principal para la solidificación, el hilado en gel se basa en la gelificación física inducida por la temperatura como método principal para la solidificación. La fibra gelificada resultante se hincha luego con el disolvente de hilado (similar a los postres de gelatina ) que mantiene las cadenas de polímero unidas entre sí, resistiendo la relajación que prevalece en el hilado húmedo. La alta retención de disolvente permite un estiramiento ultra alto como con el polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) (por ejemplo, Spectra ® ) para producir fibras con un alto grado de orientación, lo que aumenta la resistencia de la fibra. Las fibras primero se enfrían con aire o en un baño líquido para inducir la gelificación, luego se elimina el disolvente a través del envejecimiento en un no disolvente, o durante la etapa de estiramiento. Algunas fibras de polietileno y poliacrilonitrilo de alta resistencia se producen a través de este proceso. [1]
El electrohilado utiliza una carga eléctrica para extraer fibras muy finas (normalmente a escala micro o nanométrica) de un líquido, ya sea una solución de polímero o un polímero fundido. El electrohilado comparte características tanto de la electropulverización como del hilado en seco convencional de fibras [3] . El proceso no requiere el uso de productos químicos de coagulación ni altas temperaturas para producir hilos sólidos a partir de la solución. Esto hace que el proceso sea especialmente adecuado para la producción de fibras utilizando moléculas grandes y complejas. También se practica el electrohilado por fusión ; este método garantiza que ningún disolvente pueda pasar al producto final. [4] [5]
Por último, se estiran las fibras para aumentar su resistencia y orientación. Esto puede hacerse mientras el polímero todavía se está solidificando o después de que se haya enfriado por completo. [1]