As condições do processo durante a fiação determinam as mudanças nas fibras durante o processo de modelagem

As condições do processo durante a fiação determinam as mudanças nas fibras durante o processo de modelagem, impactando significativamente a capacidade de fiação, a estrutura e as propriedades do fio enrolado, e as características do fio acabado. As propriedades do fio acabado são, portanto, grandemente influenciadas por estas condições.

01 Temperatura de fusão (Tm)

A temperatura de fusão, também conhecida como temperatura de fiação, deve ser controlada adequadamente para garantir boa fiabilidade e excelentes propriedades físicas e mecânicas do fio acabado. A temperatura de fusão deve derreter completamente os cavacos, evitando a degradação térmica severa das macromoléculas de poliéster. Portanto, para cavacos com viscosidade característica na faixa de 0,64 a 0,66, geralmente recomenda-se que a temperatura de fusão seja controlada entre 285 e 290°C. Se exceder 300°C, as macromoléculas de poliéster sofrerão rápida degradação térmica. Dentro da faixa de temperatura acima mencionada, à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade do fluxo do fundido diminui gradualmente, levando a uma melhor uniformidade e propriedades reológicas, aumentando assim a fiabilidade.

O grau de pré-orientação do fio enrolado (índice de birrefringência n) diminui, a uniformidade da seção transversal diminui e a tensão de fiação também diminui. A taxa de estiramento máximo e a taxa de estiramento natural do fio enrolado aumentam. Após o alongamento, a resistência e o alongamento do fio esticado também apresentam tendência crescente. Portanto, desde que a viscosidade do fundido não diminua significativamente, a temperatura pode ser mantida tão alta quanto possível.

Contudo, a temperatura de fusão não deve ser demasiado elevada. Temperaturas excessivamente altas podem exacerbar a degradação das macromoléculas de poliéster, levando à redução ou flutuação da pressão do parafuso, o que pode causar flutuações no ponto de solidificação da fibra, aumento da irregularidade na fita e maiores taxas de irregularidade no tingimento, entre outros problemas. Além disso, pode resultar no aumento de filamentos da cabeça de injeção, mais penugem e pontas quebradas durante o enrolamento e alongamento excessivo do produto acabado. Em casos graves, os filamentos extrudados podem parecer descontínuos e não conseguirem enrolar adequadamente.

A temperatura de fusão também não pode ser muito baixa. Se a temperatura for muito baixa, a viscosidade excessiva aumentará a tensão de cisalhamento do fundido na fieira, causando a quebra do fundido e resultando em baixa fiabilidade. Quando a temperatura está abaixo de 280°C, a resistência e o alongamento dos filamentos fiados são baixos. Este tipo de filamento é denominado filamento fraco, que tende a produzir penugem e pontas quebradas durante o alongamento, dificultando a operação.

Nos processos de produção reais, a temperatura de fusão flutua frequentemente, o que pode facilmente levar a diferenças de cor nas fibras. A flutuação de temperatura é geralmente controlada dentro de uma faixa de ±1°C. Deve-se notar que diferentes características dos chips de poliéster têm viscosidades intrínsecas e pontos de fusão variados, portanto a faixa de temperatura de fusão selecionada também deve diferir de acordo. Geralmente, para uma variação de viscosidade intrínseca de ±0,1, a temperatura de fusão deve mudar correspondentemente em ±10°C.

A adequação da temperatura de fusão selecionada pode ser avaliada não apenas pelas condições de operação de fiação e estiramento, bem como pelos indicadores de qualidade do fio acabado, mas também pela avaliação da queda de viscosidade do fio isento de óleo. Um Δn inferior a 0,04, com flutuações mínimas, é desejável.

A temperatura de fusão pode ser controlada pelas temperaturas da extrusora de parafuso e da caixa giratória. Além disso, os efeitos da geração de calor por fricção também devem ser considerados. Com base nas funções fundamentais do parafuso, ele pode ser dividido em seção de alimentação, seção de compressão e seção de medição. Na prática, para facilitar o controle da temperatura, o parafuso pode ser dividido em diversas zonas de controle de aquecimento.

02 pressão de extrusão de parafuso

A pressão de extrusão de parafuso refere-se à pressão de fusão na saída da extrusora de parafuso, que é medida e controlada por sensores de pressão. A pressão de extrusão do parafuso é utilizada para superar a resistência do fundido em equipamentos como tubulações e misturadores, garantindo que haja uma certa pressão de fundido na entrada da bomba dosadora.

De acordo com relatos da literatura, a pressão de entrada da bomba deve atingir 2 MPa para que a bomba dosadora meça e produza com precisão; caso contrário, poderá resultar em fornecimento insuficiente ou flutuante da bomba, fazendo com que o fio fiado fique mais fino ou irregular.

Tomando a máquina de fiar VC406A como exemplo, ao girar o filamento de 167 dtex a uma velocidade de 1000 m/min, a resistência da tubulação é de 2,6 MPa e pelo menos 4,6 MPa de pressão de extrusão do parafuso são necessários na máquina de fiar para a produção normal.

Na produção real é necessário controlar a pressão entre 6,5 e 7,5 MPa. Embora uma pressão de extrusão de rosca mais elevada seja benéfica para a fiação, uma pressão excessivamente alta requer uma rotação mais rápida da rosca, o que aumenta o refluxo do fundido dentro da extrusora e aumenta o consumo de energia. Se a pressão exceder a faixa de tolerância de pressão do equipamento, poderão ocorrer acidentes.

03 Volume de alimentação da bomba

O volume de fornecimento da bomba refere-se à massa de fundido entregue pela bomba dosadora por unidade de tempo. O tamanho do volume de alimentação da bomba afeta diretamente a espessura do fio fiado. O volume de alimentação da bomba pode ser determinado através de cálculo e depois ajustado com base nas condições reais. A fórmula de cálculo é a seguinte:

Q = DRV/(l0000 K)

Na fórmula, Q é o volume de fornecimento da bomba (g/min), D é a densidade do fio acabado (dtex), R é a taxa de estiramento, v é a velocidade de fiação (m/min) e K é o coeficiente de contração da fibra (comumente considerado como 1,05 a 1,10). Na produção real, o volume de abastecimento da bomba não é controlado diretamente; em vez disso, isso é conseguido controlando a velocidade de rotação da bomba. A velocidade de rotação da bomba pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

N=Q/γηC

Na fórmula: n é a velocidade da bomba dosadora (r/min), Q é o volume de fornecimento da bomba (g/min), γ é a densidade do fundido (g/cm³), η é a eficiência da bomba dosadora (geralmente 98%) e C é a capacidade da bomba dosadora (cm³/r).

A velocidade permitida para uma bomba doseadora geral é de 15 a 40 r/min, sendo a faixa ideal de 20 a 30 r/min. Se a velocidade calculada estiver fora desta faixa, ela poderá ser ajustada alterando as especificações da bomba doseadora

04 Pressão do Componente

A pressão do componente é usada para superar a resistência encontrada pelo fundido à medida que passa pela camada de filtro e pelos orifícios da fieira, e está intimamente relacionada à uniformidade da qualidade da fibra.

Durante a fiação de alta pressão, a pressão do componente varia de 9,8 a 24,5 MPa, resultando em melhor qualidade do fio enrolado. À medida que o tempo de uso do componente aumenta, as impurezas na camada do filtro se acumulam gradualmente, levando ao aumento da resistência e ao aumento contínuo da pressão do componente. Em termos de pressão dos componentes, o processo considera principalmente a pressão inicial e a taxa de aumento da pressão.

A pressão inicial refere-se à pressão medida 30 minutos após a estabilização do novo componente durante a fiação, também conhecida como pressão inicial. Está relacionado à composição da camada de filtro, à saída da bomba, à temperatura de fusão e à viscosidade, e geralmente é definido entre 9,8 e 14,7 MPa.

A taxa de aumento de pressão refere-se ao grau de aumento da pressão do componente por unidade de tempo (hora ou dia) durante o uso normal. A taxa diária de aumento da pressão deve ser inferior a 6%. Um rápido aumento na pressão pode reduzir a vida útil do componente. Se a pressão do componente atingir no máximo 30 MPa, ele deverá ser substituído. Continuar a usá-lo pode danificar a bomba doseadora ou causar deformação da placa da fieira ou vazamento de material.

05 Temperatura de sopro de resfriamento, umidade e velocidade do vento

Ao girar filamentos, geralmente utiliza-se o sopro lateral, com três parâmetros principais: temperatura, umidade e velocidade do vento (volume de ar). Além disso, há a distribuição da velocidade do vento na superfície da janela lateral.

A temperatura de sopro de resfriamento está entre 20 e 30°C. Se a velocidade de centrifugação aumentar, a temperatura do ar deverá ser reduzida adequadamente para acelerar o resfriamento. Atualmente, uma temperatura de 28°C é comumente usada.

O sopro de resfriamento deve ter um certo nível de umidade para evitar a eletricidade estática gerada pelo atrito dos filamentos com o ar seco no duto, reduzindo a vibração e o ressalto do filamento. Também ajuda a manter uma temperatura interior constante, facilitando a transferência de calor e melhorando o arrefecimento dos filamentos. Além disso, afeta a cristalinidade, o alongamento e a recuperação de umidade dos filamentos. Uma umidade relativa entre 65% e 80% é aceitável, normalmente controlada em torno de 70%.

A velocidade do vento (volume de ar) tem um impacto significativo na pré-orientação (birrefringência) e na taxa de estiramento do fio enrolado. À medida que a velocidade do vento aumenta, a birrefringência do fio enrolado diminui, enquanto a taxa de estiramento a frio aumenta. Isto se deve a melhores efeitos de resfriamento em velocidades de vento mais altas, que deslocam o ponto de solidificação em direção à fieira, encurtando a zona de deformação e enfraquecendo o efeito de orientação de estiramento no fundido antes da solidificação.

Além disso, velocidades mais altas do vento podem melhorar a uniformidade do corante e reduzir variações na densidade linear, ao mesmo tempo que atenuam a interferência do fluxo de ar externo. No entanto, se a velocidade do vento exceder um determinado nível, pode fazer com que os filamentos tremam e se tornem turbulentos, aumentando o efeito de arrefecimento na superfície da fieira e potencialmente levando a um aumento na variabilidade dos indicadores de qualidade do produto. As velocidades do vento de resfriamento para filamentos de diferentes densidades lineares são mostradas na Tabela.

Além disso, a velocidade do vento deve ser estável, pois as flutuações podem aumentar a irregularidade do diâmetro do filamento. Esta irregularidade é uma das principais causas de inconsistências de tingimento e variações na resistência à tração. As curvas de distribuição da velocidade do vento normalmente assumem três formas: linear uniforme, curva e em forma de S, sendo linear e curva as mais comuns. Para manter a temperatura da superfície da fieira, algumas configurações incluem uma zona de resfriamento dentro da janela giratória, com a abertura inferior isolada com placas de amianto. Durante a produção normal, é essencial posicionar corretamente as placas isolantes.

06 Velocidade de enrolamento

A velocidade de enrolamento é um fator importante que afeta a pré-orientação do fio enrolado. Quanto maior a velocidade de enrolamento, maior o grau de pré-orientação, mas a taxa de estiramento subsequente tende a ser menor. Embora a produtividade do fuso aumente com a velocidade de enrolamento, isso não acontece numa proporção linear.

Em condições ideais, a velocidade de bobinagem deve ser maximizada, pois isso não só aumenta a eficiência da produção, mas também melhora a qualidade do fio. De acordo com os dados disponíveis, a velocidade de enrolamento ideal para a fiação convencional está entre 900 e 1200 m/min.

A relação entre a velocidade de enrolamento e a velocidade de ejeção do fundido é chamada de razão de estiramento da fieira. Um aumento na taxa de estiramento da fieira resulta numa diminuição na razão de estiramento subsequente. A taxa de estiramento da fieira pode ser calculada usando a Equação (9-9).

Na equação, R′R'R′ representa a taxa de estiramento da fieira, vvv é a velocidade de enrolamento (cm/min), γgammaγ é a densidade de fusão (g/cm³), ddd é o diâmetro do furo da fieira (cm), nnn é o número de furos da fieira e QQQ é a saída da bomba (g/min).

07 Frequência de reciprocidade do dispositivo de fio guia de movimento cruzado

A frequência de movimento alternativo do dispositivo de fio guia de movimento cruzado determina o tamanho do ângulo de enrolamento da bobina e afeta a tensão do enrolamento, tornando-o um fator chave para alcançar uma boa formação de enrolamento. Na produção, o ângulo de enrolamento comumente usado é normalmente entre 6° e 7°. A frequência de reciprocidade pode ser calculada usando a Equação (9-10).

Na equação, NNN representa a frequência de reciprocidade (ciclos/min), αalphaα é o ângulo de enrolamento (°), HHH é o curso da guia do fio (m) e vvv é a velocidade de enrolamento (m/min).

Para evitar a má formação de enrolamento causada pela sobreposição de fios, a frequência de movimento alternativo do dispositivo de fio guia de movimento cruzado deve ser variada periodicamente. A faixa de variação é chamada de amplitude, enquanto a duração da variação é chamada de período. A amplitude é normalmente definida em ±15 a 25 ciclos/min, e o período é geralmente entre 15 a 25 segundos. Quando a velocidade do enrolamento aumenta, tanto a amplitude quanto o período devem ser reduzidos de forma adequada.

08 Rotação dos Rolos e Concentração de Óleo

A quantidade de óleo aplicada ao fio enrolado determina diretamente o teor de óleo do multifilamento acabado. Maior concentração de óleo e velocidade de rotação mais rápida do rolo levam ao aumento da aplicação de óleo. A quantidade de óleo aplicada depende do uso final do fio: para fios tecidos é de 0,6% a 0,7%; para fios de malha, 0,7% a 0,9%; e para fios elásticos, 0,5% a 0,6%. A velocidade de rotação do rolo está normalmente entre 10 e 20 r/min, com uma concentração de óleo de 10% a 16%.

Para garantir uma aplicação uniforme do óleo, a velocidade de rotação do rolo e a concentração do óleo devem ser coordenadas. Se a concentração de óleo aumentar e a velocidade do rolo diminuir, o óleo terá melhores propriedades de respingos e difusão, mas menor adesão. Por outro lado, se a concentração de óleo diminuir e a velocidade do rolo aumentar, as propriedades de respingos e difusão serão piores, enquanto a adesão melhorará.

O óleo de fiação deve ser preparado como uma emulsão de concentração específica antes do uso. O óleo preparado deve ser uniforme e ter forte transparência.