Tecnologia della formazione delle fibre chimiche (man-made)

La maggior parte delle fibre man-made è realizzata per estrusione, forzando un liquido molto viscoso attraverso gli orifizi di una filiera e formando un insieme di filamenti continui di un polimero allo stato semi-solido.

Nello stadio iniziale i polimeri che costituiranno le fibre, sono allo stato solido e quindi devono prima passare allo stato fluido che consenta l’estrusione.

Questo avviene, di norma, attraverso la fusione, se i polimeri sono termoplastici, ovvero che si ammorbidiscono e fondono con l’apporto di calore, o sciogliendoli in un solvente se non termoplastici.

Se non possono essere fusi o disciolti devono essere trattati chimicamente per realizzare dei derivati termoplastici.

Tecnologie più recenti si rivolgono a polimeri che non possono essere né fusi, né disciolti, né possono dare derivati appropriati. In questo caso le molecole del fluido sono miscelate e reagiscono fin o a realizzare polimeri altrimenti intrattabili durante il processo di estrusione.

La filiera

E’ costituita, genericamente, da una piastra attraversata da numerosi e finissimi orifizi (da uno ad alcune centinaia di fori). Questi fori sono estremamente sensibili alle impurità ed allo sporco che si può depositare nonché alla corrosione. Per questo il fluido in alimentazione deve essere filtrato accuratamente il che è difficile con fluido molto viscosi. In alcuni casi si realizza la filiera in metalli anticorrosione, molto cari.

Quando il filamento esce dalla filiera il polimero liquido passa prima ad uno stato gommoso e poi solidifica. Questa operazione va sotto il nome di filatura (chiamata anche filatura primaria, per distinguerla dalla tipica lavorazione tessile).

Esistono quattro sistemi fondamentali di filatura:

• a umido,
• a secco,
• allo stato fuso,
• in gel.

Filatura a umido

Si realizza per i polimeri che possono essere disciolti in un solvente.

La filiera è immersa nel bagno del solvente ed il filamento emerge precipitando dalla soluzione e solidifica.

Poiché la soluzione è estrusa direttamente nel liquido di precipitazione il processo si chiama ad umido;

Acrilico, rayon, modacrilico e spandex possono essere ottenute con questo processo.

Filatura a secco

Si impiega sempre per filare polimeri in soluzione, ma, invece di precipitare il polimero per diluizione o per reazione chimica, si solidifica per evaporazione del solvente in una corrente d’aria o di gas inerte.

Il filamento non viene a contatto con il liquido di precipitazione non c’è quindi bisogno dell’essiccamento ed è più facile il recupero del solvente.

Il processo può essere utilizzato per acetato, triacetato, acrilico, modacrilico, PBI, spandex, vinyon.

Filatura per fusione

Il polimero viene fuso, passa direttamente alla filiera e poi solidifica per raffreddamento.

Nylon, le olefiniche, il poliestere, saran, sulfar sono prodotte in questo modo.

Le fibre possono essere estruse con filiere che differiscono per la geometria dei fori (circolare, trilobata, pentagonale, ottagonale, ecc.).

Ad esempio la sezione trilobata riflette di più la luce e d è molto interessante per le applicazioni tessili.

Le sezioni pentagonali e quelle cave si impiegano, ad esempio, nei tappeti, sono più resilienti e trattengono meno lo sporco e le macchie.

Filatura gel

E’ un processo che viene utilizzato per ottenere fibre ad alte prestazioni e speciali: il polimero non è in uno stato effettivamente liquido durante l’estrusione: le catene del polimero sono legate assieme ed hanno in molti punti una struttura definibile come cristallo liquido.

Questo causa forti legami tra i filamenti risultanti che può portare ad un sensibile aumento della resistenza delle fibre.

Inoltre i cristalli sono allineati secondo l’asse della fibra, a causa delle forze di taglio che intervengono durante l’estrusione.

I filamenti emergono con un grado di orientamento elevatissimo e così presentano una resistenza eccezionale.

Il processo può essere descritto come un mix di processo a umido ed a secco, poiché i filamenti passano prima in aria e poi sono ulteriormente raffreddati in un bagno liquido;

Alcune fibre polietileniche ad alta resistenza e le aramidiche sono filate con il sistema gel.

Stiro ed orientamento

Mentre le fibre stanno solidificando e, in alcun i casi anche nello stato solido, i filamenti possono essere stirati per incrementare la resistenza.

Le catene molecolari vengono così riunite tra loro ed orientate lungo l’asse della fibra, ottenendo un elevato incremento della resistenza.