Fibras sintéticas

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Fibras sintéticas
Prof. Taís Larissa Silva
2015
Conceitos fundamentais
A alta massa molecular dos polímeros que podem ser formadas pelo encadeamento dos monômeros conferem a estes materiais propriedades químicas e físicas especiais, como por exemplo, alta viscosidade, elasticidade ou dureza, resistência ao calor, à umidade e à abrasão etc. 
Os polímeros podem ser lineares, ramificados ou assumir uma estrutura em rede tridimensional. Quando o polímero é formado por apenas um tipo de monômero usa-se a expressão homopolímero. Quando há mais de um tipo de monômero na molécula, ela é designada como um copolímero. 
Homopolímeros: possuem apenas um tipo de “mero”.
 
Um dímero (formado de duas partes) é uma molécula composta por duas unidades similares ou monômeros unidos.
Trímero: constituído por 3 unidades monoméricas;
Tetrâmero: constituído por 4 unidades monoméricas.
Oligômero: consiste em um composto químico constituído 
de poucas unidades de monômeros.
Dímero de ácido carboxílico
Reações de polimerização
Por condensação: Nesta reação, cada etapa do processo é
acompanhada pela formação da molécula de uma substância simples, geralmente a água.
Por adição: Na polimerização por adição, os monômeros reagem para produzir um polímero, sem formar subprodutos. As polimerizações por adição são normalmente conduzidas na presença de catalisadores, os quais, em certos casos, exercem controle sobre a estrutura da molécula, com efeitos importantes nas propriedades do polímero.
 A Bakelite, as poliamidas, como o Nylon, os poliuretanos e os poliésteres, como o poli(tereftalato de etileno) - PET são alguns polímeros obtidos por condensação. Como exemplos da polimerização por adição temos o polietileno (PE), poli(cloreto de vinila) - PVC, poliestireno (PS), entre outros.
Condensação 
Adição 
Disposição das macromoléculas nos polímeros e nas fibras
A primeira condição para se obter uma fibra têxtil é que a substância constituinte da fibra seja de moléculas longas e filiformes. Todavia, os polímeros em forma de chips apresentam uma estrutura completamente amorfa e para que haja cristalização, é necessário aplicar temperatura e submeter os filamentos ao processo de estiragem. Assim, os filamentos apresentam regiões cristalinas e certa quantidade de regiões amorfas, o que é ideal para filamentos com características boas de alongamento, tenacidade, etc.
A estiragem consiste em tracionar os fios após a extrusão dos mesmos no processo de fiação, seguindo uma certa técnica a fim de provocar também um aumento no comprimento.
Nesta fase as macromoléculas são obrigadas a deslizar uma sobre as outras, causando uma paralelização das macromoléculas e orientação no sentido da estiragem. 
Assim, as macromoléculas oferecem condições de formar novas ligações intermoleculares nas regiões cristalinas.
Termoplásticos e termorrígidos
Viscosidade
 A
L
T
A
 B
A
I
X
A
 P
R
E
S
S
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J
A
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M
P
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A
T
U
R
A
 DECOMPOSIÇÃO DO POLÍMERO (OXIDAÇÃO TÉRMICA)
Fiação por fusão
FUNDIDO
EVITA O ATRITO
E ACÚMULO DE 
ELETRICIDADE
ESTÁTICA
VELOCIDADE: 1000 – 6000 M MIN-1 (MULTI)
F I B R A S S I N T É T I C A S
FIBRAS DE POLIÉSTER
Definição 
Poliéster é um polímero que contém em sua cadeia principal o grupo funcional éster, que é obtido a partir da condensação de ácidos carboxílicos e glicóis: ácido + álcool = éster + água. 
Poliéster é um termo genérico para uma substância em que um polímero de longa cadeia sintética é composto de pelo menos 85% em massa de um éster do álcool dihidrico e do acido tereftálico, formando a seguinte cadeia:
Sendo assim, são macromoléculas que apresentam a ligação éster em cada unidade repetitiva.
PET
PBT – Polibutileno tereftalato
PTT – Politrimetileno tereftalato
PCT – Policiclohexanodimetileno tereftalato
PCT – Polietileno Naphtalato
+ USADAS
POSIÇÃO DA FIBRA NO MERCADO MUNDIAL
OBTENÇÃO DO POLIÉSTER
Através de homopolímeros1: Mistura de ácido tereftálico e etilenoglicol ou dimetiltereftalato e etilenoglicol.
Através de copolímeros2: Mistura de ácido tereftálico, etilenoglicol e ácido paraoxibenzóico ou dimetiltereftalato, etilenoglicol e ácido paraoxibenzóico. A formação de poliéster, homo ou copolimero são para fabricação de poliéster para fins têxteis.
1 – Homopolímero: é o plástico resultante da polimerização de um único monômero. Ex: - A-A-A-A-A-A-A- (mesma unidade repetitiva)
2 – Copolímero: é o plástico resultante da polimerização de dois ou mais monômeros. Ex: - A-B-B-A-A-A-A-A-B-A- (diferentes unidades repetitivas)
Éster + Álcool = Novo álcool + Novo Éster
Porque a esterificação é melhor que a transesterificação
Na reação de esterificação não há necessidade de catalisador;
Utilizando PTA, é mais fácil manter o grau de esterificação. Utilizando DMT, na transesterificação, há um maior cuidado pela alta sensibilidade deste éster;
Na reação de esterificação, o coproduto formado é a água, enquanto que na transesterificação, o metanol, havendo mais riscos no manuseio do metanol;
No processo de esterificação, é mais fácil recuperar o polímero;
O processo de esterificação é menos custoso em relação ao processo de transesterificação.
PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO FILAMENTO
O processo para a produção de poliéster é conhecido como polimerização. Há duas tecnologias disponíveis para obtenção de polímeros e fios de poliéster: tecnologia contínua e tecnologia descontínua:
Tecnologia Contínua: indicada para uma produção superior a 10 toneladas/dia. DMT. O polímero é levado ainda fundido às cabeças de fiação, evitando o problema da umidade e secagem dos chips.
Tecnologia Descontínua: Transforma o PTA em polímeros (chips), que passam por silos de estocagem, extrusora e secagem antes de chegar à fiação.
POLIMERIZAÇÃO CONTÍNUA
A polimerização é composta por um conjunto de 3 reatores dotados de agitação contínua, aquecidos por Dowtherm (260° C) e trabalham em elevado vácuo.
A condensação é efetuada na presença de vácuo e alta temperatura, havendo a separação e evaporação do excesso de etilenoglicol. Ajusta-se o vácuo e a temperatura de tal forma que na saída do 3º reator, o polímero tenha alcançado o grau de polimerização desejado.
Em seguida, o polímero é bombeado diretamente para as cabeças de fiação, ou, caso haja excesso, para uma unidade formadora de chips, de modo a ser estocado e processado pelo método tradicional.
Máquina de Produção
Fieiras
TITULOS DOS FILAMENTOS
A gama de produção de fios de poliéster é muito variada, e depende basicamente do:
 Título: que mede a quantidade de gramas por 10.000 metros de fio (dtex), isto é, a “grossura” do fio; 
 Número de filamentos: a quantidade de filamentos por fio.
EXEMPLO: 167 dtex /48 filamentos 
167 dtex/96 filamentos 
167 dtex/288 filamentos 
FILAMENTOS DE PES
Dependendo dos processos de fiação e bobinagem dos fios, estes terão características diferentes e são chamados:
LOY - Low Oriented Yarn - Bobinado de 1200 a 1800 m/min.
POY - Partially Oriented Yarn - Bobinado de 2800 a 3500 m/min.
FOY – FULLY ORIENTED YARN – ACIMA DE 3500 M/MIN
TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA
(Tg) DOS TERMOPLÁSTICOS
Temperatura de transição vítrea é a temperatura em que o polímero, torna-se maleável , "mole", sem passar para a fase líquida. É essa propriedade que permite aos termoplásticos serem reciclados e transformados em inúmeros outros produtos.
Colocando em prática a transição vítrea do termoplástico é possível moldá-lo em uma forma diferente da original.
A temperatura de transição vítrea é um dos mais importantes parâmetros usados no planejamento de processos e produtos poliméricos. Ela permite prever o comportamento de um determinado material numa temperatura, assim como designa indiretamente certas propriedades do material como propriedades mecânicas, resistência à temperatura, etc. 
BENEFICIAMENTO
Os processos
de beneficiamentos dos fios são:
 
Estiragem: o fio é alimentado em máquinas específicas, que sofrem o processo de estiramento e fixação a quente do fio, obtendo um fio liso, sem volume e fixado.
BENEFICIAMENTO
Texturização: processo de “criar volume no fio”, visando aproximar o mesmo do aspecto de fibras naturais, como algodão e linho.
Orientação molecular
Filamento LOY (Low Oriented Yarn): filamento de baixa orientação molecular, baixa resistência e pouca comercialização atual.
Filamento POY (Partially Oriented Yarn): tipo de filamento que se estende com facilidade e que necessita de beneficiamento para ser utilizado em tecelagens e malharias.
Filamento texturizado DTY (Draw Textured Yarn): produto fabricado a partir do POY, que passa por um processo de estiragem e frisagem para dar volume e maciez ao fio. É usado para fabricação de tecidos e malhas, entre outras aplicações.
FDY (Fully Draw Yarn): tipo de filamento liso usado para algumas aplicações específicas no segmento têxtil, como cortinas e bancos de automóveis.
ESTRUTURA E PROPRIEDADES
DO POLIÉSTER
O poliéster é encontrado na forma de fios de filamento contínuo, fibra cortada e “tow”. As propriedades são melhor consideradas pela divisão em três grupos principais: 
 Filamento de alta tenacidade;
 Filamento de média tenacidade;
 Fibra cortada.
CARACTERÍSTICAS DE DEFORMAÇÃO
 Os fios de filamento contínuo e fibras cortadas de poliéster estão sujeitos a desprezíveis deformações;
 
 A recuperação de fibras cortadas é menor do que em filamento contínuo.
TEMPERATURA
 Ponto de fusão cristalino: 260º C 
 Ponto de transição vítrea: 80º C
Por esta razão, o poliéster não pode ser estirado à frio, pois as regiões amorfas não têm fluidez nem flexibilidade.
O poliéster é muito menos sensível que o nylon à oxidação e pode resistir um tempo considerável a temperaturas próximas aos 200º C.
EFEITO DA LUZ SOLAR
 O poliéster resiste à ação da radiação ultravioleta do sol muito melhor que o nylon e apenas com a proteção de um vidro transparente resiste durante anos à exposição.
EFEITO DE ÁCIDOS
 
 O efeito de ácidos é insignificante, diferente de outras fibras têxteis.
OUTROS AGENTES QUÍMICOS
 
 O poliéster tem boa resistência à maioria dos agentes oxidantes e redutores e não é solúvel na maior parte dos solventes orgânicos, exceto os dos grupos dos fenóis.
Os ácidos mono, di e tricloroacético dissolvem o poliéster. Os hidrocarbonetos e os solventes comuns não afetam as fibras de poliéster.
UMIDADE
 
 A absorção de umidade das fibras de poliéster é muito baixa, menos de 1%. Isto obviamente, produz certa tendência à produção de eletricidade estática.
USO FINAL DO POLIÉSTER
 Têxtil
 Vestuário
 Decoração
 Tecido Automotivo
USO FINAL DO POLIÉSTER
 Têxtil
 Cortina Voil
 Tecidos para moda em geral
Etiquetas
USO FINAL DO POLIÉSTER
 Têxtil
Moda Feminina
Moda Masculina
COMÉRCIO
 Os principais países produtores e exportadores de poliéster estão na Ásia.
 
 Na China, se tornou a base do desenvolvimento e prosperidade têxtil.
 O Brasil é inexpressivo nesse mercado, mas algumas empresas já iniciaram projetos que visam minimizar as exportações.
Exercícios de fixação
Por que os fios POY são utilizados para produção de fios texturizados? Explique.
Por que filamentos de poliéster são menos impactantes (ambientalmente falando) que fios de algodão?
Quais as características negativas e positivas das fibras de poliéster?
Por que as fibras de poliéster apresentam problemas de estática? Como mitigar esse problema?