APOSTILA TECNOLOGIA DAS FIBRAS INTRODUCAO

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
TECNOLOGIA DE FIBRAS – MEC3107
FIBRAS TÊXTEIS: 
INTRODUÇÃO
PROF. DR. RASIAH LADCHUMANANANDASIVAM
FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
 O uso de fibras têxteis é uma das artes antigas de ser humano. O estudo das
fibras têxteis tornou-se interessante e sendo uma ciência desafiante.
 A história do desenvolvimento das fibras tem sido um padrão de tentativas e
erros desde que a fibra começou a ser usada na fabricação de peças de
vestuário.
 Os meios de torcer as fibras para formação de cordas, de plissado e de costura
datam da era Paleolítica.
 Durante este tempo e até 100 anos atrás, todas as fibras empregadas pelo
homem eram retiradas de fontes na natureza.
 No presente, estas fibras são conhecidas como fibras naturais, ex. algodão,
linho, juta, lã e seda.
 O contínuo desenvolvimento das fibras é mais influenciado pelo clima.
Inicialmente as fibras vegetais foram usadas em climas quentes. Lã, pelo e
peles de animais foram usadas nos países frios.
 As sedas caras eram usadas pelos nobres, pelos ricos e pelas classes
privilegiadas da sociedade.
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 O linho já era cultivado na era neolítica, sendo uma das fibras antigas de
que se tem conhecimento. As qualidades extraordinárias do linho, tais
como a resiliência, dureza, lustre e suavidade fizeram com que esta fibra
fosse preferida na maior parte do mundo. Na maioria das vezes o linho é
fiado com cânhamo que é conhecido por suas propriedades narcóticas.
 O algodão é uma fibra vegetal importante e vem sendo utilizado há mais
de 5000 anos.
 Em 530 A.C. a seda foi mencionada nos textos chineses, e era utilizada
também na Palestina e Síria nos século VI A.C.
 O conceito de produção de fibras artificiais ou fibras feitas pelo homem
(Man Made Fibres) surgiu do desejo de substituir a seda. Em 1667 Hooke,
e depois em 1734 Reaumer, tiveram a ideia de produzir seda artificial. Em
1770 Dubet iniciou a produção em escala experimental de filamentos da
goma sedosa extraída da mariposa morta. O filamento foi produzido pela
formação de jato e solidificação.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
 O conceito de filamento de fibras feitas pelo homem foi desenvolvido em 1855
por G. Audemars. A primeira patente inglesa no assunto foi registrada (BP 283,
1855). O método consistia da extrusão de filamentos de uma solução de nitro-
celulose dissolvida numa mistura de álcool e éter e os filamentos eram
estirados a partir de um metal pontudo.
 Em 1869 o acetato de celulose foi descoberto por Schutzenberger e Naudin.
Em 1880 Swan extrudou collidine (trimetil piridina) através de jatos finos num
banho de coagulação. O sucesso comercial foi obtido por Chardonnet que
produziu fibras de nitro-celulose e registrou a patente. No processo de nitro-
celulose, a celulose foi nitratada com ácido nítrico com ácido sulfúrico como
catalisador e em seguida dissolvida numa mistura de álcool e éter (collodion).
 Em 1890 Despeissis produziu seda artificial pelos meios de solução de cobre
amoniacal para dissolução de algodão e fiação de celulose que foi batizada
depois como raion cupramoníaco.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
 Em 1891 o primeiro raion foi produzido na Alemanha. 
 Em 1892 Cross e Beven, dissolveram celulose em hidróxido de
sódio e bissulfeto de carbono – raion viscose. Também em 1894
desenvolveram o triacetato de celulose.
 Em 1903 o acetato de celulose secundário foi preparado, e em
1914 a fibra de acetato de celulose secundário foi
manufaturada.
 Durante este tempo Henry Dreyfus desenvolveu ésteres de
celulose na Suíça.
 A fase inventiva mais importante na evolução das fibras sintéticas
aconteceu nos EUA e Alemanha durante os anos de 1928 – 1939.
 No período de 1931 a 1932 W. H. Carothers elaborou a teoria
básica da estrutura da fibra. Ele e os seus seis colaboradores na
Du Pont, prepararam polímeros que formam fibras de poliésteres
e poliamidas.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
 Em 1934 a primeira fibra sintética foi desenvolvida na Alemanha de
co-polimeros de haleto vinílico e éster vinílico. A fibra foi chama da
de “vinyon” e “Pe Ce”.
 Em 1935 descobriram o Nailon6.6, isto é poly(hexametileno
adipamida) e o fenômeno de estiragem a frio.
 Por outro lado P. Schlack da IG Ferbenindustrie da Alemanha
começou trabalhar nos polímeros de condensação. Ele descobriu o
Nailon6 isto é poli(caprolactum) no período de 1937 a 1938.
 O poli(etileno tereftalato) foi feito na Inglaterra por J. R. Whinfield e J.
T. Dickson da Calico Printers Association em 1941.
 A fibra de poli(acrilonitrilo) foi desenvolvida pela Du Pont em 1945.
 Em 1954 Ziegler e Natta patentearam o processo de manufatura de
polipropileno.
 O poli(álcool vinílico) foi preparado em 1957, seguida pelo
poliuretano que é a fibra elastomêrica, em 1958.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
 Diferentes tipos de fibras estão disponíveis hoje-
em-dia. Essas fibras são principalmente divididas
em duas categorias:
 naturais ou manufaturadas pelo homem.
 Eles também são classificados por gerações,
como eles foram produzidos em diferentes
anos/épocas e conhecidos como primeira
geração segunda geração, terceira geração,
quarta geração de fibras. Isso é dado na tabela
abaixo:
7FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
Fase 1 1935 -1950 Desenvolvimento de Náilon e outros
polímeros para fabricação de fibras
Fase 2 1950 – 1960 Desenvolvimento e comercialização das
principais fibras depois de náilon.
Fase 3 1960 – 1970 Desenvolvimento de fibras de segunda
geração.
Fase 4 1970 – 1990 Desenvolvimento de fibras especiais –
terceira geração
Fase 5 1990 - Desenvolvimento de fibras de engenharia
– quarta geração
O desenvolvimento das fibras sintéticas pode ser dividido em 5 fases:
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
1a Geração de Fibras 
– 4000 aC até 1940
Fibras naturais:
Algodão, Lã, Seda, etc.
2a Geração de Fibras 
– 1940 - 1980
Fibras manufaturadas (fibras sintéticas)
Náilon, Poliéster, Acrílico, etc.
3a Geração de Fibras 
– 1985 – 1990 continua
Aramida, Polietileno, Fibras aromáticas.
4a Geração de Fibras 
– 1990 em diante
Fibras inorgânicas, Carbono, Cerâmica, 
Vidro, etc.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Introdução
FIBRAS TÊXTEIS:
Classificação
 Todas as fibras têxteis são classificadas baseadas na fonte da
matéria prima e as suas características químicas.
 Propriedades essenciais das fibras têxteis:
 Comprimento da fibra (staple length) para expressar a dimensão,
ou seja, somente o comprimento.
 Resistência
 Elasticidade
 Uniformidade
 Fiabilidade
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1910 - Raion 1941 - Saran 1959 - Spandex
1924 - Acetato 1946 - Metálica 1983 - Aramida
1930 - Borracha 1949 - Modacrílico 1984 – PBI (Polybenzimidazole)
1936 - Vidro 1949 - Olefinas 1983 – PPS (Polyphenylene sulfide)
1939 - Nailon 1950 - Acrílico 1992 - Liocel
1939 - Vinyon 1953 - Poliéster
Nos anos em que a produção comercial das fibres iniciaram.
FIBRAS TÊXTEIS:
Classificação
FIBRAS TÊXTEIS:
Fontes das fibras celulósicas
 Fibras de sementes (algodão, kapok, algodão bombax)
 Fibras de caule (linho, cânhamo, juta, ramie, kenaf, sunn, etc)
 Fibras de folha (sisal, cânhamo, cânhamo de Manila)
 Fibras de casca ou fruta (coco, palmeira, betelnut)
 A celulose também é encontrada em muitos materiais na forma
não-fibrosa.
 Madeira (madeira dura e madeira mole)
 Capim (capim Sabai, capim espato, palhas de cereais, palha de
arroz, palha de trigo, etc.)
 Restos da agricultura (bagaço de cana, bucha de milho, cascas de
arroz, grãos e cascas de sementes, troncos de soja, caule de girassol,
caule do pé de mamona, etc.)
 Celulose à base de fontes não vegetais.
 A celulose também é encontradano reino animal e mineral. Ela
ocorre nos fosseis de madeira, turfa, linhita (lignite), celulose mineral
(sapperite) e celulose animal como tunicin.
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FIBRAS TÊXTEIS:
Fontes de fibras proteicas
 Proteínas são compostos que ocorrem naturalmente nas células
das plantas e animais.
 As fibras proteicas (de proteína) normalmente ocorrem como
crescimento epitelial, como pelo ou secreção animal. Dentre elas
a lã é a fibra mais importante.
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Fibra Origem / Fonte
Lã Carneiro
Mohair Cabra Angorá
Cashmere Cabra-caxemira
Pelo de Camelo Camelo
Pele de coelho Coelho
Pelo de cavalo Cavalo
Alpaca, Llama Llama
Seda Mariposa (bicho-da-seda) 
domesticada (Bombyx mori)
Selvagem (tussah, endi, eri, 
muga e fogara)
FIBRAS TÊXTEIS:
Algumas das fibras proteicas mais importantes 14
FIBRAS TÊXTEIS:
Fontes de fibras sintéticas
 As principais fontes na formação de fibras sintéticas são:
 Petróleo
 Gás natural
 Carvão
 No presente, as fibras sintéticas são mais importantes do que as fibras
naturais. As vantagens principais são:
 Alta resistência aos produtos químicos
 Alta resistência aos micro-organismos
 Baixa flamabilidade
 Alta elasticidade e alta resistência para distorção e emaranhamento
 Alta resistência a atrito (abrasão).
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Fibras especiais:
Polibenzoxazole
Polibenzimidazole
Classificação das Fibras Têxteis
Natural
Manufaturados
animal vegetal mineral
(amianto)
semente
algodão
kapok
coco
folhacaule
l inho
hemp
juta
kenaf
ramie
etc.
abaca ou 
manila
henequen
phormium 
tenax
sisal
etc.
seda lã
(carneiro)
polímero sintético
pelo
alpaca, camelo, vaca, 
bode (mohaircashmere), 
cavalo, coelho (ângora),
vicuña, etc.
borracha(FTC)
(elastodieno)
outros
(carbobno, vidro, metal, 
cerâmica)
polímero natural
animal
(caseína)
vegetal
(arachin, 
zein)
alginato
éster de 
celulose
celulose
regenerada
(ráion(FTC))
proteína 
regnerada
(azlon(FTC))
cupro
(cupra(FTC)
acetato 
deacetilado
viscose modal
ureia de 
polimetileno
(policarbamida)
poliolefina
(olefina(FTC) derivados de 
polivinilo
poliuretano poliamida ounáilon aramid poliéster poliisopreno 
sintético
polietileno polipropileno
poliuretano não 
segmentado
poliuretano segmentado 
(elastano, spandex (FTC), 
lycra)
lastrile(FTC) vinilal 
poli (alcool 
vinilo), vinal
acríl iconovoloid(FTC)
trivinilofluorofibraanidex(FTC) modacríl ico nytril clorofibra
poliestireno
poli(cloreto de vinilideno)
(saran(FTC))
poli(cloreto de vinilo)
(vinyon (FTC))
Manufaturadas
Tencel, Lyocell, Bambu, Alginato, etc.
Polinosicasn
FIBRAS TÊXTEIS:
Características dos polímeros que formam as fibras.
 As fibras naturais e manufaturadas são principalmente formadas
de compostos que pertencem aos altos polímeros ou
macromoléculas.
 A estrutura macromolecular é necessária para a produção de
materiais de alta resistência mecânica e altos pontos de fusão.
 As fibras naturais consistem de moléculas de cadeias de tipo
macromolecular linear.
 As moléculas de cadeias são orientadas em feixes paralelos no
processo de crescimento.
 Baseado nestas investigações presume-se que o polímero deve
satisfazer os requesitos mínimos, se ele vai servir como uma fibra.
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FIBRAS TÊXTEIS: Os requisitos:
 Fibras Naturais: Flexibilidade, finura e razão do comprimento/diâmetro
 Flexibilidade – o polímero deve ser flexível, macromolecular com o grau de
simetria. O diâmetro efetivo da secção transversal deve ser menos de 15Å. O
polímero não deve conter grupos laterais ou cadeias volumosas (grandes);
 Massa molecular – O polímero deve ter comparativamente alta massa molecular.
O comprimento médio da cadeia molecular deve ser na ordem de 1000 Å ou mais;
 Configuração – A molécula deve ter a capacidade para adotar uma configuração
extensa e um estado de alinhamento mútuo;
 Cristalinidade – O polímero deve ter no mínimo um alto grau de poder coesivo
intermolecular. Isto indica que as cadeias moleculares devem ter um número
suficiente de pontos de atração;
 Orientação – Um alto grau de orientação das moléculas no polímero é um pré-
requisito para produzir alta resistência tensil.
 (obs.: O ångström ou angstrom (símbolo Å) (pronunciado /ˈæŋstrəm/;
Sueco: [ˈɔŋstrøm]) é uma unidade de comprimento
internacionalmente reconhecido igual à 0.1 nanometro ou 1 × 10−10
metros)
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Fibras-
Polímero 
sintético
Polímero 
Natural 
(regenerada)
Fibras 
Naturais
Poliéstera 30650 Celulósicasa 2545 Algodão 24442
Poliamidaa 3511 Lioceld 150 Lã 1209
Acrílicoa 1913 Seda 148
Polipropilenoa 5939 Juta 3250
Spandexa 612 Linhob 772
Aramidc 69 Ramieb 250
Fibra de 
carbonoc
38 Canhamob 68
Cocob 954
Total 42732 2695 31093
Tabela -2 A demanda mundial de algumas fibras têxteis (1000 toneladas)
Fonte: aFibre Organon, 2009, 80(6), 95-112./ bA.G. Saure, A World Survey on Textile and Nonwoven Industry, 2006, 6, 
(data for 2005) / cTextile Month Int., 2009, 4, 2, 5. / dEstimado.
FIBRAS TÊXTEIS: DEMANDA MUNDIAL
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Pais Porcentagem da participação na produção global
China 54,8
EUA 7,2
Oeste Europeia 6,7
Índia 5,7
Taiwan 5,0
Korea do Sul 3,5
Indonésia 3,0
Japão 2,3
Turquia 2,2
Tailandia 1,7
Tabela -3 Os maiores produtores mundiais dos polímeros sintéticos
FIBRAS TÊXTEIS:
Produção mundial - Fibras sintéticas 
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Mecânica Tensão
Compressão
Falha de fadiga
Térmica
Temperatura de fusão
Decomposição térmica
Temperatura de transição vítrea
Flamabilidade
Elétrica
Carregamento eletrostática
Condutividade elétrica
Ótica
Refração
Reflexão
Superfície
Molhagem
Adesão
Atrito
Biológica
Resistência ao microrganismos
Toxicológica
Biocompatibilidade
Degradação controlada in vitro
Tabela – 4 Importantes Propriedades das fibras
FIBRAS TÊXTEIS: IMPORTANTES PROPRIEDADES
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Figura 4 Curva de Tensão x Deformação para fibra Modal
Figura 5 Curva de Tensão x Deformação para (a) fibras naturais (b) fibras sintéticas.
FIBRAS TÊXTEIS: PROPRIEDADES MECÂNICAS
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Fibra Regain %
Algodão 7-8
Lã 14 – 18
Seda 10 – 11
Viscose 12 – 14
Poliéster 0,4
Nailon 6.6 4,1
Acrílico 1 – 2
Polipropileno 0
Tabela 5 Valores de Regain porcentagem à 20oC e 65% Umidade 
relativa (porcentagem de umidade recuperada)
FIBRAS TÊXTEIS: IMPORTANTES PROPRIEDADES
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Até 1980 Fibras específicas
1980 – 84
Alto desempenho / fibra de alta 
funcionalidade
Desde 1984 Fibra de alta tecnologia
Desde 1985 Super. fibra até o presente
Tenacidade > 20g/D (ou 2,5 GPa)
Módulos > 50g/D (ou 55 GPa)
Tabela 7 História das super. fibras
FIBRAS TÊXTEIS: 
Formação das fibras
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Área da 
ciência
Ciência da fibra,
química dos polímeros,
química dos alimentos
Biologia,
bioquímica,
farmacologia
Polissacarídeos Estrutura
Funções
Polissacarídeos
Materiais estruturais como
Celulose, amido, pullulan
(naturalmente fermentado 
da mandioca) e quitina.
Heteropolissacarídeos
Mucopolissacarídeos
com atividades 
farmacológicas fisiológicas, 
tais como heparina e sulfato 
de condroitina.
Proteínas Aparência
Funções
Proteinas estruturais fibrosas 
tais como fibroina da seda, 
colágeno e queratina da 
madeira.
Esféricas
Proteínas funcionais tais 
como enzimas 
Propriedad
es
Grandes quantidades, mas 
falta funções fisiológicas
Pequenas quantidades, 
funcionalidade alta.
Referência Fibra natural
FIBRAS TÊXTEIS: 
Formação das fibras
Tabela 6 Polissacarídeos e biopolímeros proteicasFIBRAS TÊXTEIS: 
Formação das fibras
A conversão das fibras a partir dos polímeros envolve os seguintes princípios:
 Redução do material polimérico a um estado líquido através de fusão ou pela
dissolução num solvente ou em alguns agentes solubilizantes;
 Extrusão do liquido com pressão através de orifícios numa fieira;
 Solidificação rápida e continua do liquido extrudado;
 Os métodos principais usados na formação das fibras, isto é, os processos de fiação são
determinados pelas propriedades físicas e químicas do polímero.
 Devido a este fato, o processo de fiação pode ser de dois tipos, isto é, fiação por fusão
e fiação por solução. Todavia, devido às diferenças no processo de solidificação a fiação
por solução pode ser dividida ainda mais em dois tipos de fiação – fiação a seco e
fiação úmido. Em geral, os processos de fiação podem ser de três tipos:
 Fiação a fusão
 Fiação a seco e
 Fiação úmida.
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Fiação a seco
 O processo de solidificação é uma combinação complexa de transferência de
calor para dentro do filamento (aquecimento H); e o processo de
transferência da massa (S) para fora do filamento como mostrado na Figura
1.1.
27
S
H
Figura 1.1 - Processo de
solidificação no processo de
fiação a seco.
FIBRAS TÊXTEIS - Formação das fibras
 A transferência da massa do solvente para fora do filamento é efetuada em
duas fases.
 Difusão do solvente do centro do filamento para a superfície (d), e
 Evaporação do vapor do solvente da superfície do filamento a atmosfera
(e).
 Em geral, a evaporação do vapor do solvente da superfície para a câmara
de solidificação é mais rápida do que a transferência do solvente do centro
do filamento para a superfície.
 Em outras palavras, a velocidade da evaporação é maior do que a
velocidade de difusão. Então a superfície do filamento é relativamente
seca. Isto resulta na secagem rápida da superfície do filamento (pele), e o
centro (centro – núcleo) do filamento permanece relativamente viscoso.
Por causa disso, a secção transversal entra em colapso e uma secção
transversal não circular da fibra resulta de uma secção transversal circular
de uma fieira.
28
FIBRAS TÊXTEIS - Formação das fibras
 A velocidade de evaporação do solvente é uma função de:
 poder de retenção do solvente pelo polímero;
 pressão do vapor do solvente no gás;
 grau de saturação do gás com vapor do solvente;
 superfície da evaporação, isto é, diâmetro do filamento;
 velocidade da extrusão e
 velocidade da circulação do gás.
 Desta forma, o sistema de solução do polímero deve ser
selecionado de modo que a solução sofra uma separação da
fase de maneira controlada num polímero puro ou na sua alta
concentração de gel e a base do solvente puro.
29
FIBRAS TÊXTEIS - Formação das fibras
30O processo de solidificação da solução do polímero consiste da extração
do solvente pelos produtos químicos presentes no banho de coagulação.
Este processo é um processo de transferência da massa para dentro e para
fora do polímero, durante a passagem no banho.
A transferência da massa de dentro para fora e de fora para dentro é um
fenômeno mais complexo na fiação úmida como observamos na Figura 1.2.
Si
+
Sii
Sii
FIBRAS TÊXTEIS - Formação das fibras
 Por causa disso, a transição da fase ocorre de uma fina corrente da
solução do polímero para uma fibra sólida.
 A velocidade de transição depende da velocidade da
transferência da massa para dentro (Sii), e a velocidade de
transferência da massa (Si) para fora do sistema.
 A transição, e então a solidificação tornam-se possíveis quando Si >
Sii ou Si / Sii >1. Altos valores de Si / Sii resultarão de uma fibra
uniforme com melhores propriedades mecânicas. Devido a todas
estas complicações, e o arrasto hidrodinâmico, as velocidades
máximas de saída são limitadas na faixa de 50 a 150 m/min.
 A fibra extrudada pode ser estirada no banho de coagulação
devido a sua forma estrutural de gel. O grau de estiramento pode
ser até 30 vezes, e para ter o grau de estiramento, a fibra
normalmente passa por vários banhos de coagulação.
 Devido à alta concentração de líquido nas fibras de fiação úmida,
é difícil enrolá-las em bobinas. Também a secagem das fibras antes
de estiragem oferece dificuldades no processamento.
 Por isso, o enrolamento das fibras é feito por método de centrífuga
que no enrolamento das fibras é geralmente usada para coletar os
filamentos após a solidificação.
31
FIBRAS TÊXTEIS - Formação das fibras
32
Método de 
fiação
Polímero Natureza química
Fiação a 
fusão
Náilon Poliamida
Poliéster Poli(etileno tereftalato)
Polietileno Etileno – homo e copolímero
Polipropileno Propileno – homo e 
copolímero
Fiação a 
seco
Acetato de 
celulose
Celulose acetilado
Vinyon Copolímero de cloreto de 
vinila e acetato de vinila
Orlon Poli(acrilonitrila)
Fiação a 
úmida
Viscose Celulose
Caseína Proteína
Acrilan Poli(acrilonitrila)
Vinylon Álcool polivinilico
PVC Cloreto de polivinila