Produccin de fibras e hilos de Nylon-6 y Nylon-66Todas las poliamidas lineales comerciales que funden por debajo de 280C son fundidas alrededor del punto de fusin en fibras porque el proceso es ms barato. Las fibras poliamidicas son fabricadas por hilado en punto de fusin (o extrusin) seguidas por texturizado (o estirado). En hilado, el polmero fundido se lleva desde un extrusor a una grilla metlica caliente, o directamente desde el proceso de polimerizacin continua a la mquina hiladora. El polmero fundido atraviesa un filtro y un hilador. Los filamentos fundidos que surgen son apagados a travs de aire de flujo cruzado en una chimenea vertical, atenuado parcialmente en el estado fundido para lograr la densidad lineal del hilado deseado y parcialmente en el estado slido para desarrollar algn grado de orientacin. Los filamentos convergen y la preparacin final es aplicada al hilo para proporcionar lubricacin y protegerlo de la esttica al enrollarlo en un carrete. En un proceso de dos pasos, los paquetes de hilados se retrasan primero en un rea acondicionada para mantener su integridad. Los hilos se estiran entonces a un 30 a 600% de su longitud original, produciendo una mayor resistencia a la tensin, estiramiento menor, y cristalizacin orientada. El proceso del dibujo se controla y se modifica para lograr las propiedades del hilo para el uso especfico. El dibujo convencional se usa para tenacidad moderada (ropa de hilado plano), y se aplica calor, seguido por un paso de relajacin en caliente para alta tenacidad (hilos de cubiertas de bajo estiramiento). Para las alfombras y algunas aplicaciones de la ropa, los hilos planos son texturados para impartir suavidad y cobertura de fabricacin. Las combinaciones de dos o ms de los pasos anteriores en procesos consecutivos, como hilado - estirado o hilado estirado - texturado, reduce costos industriales. Adems del hilo de filamento continuo, el nylon se ofrece tambin en estopa, y formas de flculos. Otro producto es hecho cortando hilos del filamento continuo en longitudes de 3 a 20 cm , este tipo de fibra puede ser procesado y mezclado con fibras naturales como por ejemplo lana y algodn. Proceso de hilado de hebras de Filamento Continuo En el primer proceso comercial de hilado de nylon, los pellets de polmero eran almacenados bajo nitrgeno a presin en una tolva hermtica desde la cual fluan por gravedad a un rollo plano de 17 cm de dimetro calentado por un sistema central de Dowtherm. La presin de nitrgeno transportaba al polmero fundido a una bomba de engranajes, la cual forzaba al flujo a travs de un filtro de arena y a una mquina hiladora; las temperaturas de operacin se mantenan por un simple intercambiador de calor. Los filamentos fundidos eran templados en una chimenea con paneles laterales con aire ambiente en contracorriente, y los filamentos templados convergan sobre una gua cermica para formar el hilo simple. El acabado se aplicaba con un rodillo y el hilo era doblado sobre une bobina a unos pocos cientos de metros por minuto. El hilado era estirado, y luego doblado.El proceso de polimerizacin continua del nylon utiliza directamente mquinas de hilado acopladas en forma directa, eliminando la necesidad de los pellets de polmero. La polimerizacin continua se utiliza para indumentaria de nylon, alfombras, filamentos industriales, y fibras cortadas. Otro avance en este campo fue el reemplazo de crisoles de red por extruders horizontales o verticales para la fundicin de los pellets. El polmero fundido debe enviarse rpidamente a la mquina de hilado en cantidades controladas, pues de lo contrario el tamao de los filamentos variarn y los productos finales sern inaceptables estticamente o en funcionamiento. Una bomba de medicin provee el flujo exacto de polmero fundido por unidad de tiempo contra presiones de 70 MPa y a 300 C. El polmero puede contener residuos de catalizadores, partculas tipo gel, aditivos precipitados, etc., los cuales obstaculizan los agujeros de la hiladora. Por lo tanto el polmero debe filtrarse y someterse a esfuerzos de empuje para lograr la homogeneidad deseada. Esta operacin se realiza en una cavidad cilndrica de 3.7 cm de dimetro, 3.7 cm de profundidad y rellena de capas de diferentes tipos de arena con las ms finas en el extremo inferior y las ms toscas en el extremo superior, con mallas que retienen la arena en su lugar. Ms recientemente, las capas de arena han sido reemplazadas por pantallas especialmente diseadas y metal sinterizado. Estos packs deben minimizar la posibilidad de puntos de estancamiento donde el polmero pudiera degradarse trmicamente. En el mercado estn disponibles mquinas hiladoras de disco de 500 a 4000 agujeros. Los filamentos fundidos entran al tope de una torre o chimenea, donde son templados o enfriados por aire a contracorriente. El flujo de aire se controla cuidadosamente para evitar la turbulencia, Hacia el fondo de la chimenea, los filamentos convergen para formar la lnea de hilo en forma de V con husillos de cermica cruzados. Esta lnea de hilo pasa al piso, debajo del cual se aplica el acabado, y el hilo es enrollado sobre las bobinas de la hiladora. Los carreteles ovillan bobinas de 10-25 kg. con dos o ms por carretel y a velocidades de 6000 m/min. Carreteles automatizados cambian las bobinas mecnicamente para la operacin continua. Alternativamente, el hilado mltiple puede alimentarse directamente desde un proceso continuo de polimerizacin. Las lneas de alimentacin del polmero fundido se hacen tan cortas corno sea posible, y el polmero se distribuye a una serie de bombas y luego a hiladoras donde se forma la fibra. El hilado pasa a chimeneas de templado, acondicionadores de tubo, sobre rodillos de acabado y finalmente a los carreteles. Se utilizan carreteles adicionales para el cambio rpido de un nuevo rollo para evitar la prdida de hilado. El hilo luego pasa a un transportador monorriel para las reas de estiramiento. De los varios pasos del proceso de hilado, la filtracin, extrusin, templado, y la aplicacin de materiales de finalizacin son probablemente los mas significantes en trminos de su efecto sobre la calidad, resistencia y uniformidad de las fibras. En una planta que produce aproximadamente 40.000-60.000 tn/ao de fibras industriales, un gran nmero de hebras se hilan simultneamente. Es deseable que cada extremo de la hebra sea de calidad uniforme a lo largo de su longitud con el objeto de lograr las especificaciones requeridas por la industria. Pueden lograrse extremos con ms de 140 filamentos. Como regla general, cualquier defecto ms grande que el 20% del dimetro del filamento puede resultar en una rotura. Un extremo simple con diferente orientacin, diferente tratamiento trmico, o cambio en la humedad puede resultar en una raya en el gnero final. Por lo tanto, cualquier porcin del polmero en el hilado debe ser tan reolgicamente uniforme como sea posible. Tanto como se incremente la velocidad de las bobinas de los carreteles, las regiones amorfas y cristalinas se vuelven ms orientadas con respecto al eje de la fibra. Como resultado, la elongacin y el estiramiento residual decrecen y la tenacidad se incrementa. Por ejemplo, en velocidades de 500 m/rnin, la elongacin puede ser del 400-500% dependiendo de otras condiciones como el peso molecular del polmero, la temperatura de fusin, y el tex por filamento. A 1000 m/min, la elongacin puede ser de 200-300% y declina al 60-70% para 3500 m/min. A 6000 m/min, el hilado requiere estirado para desarrollar las propiedades necesarias en aplicacin para indumentaria.Proceso de estiradoContinuamente el hilado se estira para desarrollar propiedades ms satisfactorias. Una de las primeras formas de llevar a cabo el estirado era utilizar una mquina estiradora - dobladora, la cual estiraba y doblaba el hilado para hacer ms cohesivas las hebras. Las bobinas de hilado se llevaban a esta mquina donde el hilado era estirado mediante su remocin de la bobina a una velocidad determinada, detenindose bruscamente por la accin de una chaveta caliente, y pasado sobre rodillo caliente de estiramiento, el cual rotaba ms rpido que la velocidad de alimentacin, segn cantidad deseada de estiramiento. Proceso de hilado y estiradoLa combinacin de los proceso de hilado y estirado reducen los costos de manufactura. Cuando se combina con la polimerizacin continua, este proceso se prefiere para hilados de filamento de nylon. La principal diferencia de este proceso es la adicin de cuchillas de estiramiento y un equipo de relajacin. El grado de estiramiento afecta las propiedades, como la tenacidad y la elongacin. Si el grado de estiramiento se incrementa, generalmente aumenta la tenacidad y la elongacin decrece. Como resultado, los grados ms altos de estiramiento se utilizan pata hilados de neumticos. Para alfombras e indumentaria los grados son menores.TexturadoEn general, los hilados texturados son hilados de filamentos con mayor volumen aparente o se hacen ms extensibles por la distorsin mecnica de los filamentos. La distorsin puede producirse por el arqueado de los filamentos bajo una carga de compresin, por el doblado sobre un borde de pequeo dimetro, o por el doblado completo de las hebras. Los hilados arqueados de nylon pueden ser de tex fino (1.7-22 tex) para gneros tejidos, texturados y en forma de red para aplicaciones en indumentaria, o bien, de tex pesado (110-400 tex) para alfombras. Los hilados se texturan para obtener mayor recuperacin desde la deformacin, un sentido ms placentero al tacto, mayores propiedades de recubrimiento y mayor calidez. Los requerimientos de uniformidad en la textura para hilados de filamentos continuos texturados son mucho ms exactos que los de los hilados cortados. Para obtener una textura estable al teido y al lavado y con alta recuperacin de los esfuerzos aplicados durante el lavado o uso de los productos finales, se requiere la operacin de asentado por calor. Produccin de fibra cortadaLa produccin de fibras cortadas es mucho ms simple que los hilados de filamentos, debido a que la rotura de un filamento en el proceso de hilado no es problemtica, y la uniformidad de los filamentos no es crtica ya que los hilos cortados son mezclados. Muchos cientos o miles de filamentos pueden hilarse en una mquina de hilado, y muchos de los hilos pueden combinarse en un sistema de estirado, rizado y cortado. La polimerizacin se combina con el hilado para bajar los costos de procesamiento. As como para los hilados de filamento, el polmero se funde en hiladores, los filamentos se templan, y se aplica la terminacin. Los hilos luego se combinan para formar una estopa, la cual es estirada por su paso por rodillos calientes. En este paso puede aplicarse tambin la operacin de acabado. Secciones transversales modificadasLos orificios convencionales de las hiladoras son circulares. Los mtodos mejorados de maquinado, los avances en la tecnologa de produccin de fibra, y el estudio del efecto de las fibras perfiladas, por ejemplo, con secciones no circulares, en las caractersticas de la fibras (brillo, opacidad, permeabilidad al aire, resistencia a las manchas, aislamiento al calor) han dado mayor importancia a la produccin de filamentos de secciones modificadas. El equipo de hilado y el proceso de produccin para la produccin de estos filamentos son similares a los equipos utilizados para filamentos de seccin circular, excepto por la forma del orificio de la hiladora. Algunas de las condiciones del proceso que facilitan la produccin de secciones bien definidas son la mayor viscosidad en estado fundido, la menor temperatura del polmero, y el templado rpido.Los orificios de forma no circular se realizan en mquinas de electroerosin. Un mtodo de hilado depende de la coalescencia o fusin del flujo fundido debajo de la hiladora con la consecuente formacin de filamentos simples no circulares. Otro mtodo consiste en la extrusin del polmero fundido a travs de los capilares perfilados, los cuales imponen la forma bsica de la fibra. El hilado simultneo de una combinacin de filamentos, el 50 % redondos y el 50% perfilados, reduce la densidad del paquete de fibras, y a su vez imparte calidez y permeabilidad a la humedad al gnero textil. Se producen tambin filamentos de secciones huecas con el apropiado arreglo y diseo de los orificios, tal que el flujo fundido coalezca bajo la hiladora. Otro mtodo es la inyeccin de gas en el filamento durante el estado fundido. Proceso de acabado o terminacinLas funciones principales del acabado de la fibra son la de proporcionar lubricidad a la superficie y dar cohesin al hilado. En cualquier punto donde una fibra entra en contacto con otra superficie, es esencial la presencia de un lubricante para mantener la forma de la fibra. Desde la formacin de los filamentos hasta que stos llegan al producto final, debe realizarse el acabado para prevenir el dao a la fibra durante su procesamiento. Las causas principales de la rotura de los filamentos durante el estirado son la existencia de tensin excesiva y la generacin de carga esttica sobre el hilado. Estas se generan por la friccin entre filamentos y por la friccin generada cuando pasan por el husillo y por el calentador del proceso de estirado. Estos pasos generan calor, por lo cual se hace imposible la operacin sin una adecuada proteccin por lubricacin. El acabado generalmente es una emulsin o una mezcla soluble en agua de uno o ms lubricantes y un agente antiesttico, que evita la carga esttica que podra provocar la repulsin entre los filamentos dando un hilado de pobre cohesin. En general se agregan agentes humidificantes para la mejor distribucin del acabado sobre el hilado. La concentracin del acabado sobre la fibra, luego de la evaporacin del agua es de aproximadamente 0.3-0.8% en peso.