1. ¿Qué es el hilado (formación de fibras)?

El hilado, o formación de fibras, es un proceso en el que el fluido de hilado (preparado o fundido) se extruye de manera continua, precisa y uniforme a través de una bomba de hilado (también llamada bomba dosificadora) para formar filamentos líquidos, que luego se solidifican en hilo en aire, agua o un baño de coagulación.

De acuerdo con cómo se prepara y solidifica el fluido de hilatura, la formación de fibras químicas se divide en cuatro categorías principales: hilatura por fusión, , hilatura en húmedo , , hilatura en seco y hilatura en húmedo con chorro seco (hilatura con espacio de aire) . El método a elegir depende de si el polímero se puede fundir, si se puede disolver y de los objetivos de rendimiento de la fibra final. Miremos cada uno.

2. Los cuatro métodos de hilado en detalle

2.1 Hilatura por fusión

En la hilatura por fusión, el polímero se calienta hasta un estado fundido y se extruye a través de los orificios de la hilera; en el aire, el fluido fundido se enfría gradualmente y se solidifica en fibras. El polímero utilizado debe fundirse hasta alcanzar un estado de flujo viscoso sin una descomposición significativa. Las fibras de poliéster (PET), poliamida (PA) y polipropileno (PP) se producen mediante hilado por fusión.

El hilado por fusión ofrece ventajas excepcionales: velocidades de hilado de hasta 1000-7000 m/min ; no se necesitan solventes ni precipitantes, por lo que no hay un sistema de recuperación de solventes, el equipo es más simple y el flujo del proceso es mucho más corto: un método de producción económico, fácil de operar y altamente eficiente.

Flujo del proceso: Las virutas del polímero formador de fibras, después de la precristalización y el secado, se funden, se mezclan, se dosifican y se extruyen en las zonas calentadas por separado de una extrusora de tornillo. La masa fundida se alimenta con precisión mediante la bomba dosificadora de masa fundida al colector de hilatura, se extruye a través de la hilera en finas corrientes fundidas y se solidifica a una temperatura más baja bajo aire frío para formar las fibras hiladas. Luego, las fibras se terminan (aplicación de aceite, entrelazado), se enrollan en bobinas y finalmente se convierten en fibras utilizables mediante estirado y termofijación.

Hilado directo versus hilado de virutas: mediante la preparación de la masa fundida, el hilado por fusión tiene dos rutas. En el hilado directo, el polímero fundido procedente de la polimerización se alimenta directamente a la bomba dosificadora: es rentable y dominante en la producción industrial, pero menos flexible para fibras diferenciadas (principalmente ajustable en densidad lineal y sección transversal). En el hilado de virutas, los gránulos se precristalizan y se secan, luego se hilan en fusión a través de una extrusora de tornillo, lo que facilita el cambio de producto e ideal para lotes pequeños de fibras diferenciadas de alto valor , que es exactamente donde brilla una máquina de hilado en fusión de laboratorio.

2.2 Hilatura Húmeda

En el hilado húmedo, el polímero se disuelve en un disolvente para formar la masa de hilado, que se extruye a través de la hilera hacia un baño de coagulación , donde el polímero precipita como filamentos sólidos. Este método es particularmente adecuado para polímeros formadores de fibras cuya temperatura de descomposición está por debajo de su punto de fusión o que se decoloran al calentarse, pero que aún pueden disolverse en un disolvente adecuado. Las fibras acrílicas (PAN), vinilónicas (PVA) y otras fibras sintéticas, así como fibras sintéticas como la viscosa y el rayón cupramonio , se producen mediante hilado en húmedo.

Características: la hilatura en húmedo es relativamente lenta, pero la hilera tiene muchos más agujeros que en la hilatura por fusión; el proceso es más complejo y el costo mayor. Debido a la solidificación en el baño, la sección transversal de la fibra suele ser no circular con una estructura de piel-núcleo distinta . Para compensar la baja velocidad, la producción de fibras cortadas utiliza hileras de múltiples orificios o agrupadas.

Flujo del proceso: preparar la sustancia de hilatura → filtrar y extruir a través de la hilera en chorros finos → coagular en el baño para formar fibras hiladas → enrollar o tratar directamente para obtener el producto final.

2.3 Hilatura en seco

El hilado en seco es adecuado para polímeros para los que se puede encontrar un A medida que el disolvente se evapora, los filamentos del polímero se solidifican. Después del estirado, fraguado, lavado y secado, se obtiene la fibra terminada. Las fibras disolvente de bajo punto de ebullición y alta disolución : la solución de hilado se extruye a través de finos orificios en una corriente de gas calentada; acrílicas, spandex, PVC (clorofibra) y vinilón se producen mediante hilado en seco.

Características: el hilado en seco presenta producción continua, alta velocidad de hilado, gran rendimiento y baja contaminación. Las fibras son superiores a las fibras hiladas en húmedo en calidad, resistencia química y capacidad de teñido. Sin embargo, las fibras hiladas en seco tienen menor resistencia al cloro, la tecnología es más exigente y se requiere recuperación de solventes, por lo que los costos de producción son relativamente altos.

• En comparación con la hilatura húmeda, la solución de hilatura es más concentrada (hasta 18%–45% ) y más viscosa, lo que permite un estiramiento de la hilera mucho mayor (normalmente hasta 27 veces ), lo que facilita la obtención de filamentos más finos;
• La resistencia mecánica del filamento es mucho menor que en el hilado húmedo, por lo que la velocidad de hilado es mayor, pero aún por debajo del hilado en fusión debido a la tasa de evaporación del solvente;
• La solidificación es más lenta y los filamentos tienden a pegarse antes de solidificarse, por lo que la hilera tiene relativamente pocos agujeros (normalmente alrededor de 1200), frente a decenas de miles de fibras cortadas hiladas en húmedo. Por lo tanto, la producción por posición de hilatura es mucho menor que en la hilatura húmeda, lo que hace que la hilatura en seco sea más adecuada para hilos de filamento. .

2.4 Hilatura húmeda con chorro seco (hilatura con espacio de aire)

La hilatura húmeda por chorro seco, también llamada hilatura seca-húmeda o hilatura con espacio de aire, es un método único de hilatura en solución que combina las ventajas de la hilatura húmeda y seca. Es especialmente adecuado para el procesamiento de polímeros de cristal líquido , por lo que también se conoce como hilatura de cristal líquido.

La solución de hilatura se extruye a través de orificios finos y primero pasa a través de un espacio de aire , donde la resistencia es baja y las moléculas de polímero de cristal líquido se orientan altamente en altas relaciones de estiramiento. Luego, el filamento ingresa a un baño de coagulación a baja temperatura para solidificarse y congelarse en la estructura de cristal líquido altamente ordenada. Las fibras resultantes exhiben alta resistencia y alto módulo . El método ahora se usa ampliamente para fibra PAN, fibra de ácido poliláctico (PLA), fibra de quitosano y más.

Características: apto para materias primas de hilatura de alta viscosidad, con fácil recuperación de disolventes y bajo consumo unitario; formación rápida, estructura de fibra uniforme y una sección transversal casi circular, lo que proporciona resistencia y elasticidad significativamente mejoradas, así como excelente capacidad de teñido y brillo. Inconvenientes: después de la rotura del filamento, la pasta tiende a desbordarse a lo largo de la cara de la hilera y, en la hilatura con múltiples orificios, un único filamento roto puede provocar que los filamentos vecinos se rompan, interrumpiendo la continuidad de la hilatura.

2.5 Comparación de un vistazo

3. ¿Qué equipo necesita su laboratorio? Dos modelos emblemáticos de Anytester

Una línea industrial tiene decenas de metros de largo y representa una gran inversión. Para el desarrollo de nuevos productos, la exploración de procesos y la producción de prueba de fibras diferenciadas, los equipos de hilado a escala de laboratorio son indispensables. Anytester (Hefei) Co., Ltd. ofrece soluciones de mesa dedicadas para las dos rutas más típicas:

Opción 1: Máquina de hilatura por fusión de laboratorio AT225: para hilatura por fusión

PET PA PP Polímeros termoplásticos

La AT225 es una máquina clave para la investigación de fibras sintéticas. Utiliza bloques de anillos de cobre de alta temperatura para calentar y fundir la muestra de polímero, y extruye la masa fundida como un chorrito líquido de la hilera bajo presión de gas inerte (N₂) para producir la fibra naciente. La máquina consta de un sistema de fusión, un sistema de hilatura y un sistema de bobinado, ideal para la evaluación de la capacidad de hilatura, el cribado de virutas y los estudios de parámetros del proceso.

Características clave:

• Tres zonas de calentamiento con bloques de anillos de cobre; cada zona configurada y controlada independientemente; máx. temperatura 350 ℃;
• Pantalla táctil colorida con visualización en tiempo real de la temperatura del cilindro y la presión del aire; precisión de temperatura ±0,5 ℃;
• Sistema estable de presión de gas inerte: máx. 2 MPa (ampliable a 3,6 MPa), precisión ±0,01 MPa (fuente de gas preparada por el usuario);
• Cilindro de alimentación de acero inoxidable de 500 ml con dispositivo de distribución de remojo; la placa aislante debajo del cilindro bloquea el orificio de la hilera para un calentamiento rápido;
• Placa de hilera: diámetro del agujero. 0,15–0,5 mm, L:D 2:1–3:1, 1–20 orificios (especifique antes de realizar el pedido);
• Rodillo de bobinado descargable, accionado por motor, ajustable de 0 a 1.400 rpm; volante para ajustar la posición del rodillo;
• Ventilador de refrigeración de velocidad ajustable; ventana de vidrio orgánico y sistema de iluminación para una fácil observación; botones de parada de emergencia y encendido/apagado de calefacción;
• Capucha protectora de metal con pata neumática para un acceso seguro y cómodo.

Especificaciones técnicas:

Configuración estándar: máquina principal, placa de hilera (en la máquina), rodillo de bobinado (en la máquina), placa de distribución (en la máquina), 10 placas filtrantes, tubo de entrada de gas, llave especial, sensor de temperatura (1 de repuesto), lista de embalaje, certificado de calidad, manual de usuario. Opcional: placa de hilera, rodillo enrollador, placa filtrante, sensor de temperatura.

Opción 2: Máquina de hilatura en húmedo de sobremesa AT235, para hilatura en húmedo

PAN Vinylon Viscosa Fibras novedosas

El AT235 está especialmente diseñado para investigar nuevos materiales en los campos de los textiles, las macromoléculas y más. Puede simular todo el proceso de hilatura húmeda : la línea consta de un tanque de solución de hilatura, una bomba dosificadora, un cuello de cisne, una hilera, un baño de coagulación, rodillos de estirado, una ranura de calentamiento, ranuras de ajuste y un rodillo de bobinado, todos conectados mediante juntas rápidas para un fácil montaje.

Características clave:

• La plataforma de elevación manual mueve el tanque de solución, la bomba dosificadora, el cuello de cisne y la hilera hacia arriba o hacia abajo juntos;
• Cuello de cisne y baño coagulante de acero inoxidable 316L (1000×160×160 mm) con dos rodillos prensadores de filamentos; sistema de calefacción opcional para el baño;
• Ranura de calentamiento de aire sin contacto (400 mm, 750 W) y ranuras de ajuste dobles (400×2 mm, 750 W×2), temperatura ambiente hasta 250 ℃, sensores PT100;
• Rodillos estiradores de nailon (Ø50×80 mm) con velocidad ajustable de 3 a 40 m/min; bobinador 3–40 m/min con recorrido de 60 mm;
• Tuerca de hilera de tantalio con 100 orificios de 0,07 mm de diámetro. — ideal para la formación de filamentos finos;
• Línea completa de sólo 5 metros de largo: tamaño mini, que ahorra espacio y es apta para laboratorio.

Especificaciones técnicas:

Configuración estándar: máquina principal, placa de hilera, lista de empaque, certificado de calidad, manual de usuario. Opcional: sistema de calentamiento para baño de coagulación.

4. ¿Quién utiliza estas máquinas?