Evaluation of Wrapper Fibre Percentage in Lyocell Air-Jet Spun Yarns: Development of a New Method and Analysis of Its Relationship to Yarn Properties
Este artículo introduce un método objetivo, basado en reglas, para cuantificar el porcentaje de fibra envolvente en hilos de lyocellliocel producidos mediante chorro de aire y demuestra que, si bien este porcentaje alcanza su máximo en espaciamientos de boquilla más cortos, la tenacidad y el alargamiento del hilo exhiben una relación no lineal con el contenido de la envolvente, favoreciendo finalmente los espaciamientos de boquilla más largos para mejorar las propiedades mecánicas y reducir la vellosidad.
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Imagina un hilo no como una cuerda sólida y única, sino como un conjunto de diminutas fibras mantenidas unidas por una arquitectura específica. En la fabricación textil moderna, una de las formas más eficientes de crear este conjunto es mediante el hilado por chorro de aire. En lugar de retorcer las fibras como una cuerda, una máquina las bombardea con aire en movimiento circular. Esta fuerza extrae algunas fibras del conjunto principal y las envuelve alrededor del exterior, creando una capa protectora que bloquea las fibras internas en su lugar. El resultado es un hilo fuerte, suave y rápido de producir, lo que lo convierte en un favorito para todo, desde la ropa hasta los textiles médicos. Sin embargo, la resistencia y el tacto de este hilo dependen enteramente del equilibrio entre el núcleo interno y la capa externa. Si demasiadas fibras terminan en el exterior, el hilo podría ser velloso y débil; si hay muy pocas, podría desmoronarse. Durante décadas, los científicos han luchado por contar exactamente cuántas fibras pertenecen a la capa exterior frente al núcleo interno, recurriendo a menudo a métodos que eran lentos, difíciles o que dejaban demasiado margen para la conjetura humana.
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Liberec, en la República Checa, ha abordado este problema desarrollando una nueva forma más precisa de ver el interior de estos hilos. Se centraron en un tipo específico de fibra llamada Lyocel, un material hecho de pulpa de madera que es conocido por ser suave, fuerte y respetuoso con el medio ambiente. Los investigadores querían comprender cómo un ajuste específico en la máquina de hilado —la distancia entre los rodillos que alimentan las fibras y la boquilla que las hila— cambia la estructura del hilo. Produjeron hilos con tres distancias diferentes: un ajuste estándar, una distancia más corta y una distancia más larga. Su objetivo era ver si cambiar este espacio alteraba la proporción de fibras exteriores respecto a las interiores, y si ese cambio hacía que el hilo fuera más fuerte o más débil.
Para resolver el problema del conteo, el equipo primero intentó separar las fibras manualmente, pero descubrieron que las fibras exteriores estaban tan fuertemente enredadas con las interiores que separarlas destruía la estructura. Luego recurrieron a un microscopio, cortando el hilo en secciones increíblemente delgadas para ver las fibras de lado. Los métodos anteriores requerían que un experto humano observara estas secciones y decidiera qué fibras eran "núcleo" y cuáles eran "envoltorio" basándose en su apariencia. Esto era subjetivo, lo que significaba que dos expertos diferentes podrían contar la misma fibra de manera distinta. Los investigadores crearon un nuevo método que elimina esta incertidumbre. Midieron el tamaño de la sección transversal de cada una de las fibras en la imagen. Sabían que las fibras que corren directamente por el centro del hilo parecerían círculos perfectos, mientras que las fibras envueltas alrededor del exterior serían cortadas en ángulo, pareciendo óvalos más grandes y estirados. Al establecer una regla estricta de que cualquier fibra mayor que un tamaño específico debía formar parte de la capa exterior, pudieron dejar que la computadora hiciera el conteo. Incluso refinaron esta regla para ignorar las fibras grandes que casualmente se encontraban cerca del centro, asegurando que solo se contara la verdadera capa exterior.
Utilizando este nuevo método objetivo, los investigadores descubrieron que la distancia entre las piezas de la máquina tenía un efecto profundo en la estructura del hilo. Cuando utilizaron la distancia más corta, el hilo contenía el mayor porcentaje de fibras envoltoras exteriores, alcanzando aproximadamente el treinta por ciento del total de las fibras. A medida que aumentaban la distancia, el número de fibras exteriores cambiaba, pero no de forma lineal simple. El hallazgo más sorprendente fue cómo esta estructura afectaba la resistencia del hilo. Los investigadores descubrieron que tener más fibras exteriores inicialmente hacía que el hilo fuera más fuerte, pero solo hasta cierto punto. Una vez que el porcentaje de fibras exteriores excedía un cierto límite, el hilo se volvía más débil. Esto sucede porque las fibras exteriores, que están envueltas en ángulo, no tiran de manera tan eficiente como las fibras internas rectas. Si hay demasiadas, la fuerza que intenta romper el hilo se distribuye de una manera que las fibras no pueden manejar, provocando que el hilo falle antes.
El estudio también analizó otras propiedades, como cuánto se estiraba el hilo antes de romperse y cuántas fibras sueltas sobresalían de la superficie, un rasgo conocido como vellosidad. Los resultados mostraron que aumentar la distancia entre las piezas de la máquina hacía que el hilo fuera más fuerte y le permitía estirarse más antes de romperse. Al mismo tiempo, una distancia más larga reducía el número de fibras sueltas que sobresalían, dando como resultado un hilo más suave. Esto sugiere que dar a las fibras más espacio para viajar antes de ser hiladas permite que se alineen mejor y formen una estructura más apretada y eficiente. Los investigadores concluyeron que, si bien la densidad del empaquetado de las fibras dentro del hilo no cambió significamente con la distancia, la disposición de las fibras sí lo hizo. Al encontrar el punto ideal donde el porcentaje de fibras exteriores es lo suficientemente alto como para mantener unido el hilo, pero no tanto como para debilitar el núcleo, los fabricantes pueden producir textiles de mejor calidad. Este nuevo método de conteo de fibras proporciona una herramienta fiable para comprender estas estructuras complejas, pasando de la conjetura a una comprensión clara basada en reglas sobre cómo se construyen los hilos hilados por chorro de aire.
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