Evaluation of Wrapper Fibre Percentage in Lyocell Air-Jet Spun Yarns: Development of a New Method and Analysis of Its Relationship to Yarn Properties
Questo articolo introduce un metodo obiettivo e basato su regole per quantificare la percentuale di fibra avvolgente nei filati di lyocell prodotti tramite processo air-jet e dimostra che, sebbene tale percentuale raggiunga il picco con distanze tra gli ugelli più brevi, la tenacità e l'allungamento del filato presentano una relazione non lineare con il contenuto di fibra avvolgente, favorendo infine distanze tra gli ugelli maggiori per migliorare le proprietà meccaniche e ridurre la pelosità.
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Immaginate un filo non come un singolo cordone solido, ma come un fascio di minuscole fibre tenute insieme da un'architettura specifica. Nella moderna produzione tessile, uno dei modi più efficienti per creare questo fascio è attraverso la filatura a getto d'aria. Invece di torcere le fibre tra loro come una corda, una macchina le colpisce con un getto d'aria rotante. Questa forza spinge alcune fibre fuori dal fascio principale e le avvolge all'esterno, creando un guscio protettivo che blocca le fibre interne al loro posto. Il risultato è un filato resistente, liscio e veloce da produrre, che lo rende un preferito per tutto, dall'abbigliamento ai tessuti medici. Tuttavia, la resistenza e la sensazione di questo filato dipendono interamente dall'equilibrio tra il nucleo interno e il guscio esterno. Se troppe fibre finiscono all'esterno, il filato potrebbe risultare peloso e debole; se troppo poche, potrebbe sfaldarsi. Per decenni, gli scienziati hanno lottato per contare esattamente quante fibre appartengano al guscio esterno rispetto al nucleo interno, affidandosi spesso a metodi che erano lenti, difficili o che lasciavano troppo spazio all'interpretazione umana.
Un team di ricercatori dell'Università Tecnica di Liberec, nella Repubblica Ceca, ha affrontato questo problema sviluppando un nuovo modo, più preciso, per guardare dentro questi filati. Si sono concentrati su un tipo specifico di fibra chiamato Lyocell, un materiale ricavato dalla polpa del legno noto per essere morbido, resistente ed ecologico. I ricercatori volevano capire come una specifica impostazione della macchina da filatura — la distanza tra i rulli che alimentano le fibre e l'ugello che le fa ruotare — modifichi la struttura del filato. Hanno prodotto filati a tre diverse distanze: un'impostazione standard, una distanza più breve e una distanza più lunga. Il loro obiettivo era vedere se cambiare questo spazio alterasse il rapporto tra le fibre esterne e quelle interne, e se tale cambiamento rendesse il filato più forte o più debole.
Per risolvere il problema del conteggio, il team ha prima tentato di separare le fibre manualmente, ma ha scoperto che le fibre esterne erano così strettamente intrecciate con quelle interne che separarle avrebbe distrutto la struttura. Si sono poi rivolti a un microscopio, tagliando il filato in sezioni incredibilmente sottili per vedere le fibre di lato. I metodi precedenti richiedevano che un esperto umano osservasse queste sezioni e decidesse quali fibre fossero "nucleo" e quali "rivestimento" in base al loro aspetto. Questo era soggettivo, il che significava che due diversi esperti avrebbero potuto contare lo stesso filamento in modo differente. I ricercatori hanno creato un nuovo metodo che elimina questa incertezza. Hanno misurato la dimensione della sezione trasversale di ogni singola fibra nell'immagine. Sapevano che le fibre che corrono dritte lungo il centro del filato apparivano come cerchi perfetti, mentre le fibre avvolte all'esterno venivano tagliate con un angolo, apparendo come ovali più grandi e allungati. Stabilendo una regola rigida secondo cui qualsiasi fibra più grande di una certa dimensione doveva far parte del guscio esterno, hanno potuto lasciare che fosse il computer a contare. Hanno persino perfezionato questa regola per ignorare le fibre grandi che si trovavano casualmente vicino al centro, assicurandosi di contare solo il vero strato esterno.
Utilizzando questo nuovo metodo oggettivo, i ricercatori hanno scoperto che la distanza tra le parti della macchina ha un effetto profondo sulla struttura del filato. Quando hanno utilizzato la distanza più breve, il filato conteneva la percentuale più alta di fibre di rivestimento esterne, raggiungendo circa il trenta per cento del totale delle fibre. All'aumentare della distanza, il numero di fibre esterne cambiava, ma non in modo lineare. La scoperta più sorprendente riguardava il modo in cui questa struttura influenzava la resistenza del filato. I ricercatori hanno scoperto che avere più fibre esterne inizialmente rendeva il filato più forte, ma solo fino a un certo punto. Una volta che la percentuale di fibre esterne superava un certo limite, il filato diventava effettivamente più debole. Ciò accade perché le fibre esterne, essendo avvolte con un angolo, non tirano in modo altrettanto efficiente rispetto alle fibre interne dritte. Se ce ne sono troppe, la forza che tenta di rompere il filato viene distribuita in un modo che le fibre non riescono a gestire, causando il cedimento del filato.
Lo studio ha esaminato anche altre proprietà, come quanto il filato si allungasse prima di rompersi e quante fibre sciolte sporgevano dalla superficie, un tratto noto come "pelosità". I risultati hanno mostrato che aumentare la distanza tra le parti della macchina rendeva il filato più forte e gli permetteva di allungarsi di più prima di spezzarsi. Allo stesso tempo, una distanza maggiore riduceva il numero di fibre sciolte che sporgevano, ottenendo un filato più liscio. Ciò suggerisce che dare alle fibre più spazio per percorrere prima di essere filate permetta loro di allinearsi meglio e di formare una struttura più compatta ed efficiente. I ricercatori hanno concluso che, sebbene la compattezza dell'impacchettamento delle fibre all'interno del filato non cambiasse significativamente con la distanza, la disposizione delle fibre sì. Individuando il punto di equilibrio ideale in cui la percentuale di fibre esterne è sufficientemente alta da tenere insieme il filato, ma non così alta da indebolirne il nucleo, i produttori possono realizzare tessuti di qualità superiore. Questo nuovo metodo di conteggio delle fibre fornisce uno strumento affidabile per comprendere queste strutture complesse, andando oltre l'incertezza verso una comprensione chiara e basata su regole di come vengono costruiti i filati a getto d'aria.
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