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1 FIBRAS INTRODUÇÃO As fibras são estruturas longas e finas, têm um comprimento muito maior que seu diâmetro (que geralmente não ultrapassa 0,05 cm), são macroscopicamente homogêneas, flexíveis e sua principal finalidade é a produção de tecidos. A temperatura de transição vítrea (Tg) e seu ponto de fusão são muito importantes nas fibra. Uma Tg muito alta impede o alongamento ou estiragem da fibra e, portanto, sua orientação. Se for muito baixa, a orientação não é mantida à temperatura ambiente. PROPRIEDADES DAS FIBRAS As propriedades mecânicas das fibras, dos fios, das cordas e dos tecidos são, em muitos casos, determinantes para compor o valor comercial do material, embora, às vezes, o brilho e a facilidade de tingimento sejam mais importantes. Entre os testes mais comuns, temos: Teste dinâmico (tempo de deformação individual em tração por segundo). Testes normais (tempo de deformação de, aproximadamente, 100 segundos). Testes de longa duração ou estudo de deformação plástica, que duram muitas 2 horas ou mesmo dias. E, finalmente, o módulo de elasticidade que, em uma corda, representa a rigidez e mede a resistência inicial ao alongamento. Entre as propriedades mais importantes das fibras, temos: Comprimento. Finura. Forma da seção transversal. Termicidade. Higroscopicidade. Outras. COMPRIMENTO Existem dois tipos de fibras em termos de comprimento e distribuição longitudinal: A) Filamentos contínuos (raiom, seda, náilon e acrílicas). B) Fibras descontínuas ou fios (algodão, lã e fibras sintéticas em fio). As fibras artificiais na forma de fio têm comprimentos uniformes e são cortadas em cordões de 6 cm a 20 cm. Todas as fibras naturais são encontradas na forma descontínua, com exceção da seda. O comprimento da fibra é expresso em milímetros ou polegadas. Ele é um parâmetro muito importante, pois há muitos fatores que o influenciam, variando de fibra para fibra. Por isso é comum se referir ao valor médio (média estatística extraída do exame de uma amostra representativa) e ao coeficiente de variabilidade (parâmetro estatístico da distribuição dos comprimentos). O comprimento é importante, pois determina o processo de fiação a ser aplicado. 3 As fibras químicas são inicialmente obtidas na forma de filamentos contínuos, mas podem ser convertidas em fibras descontínuas cortando ou rasgando até o comprimento desejado. O corte pode ser reto ou variável. FINURA É a medida de sua espessura e está relacionada com o diâmetro aparente da fibra, uma vez que não é constante nem regular. A finura determina a qualidade e o preço da fibra e é expressa em mícrons: 1 mícron = 0,001 mm = 10-6 m Nas fibras químicas, a finura é expressa em função da massa linear (essa massa é expressa em tex, que indica o peso em gramas de 1.000 m de fio), já que existe uma relação bastante direta entre seu peso por unidade de comprimento e sua espessura. FORMA DA SEÇÃO TRANSVERSAL É uma propriedade geométrica que influencia outras propriedades, tais como brilho, volume, toque, rigidez da torção etc. Três zonas podem ser distinguidas na seção transversal de uma fibra natural: Pele ou cutícula, corpo principal e núcleo (oco ou não). A seção transversal nas fibras químicas depende da forma do fio pelo qual elas são extrudadas (figura 1), do método de fiação utilizado e das condições de fiação (pressão, temperatura etc.). 4 Figura n.º 1. Seções de fibras fiadas. (Fonte: banco de dados ECC) 5 TERMICIDADE O grau no qual um material têxtil abriga, ou seja, protege contra o frio, depende da condutividade calorífica, capacidade calorífica, rugosidade superficial e capacidade de confinar ar e outros gases. A lã, a seda, as fibras proteicas e o orlon são, nesse aspecto, superiores a todas as outras fibras naturais e sintéticas. Outras propriedades térmicas importantes dos materiais fibrosos são o ponto de adesão, o ponto de amolecimento ou de fusão e a fragilidade a frio. Os pontos de adesão do algodão, raiom viscose, lã, seda, náilon e orlon estão bem acima dos 200 °C e não causam muitas dificuldades para engomar. O ponto de fusão de um bom polímero formador de fibras deve estar bem acima dos 300 °C. A maioria das fibras, com a possível exceção do vinyon e do acetato de celulose, é suficientemente flexível abaixo dos 50 ºC. HIGROSCOPICIDADE Uma propriedade importante das fibras têxteis é a absorção de água, em equilíbrio com a atmosfera de umidade relativa e uma determinada temperatura. Alguns materiais como o náilon e orlon têm uma afinidade bastante baixa pela água. As propriedades elétricas mais importantes das fibras estão associadas à absorção de água. 6 OUTRAS PROPRIEDADES Boas fibras têxteis devem resistir ao ataque de ácidos e bases de concentração moderada até temperaturas de 60 °C-80 °C; não devem ser atacadas por solventes orgânicos, como os hidrocarbonetos, álcoois, ésteres e cetonas; devem resistir à ação da luz na presença de oxigênio e água, assim como à ação de enzimas, mofo e bactérias. Fibras feitas de acetato de celulose e de copolímeros de cloreto de vinila com acetato de vinila e acrilonitrila apresentam excelente resistência aos ácidos, enzimas e mofo e não causam desconforto à pele, mas muitos solventes orgânicos provocam seu inchaço ou até mesmo sua dissolução a altas temperaturas. Elas são atacadas por álcalis, e o calor as enfraquece e provoca a mudança de sua cor. O náilon e as fibras acrílicas resistem muito bem aos solventes orgânicos normais e apresentam muito boa resistência no uso ao ar livre, mas são difíceis de tingir. Consequentemente, parece que os representantes da classe dos poliésteres, poliamidas, poliuretanos e poliacrilonitrilas atendem à maioria das propriedades químicas consideradas importantes para uma fibra têxtil. 7 CLASSIFICAÇÃO DAS FIBRAS As fibras podem ser divididas nas seguintes classes: 8 9 FIBRAS NATURAIS São aquelas obtidas da natureza (de uma planta ou de um animal) por meios de procedimentos físicos ou mecânicos. A maioria dessas fibras é utilizada em tecidos têxteis, embora as fibras vegetais como tais também sejam utilizadas para a fabricação de cordas. Entre as fibras naturais, encontramos as de origem vegetal, animal e mineral. FIBRAS VEGETAIS As fibras de origem vegetal são obtidas das plantas. Seus principais constituintes são a celulose e a lignina. Esta última é uma forma modificada da primeira, e sua existência em maior ou menor quantidade confere certas características à fibra vegetal em particular. Algumas fibras são de celulose pura, como o algodão, e outras contêm uma grande quantidade de lignina, como a juta. Sua aparência microscópica varia e também serve, assim como suas reações químicas características, para a diferenciação. As fibras vegetais, ao contrário das proteínas das fibras de origem animal, são resistentes aos álcalis. Elas também são resistentes à maioria dos ácidos orgânicos, mas ácidos inorgânicos fortes as destroem. O uso incorreto da maioria dos branqueadores pode enfraquecê-las ou destruí-las. Do ponto de vista de sua origem, as fibras vegetais são classificadas em três tipos principais: Fibras obtidas dos frutos ou sementes, das folhas e dos caules. 10 A) FIBRAS PROCEDENTES DOS FRUTOS ou SEMENTES: Algodão: A planta do algodão (Gossypium herbaceum) pertence à família das malváceas e cresce, principalmente, em climas quentes, no entanto, seu cultivo é bastante difundido emclimas temperados. Ela ocorre como planta herbácea, arbusto ou árvore, sendo cultivada em grandes plantações na América do Norte, América Central e América do Sul, China, Índia Oriental, Egito, Turquia e também na Europa, embora em extensões muito pequenas. Por meio do estudo microscópico da fibra do algodão, pode-se deduzir que ela é composta de células vegetais tubulares e achatadas, com bordas arredondadas, torcidas de maneira espiralada (figura 2). Figura 2. Flor do algodão (à esquerda) e suas fibras (à direita). (Fonte: Wikipedia) 11 Elas assumem este último aspecto quando toda a umidade contida no espaço tubular seca. A cor dessas fibras geralmente é branca; no entanto, também existem fibras amarelo-escuras (algodão de Nanking, da China e das Índias Orientais). Essas fibras têm entre 15 mm e 50 mm de comprimento e entre 0,014 mm a 0,026 mm de diâmetro. As qualidades altamente apreciadas do algodão são seu maior ou menor brilho, sua maior elasticidade e, especialmente, a limpeza alcançada, que é altamente apreciada para a fiação. Outras fibras provenientes de frutos ou sementes são a fibra do coco (Cocus nucifera), que provém da camada cortical dos frutos desse vegetal, e a paineira ou sumaúma procedente dos frutos da Ceiba pentandra da ilha de Java (Indonésia) e de várias espécies do gênero Bombax cultivadas no Sri Lanka. B) FIBRAS PROCEDENTES DAS FOLHAS: Sisal: A fibra de sisal é extraída das folhas da planta Agave sisalina, que pertence à família das amarilidáceas. Essa fibra é branca e dura, tem um comprimento de 2,5 mm e uma seção poligonal de 20 µm-30 µm. Ela é composta de cerca 75% de celulose, 6% de lignina e 18% de pentosano. A extração é feita de forma primitiva, secando a folha ao sol. Após, ela é submetida a operações de desfibramento, batimento, raspagem e penteamento. Ela é utilizada para a fabricação de tecidos grosseiros, como sacos e tapetes, e na fabricação de escovas, sendo sua principal aplicação a fabricação de cordas para a indústria e para as aplicações agrícolas. Outra fibra extraída das folhas é o cânhamo de Manila ou abacá, proveniente das folhas de Musa textilis, da família das musáceas, que é cultivada principalmente nas Filipinas. 12 C) FIBRAS PROCEDENTES DOS CAULES: Cânhamo: O cânhamo é obtido dos caules da Cannabis sativa, que pertence à família das urticáceas (figura 3). (Fonte: Wikipedia) Figura 3. Cânhamo (esquerda) e fibras de cânhamo (direita) Há plantas masculinas e femininas; as primeiras atingem uma altura de 1,8 m a 2,4 m, sendo as últimas menores. O cânhamo cresce melhor em climas temperados como os da Espanha, Itália e França. Entretanto, também é cultivado nas regiões setentrionais, como na Alemanha, Áustria e até mesmo na Rússia. Devido à sua alta resistência, a fibra têxtil obtida do cânhamo é utilizada para tecidos de embalagem, velame, barbantes, cordas e cabos, mas também na fabricação de tecidos e tecidos grossos, sacos, alpargatas, mangueiras de incêndio e muitos outros utensílios. 13 Esparto: A fibra do esparto é extraída das folhas da planta Stipa tenacissima. Suas folhas, que podem atingir até 1 m de comprimento, são secas ao sol e enroladas ao longo de seu eixo longitudinal. Seus filamentos são utilizados na fabricação de tapetes e escovas, embora sua principal aplicação seja como matéria-prima na fabricação de papel. Linho: Das muitas variedades de plantas de linho, a Linum usitatissimum é a única normalmente utilizada. A fibra também é conhecida como “fio”, sendo uma das fibras mais antigas em uso (figura 4). Figura 4. Planta Lum usitatissimum (esquerda) e fibras (direita) (Fonte: Wikipedia) As fibras de linho examinadas sob o microscópio aparecem como tubos longos, com extremidades pontiagudas e pequenas fissuras transversais, divididos em fragmentos celulares que, às vezes, parecem estar sobrepostos. Ao longo do comprimento da fibra, pode-se distinguir uma dupla linha escura em seu centro, que representa o tubo interno central. A cor da fibra varia muito, havendo predomínio, no entanto, de tons claros, especialmente o dourado pálido, amarelo e verde prateado. 14 17 9 Sua resistência é maior que a do algodão, porém sua elasticidade é menor. Bons tipos de linho são bastante brilhantes. Juta: As fibras de juta (Corchorus capsularis) provêm dos caules da planta de mesmo nome, pertencente à família das tiliáceas (figura 5). As fibras mais comumente usadas são brancas, mas escurecem com o tempo. Ela cresce nos países quentes da Ásia, especialmente na Índia, onde atinge uma altura de 3 m a 5 m. A juta resiste mal à umidade combinada com o calor, uma vez que é atacada por microrganismos. Ela é muito forte, sendo utilizada para a fabricação de tecidos e cordas grossas, embalagens e tapetes. Pode ser tingida em cores vivas, pois aceita e fixa bem os corantes derivados do alcatrão. Figura 5. Planta da juta (esquerda) e fibras (direita) (Fonte: Wikipedia) 15 FIBRAS DE ORIGEM ANIMAL O segundo tipo de fibra natural provém dos animais e pode ter sua origem em estruturas epidérmicas (fâneros), em secreções para fins de proteção (casulo) ou como ajuda para capturar presas (teias de aranha). De um ponto de vista químico, as fibras de origem animal são proteínas resistentes à maioria dos ácidos orgânicos. Elas também resistem, sob determinadas condições, à ação de certos ácidos minerais como o ácido sulfúrico (H2SO4). Pelo contrário, bases ou álcalis pouco agressivos podem danificar as fibras proteicas e os álcalis fortes, como o hidróxido de sódio (NaOH), podem dissolvê-las completamente. Branqueadores que contêm cloro também podem danificá-las (o hipoclorito líquido nunca deve ser usado em lã ou seda). Se usados sem diluir, danificam as fibras e podem até mesmo dissolvê-las completamente. A) FÂNEROS: Lã: O nome genérico “pelo” abarca os pelos de todos os animais que podem ser usados na indústria têxtil, enquanto o nome “lã” se refere apenas às fibras dos pelos-guarda da ovelha. As fibras de lã não são contínuas e, se forem destinadas à fabricação de produtos têxteis, devem ser fiadas. Elas também podem ser transformadas em feltro. Os pelos quase não se diferenciam das lãs no que tange à sua composição química, mas em termos de sua estrutura física, sim. A lã é encaracolada, o pelo é liso; no animal, a lã forma velos ou bolas de fibras, o pelo, por outro lado, cai solto. 16 Figura 6. Micrografia das fibras de lã (esquerda) e sua seção (direita) (Fonte: banco de dados ECC) O pelo mais comumente utilizado na fabricação de tecidos é a lã de ovelha (Figura 6). A lã da ovelha selvagem forma uma camada curta e macia (subpelo), protegida por outros pelos mais longos e grossos (pelo-guarda), que são praticamente inexistentes nas raças domésticas. Ovelhas criadas para a obtenção da lã têm lã muito mais longa. Todas essas fibras têm uma camada de escamas sobrepostas, cuja forma e tamanho variam de uma espécie a outra. Em muitas variedades de ovelhas, essas escamas são muito pronunciadas. Fibras de lã que não são macias o suficiente, mas têm ondulação natural, formam fios que retêm o ar e podem ser usadas para fabricar materiais isolantes. A lã é amplamente utilizada em diferentes campos. O mais importante é o do vestuário, tanto feminino como masculino. É muito comum misturar lã com fibras químicas (principalmente poliéster, poliamida ou acrílico). Pelo: Da lhama, da alpaca, da vicunha, das cabras de Angorá e Caxemira, do coelho de Angorá e do camelo também é obtido o pelo para a fabricação de tecidos. 17 A caça excessiva colocou avicunha, nativa dos Andes, em perigo de extinção. As fibras de pelos de alguns animais dos quais normalmente só são utilizadas suas peles, como o visão e castor, às vezes são misturadas com outros tipos de pelos para a fabricação de fios de luxo. O pelo de cavalos e vacas é usado para fazer feltro, embora não seja da mesma qualidade que o obtido da lã e, acima de tudo, do pelo de coelho (doméstico ou selvagem), lebres ou castores, que também são fiados para uso em tapeçaria e outras aplicações que exigem longa duração. B) SECREÇÕES: Insetos sericígenos, principalmente a larva do lepidóptero Bombix mori (bicho-da-seda) (figuras 7 e 8), fiam um casulo protetor secretando uma fibra contínua (seda) para proteger a pupa durante o processo de metamorfose. Ela é obtida por meio da criação do bicho-da-seda (sericicultura), da qual são obtidos os casulos que, tratados com água quente, perdem a substância adesiva que liga as fibras individuais (sericina) e permitem a fiação elementar que dá origem à seda crua. Figura 7. Bicho-da-seda ao lado de um casulo 18 (Fonte: Wikipedia) Figura 8. Bombix mori (esquerda) e micrografia das fibras de seda (direita) (Fonte: Wikipedia) Também é possível obter seda de várias espécies de aranhas, de composição e resistência muito semelhantes e até mesmo superiores à do bicho- da-seda, mas há a desvantagem de que as aranhas são mais difíceis de reproduzir por serem predadoras territoriais, e, por estarem reciclando continuamente a seda, ingerem a seda antiga para aproveitar as valiosas proteínas que ela contém na produção de nova seda. Seda: A seda é uma das substâncias mais resistentes que se conhece. Ela suporta de 3 a 4 vezes mais tensão que uma fibra de aço de mesmo diâmetro e pesa cerca de um oitavo a menos. Também é muito mais flexível e pode ser dobrada repetidamente em ângulos muito mais agudos que o aço, sem quebrar ou perder suas qualidades. Não é difícil imaginar as aplicações que ela pode chegar a ter. 19 O principal componente da seda é uma proteína chamada fibroína. São os únicos filamentos de origem natural, que normalmente atingem um comprimento de mais de 1.000 m e 8-15 mícrons de diâmetro. Vários filamentos são unidos para formar um fio. Entretanto, para a fabricação de fios, a seda é produzida e utilizada em filamentos mais curtos. Recentemente, com a engenharia genética, foram criadas cabras transgênicas com alguns dos genes produtores da seda inseridos em seu genoma. Elas produzem fibroína no leite que pode ser separada e utilizada, mas essa seda tem um comprimento inferior ao normalmente obtido e sua resistência é muito menor. FIBRAS MINERAIS Estas fibras são formadas diretamente pelo processo mineral natural ou pela fragmentação de cristais maiores. As mais frequentes são o amianto, asbesto, wollastonita, atapulgita, sepiolita e zeolita. Destas, a única que tem sido amplamente utilizada devido às suas propriedades isolantes e à prova de fogo é o amianto, mas ele foi considerado cancerígeno, de modo que as leis de quase todos os países proibiram seu uso, estando atualmente obsoleto. FIBRAS QUÍMICAS São obtidas por meio de processos químicos e podem partir de substâncias naturais, caso em que são chamadas de fibras artificiais, ou de produtos 20 sintetizados que não existem na natureza, caso em que são chamadas de fibras sintéticas. FIBRAS ARTIFICIAIS As fibras artificiais são fabricadas a partir da transformação química de produtos naturais. Elas podem ser fabricadas a partir da celulose, de certas proteínas ou de substâncias inorgânicas. FIBRAS CELULÓSICAS Fibras químicas compostas de celulose regenerada são genericamente conhecidas como raiom (rayon). Existem quatro tipos principais: raiom viscose, fibrane, raiom cuproamoniacal e raiom modal. As fibras têxteis sintéticas têm propriedades semelhantes às das fibras naturais. Embora possam ser obtidas a partir de proteínas vegetais presentes em certas plantas (amendoim, milho ou soja), geralmente são derivadas da celulose e da caseína. A celulose, um carboidrato complexo, é o componente básico das paredes das células vegetais. De cor branca, inodora e sem sabor, suas aplicações industriais não se limitam ao campo têxtil; também é utilizada na fabricação de papel, plásticos ou explosivos. CELULOSE REGENERADA: Raiom (viscose): 21 A primeira produção comercial da fibra de raiom foi realizada em 1910 pela American Viscose Society, nos Estados Unidos. Mediante o uso de dois produtos químicos e técnicas de fabricação, dois tipos básicos de raiom foram desenvolvidos: raiom viscose e raiom cuproamoniacal. Figura 9. Micrografia das fibras de raiom (esquerda) e sua seção (direita) (Fonte: banco de dados ECC) Raiom ou viscose (figura 9) é uma fibra de celulose previamente solubilizada e posteriormente regenerada. É uma fibra muito versátil e tem as mesmas propriedades em termos de conforto de uso que outras fibras naturais, podendo imitar o toque da seda, da lã, do algodão ou do linho. As fibras podem ser facilmente tingidas de outras cores. Os tecidos de raiom são macios, leves, frescos, confortáveis e muito absorventes, mas não isolam o corpo, permitindo a transpiração. Portanto, são ideais para climas quentes e úmidos. A fibra foi vendida como “seda artificial” até 1924, quando o nome raiom foi adotado, sendo conhecida na Europa também pelo nome de viscose. Até a década de 1930, o raiom só era produzido na forma de fio, até que se descobriu que as fibras quebradas que eram descartadas na produção do fio eram adequadas para a tecelagem (neste caso, é chamada de fibrane). 22 A resistência do raiom normal ao longo do tempo é baixa, especialmente se ele for molhado; ele também tem a mais baixa recuperação elástica de todas as fibras. ÉSTERES DE CELULOSE: Acetato de celulose: A fibra de acetato de celulose, na qual de 92% a 74% dos grupos hidroxilas são acetilados, é um composto formado a partir do ácido acético com uma base. Os fios são contínuos à base de acetato de celulose, já que esse acetato dissolvido em acetona forma um líquido espesso e xaroposo, do qual os fios são então extraídos. Os fios de acetato são fibras descontínuas de composição química idêntica. Os principais tecidos obtidos são cetim, tafetá, veludo etc. Fiado junto com a seda, produz tecidos suntuosos. Se misturado com qualquer fibra artificial ou sintética, dá ao fio um toque suave e quente. É sensível ao calor e requer precauções ao passar a ferro. Do mesmo modo, deve ser tingido com anilina ou corantes especiais. Aceita admiravelmente as tinturas combinadas, apresentando, por essa razão, um tingimento multicolorido. Triacetato de celulose: A fibra de acetato de celulose (figura 10), na qual, pelo menos, 92% dos grupos hidroxila são acetilados, tem melhores propriedades que o acetato na absorção de umidade, na resistência a rugas, na facilidade de tingimento e no tempo de secagem, e por esse motivo se tornou mais popular como uma fibra têxtil. Os acetatos de celulose também são comuns em filtros de cigarro. 23 Figura 10. Micrografia das fibras de triacetato (esquerda) e sua seção (direita) (Fonte: banco de dados ECC) FIBRAS PROTEICAS ALGINATO: O alginato é uma substância química purificada obtida de algas marinhas pardas, encontrada principalmente na Laminarla hyperborea, que prolifera nas costas da Noruega, onde, inclusive, é coletada mecanicamente em águas rasas, existindo também no Mar Cantábrico. Também é obtido da Laminarla digitata, presente no Mar Cantábrico; da Laminaria japonica, que é cultivada na China e no Japão; da Macrocystis pyrifera, das águas do Pacífico;e de algumas espécies dos gêneros Lessonia, Ecklonia, Durvillaea e Ascophyllum. Essas substâncias correspondem a polímeros orgânicos derivados do ácido algínico. Seu uso é muito variado, não se limitando à obtenção de fibras. Há uma ampla gama de empresas que utilizam essa substância como espessante para cremes, detergentes, tintas de impressão têxtil e uma variedade de outros produtos. Ela é um material amplamente utilizado na odontologia para obter impressões de dentes e tecidos moles adjacentes. 24 FIBRAS INORGÂNICAS A fibra de vidro é a única fibra de origem inorgânica (mineral) que é utilizada na tecelagem em larga escala. FIBRAS DE VIDRO: O vidro flui facilmente quando fundido, podendo ser esticado em filamentos cuja finura é limitada apenas pela velocidade de fiação. Nas operações comerciais, o vidro fundido é mantido a uma temperatura uniforme em um tanque cujo fundo é forrado com uma grande quantidade de pequenos furos. O vidro fundido flui através desses orifícios formando finas correntes que são estiradas em filamentos da ordem de 3,8 a 7,6 mícrons (o diâmetro médio das fibras orgânicas mais finas é quase duas vezes maior), sendo revestidos com um lubrificante e torcidos entre si para formar fios e serem enrolados. Uma propriedade inerente do vidro é a tendência de suas superfícies desprotegidas serem destruídas por fricção mútua, mesmo que a ação mecânica seja muito leve. FIBRAS METÁLICAS: Nem todos os metais são adequados para a produção de fios de finura suficiente. Os três mais adequados são o cobre, a prata e o ouro. Em qualquer caso, sua resistência e flexibilidade não são adequadas para obter um tecido prático, de modo que suas fibras são usadas apenas para enriquecer tecidos de alto custo, entrelaçando-os com outras fibras para dar-lhes brilho e aparência suntuosa. 25 FIBRAS SINTÉTICAS As fibras sintéticas são feitas por síntese química, por meio de um processo chamado polimerização. A elaboração das fibras sintéticas têxteis é realizada a partir de matérias- primas relativamente fáceis de encontrar e geralmente baratas (carvão, alcatrão, amônia, petróleo), assim como de subprodutos derivados de processos industriais. As operações químicas realizadas com esses materiais permitem obter resinas sintéticas que, após sua fiação e solidificação, são elásticas, leves e altamente resistentes ao desgaste, bem como à presença de ácidos e outros agentes externos. A incorporação de um corante ao polímero permite que o material seja tingido antes da fiação, o que se traduz em um nível ótimo de estabilidade cromática da fibra, que, além de não desbotar, elimina a necessidade de recorrer a operações posteriores de fixação do corante. FIBRAS DE POLIOLEFINAS FLUOROFIBRAS (PTFE): São fibras compostas de macromoléculas lineares de monômeros fluorocarbonados alifáticos. Suas características gerais são as seguintes: Têxteis exclusivos para usos técnicos. 26 Não queimam. Têm boa resistência à abrasão. São quimicamente inertes. Não absorvem água. Resistem bem à luz e às intempéries. POLIETILENO: O polietileno (PE) é um polímero de cadeia linear não ramificada, embora as ramificações sejam comuns em produtos comerciais. Quimicamente, é o polímero mais simples. Ele é representado por sua unidade repetitiva (CH2- CH2). É também o mais barato, sendo um dos plásticos mais comuns. É quimicamente inerte. Obtido a partir da polimerização do etileno (CH2=CH2), do qual deriva seu nome. Pela nomenclatura da União Internacional de Química Pura e Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC), recebe o nome de eteno. As cadeias de polietileno são dispostas sob a temperatura de arrefecimento (Tg) em regiões amorfas e semicristalinas. Existem basicamente dois tipos de polietileno: o polietileno de baixa densidade (Low Density PolyEthylene - LDPE) e o polietileno de alta densidade (High Density PolyEthylene - HDPE). Também podem ser distinguidos o polietileno de baixa densidade linear (Linear Low-Density Polyethylene - PEBDL) e o polietileno de ultra-alto peso molecular (Ultra High Molecular Weight PolyEthylene - UHMWPE). POLIPROPILENO: Fibra formada por macromoléculas lineares de hidrocarbonetos alifáticos saturados, nos quais um de cada dos dois átomos de carbono contém um grupo metila não substituído em uma configuração isotática, sem outra substituição. É obtido a partir da polimerização do propileno (ou propeno). É menos denso que 27 a água, tem boa elasticidade e resistência, não absorve umidade e é resistente a solventes químicos, ácidos e álcalis. FIBRAS POLIVINÍLICAS FIBRAS ACRÍLICAS: Fibras formadas por macromoléculas lineares cuja cadeia contém, no mínimo, 85% em peso de acrilonitrilo. As fibras acrílicas são macias, quentes, leves e elásticas, mas possuem menor resistência mecânica quando comparadas com as poliamidas e o poliéster. São usadas para fabricar tecidos de fácil manutenção. São resistentes à luz solar e às intempéries. São produzidas na forma de fibras curtas e têm a aparência de uma lã macia e quente, não alergênica. São utilizadas principalmente para fabricar tecidos parecidos com os de lã, com muito pouca absorção de água. As fibras acrílicas são fibras de alta contração, sensíveis aos ácidos e estáveis aos álcalis. Sob a ação do fogo, elas amolecem, pegam fogo e queimam livremente, decompondo-se e deixando um resíduo negro e quebradiço. Exalam um cheiro químico aromático, muito diferente do cheiro de vinagre dos acetatos. CLORETO DE POLIVINILA: É um plástico forte, com baixa cristalinidade e muitas vezes opaco, tendo uma Tg de 85 °C, o que o torna frágil a baixas temperaturas. É um polímero de baixo custo com boa resistência ao impacto e aos produtos químicos, tendo alta rigidez. É resistente ao fogo e tem grande versatilidade. Utilizado em tubos e dutos, móveis e isolantes. 28 As fibras vinílicas são altamente resistentes aos ácidos, bases e outros agentes químicos, não queimam nem inflamam, não absorvem umidade e têm bom poder isolante, mas não são muito estáveis no calor, encolhendo a 78 °C. Devido às suas características, são utilizadas principalmente no setor técnico para a fabricação de tecidos filtrantes, cordões, redes, roupas à prova de fogo e antiácidas; sua capacidade de encolhimento é utilizada para produzir tecidos densos. FIBRAS DE POLIURETANO ELASTANO: Elastano ou spandex é uma fibra sintética bem conhecida por sua grande elasticidade, inventada pela empresa DuPont, que a registrou sob o nome comercial de Lycra. É um polímero de cadeia muito longa, formado por, pelo menos, 85% de poliuretano segmentado (spandex) que é obtido em filamentos contínuos que podem ser multifilamentos ou monofilamentos. Caracteriza-se pelo fato de que, após seu comprimento original sofrer estiramento por três vezes, recupera-o rápida e completamente quando essa força de tração deixa de atuar, e também pelo fato de que pode se esticar até seis vezes antes de romper. Geralmente é utilizado para a fabricação de roupas íntimas, roupas femininas, meias e, acima de tudo, para roupas esportivas. 29 1 FIBRAS DE POLIAMIDA NÁILON (NYLON): O náilon foi a primeira fibra sintética a entrar no mercado produzida inteiramente de polímero sintético a partir da polimerização de uma lactama. Brilhante ou fosco, é sensível ao calor e altamente elástico. Tem uma taxa de absorção de água muito baixa e não é muito resistente aos ácidos e aos raios ultravioleta. É misturado com fibras naturais, adicionando-se até 20% de náilon para tornar o tecido mais barato e melhorar sua resistência. O náilon é bem resistente à lavagem, embora deva ser passado a ferro com muito cuidado. Se for decor branca, permite o uso de alvejante. Pode ser limpo a seco. O náilon 6,6, também chamado de náilon 66, é resistente, branco translúcido, semicristalino e tem um alto ponto de fusão (255 °C). PERLON: Outra poliamida importante do ponto de vista têxtil é a poliamida 6 obtida da caprolactama, conhecida como perlon. É composto de microfibras entrelaçadas que constituem uma superfície ideal para a filtragem mecânica, retém partículas muito finas e, portanto, é facilmente saturado. É um bom isolante térmico e acústico, mas, devido à sua baixa higroscopicidade, não absorve o suor, o que pode causar dermatites em pessoas com pele delicada. É uma fibra termoplástica, ou seja, pode ser deformada pelo calor. Essa propriedade é utilizada para a modelagem das peças de vestuário fabricadas com ela. A forma alcançada é preservada, desde que os tratamentos subsequentes sejam realizados a uma temperatura mais baixa que a da modelagem. 30 Com essas fibras, são fabricados inúmeros artigos têxteis, tais como meias, roupas íntimas, vestidos, camisas, paraquedas, artigos de pesca etc. Também são amplamente utilizadas misturadas com fibras naturais para dar resistência aos fios fabricados com ela. 31 ARAMIDAS: Kevlar: Figura 11. Micrografia das fibras de Kevlar. (Fonte: banco de dados ECC) Kevlar (figura 11) é uma fibra orgânica da família das poliamidas aromáticas (aramidas) que combina alta resistência com baixo peso. O Kevlar é cinco vezes mais forte que o aço de mesmo peso e oferece desempenho confiável e resistência sólida, o que determina sua ampla gama de aplicações, que vai de coletes à prova de balas e luvas resistentes a cortes a barreiras antiexplosivas e antichamas. Nos Estados Unidos, quase três mil agentes da lei sobreviveram a ferimentos potencialmente fatais ou mutilações por estarem usando uma vestimenta de proteção individual Kevlar. Além disso, todo soldado de combate dos Estados Unidos usa um capacete Kevlar desde a Guerra do Golfo de 1991. Nomex: É um polímero sintético de poliamida aromática que proporciona altos níveis de integridade elétrica, química e mecânica. O nomex não encolhe ou dilata, nem amolece ou derrete durante a exposição de curto prazo a temperaturas tão altas quanto 300 °C. A longo prazo, pode servir como isolante térmico, elétrico ou químico, suportando continuamente temperaturas de até 220 32 °C por mais de 10 anos. Sua estabilidade térmica estende-se a baixas temperaturas, no ponto de ebulição do nitrogênio (- 196 ºC). As placas prensadas de papel de nomex são totalmente resistentes às forças de contração/dilatação. FIBRAS DE POLIÉSTER São uma família de diferentes polímeros de cadeia longa, com a condição de que pelo menos 85% de sua massa seja um éster de álcool dihídrico e ácido tereftálico. O poliéster pode ser brilhante ou fosco, devido à texturização, que, por sua vez, pode ser enrolado, conferindo a ele um toque mais quente. Ele é menos transparente que o náilon. É uma fibra termoplástica, o que permite nela um plissado permanente. O poliéster é muito elástico e muito resistente a rasgos, abrasão, insetos e fungos. FIBRAS DE POLI-ISOPRENO ELASTODIENO: Fibra elástica composta de poli-isopreno natural ou sintético ou de um ou mais dienos polimerizados, com ou sem um ou mais monômeros vinílicos. Esta fibra elástica pode esticar três vezes seu comprimento de repouso, recuperando rapidamente seu comprimento original quando a tensão desaparece. 33 IDENTIFICAÇÃO DAS FIBRAS O primeiro passo para identificar uma fibra é determinar seu tipo. Não faz muito tempo, a maioria dos tecidos era feita de lã, algodão, linho ou seda. Era fácil identificá-los pela visão e pelo toque. Atualmente, existe uma grande variedade de fibras sintéticas que dificulta a análise e identificação completa de todos os tecidos. A maioria das fibras naturais, tais como a lã, o algodão e o linho, que tem características de superfície distintas, pode ser identificada com o microscópio eletrônico de varredura (figura 12). A lã, por exemplo, sendo pelo de animal, tem um padrão de escamas superficiais, embora a lã reutilizada possa tê-las perdido durante o processo. Se o que interessa é observar a estrutura interna, o microscópio óptico de contraste deve ser o escolhido. Figura 12. Fibras de lã, algodão e seda sob o microscópio eletrônico de varredura. 34 19 1 (Fonte: banco de dados ECC) No caso da seda e da maioria das fibras sintéticas, que são produzidas por meio de uma fieira, a superfície é lisa e macia. Elas não são identificadas por microscopia óptica, mas pela análise de sua composição química, geralmente por espectrofotometria de infravermelho. OBSERVAÇÃO DIRETA DAS FIBRAS SOB O MICROSCÓPIO Para serem observadas sob o microscópio, as fibras devem ser separadas do tecido e abertas, colocadas sobre uma lâmina, devendo ser adicionada uma gota de água. Além disso, deve ser colocada uma lamela sobre elas. Dessa forma, é fácil distinguir as fibras naturais das artificiais. Estas últimas aparecem sem estrutura superficial, enquanto as naturais são trançadas e apresentam superfícies rugosas. Inclusive é possível observar claramente a mistura de fibras (naturais e artificiais) em muitos tecidos existentes no mercado. MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA À RUPTURA O valor da resistência à ruptura é obtido por meio de dinamômetros especiais para fios nos quais se obtém uma leitura de gramas de resistência no momento da ruptura. A resistência das diferentes fibras à ruptura é variável. Entre as fibras artificiais, o náilon é mais resistente que a lycra, e entre as fibras naturais, o algodão é mais resistente que a lã. 35 COMPORTAMENTO DIANTE DO CALOR O comportamento das fibras têxteis diante do calor também é um método utilizado para sua identificação, ainda que, para isso, por ser um teste destrutivo, seja necessário contar com uma quantidade suficiente. Primeiramente, a fim de também realizar uma distinção entre tecidos naturais e artificiais, é feita uma análise para saber se elas derretem ou queimam (decompõem-se). Um pedaço de cada tecido é colocado em um cadinho (crisol) e aquecido. As fibras naturais não derretem, porém carbonizam ou queimam. Por outro lado, as fibras artificiais derretem, grudando no fundo do cadinho. Em segundo lugar, para a identificação dos diferentes tipos de tecidos naturais e artificiais, partes da mesma área dos diferentes tecidos são queimadas diretamente na chama. O tempo que levam para queimar é medido, e o aspecto do tecido restante queimado é observado. A seguir, é exposto um esquema para a identificação de tecidos de acordo com seu comportamento diante do calor. 36 (Fonte: banco de dados ECC)