Upload
joaomarcicano
View
17
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
texturizacao
Citation preview
UNIVERSIDADE DE SO PAULO
ESCOLA DE ARTES, CINCIAS E HUMANIDADES
JOO PAULO PEREIRA MARCICANO
ANLISE DA INFLUNCIA DOS DISCOS DO AGREGADO NAS PROPRIEDADES
DO FIO TEXTURIZADO NO PROCESSO DE TEXTURIZAO POR FALSA
TORO
So Paulo
2014
JO
O
PA
UL
O
PE
RE
IRA
MA
RC
ICA
NO
AN
L
ISE
DA
INF
LU
N
CIA
DO
S D
ISC
OS
DO
AG
RE
GA
DO
NA
S
PR
OP
RIE
DA
DE
S D
O F
IO T
EX
TU
RIZ
AD
O N
O P
RO
CE
SS
O D
E
TE
XT
UR
IZA
O P
OR
FA
LS
A T
OR
O.
So Paulo
2014
JO
O
PA
UL
O
PE
RE
IRA
MA
RC
ICA
NO
AN
L
ISE
DA
INF
LU
N
CIA
DO
S D
ISC
OS
DO
AG
RE
GA
DO
NA
S
PR
OP
RIE
DA
DE
S D
O F
IO T
EX
TU
RIZ
AD
O N
O P
RO
CE
SS
O D
E
TE
XT
UR
IZA
O P
OR
FA
LS
A T
OR
O
LIVRE
DOCNCIA
USP
2014
JOO PAULO PEREIRA MARCICANO
ANLISE DA INFLUNCIA DOS DISCOS DO AGREGADO NAS PROPRIEDADES
DO FIO TEXTURIZADO NO PROCESSO DE TEXTURIZAO POR FALSA
TORO
Tese apresentada Escola de Artes, Cincias e
Humanidades da Universidade de So Paulo,
como requisito para a obteno do ttulo de Livre
Docente.
So Paulo
2014
Autorizo a reproduo e divulgao total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrnico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte.
CATALOGAO-NA-PUBLICAO Biblioteca
Escola de Artes, Cincias e Humanidades da Universidade de So Paulo
Marcicano, Joo Paulo Pereira ANLISE DA INFLUNCIA DOS DISCOS DO AGREGADO NAS PROPRIEDADES DO FIO TEXTURIZADO NO PROCESSO DE TEXTURIZAO POR FALSA TORO / Joo Paulo Pereira Marcicano. So Paulo, 2014. 67 f. : il. Tese(Livre-Docncia)- Escola de Artes, Cincias e Humanidades da Universidade de So Paulo. 1. Filamentos Sintticos. 2. Texturizao. 3.EKB. I.Ttulo.
CDD xx.ed. xxx.xxxxx
5
AGRADECIMENTOS
Aos orientandos Francisco Previdelli e Fabiano Casaca que realizaram os experimentos de
texturizao e a Profa Dra Regina Sanches pelo incentivo e colaborao na realizao desse
trabalho.
RESUMO
MARCICANO,J.P.P. ANLISE DA INFLUNCIA DOS DISCOS DO AGREGADO
NAS PROPRIEDADES DO FIO TEXTURIZADO NO PROCESSO DE
TEXTURIZAO POR FALSA TORO. 2014. 67f. Tese Livre Docncia. Escola de
Artes, Cincias e Humanidades, Universidade de So Paulo, So Paulo, 2014.
Atualmente a texturizao por falsa toro com discos de atrito o processo mais utilizado
para texturizar filamentos termoplsticos. Na pesquisa foram realizados experimentos em
mquinas industriais texturizando polister e poliamida para obter dados para investigar a
influncia dos fatores D/Y , nmero de discos do agregado e rugosidade dos discos nos
parmetros de frisagem EKB , tenacidade e alongamento do fio texturizado. Os dados foram
tratados estatisticamente utilizando anlise de varincia. No trabalho tambm foi proposto um
novo modelo matemtico para calcular o formato dos filamentos texturizados sobre a
superfcie lateral do disco de texturizao, alm do formato so calculados a tenso trativa e a
fora normal.
Palavras-chave: filamentos sintticos, texturizao; EKB.
ABSTRACT
Marcicano, J.P.P. ANALYSIS OF INFLUENCE OF TEXTURING AGGREGATE DISCS
IN PROPERTIES OF TEXTURED YARN IN FALSE TWIST texturing. 2014. 67f. thesis.
School of Arts, Sciences and Humanities, University of So Paulo, So Paulo, 2014.
Nowadays the false twist texturing with disks friction is the most widely used texturing
process to thermoplastic filaments. Experiments were carried out on industrial machines
texturing polyester and polyamide to obtain data for investigating the influence of factor D /
Y, the aggregate number of disk and roughness in the crimping parameters EKB, tenacity and
elongation of the textured yarn. The data was statistically treated using analysis of variance. It
was proposed a new mathematical model for calculating the shape of the filaments on the side
surface of the texturing disks, are calculated tractive force and normal pressure.
Keywords: synthetic yarns, texturing; EKB.
8
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associao brasileira de Normas Tcnicas
ASTM - American Society for Testing and Materials
DIN - Deutsches Institut fr Normung
EKB Parmetros de frisagem: E: Contrao do encrespamento, K:mdulo do encrespamento
e B: estabilidade do encrespamento.
PET - Politereftalato de etileno
LISTA DE SMBOLOS
C : graus Celsius
cN : Centi Newton
dtex : ttulo do fio em gramas por 10.000 metros de comprimento
tex :ttulo do fio em gramas por 1000 metros de comprimento
m : metro
m/min : metros por minuto
D : velocidade perifrica do disco
Y : velocidade de entrega do filamento
D/Y : quociente da velocidade perifrica do disco e velocidade de entrega
Tg : temperatura de transio vtrea
Tm: temperatura de amolecimento
: ngulo de toro;
R: raio do grupo de filamentos;
t: toro [t/m]
Ry : fator de contrao;
10
Tx: componente da fora trativa na direo x.
s : comprimento do fio
r: coordenada radial
: coordenada angular
z: coordenada z
T: mdulo da fora trativa
m: massa por unidade de comprimento
N: mdulo da fora normal
G: acelerao da gravidade
Ra: rugosidade mdia
Lg: comprimento sob carga de 2 cN/tex
Lz: comprimento sob carga de 0,01 cN/tex ao ar seco e quente (120C) por 10 minutos.
Lf: comprimento sob carga de 0,1 cN/tex por 10 segundo
Lb: comprimento sob carga de 10 cN/tex por 10 segundo seguido por carga de 0,01 cN/tex
por 10 minutos;
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Princpio da texturizao por toro, adaptado de Lord ( 2003). ...................................... 24
Figura 2.2 Princpio de falsa toro e texturizao por falsa toro, Adaptado de Mcintyre (2005).
............................................................................................................................................................... 25
Figura 2.3 Agregado de texturizao por frico, adaptado de HEARLE (2011). .............................. 26
Figura 2.4 Mquina de texturizao por falsa toro (Oerlikon, 2014, p. 9). .................................... 27
Figura 2.5 Representao do fio texturizado por Hearly, adaptado de Hearly(2001) ....................... 29
Figura 3.1 Elemento de fio de comprimento ds ................................................................................. 37
Figura 5.1 Grfico coeficiente de atrito em funo da rugosidade (Rhodia, 1988). .......................... 58
Figura 5.2 Intervalo de confiana das mdias de E(Casaca,2013) ..................................................... 59
Figura 5.3 Intervalo de confiabilidade das mdias de K(Casaca,2013) .............................................. 60
Figura 5.4 Intervalo de confiana das mdias de B(Casaca,2013) ..................................................... 61
12
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Parmetros do processo de texturizao por falsa toro................................................ 28
Tabela 4.1 - Caractersticas do fio de poliamida 6.6 ............................................................................. 40
Tabela 4.2 Ajuste utilizado na texturizadeira Barmag FK6 V12 (Casaca,2013) .................................. 41
Tabela 4.3 Rugosidade mdia dos discos em cada agregado(Casaca,2013) ..................................... 41
Tabela 4.4 Caractersticas do fio de polister (Previdelli,2012) ......................................................... 44
Tabela 4.5 Ajuste utilizado na texturizadeira Barmag AFK-M (Previdelli,2012) ................................ 44
Tabela 4.6 Valores de D/Y e nmero de discos utilizados no ensaio de texturizao do
polister(Previdelli,2012) ...................................................................................................................... 44
Tabela 5.1 - Parmetro de frisagem E para nmero de discos 1/7/1(Previdelli,2012) ......................... 45
Tabela 5.2 - Parmetro de frisagem E para nmero de discos 1/5/1(Previdelli,2012) ......................... 46
Tabela 5.3 Anlise de varincia de E em funo de D/Y e nmero de discos(Previdelli,2012) .......... 47
Tabela 5.4 - Teste de Tukey para detectar diferenas entre os tratamentos(Previdelli,2012) ............ 48
Tabela 5.5 Mdulo do encrespamento para nmero de discos 1/5/1(Previdelli,2012) .................... 49
Tabela 5.6 Mdulo do encrespamento para nmero de discos 1/7/1(Previdelli,2012) .................... 49
Tabela 5.7 Anlise de varincia do K em funo de D/Y e nmero de discos(Previdelli,2012) ......... 50
Tabela 5.8 - Teste de Tukey para detectar diferenas entre os tratamentos(Previdelli,2012) ............ 51
Tabela 5.9 Estabilidade do encrespamento para nmero de discos 1/5/1(Previdelli,2012) ............. 52
Tabela 5.10 Estabilidade do encrespamento para nmero de discos 1/7/1(Previdelli,2012) ........... 53
Tabela 5.11 Anlise de variana do B em funo de D/Y e nmero de discos(Previdelli,2012) ........ 54
Tabela 5.12 Contrao do Encrespamento (%)(Casaca,2013) ........................................................... 54
Tabela 5.13 - Anlise de varincia do E em funo da rugosidade dos discos (Casaca,2013) .............. 55
Tabela 5.14 Mdulo do encrespamento da poliamida em funo da rugosidade dos discos
(%)(Casaca,2013) ................................................................................................................................... 55
Tabela 5.15 - Anlise de varincia do K em funo da rugosidade dos discos(Casaca,2013) ............... 56
Tabela 5.16 Estabilidade do Encrespamento da poliamida em funo da rugosidade dos discos
(%)(Casaca,2013) ................................................................................................................................... 56
Tabela 5.17 - Anlise de variana do B em funo da rugosidade dos discos(Casaca,2013) ................ 57
Tabela 5.18 Alongamento do fio texturizado de poliamida em funo da rugosidade dos discos
(%)(Casaca,2013) ................................................................................................................................... 62
Tabela 5.19 - Tenacidade do fio texturizado de poliamida em funo da rugosidade dos discos
(cN/tex) (Casaca,2013) .......................................................................................................................... 62
Tabela 5.20 Anlise de varincia do fator rugosidade dos discos no alongamento(Casaca,2013) .... 63
Tabela 5.21 Anlise de varincia do fator rugosidade dos discos na tenacidade(Casaca,2013) ....... 63
13
SUMRIO
1. Introduo ..................................................................................................................................... 14
2. Reviso da Literatura ..................................................................................................................... 23
2.1. Processo de texturizao por falsa toro ............................................................................ 23
2.2. Atrito em Processos Txteis .................................................................................................. 31
3. Modelagem Matemtica do Processo de Texturizao por falsa toro com discos ................... 36
4. Materiais e Mtodos ..................................................................................................................... 40
4.1. Ensaio de Texturizao poliamida 6.6 100f23 dtex ............................................................... 40
4.2. Ensaio para determinao dos parmetros de frisagem EKB ............................................... 41
4.3. Ensaio de Trao ................................................................................................................... 43
4.4. Ensaio de texturizao de polister ...................................................................................... 43
5. Resultados e Discusso ................................................................................................................. 45
5.1. Influncia dos fatores D/Y e nmero de discos nas caractersticas de frisagem do polister
45
5.2. Influncia do fator rugosidade do disco nas caractersticas de frisagem da poliamida ....... 54
5.3. Influncia do fator rugosidade do disco nas propriedades mecnicas tenacidade e
alongamento de fios texturizados de poliamida ............................................................................... 62
6. Concluso ...................................................................................................................................... 65
Referncias Bibliogrficas ..................................................................................................................... 66
14
1. Introduo
Nos anos 50 a novidade da indstria txtil foi a produo de fios texturizados de filamentos
contnuos, a novidade foi sucesso comercial, e na poca os fios foram denominados fios
elsticos, fios encorpados e fios frisados.
O fio formado por filamentos longos e paralelos que so levemente torcidos ou entrelaados
formam tecidos densos e lisos com poucas caractersticas de texturizao. O primeiro tecido
de poliamida (nylon) foi muito bom para a fabricao de paraquedas e inadequado para a
fabricao de camisas apesar de que por um curto espao de tempo foi utilizado para essa
finalidade.
A seda a fibra natural mais cara e luxuosa, apresenta seo transversal triangular,
variabilidade na seo transversal e nas propriedades fsicas que do certa textura e um toque
agradvel e bom aspecto. Quando o rayon e o acetato foram produzidos no incio do sculo 20
e vendidos como seda artificial apesar de no terem as caractersticas da seda natural. O
mercado para a seda artificial foi limitado e percebeu-se a necessidade de criar mercado para
as fibras artificiais. Roupas produzidas com fibras naturais curtas tem mais suavidade,
15
volume, isolamento trmico e extensibilidade que as produzidas com fibras artificiais na
forma de filamentos contnuos (Hearle et al.,2001).
A primeira ideia foi cortar os filamentos artificiais e fi-los nas mquinas de fiao de algodo
e l. Apesar de produzir fios mais parecidos com os de fibra natural no era racional cortar,
desarranjar e depois arranjar novamente as fibras para produzir o fio, por isso a busca de um
processo para produzir fios de fibra artificial com melhores caractersticas continuou. A
inspirao veio de fios de crepe produzidos com a aplicao de muita toro, a toro elevada
provoca distores e gavinhas, seguindo esse princpio, Finlayson desenvolveu o processo de
texturizao por falsa toro. O processo foi aplicado sem sucesso em filamentos celulsicos
e no funcionou porque o efeito da texturizao aplicada se perdia facilmente.
O sucesso do processo de texturizao por falsa toro ocorreu quando aplicado ao nylon,
inicialmente o processo desenvolvido por Heberlein realizava a texturizao de forma
descontnua, os fios eram inicialmente retorcidos colocados em autoclave onde eram
aquecidos com vapor, a seguir eram resfriados e finalmente destorcidos. Apesar do elevado
custo do processo, a helanca produzida dessa forma foi um sucesso comercial.
16
O processo de texturizao do nylon de forma contnua com aquecimento a seco e com
controle preciso da temperatura foi desenvolvido por Stoddart and Seem , na poca esses fios
foram denominados Fluflon.
Com o passar do tempo o mercado passou a requisitar fios texturizados volumosos, mas com
pouca elasticidade para a produo de malhas mais rgidas, a reduo da elasticidade foi feita
fixando-se o fio texturizado com um segundo aquecimento realizado aps a destoro.
A texturizao por toro no foi o nico mtodo de texturizao desenvolvido nos anos 50,
na poca surgiram os processos por encaixotamento, Agilon e texturizao por jato de ar. Na
poca esses processos foram importantes, mas gradativamente foram perdendo importncia
sendo que hoje somente a texturizao a jato de ar tem alguma aplicao, e a texturizao por
falsa toro o processo preferido de texturizao.
O princpio da texturizao por toro torcer o mximo possvel o fio, fix-lo por
aquecimento, resfria-lo e distorce-lo. Para aliviar o torque os filamentos assumem a forma
espiralada provocando uma contrao elevada. Com isso os filamentos em algumas situaes
podem ser alongados em at cinco vezes.
17
O efeito da temperatura de aquecimento nas caractersticas do fio texturizado de polister no
processo de texturizao por falsa toro foi investigado por Canoglu(2009). Foram simuladas
trs temperaturas diferentes em duas mquinas industriais diferentes, uma com discos de atrito
e outra com correias. Foram medidos a tenacidade, alongamento e as caractersticas EKB do
fio texturizado. Verificou-se que com o aumento da temperatura primria os parmetros EKB
aumentam, e a tenacidade e alongamento variam pouco.
A instabilidade no processo de texturizao a jato de ar foi investigada por Kothari et al.
(2001), apesar do processo ser diferente do processo por falsa toro as formas construtivas
das mquinas so semelhantes e algumas concluses sobre as velocidades crticas podem ser
investigadas para serem aplicadas s mquinas de texturizao por falsa toro. A ocorrncia
de instabilidade inviabiliza o uso de certas faixas de valores de velocidade de entrega, quando
o fio fica instvel as tenses trativas variam muito inviabilizando a produo de fio
texturizado.
Em 2003, foi proposto por Endo et al.(2003a) um modelo matemtico para calcular o caminho
do fio sobre a superfcie do disco de texturizao e a fora de atrito, no segundo trabalho
(Endo et al. 2003b) foi modelado o ngulo de inclinao do fio no arranjo do agregado de
18
texturizao com trs discos. Os modelos propostos foram validados pela comparao de
valores calculados com os modelos e valores medidos em experimentos.
Os efeitos da temperatura de aquecimento, da temperatura de fixao, da velocidade de
entrega e do parmetro D/Y nas propriedades do fio de poliamida texturizado foram
investigados por meio de experimentos por Karakas e Dayioglu (2004). As propriedades
avaliadas foram tenacidade, alongamento, parmetros EKB, taxa de ruptura, tamanho e
orientao da estrutura cristalina. Na anlise dos resultados foi demonstrado que a os
parmetros de frisagem contrao e estabilidade do encrespamento e a tenacidade crescem
com aumento da temperatura de aquecimento at a temperatura de 200oC passando a
decrescer aps essa temperatura. O alongamento decresce com o aumento da temperatura de
aquecimento . Foi demonstrado tambm que a taxa de ruptura dos filamentos cresce com a
diminuio do parmetro D/Y.
A relao entre o fator D/Y e o grau de estiragem nas propriedades do fio texturizado de PET
foram investigadas atravs de experimentos por Yildrim et al. (2009) . As propriedades do fio
analisadas foram a tenacidade, alongamento, parmetros EKB e grau de cristalinidade. Foi
constatado que: o grau de cristalinidade no foi afetado pelos fatores investigados, a
19
tenacidade aumenta e a contrao do encrespamento diminui com o aumento do grau de
estiragem, e a estabilidade do encrespamento diminui com o aumento do parmetro D/Y.
O uso de redes neurais para calcular as propriedades de fios texturizados por falsa toro foi
investigado por Azimi et al.(2013).
Levando-se em considerao os trabalhos revisados nesta pesquisa, nos ltimos anos
percebe-se o interesse no estudo das propriedades do fio texturizado relacionadas aos
parmetros de processo. As propriedades analisadas so na maioria das vezes a tenacidade e o
alongamento e os parmetros EKB relacionados que expressam as caractersticas de frisagem
do fio. Em dois trabalhos foi analisado tambm o grau de cristalinidade. A metodologia
empregada a realizao de experimentos e anlise estatstica para verificar a influncia dos
parmetros de processo nas caractersticas do fio texturizado. Poucos trabalhos tentam
modelar matematicamente o processo, provavelmente devido a complexidade para modelar o
atrito entre o fio e os discos de texturizao.
A texturizao um processo importante na indstria txtil, o relatrio da CIRFS (2011)
mostra que em 2010 foram produzidas no mundo cerca de 77 milhes toneladas de fios e
fibras, sendo que desses, 31 milhes toneladas foram somente de filamentos sintticos,
20
estima-se que cerca de 60% a 70% desses filamentos sejam texturizados, ou seja, cerca de um
quarto do que produzido de fibras txteis passa pelo processo de texturizao.
Apesar da quantidade de pesquisas j realizadas terem contribudo bastante para a
compreenso do processo, ao que se saiba ainda no existem modelos capazes de relacionar
os parmetros de processo com as caractersticas do fio texturizado. No meio industrial h a
necessidade de ajustes de processo por tentativa e erro a cada mudana de matria prima ou
caractersticas do fio texturizado.
Com base nos trabalhos publicados que realizaram experimentos, os parmetros de processo
analisados foram: a relao entre a velocidade tangencial do disco e a velocidade de entrega
D/Y, as temperaturas de aquecimento e de fixao, grau de estiragem e sobrealimentao,
parmetros relacionados transmisso de torque entre os discos do agregado e os filamentos,
como o nmero de discos do agregado de texturizao e a rugosidade dos discos ao que se
saiba no foram investigados.
Os modelos matemticos propostos ainda no equacionam a relao entre os parmetros de
processo e as caractersticas de frisagem do fio texturizado.
21
Considerando a importncia do processo para indstria txtil e os aspectos ainda no
compreendidos do processo o presente trabalho tem como objetivo geral investigar a
influncia de parmetros rugosidade e nmero de discos, e propor um modelo matemtico
para equacionar a relao entre tenso, atrito e formato do fio sobre o disco de texturizao.
Com base no objetivo geral os objetivos especficos so:
- realizar experimentos para investigar a influncia do nmero de discos do agregado nas
caractersticas de frisagem do fio;
- realizar experimentos para investigar a influncia da rugosidade dos discos do agregado nas
caractersticas de frisagem do fio;
- desenvolver um modelo matemtico para relacionar o formato do fio sobre o disco de
texturizao e o atrito.
Os experimentos para a obteno dos dados para anlise da influncia dos parmetros nmero
de discos do agregado e rugosidade dos discos nos parmetros de frisagem foram realizados
por dois mestrandos Fabiano Casaca e Francisco Previdelli.
O texto foi estruturado em cinco captulos. No primeiro captulo: introduo so apresentados
os aspectos gerais, objetivos e justificativa. No segundo captulo: reviso da literatura so
22
apresentados os fundamentos tericos e tecnolgicos do processo de texturizao por falsa
toro. No terceiro captulo: modelo matemtico so apresentadas as hipteses e as equaes
que relacionam tenso, atrito e formato do fio sobre o disco de texturizao. No quarto
captulo denominado materiais e mtodos so apresentados os procedimentos e equipamentos
utilizados para a realizao dos experimentos. No quinto captulo, os resultados so
apresentados, analisados por modelos estatsticos e discutidos. O sexto e ltimo captulo
dedicado apresentao das concluses.
23
2. Reviso da Literatura
2.1. Processo de texturizao por falsa toro
Fourn (1998, p. 439) afirma que a texturizao por falsa toro o processo mais utilizado
para texturizao. O processo atual utiliza um agregado de discos e aplica a toro por atrito
evoluiu do processo por flyer. No processo por flyer o mecanismo de aplicao da toro
um tubo oco com um pino por onde o fio passa e d uma volta em torno do pino. A toro vai
sendo aplicada ao fio de acordo com a rotao do pino. A velocidade de produo por volta
de 200 m/min abaixo do valor de 600 m/min obtido por falsa toro por atrito com discos.
O processo de falsa toro controlado por trs parmetros principais, dependendo de como
esses parmetros so ajustados so gerados fios com caractersticas diferentes. De acordo com
Hearle (2001, p. 97) os parmetros mais importantes so: tenso trativa do fio, toro e
temperatura. Ao controlar essas trs variveis fundamentais produtos diferentes podem ser
produzidos de uma mesma matria prima.
De acordo com Demir (1997, p. 49), os requisitos bsicos para a texturizao termomecnica
so:
24
a) Aquecer os filamentos acima da temperatura de transio vtrea (Tg), porm abaixo da
temperatura de fuso (Tm).
b) Deformar o filamento por toro.
c) Resfriar os filamentos abaixo da Tg, enquanto ainda mantm a aplicao da deformao.
d) Destorcer os filamentos j resfriados para que possam apresentar o seu volume.
A Figura 2.1 apresenta as etapas de texturizao por toro.
Figura 2.1 - Princpio da texturizao por toro, adaptado de Lord ( 2003).
25
De acordo com Hearle(2001), na dcada de 1950 surgiram as primeiras mquinas de
texturizao por falsa toro contnua. Essas mquinas possuam dois fornos, um para
aquecimento e outro para a fixao da textura.
O princpio da falsa toro pode ser entendido considerando-se um fio preso em suas
extremidades, aplicando-se toro no meio do fio, os dois lados tero a mesma toro, porm
em sentidos opostos. No processo com o fio em movimento, a parte anterior ao ponto de
aplicao de toro apresenta toro que retirada quando o fio passa pela regio de aplicao
de toro. A Figura 2.2 ilustra o princpio de falsa toro utilizado no processo de texturizao.
Figura 2.2 Princpio de falsa toro e texturizao por falsa toro, Adaptado de
Mcintyre (2005).
26
De acordo com Hearle(2001, p. 106), o componente mais importante de uma mquina de
texturizao o agregado de texturizao, este aplica a toro aos filamentos estirados e
aquecidos e destorce dando ao fio a caracterstica de frisagem. Foram desenvolvidos vrios
tipos de agregado de texturizao, atualmente o mais utilizado formado pelo empilhamento
de discos mostrado na Figura 2.3.
Figura 2.3 Agregado de texturizao por frico, adaptado de HEARLE (2011).
As mquinas de texturizao so formadas por componentes bsicos: como gaiola para
matria prima, eixos de entrada do forno de aquecimento, eixo de sada do agregado, dois
27
eixos subsequentes onde o fio pode ser aquecido sob relaxamento parcial, dispositivo para
aplicao de leo e sistema de enrolamento. A Figura 2.4 mostra uma mquina de texturizao
por falsa toro.
Figura 2.4 Mquina de texturizao por falsa toro (Oerlikon, 2014, p. 9).
O fator D/Y representa a relao da velocidade perifrica do disco e a velocidade linear do fio
que est sendo texturizado.
28
A capacidade do processo depende de uma srie de parmetros, como por exemplo, a
configurao do agregado, geometria, composio dos discos e nmero de tores aplicadas.
Um parmetro importante do processo de texturizao por falsa toro a composio dos
discos de texturizao, so utilizados discos de poliuretano, de cermica e a de cermica pura.
Os parmetros do processo de texturizao por falsa toro sistematizados com base na
literatura so apresentados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 - Parmetros do processo de texturizao por falsa toro
Velocidade de entrega
Grau de estiragem
D/Y
Temperatura do forno de aquecimento
Temperatura do forno de fixao
Nmero de discos
Espessura dos discos
Dimetros dos discos
Composio qumica do filamento
Estrutura cristalina do filamento
Rugosidade dos discos
Material dos discos
Um modelo simplificado do processo de texturizao por falsa toro foi proposto por Hearly
(2001), no modelo o autor considera que no ocorre deslizamento entre a superfcie do disco e
29
a superfcie dos filamentos, os filamentos no migram de posio, com isso os filamentos
podem ser representados pelo modelo apresentado na Figura 2.5.
Figura 2.5 Representao do fio texturizado por Hearly, adaptado de Hearly(2001)
No modelo de Hearly, a equao 2.1 relaciona o ngulo de toro com o raio do filamento,
toro e relao D/Y.
(2.1)
Onde
: ngulo de toro;
R: raio do grupo de filamentos;
30
t: toro [t/m]
D/Y: relao velocidade tangencial dos discos e velocidade de entrega.
Hearly tambm relaciona o ngulo de toro com a deformao mdia dos filamentos equao
2.2 pelo fator de contrao.
(
) (2.2)
Onde:
Ry : fator de contrao;
: ngulo de toro;
O fator de contrao pode ser interpretado como a deformao mdia sofrida pelos filamentos
e pode ser usado para estimar a reduo do alongamento do fio texturizado.
Na prtica o interesse seria em ter uma equao que relacionasse os parmetros de processo
com os parmetros de frisagem EKB, ao que se saiba at o momento tal modelo ainda no foi
desenvolvido. Os fabricantes realizam ensaios para ajustar a mquina de texturizao e obter
as caractersticas desejadas de texturizao.
31
2.2. Atrito em Processos Txteis
O atrito em txteis estudado h bastante tempo, entretanto a determinao confivel do
coeficiente de atrito em processos reais de fiao ainda difcil.
O atrito tem grande influncia no processamento txtil sendo apontado como o principal
responsvel pelo aumento da fora de trao do fio que pode causar rompimentos ou
estiramentos indesejados, e tambm danos nas fibras por aquecimento, abraso ou adeso.
Ao contrrio dos metais a natureza do atrito em materiais txteis bem mais complexa, sendo
que o coeficiente de atrito depende de praticamente todas variveis envolvidas no processo.
O atrito exerce grande influncia no processamento txtil j que o principal responsvel pelo
aumento da fora de trao do fio que pode causar rompimentos ou estiramentos indesejados,
bem como danos nas fibras por aquecimento ou abraso.
O efeito do atrito minimizado pela aplicao de lubrificantes com o inconveniente do
aumento de custo pelas operaes de aplicao e remoo alm do impacto ambiental. Outra
forma de minimizar os efeitos do atrito a diminuio da rotao dos fusos que acarreta perda
de produtividade.
32
O atrito em txteis estudado h bastante tempo, Howell et al.(1959) revisou muitos
trabalhos, no livro so descritas as teorias de atrito e lubrificao, atrito no processamento e
mtodos de determinao de coeficiente de atrito.
Atualmente os trabalhos sobre atrito em txteis continuam investigando a influncia de
parmetros de processo no coeficiente de atrito. Nesta linha, Ramkumar(2003) determinou o
coeficiente de atrito de fios de composies diferentes retorcidos pelo processo friction-
spinning em condies tambm diferentes. O atrito dos fios foi medido em um ensaio do tipo
Capstan onde os fios foram pressionados contra um cilindro de vidro. Pietruszewska
(2005) apresentou um trabalho semelhante ao de Ramkumar ao analisar a variao do
coeficiente de atrito de fios decorrente da fora aplicada.
De acordo com Linz (1972), Morton (1975) e Schick (1980) o coeficiente de atrito entre o fio
e partes de mquina tem natureza mais complexa que entre metais, pois depende de diversos
parmetros como os materiais envolvidos, condies das superfcies, fora normal,
velocidade, temperatura e presena de lubrificantes, ou seja, difcil ter uma tabela de
coeficientes de atrito para pares de materiais. Por isso o desenvolvimento de mtodos
experimentais para determinar o coeficiente de atrito necessrio.
33
Considerando que em uma retorcedeira industrial o fio raspa o limitador com velocidades da
ordem de 10000 m/min, e que a velocidade influencia de forma significativa o coeficiente de
atrito especialmente em materiais sintticos (Linz, 1972). Nesses casos so observadas
relaes complexas entre atrito e velocidade causadas provavelmente pelo comportamento
viscoelstico desses materiais (Myshkin, 2005). No mtodo normalizado pela norma ASTM
(ASTM, 2003) para determinar o coeficiente de atrito a velocidade de at 100 m/min e por
isso com fios de polmeros os resultados do ensaio so vlidos para velocidades dessa ordem
de grandeza.
Uma contribuio para simular de modo mais realista o atrito nos processos txteis foi dada
por Marcicano (2004) que desenvolveu um novo mtodo para determinar o coeficiente de
atrito nos processos de retorcimento de fios. No mtodo proposto dados a altura e raio final do
balo, raio do limitador, ngulo de contato do fio com o limitador, ttulo do fio, dimetro do
fio, rotao do fuso e fora trativa no topo do balo calcula-se o coeficiente de atrito por
soluo numrica do sistema de equaes diferenciais de movimento do fio (Fraser, 1993 e
1998). O mtodo apesar de aplicvel a mquinas de produo, no muito prtico porque
34
precisa de uma foto tirada com um espelho a 45 graus e de um computador para resolver por
mtodo numrico o conjunto de equaes diferenciais no lineares.
Outra contribuio no estudo do desgaste de fios na rea txtil foi dada por Barrioz (2003)
que desenvolveu um tribmetro do tipo capstan e conduziu ensaios em filamentos de
poliamida. Nesses ensaios os filamentos foram imersos em gua e submetidos a diferentes
foras trativas e velocidades de deslizamento, os autores concluram que a velocidade de
deslizamento no influenciou no desgaste. Por outro lado, a taxa de desgaste aumentou com o
aumento da carga. Tambm foi verificado que a perda de volume por desgaste foi linearmente
proporcional distncia percorrida.
O atrito em altas velocidades em metais foi estudado por Philippon (2004), os autores
desenvolveram um dispositivo de ensaio que permitiu ensaios em velocidades de at 3600
m/min, no trabalho foram investigados os efeitos da fora normal e da velocidade de
deslizamento no atrito seco metal-metal.
O estudo do atrito e desgaste em polmeros uma rea de interesse para a pesquisa porque
auxilia no desenvolvimento de novos materiais mais resistentes, melhoria da qualidade de
produtos pela diminuio do desgaste durante o processo produtivo, diminuio do consumo
35
de energia por diminuio do atrito. Na rea txtil o atrito e desgaste tem ampla aplicao no
desenvolvimento e avaliao de materiais e estruturas txteis como fios, tecidos e malhas.
36
3. Modelagem Matemtica do Processo de Texturizao por falsa
toro com discos
Endo (2003) revisou, sistematizou e ampliou os modelos para clculo do formato e tenses
para o processo de texturizao por falsa toro com discos, o autor validou com
experimentos o modelo por ele proposto. O autor usou como varivel de calibrao o
coeficiente de atrito entre o filamento e o disco. Na modelagem, Endo desconsiderou as foras
de inrcia e com isso deduziu equaes diferenciais mais simples e foi possvel obter uma
soluo analtica para o problema.
O ideal seria investigar com mais profundidade a participao das foras inerciais no
problema. Uma contribuio dessa tese propor um modelo matemtico que considera as
componentes inerciais e apresenta um conjunto de equaes diferenciais que pode ser
resolvido por mtodo numrico.
As hipteses adotadas so filamentos perfeitamente flexveis, homogneos e inextensveis. O
disco de texturizao ser considerado como um cilindro, na prtica ele apresenta raio de
curvatura nas extremidades.
37
A equao geral do fio deduzida pelo equilbrio de um elemento de fio mostrado na Figura 3.1
sujeito a fora trativa Tx, Ty e Tz e foras externas X, Y e Z.
Figura 3.1 Elemento de fio de comprimento ds
Considerando o equilbrio de foras na direo x obtm-se:
(3.1)
Tx pode ser calculado com relao a T como:
(
) (3.2)
Substituindo-se 3.2 em 3.1 obtm-se:
(3.3)
38
Analogamente nas direes y e z:
(3.4)
(3.5)
As equaes 3.3 a 3.5 so as equaes de movimento do fio em coordenadas cartesianas.
Considerando que o formato do disco de texturizao ser aproximado por cilindro, as
equaes de movimento dos filamentos foram deduzidas em coordenadas cilndricas. A
velocidade de entrega V corresponde a ds/dt a soluo foi considerada para regime
permanente. O arrasto aerodinmico foi desprezado, apesar do fio no girar sabe-se que o
disco girando arrasta o ar e este arrasta o fio. A fora normal foi considerada na direo de r e
a fora de atrito somente na direo tangencial do cilindro. Sabe-se que o atrito age tambm
na direo do movimento do fio, o modelo de Coulomb com um coeficiente de atrito
constante foi adotado.
Quando os filamentos esto em contato com o disco as equaes de movimento so:
(
)
(
)
(3.6)
(
(
) ) (3.7)
(
(
) ) (3.8)
39
Considerando-se que os filamentos so inextensveis foi obtida a equao 3.9
(
) (
)
(3.9)
Com as quatro equaes o sistema de equaes diferenciais no lineares pode ser resolvido
por integrao numrica a partir das condies iniciais.
Com a soluo do sistema calcula-se o formato dos filamentos sobre o cilindro que dado por
em funo de z, a fora trativa nos filamentos T, a fora normal N e o valor de d /dz.
40
4. Materiais e Mtodos
4.1. Ensaio de Texturizao poliamida 6.6 100f23 dtex
Neste ensaio filamentos de poliamida 6.6 com as caractersticas apresentadas na tabela 4.1
foram texturizados numa mquina Barmag FK6 V12 ajustada com os parmetros da tabela
4.2. Foram produzidas 4 bobinas de fio texturizado uma bobina para cada conjunto de discos
com rugosidades apresentada na Tabela 4.3.
Os ensaios foram realizados numa indstria que texturiza poliamida e as condies de
regulagem da mquina foram selecionadas considerando os parmetros que so utilizados
normalmente para o filamento utilizado no ensaio.
Os discos de alumina branca com 99,7% de pureza foram adquiridos no mercado e foram
separados por faixa de rugosidade mdia Ra medida com um rugosmetro Taylor Hobson em
quatro grupos conforme a tabela 4.3.
Tabela 4.1 - Caractersticas do fio de poliamida 6.6
Ttulo 100 dtex
Nmero de filamentos 23
41
Alongamento 69%
Tenacidade 33 cN/tex
Estrutura cristalina POY
Tabela 4.2 Ajuste utilizado na texturizadeira Barmag FK6 V12 (Casaca,2013)
Velocidade eixo V2 550 m/min
Taxa de estiragem 1,319
D/Y 1,83
Temperatura do forno primrio 200oC
Nmero de discos 1/7/1
Espessura dos discos 6 mm
Material dos discos Alumina
Dimetro externo dos discos 49,6 mm
Dimetro interno dos discos 12 mm
Tabela 4.3 Rugosidade mdia dos discos em cada agregado(Casaca,2013)
Teste Rugosidade Mdia Ra (m)
1 0,5783
2 0,7185
3 0,8745
4 1,0117
4.2. Ensaio para determinao dos parmetros de frisagem EKB
Neste ensaio so determinados os parmetros de frisagem de filamentos texturizados, os
parmetros so expressos em termos porcentuais e so determinados os parmetros
designados E, K e B.
42
O procedimento para o clculo desses parmetros para filamentos de at 500 dtex
normalizado pela norma DIN 53840.
O procedimento pode ser feito manualmente ou de forma automatizada pelo equipamento
Texturmat da Textechno.
O procedimento normalizado consiste em :
Produzir meadas do fio a ser analisado, com um ttulo prximo de 2500 dtex.
As meadas so submetidas a vrias cargas ao longo do teste e o seu
comprimento ser medido em cada etapa do teste;
Aplicar carga de 2 cN/tex por 10 segundos e medir o comprimento Lg;
Aplicar carga de 0,01 cN/tex submeter ao ar seco e quente (120C) por 10
minutos e medir o comprimento Lz;
Aplicar carga de 0,1 cN/tex por 10 segundo e medir o comprimento Lf;
Aplicar carga de 10 cN/tex por 10 segundo, em seguida aplicar carga de 0,01
cN/tex por 10 minutos e medir o comprimento Lb;
Calcular as propriedades de encrespamento:
E% - contrao do encrespamento = 100 .(Lg-Lz)/Lg
43
K% - mdulo do encrespamento = 100.(Lg-Lf)/Lg
B% - estabilidade do encrespamento = 100.(Lg-Lb)/Lg
4.3. Ensaio de Trao
O ensaio de trao foi utilizado para determinar a tenacidade e o alongamento dos filamentos
texturizados.
O procedimento para realizao do ensaio normalizado pela norma ABNT 13385 e foi
utilizado um dinammetro Instron modelo 33R4205.
4.4. Ensaio de texturizao de polister
O ensaio de texturizao do polister foi realizado para a obteno de amostras de fio
texturizado para investigar alteraes nos parmetros de frisagem com alterao da relao
D/Y e nmero de discos do agregado.
Foram simuladas quatro combinaes de D/Y e nmero de discos que so mostradas na
Tabela 4.6, para cada combinao foram extradas 10 amostras para realizao do teste de
frisagem EKB.
44
Tabela 4.4 Caractersticas do fio de polister (Previdelli,2012)
Ttulo 167 dtex
Nmero de filamentos 48
Alongamento 128%
Tenacidade 20,65 cN/tex
Estrutura cristalina POY
Tabela 4.5 Ajuste utilizado na texturizadeira Barmag AFK-M (Previdelli,2012)
Velocidade eixo V2 400 m/min
Taxa de estiragem 1,78
D/Y 2,23 e 2,60
Temperatura do forno primrio 220oC
Nmero de discos 1/5/1 e 1/7/1
Material dos discos Poliuretano
Tabela 4.6 Valores de D/Y e nmero de discos utilizados no ensaio de texturizao do
polister(Previdelli,2012)
Teste D/Y Nmero de Discos
1 2,60 1/7/1
2 2,60 1/5/1
3 2,23 1/7/1
4 2,23 1/5/1
45
5. Resultados e Discusso
5.1. Influncia dos fatores D/Y e nmero de discos nas caractersticas de
frisagem do polister
Os valores determinados da contrao do encrespamento, parmetro E so apresentados nas
tabelas 5.1 e 5.2
Tabela 5.1 - Parmetro de frisagem E para nmero de discos 1/7/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco E% D/Y disco E%
2,6 1.7.1 36,98 2,23 1.7.1 39,00
2,6 1.7.1 37,37 2,23 1.7.1 39,16
2,6 1.7.1 36,93 2,23 1.7.1 37,63
2,6 1.7.1 37,16 2,23 1.7.1 37,87
2,6 1.7.1 37,65 2,23 1.7.1 38,27
2,6 1.7.1 37,00 2,23 1.7.1 38,81
2,6 1.7.1 37,12 2,23 1.7.1 39,00
2,6 1.7.1 37,44 2,23 1.7.1 39,34
2,6 1.7.1 37,14 2,23 1.7.1 39,37
2,6 1.7.1 37,21 2,23 1.7.1 40,10
Mdia
37,20
38,86
Desv. pad.
0,23
0,75
CV%
0,61
1,92
Mx.
37,65
40,10
46
Min.
36,93
37,63
Tabela 5.2 - Parmetro de frisagem E para nmero de discos 1/5/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco E% D/Y Disco E%
2,23 1.5.1 36,63 2,6 1.5.1 40,29
2,23 1.5.1 37,39 2,6 1.5.1 39,36
2,23 1.5.1 37,47 2,6 1.5.1 39,41
2,23 1.5.1 37,67 2,6 1.5.1 39,24
2,23 1.5.1 37,46 2,6 1.5.1 38,51
2,23 1.5.1 36,74 2,6 1.5.1 38,7
2,23 1.5.1 36,18 2,6 1.5.1 40,22
2,23 1.5.1 35,87 2,6 1.5.1 40,6
2,23 1.5.1 35,78 2,6 1.5.1 41,04
2,23 1.5.1 36,84 2,6 1.5.1 41,32
Mdia
36,803
39,869
Desv. pad.
0,692276
0,965533
CV%
1,88103
2,421764
Mx.
37,67
41,32
Min.
35,78
38,51
Com auxlio do software minitab foi feita a anlise de varincia com um intervalo de
confiana de 95% que corresponde ao parmetro p ser menor que 0,05 para poder rejeitar a
hiptese H0 que as mdias so estatisticamente iguais. O resultado da anlise de varincia
apresentado na tabela 5.3.
47
Tabela 5.3 Anlise de varincia de E em funo de D/Y e nmero de
discos(Previdelli,2012)
Fonte de Soma dos Graus de Quadrados Fexp Valor p
Variao Quadrados Liberdade Mdios
D/Y 12,22130 1 12,22130 4,31196 0,045043
Disco 5,019720 1 5,019720 1,77107 0,191617
Int. AxB 81,82460 1 81,82460 28,86961 0,000005
Erro 2,834282 36 0,078700
Total 101,8999 39
Analisando a tabela 5.3, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja falsa,
pois o valor de p da variao D/Y menor que 0,05, o valor de p do nmero de discos do
agregado de texturizao maior que 0,05 e o valor de p da interao dos dois fatores menor
que 0,05. Desta forma, pode-se afirmar que a nmero de discos no influenciar na contrao
do encrespamento. Entretanto, a variao D/Y e a interao so estatisticamente significantes
na determinao desta caracterstica do fio.
Como a interao significativa, devem ser estudados os efeitos da variao D/Y em cada
configurao do disco. Com o objetivo de testar os contrastes entre duas mdias foi utilizado
o Teste de Tukey mostrado na Tabela 5.4
48
Tabela 5.4 - Teste de Tukey para detectar diferenas entre os
tratamentos(Previdelli,2012)
Mediana 22,78100 24,42300 25,48900 23,09200
Tratamentos {1} {2} {3} {4}
- 1 - 1 {1} 0,000159 0,000159 0,460898
- 1 + 1 {2} 0,000159 0,000222 0,000160
+ 1 - 1 {3} 0,000159 0,000222 0,000159
+ 1 + 1 {4} 0,460898 0,000160 0,000159
Interao AxB
Fator A Fator B
Analisando a tabela 5.4, pode-se concluir, dentro de um intervalo de confiana de 95%
(p=0,05) que o tratamento {1} igual ao {4} e o tratamento {2} igual ao {3}, ou seja, os
valores mdios de contrao do encrespamento no dependem da combinao de nveis dos
fatores de controle. As demais combinaes: {1} e {3}, {1} e {2}, {3} e {4} e {2} e {3},
possuem mdias estatisticamente diferentes, ou seja, os valores mdios de contrao do
encrespamento dependem da combinao de nveis dos fatores de controle. Assim, pode-se
concluir que para obter um fio com valores mdios de contrao do encrespamento mais altos
deve-se utilizar a regulagem {2}, D/Y = 2,23 e configurao dos discos = 1.7.1, ou a {3}, D/Y
= 2,60 e configurao dos discos = 1.5.1, e para fabricar um fio com valores mdios de
contrao de encrespamento mais baixos deve-se utilizar a regulagem {1}, D/Y = 2,23 e
configurao dos discos = 1.5.1, ou a {4}, D/Y = 2,60 e configurao dos discos = 1.7.1.
49
Os valores determinados do mdulo do encrespamento K so apresentados nas tabelas 5.5 e
5.6.
Tabela 5.5 Mdulo do encrespamento para nmero de discos 1/5/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco K% D/Y Disco K%
2,23 1.5.1 23,3 2,6 1.5.1 25,63
2,23 1.5.1 22,86 2,6 1.5.1 25,41
2,23 1.5.1 23,14 2,6 1.5.1 25,17
2,23 1.5.1 22,56 2,6 1.5.1 24,77
2,23 1.5.1 22,45 2,6 1.5.1 25,84
2,23 1.5.1 22,74 2,6 1.5.1 24,47
2,23 1.5.1 22,36 2,6 1.5.1 25,1
2,23 1.5.1 22,24 2,6 1.5.1 25,56
2,23 1.5.1 23,33 2,6 1.5.1 26,69
2,23 1.5.1 22,83 2,6 1.5.1 26,25
Mdia
22,78
25,49
Desv. pad.
0,39
0,67
CV%
1,69
2,61
Mx.
23,33
26,69
Min.
22,24
24,47
Tabela 5.6 Mdulo do encrespamento para nmero de discos 1/7/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco K% D/Y Disco K%
2,23 1.7.1 24,67 2,6 1.7.1 23,22
2,23 1.7.1 24,48 2,6 1.7.1 22,87
50
2,23 1.7.1 25,24 2,6 1.7.1 23,44
2,23 1.7.1 24,41 2,6 1.7.1 22,98
2,23 1.7.1 24,07 2,6 1.7.1 22,62
2,23 1.7.1 24,54 2,6 1.7.1 23,21
2,23 1.7.1 24,49 2,6 1.7.1 23,63
2,23 1.7.1 24,76 2,6 1.7.1 23,07
2,23 1.7.1 23,64 2,6 1.7.1 23,06
2,23 1.7.1 23,93 2,6 1.7.1 22,82
Mdia
24,42
23,09
Desv. pad.
0,45
0,30
CV%
1,85
1,29
Mx.
25,24
23,63
Min.
23,64
22,62
O resultado da anlise de varincia mostrado na tabela 5.7.
Tabela 5.7 Anlise de varincia do K em funo de D/Y e nmero de
discos(Previdelli,2012)
Fonte de Soma dos Graus de Quadrados Fexp Valor p
Variao Quadrados Liberdade Mdios
D/Y 4,74032 1 4,74032 21,4173 0,000047
Disco 1,42506 1 1,42506 6,4386 0,015641
Int. AxB 40,78380 1 40,78380 184,2653 0,00000
Erro 0,221332 36 0,00610
Total 47,17050 39
Analisando a tabela 5.7, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja falsa,
pois os valores de p da variao D/Y, do nmero de disco do agregado de texturizao e da
51
interao so menores que 0,05. Desta forma, pode-se afirmar que a variao D/Y, o nmero
de discos a interao so estatisticamente significantes na determinao desta caracterstica do
fio. Como a interao significativa, devem ser estudados os efeitos da variao D/Y em cada
configurao do disco.
Tabela 5.8 - Teste de Tukey para detectar diferenas entre os
tratamentos(Previdelli,2012)
Mediana 36,80300 38,95500 40,76900 37,20000
Tratamentos {1} {2} {3} {4}
- 1 - 1 {1} 0,034063 0,000194 0,951982
- 1 + 1 {2} 0,034063 0,93438 0,109899
+ 1 - 1 {3} 0,000194 0,093438 0,000331
+ 1 + 1 {4} 0,951982 0,109899 0,000331
Fator A Fator B
Interao AxB
Analisando a tabela 5.8, pode-se concluir, dentro de um intervalo de confiana de 95%
(p=0,05) que o tratamento {1} igual ao {2}, o tratamento {1} igual ao {4}, o tratamento
{2} igual ao {4} e o tratamento {3} igual ao {2}, ou seja, os valores mdios do mdulo do
encrespamento no dependem da combinao de nveis dos fatores de controle. As demais
combinaes: {1} e {3} e {3} e {4}, possuem mdias estatisticamente diferentes, ou seja, os
valores mdios do mdulo do encrespamento dependem da combinao de nveis dos fatores
de controle. Assim, pode-se concluir que para obter um fio com valores mdios do mdulo do
52
encrespamento mais altos deve-se utilizar a regulagem {3}, D/Y = 2,60 e configurao dos
discos = 1.5.1, e para fabricar um fio com valores mdios de mdulo do encrespamento mais
baixos deve-se utilizar a regulagem {1}, D/Y = 2,23 e configurao dos discos = 1.5.1, ou a
{4}, D/Y = 2,60 e configurao dos discos = 1.7.1.
Os valores determinados da estabilidade do encrespamento B so apresentados nas tabelas 5.9
e 5.10
Tabela 5.9 Estabilidade do encrespamento para nmero de discos
1/5/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco B% D/Y Disco B%
2,23 1.5.1 86,01 2,6 1.5.1 87,77
2,23 1.5.1 85,56 2,6 1.5.1 86,27
2,23 1.5.1 85,42 2,6 1.5.1 85,78
2,23 1.5.1 85,35 2,6 1.5.1 85,24
2,23 1.5.1 85,16 2,6 1.5.1 86,04
2,23 1.5.1 85,26 2,6 1.5.1 85,53
2,23 1.5.1 85,81 2,6 1.5.1 86,71
2,23 1.5.1 84,61 2,6 1.5.1 86,06
2,23 1.5.1 85,59 2,6 1.5.1 87,26
2,23 1.5.1 85,41 2,6 1.5.1 86,81
Mdia
85,42
86,35
Desv. pad.
0,38
0,79
CV%
0,45
0,91
Mx.
86,01
87,77
53
Min.
84,61
85,24
Tabela 5.10 Estabilidade do encrespamento para nmero de discos
1/7/1(Previdelli,2012)
D/Y Disco B% D/Y Disco B%
2,23 1.7.1 85,42 2,6 1.7.1 85,62
2,23 1.7.1 84,99 2,6 1.7.1 85,28
2,23 1.7.1 85,82 2,6 1.7.1 86,05
2,23 1.7.1 84,76 2,6 1.7.1 85,46
2,23 1.7.1 86,08 2,6 1.7.1 86,74
2,23 1.7.1 85,97 2,6 1.7.1 86,59
2,23 1.7.1 84,67 2,6 1.7.1 87,2
2,23 1.7.1 85,48 2,6 1.7.1 85,24
2,23 1.7.1 85,21 2,6 1.7.1 86,07
2,23 1.7.1 84,91 2,6 1.7.1 85,96
Mdia
85,33
86,02
Desv. pad.
0,51
0,66
CV%
0,59
0,76
Mx.
86,08
87,20
Min.
84,67
85,28
Os resultados do teste de anova para anlise da significncia dos fatores D/Y e nmero de
discos na estabilidade do encrespamento so mostrados na Tabela 5.11
54
Tabela 5.11 Anlise de variana do B em funo de D/Y e nmero de
discos(Previdelli,2012)
Fonte de Soma dos Graus de Quadrados Fexp Valor p
Variao Quadrados Liberdade Mdios
D/Y 6,552903 1 6,552903 18,02648 0,000146
Disco 0,426423 1 0,426423 1,173050 0,285976
Int. AxB 0,142803 1 0,142803 0,392840 0,534766
Erro 0,363515 36 0,010100
Total 7,485644 39
Analisando a tabela 5.11, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja
falsa, pois o valor de p da variao D/Y menor que 0,05, os valores de p do nmero de
discos do agregado de texturizao e da interao so maiores que 0,05. Desta forma, pode-se
afirmar que a nmero de discos e a interao no influenciaro na estabilidade do
encrespamento. Entretanto, a variao D/Y estatisticamente significante na determinao
desta caracterstica do fio.
5.2. Influncia do fator rugosidade do disco nas caractersticas de
frisagem da poliamida
A tabela 5.12 apresenta os valores determinados da contrao do encrespamento E para cada
uma das rugosidades dos discos, foram utilizadas 10 amostras de cada rugosidade.
Tabela 5.12 Contrao do Encrespamento (%)(Casaca,2013)
Amostra Ra= 0,5788 (m) Ra= 0,7146 (m) Ra= 0,8745 (m) Ra= 1,0117 (m)
55
1 42,99 42,19 42,35 42,69
2 42,75 42,55 41,85 42,63
3 47,66 42,24 42,52 42,35
4 41,76 41,76 42,16 43,05
5 47,66 42,16 42,07 42,35
6 48,45 42,19 42,16 43,05
7 47,84 42,44 42,30 43,00
8 41,27 42,63 48,05 48,13
9 41,99 42,24 42,94 42,72
10 47,08 41,76 47,93 42,66
Os resultados da anlise de varincia para os valores de E determinados so apresentados na
tabela 5.13.
Tabela 5.13 - Anlise de varincia do E em funo da rugosidade dos discos
(Casaca,2013)
E (%) Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
mdios F P
Fator 3 48,33 16,11
6,40 0,002 Erro 33 83,03 2,52
Total 36 131,36
Analisando a tabela 5.13, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja falsa,
pois o valor de p da variao da rugosidade menor que 0,05. Desta forma, pode-se afirmar
que a rugosidade estatisticamente significante na determinao desta caracterstica do fio.
A tabela 5.14 apresenta os valores determinados do mdulo do encrespamento K para cada
uma das rugosidades dos discos, foram utilizadas 10 amostras de cada rugosidade.
Tabela 5.14 Mdulo do encrespamento da poliamida em funo da rugosidade dos
discos (%)(Casaca,2013)
Amostra Ra= 0,5788 (m) Ra= 0,7146 (m) Ra= 0,8745 (m) Ra= 1,0117 (m)
1 20,62 19,53 20,39 19,69
2 20,78 19,22 19,84 20,04
3 21,48 18,86 19,29 19,61
4 19,41 19,22 19,61 20,74
56
5 21,09 20,20 20,35 20,20
6 20,08 19,53 20,39 20,94
7 20,98 20,24 21,05 21,01
8 19,02 20,04 20,51 22,40
9 19,92 19,84 21,37 20,87
10 19,84 19,22 21,70 21,14
Na tabela 5.15 so apresentados os resultados da anlise de varincia para os mdulos de
encrespamento da tabela 5.14.
Tabela 5.15 - Anlise de varincia do K em funo da rugosidade dos
discos(Casaca,2013)
K (%) Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
mdios F P
Fator 3 6,53 2,18
4,12 0,013 Erro 36 19,02 0,53
Total 39 25,55
Analisando a tabela 5.15, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja falsa,
pois o valor de p da variao da rugosidade menor que 0,05. Desta forma, pode-se afirmar
que a rugosidade estatisticamente significante na determinao desta caracterstica do fio.
A tabela 5.16 apresenta os valores determinados da estabilidade do encrespamento em funo
da rugosidade dos discos. Foram utilizadas 10 amostras para rugosidade de disco.
Tabela 5.16 Estabilidade do Encrespamento da poliamida em funo da rugosidade
dos discos (%)(Casaca,2013)
Amostra Ra=0,5788 (m) Ra=0,7146 (m) Ra=0,8745 (m) Ra=1,0117 (m)
1 60,00 56,48 56,94 62,10
2 58,72 55,30 56,81 58,06
3 65,57 57,67 58,33 59,72
4 63,38 54,93 60,47 56,36
5 68,85 54,88 69,30 59,72
6 57,89 52,78 59,53 64,09
7 69,67 62,04 60,37 60,63
8 62,74 61,75 63,01 68,16
9 60,93 53,02 63,01 64,98
57
10 66,94 63,38 65,43 60,09
Na tabela 5.17 so apresentados os resultados da anlise de varincia ANOVA para os valores
de estabilidade do encrespamento apresentados na tabela 5.16.
Tabela 5.17 - Anlise de variana do B em funo da rugosidade dos
discos(Casaca,2013)
B (%) Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
mdios F P
Fator 3 205,3 68,4
4,55 0,008 Erro 36 541,1 15,0
Total 39 746,4
Analisando a tabela 5.17, pode-se dizer que h uma evidncia muito forte de que H0 seja falsa,
pois o valor de p da variao da rugosidade menor que 0,05. Desta forma, pode-se afirmar
que a rugosidade estatisticamente significante na determinao desta caracterstica do fio.
Nas condies do ensaio de texturizao realizado verifica-se que estatisticamente com 95%
de confiana pode-se afirmar que a rugosidade dos discos influencia as caractersticas de
frisagem do fio expressas pelos parmetros EKB.
O fator rugosidade do disco provavelmente no o melhor fator para ser relacionado s
caractersticas de frisagem do fio, a rigor, levando-se em conta os modelos matemticos do
processo de texturizao como o de Endo (ENDO,2003), deveramos relacionar o coeficiente
58
de atrito entre o fio e o disco com os parmetros de frisagem. Na prtica a determinao do
coeficiente de atrito entre o fio e o disco difcil porque depende de diversos fatores como
composio qumica das superfcies, velocidade relativa, fora normal, velocidade,
temperatura e rugosidade. Para obter um valor confivel seria necessrio realizar um
experimento que simulasse as condies do processo real de texturizao.
Um valor aproximado do coeficiente de atrito em funo da rugosidade para o par poliamida e
disco de alumina pode ser estimado no grfico da figura 5.1.
Figura 5.1 Grfico coeficiente de atrito em funo da rugosidade (Rhodia, 1988).
Para a alumina 95% obtemos para a rugosidade de 0,58 o valor de 0,25 , para a de 0,71 o
valor de 0,27, para a de 0,87 o valor de 0,30 e para a de 1,01 o valor de 0,32. Com isso com
0,15
0,20
0,25
0,30
0 0,3 0,6 0,9 1,2
Ra (m)
Titnia 90 % Titnia 90 %
MarroM Alumina 95 %
59
base na figura 5.1 verifica-se que a relao entre rugosidade e coeficiente de atrito crescente
e o coeficiente de atrito varia em 28% enquanto que a rugosidade varia 74%.
Nas figuras 5.2,5.3 e 5.4 so mostrados os intervalos de confiana das mdias dos parmetros
de frisagem EKB para as rugosidades de discos ensaiadas.
Figura 5.2 Intervalo de confiana das mdias de E(Casaca,2013)
Na figura 5.2 verifica-se que o valor mdio de E para dos fios texturizados com discos com
rugosidade mdia de 0,5788 cerca de 10% maior que os demais. Considerando a estimativa
E B 1,0117E B 0,8745E B 0,7146E B 0,5788
47
46
45
44
43
42
Da
ta
95% CI for the Mean
Interval Plot
60
do coeficiente de atrito o coeficiente de atrito seria o menor que corresponderia a menos
toro aplicada que levaria a um menor valor de E.
K B 1,0117K B 0,8745K B 0,7146K B 0,5788
21,5
21,0
20,5
20,0
19,5
19,0
Da
ta
95% CI for the Mean
Interval Plot
Figura 5.3 Intervalo de confiabilidade das mdias de K(Casaca,2013)
61
Figura 5.4 Intervalo de confiana das mdias de B(Casaca,2013)
Nas figuras 5.3 e 5.4 observa-se que a rugosidade 0,7146 exibe o menor valor mdio de K e
de B, tal comportamento no era esperado considerando-se que a relao entre o coeficiente
de atrito e a rugosidade nessa faixa quase linear e crescente. Uma explicao possvel que
dada a natureza complexa do atrito nos processos txteis o coeficiente de atrito pode
apresentar o ponto de mnimo prximo a essa rugosidade.
B 1,0117B 0,8745B 0,7146B 0,5788
67,5
65,0
62,5
60,0
57,5
55,0
Da
ta
95% CI for the Mean
Interval Plot
62
5.3. Influncia do fator rugosidade do disco nas propriedades mecnicas
tenacidade e alongamento de fios texturizados de poliamida
O ensaio de trao para a determinao da tenacidade e alongamento foi executado em dez
amostras de fio texturizado para cada rugosidade dos discos do agregado.
Na tabela 5.18 so apresentados os valores determinados no ensaio para o alongamento e na
tabela 5.19 os valores determinados da tenacidade.
Tabela 5.18 Alongamento do fio texturizado de poliamida em funo da rugosidade
dos discos (%)(Casaca,2013)
Amostra Ra= 0,5788 (m) Ra= 0,7146 (m) Ra= 0,8745 (m) Ra= 1,0117 (m)
1 25,50 28,00 31,12 30,25
2 29,87 28,63 27,63 26,75
3 30,88 27,75 28,62 26,87
4 31,00 28,37 26,25 26,00
5 30,62 28,88 29,37 27,37
6 26,88 26,00 26,88 29,25
7 31,75 28,63 27,13 29,50
8 30,62 29,13 28,50 30,50
9 30,12 29,50 29,75 29,50
10 28,88 28,50 27,50 27,13
Tabela 5.19 - Tenacidade do fio texturizado de poliamida em funo da rugosidade dos
discos (cN/tex) (Casaca,2013)
Amostra Ra= 0,5788 (m) Ra= 0,7146 (m) Ra= 0,8745 (m) Ra= 1,0117 (m)
1 40,53 43,62 45,46 45,39
2 44,88 44,15 43,26 42,82
3 44,37 43,19 42,72 42,09
4 45,39 43,95 42,39 41,79
5 43,50 42,98 44,89 42,76
6 42,26 41,73 42,96 43,31
7 46,08 41,89 42,94 44,67
8 43,96 42,54 44,20 45,53
9 43,54 44,76 45,37 44,83
10 40,12 43,99 41,04 42,70
63
Foi realizada a anlise de varincia para avaliar a influncia do fator rugosidade dos discos no
alongamento, os resultados da anlise so mostrados na tabela 5.20.
Tabela 5.20 Anlise de varincia do fator rugosidade dos discos no
alongamento(Casaca,2013)
Alongamento
(%)
Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
mdios F P
Fator 3 11,72 3,91
1,67 0,192 Erro 35 82,09 2,35
Total 38 93,82
Analisando o valor de p apresentado na tabela 5.20 pode-se afirmar que a hiptese H0 no
pode ser rejeitada e por isso o alongamento no foi influenciado pela rugosidade dos discos do
agregado.
Foi realizada a anlise de varincia ANOVA para analisar a influncia do fator rugosidade
dos discos na tenacidade, os resultados da anlise so mostrados na tabela 5.21.
Tabela 5.21 Anlise de varincia do fator rugosidade dos discos na
tenacidade(Casaca,2013)
Tenacidade
(cN/tex)
Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
mdios F P
Fator 3 0,53 0,18
0,08 0,971 Erro 36 79,53 2,21
Total 39 80,06
64
Analisando o valor de p apresentado na tabela 5.20 pode-se afirmar que a hiptese H0 no
pode ser rejeitada e por isso a tenacidade no foi influenciada pela rugosidade dos discos do
agregado.
65
6. Concluso
Considerando-se os dados analisados no trabalho, no ensaio de texturizao do polister pode-
se afirmar que os parmetros de frisagem EKB so influenciados pelo fator D/Y e o parmetro
K afetado pelo fator nmero de discos e em algumas situaes os parmetros de frisagem
foram afetados pela combinao dos fatores.
No ensaio de texturizao da poliamida pode-se afirmar que os parmetros de frisagem so
afetados pelo fator rugosidade do disco. E a tenacidade e alongamento no so afetados pela
rugosidade dos discos.
Os resultados apresentados demonstram que os fatores nmero de discos e rugosidade dos
discos influenciam nas caractersticas de frisagem dos fios texturizados e por isso devem ser
considerados como parmetros influentes no processo.
O modelo matemtico desenvolvido pode ser usado para relacionar o coeficiente de atrito com
o formato e tenses trativas nos contornos possibilitando a determinao do coeficiente de
atrito de forma mais realista.
66
Referncias Bibliogrficas
ASTM. D3108-01 Standard Test Method for Coefficient of Friction, Yarn to Solid Material,
Annual Book of ASTM Standards, 07.01, 2003.
AZIMI,B., TEHRAN,M.A., MOJTAHEDI,M.R.M., Prediction of False Twist Textured Yarn
Properties by Artificial Neural Network Methodology, Journal of Engineered Fibers and
Fabrics, 2013,Volume 8, Issue 3.
Barrioz J.C., Mazuyer D., Kapsa P., Chateauminois A., Bouquerel F., On the mechanisms of
abrasive wear of polyamide fibres, Wear, 2003, 255, pp 751-757..
CANOGLU, S. Effect of First Heater Temperature Variations on the Polyester Yarn
Properties of False -Twist Texturing Techniques, FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe,
2009, Vol. 17, No. 5 (76)
CASACA,F.G. Influncia da variao da rugosidade de discos cermicos nas caractersticas
fsicas de fios de poliamida 6.6 texturizados por falsa toro.So Paulo:Escola de Artes
Cincias e Humanidades, Universidade de So Paulo, 2013. Exame de Qualificao de
Mestrado em Txtil e Moda.
CIRFS, Information on Man-made Fibres, 2011, Vol. 47, P. 24-25
DEMIR, A.; BEHERY, H. M. Synthetic filament yarn. Nova Jersey: Prentice-Hall Inc., 1997
ENDO, T., SHINTAKU, S., & KINARI, T. Mechanics of Disk-type False Twisting Part
I:Yarn Path and Friction Force on a Single Disk. Textile Research Journal, Fevereiro, 2003,
73 (2),139-146.
ENDO, T., SHINTAKU, S., & KINARI, T. Mechanics of Disk-Type False Twisting : Part II:
Yarn Path and Yarn Inclination Angle in a Multiple-Disk Spindle Unit. Textile Research
Journal, Maro, 2003, 73 (3),192-199.
FOURN, F., Synthetic fibers: machines and equipment, manufacture, properties. Munich:
Hanser, 1998.
FRASER,W.B. Air Drag and Friction in the Two-for-One Twister: Results from the Theory,
J.Text.Inst, 1993, 84, no 3.
67
FRASER,W.B. Yarn twist in the ring-spinning balloon. Proc.Royal Soc. London, 1998,A454,
p. 707-723.
HEARLE,J.W.S., HOLLICK,L., WILSON,D.K., Yarn texturing technology. The Textile
Institute, Manchester: 2001.
Howell H.G., Mieskis, K.W., Tabor D. Friction in Textiles , The Textile Intitute and Textile
book Publishers, Inc., NY, USA, 1959.
HOWELL,H.G. e MAZUR J. Amontons Law and Fibre Friction. J.Text.Inst., vol 44, pp 59-
69, 1953
KARAKAS, H.C., DAYIOGLU, H. Influence of Major False-Twist Texturing Parameters on
the Structural Properties of Polyamide 6.6 Yarn. Fibers & Textiles in Eastern Europe, 2004,v.
12, n. 2 (46).
KOTHARI,V.K.,MUKHOPADHYAY.A.,KAUSHIK,R.C.D. Effect of process Variables on
Textures Yarn Instability, Textile Research Journal,2001, vol 71(8).
LINZ H. The problem of interplay between yarn an yarn guide elements on high speed textile
machine, Melliand Textilberichte, 1972, pp. 481-485.
LORD, P. R. Handbook of yarn production: technology, science and economics. Cambridge:
Woodhead Publishing Textiles, 2003.
MARCICANO J.P.P., TU C.C., RYLANDER H.G., Measurement of the transverse yarn-on-
solid coefficient of friction, Journal of the Textile Institute, 2004, v. 95, pp. 349-357.
McINTYRE, J. E. Synthetic fibers: nylon, polyester, acrylic, polyolefin. In: EAST, A. J.
Polyester fibres. Cambridge: Woodhead Publishing Textiles, 2005.
MORTON W.E.,HEARLE J.W.S. Physical Properties of Textile Fibers, Journal of Textile
Institute, 1975, pp. 611-641.
MYSHKIN N.K., PETROKOVETS M.I., KOVALEV A.V., Tribology of polymers:
Adhesion, friction, wear and mass-transfer, Tribology International, 38, pp 910-921, 2005.
NT 512.9-1/2, Otimizao da Rugosidade de Guias, Interno Rhodia, 1988.
Oerlikon Barmag catalog, Solutions for the draw textured yarn production, 2014. 32p.
PHILIPPON S., SUTTER G., MOLLINARI A., An experimental study of friction at high
sliding velocities, Wear, , 2004, 257,pp 777-784.
68
PIETRUSZEWSKA R., KOWALSKI K. , Friction Properties of Elastomer Threads, Fibres &
Textiles in Eastern Europe, 2005, vol. 13, n.4, pp. 70-73.
PREVIDELLI,F.G. FALSA TORO DE POLISTER: A INFLUNCIA DA RELAO
D/Y E CONFIGURAO DOS DISCOS DO AGREGADO DE TEXTURIZAO NOS
PARMETROS DE EKB DE FIOS TEXTURIZADOS CONVENCIONAIS.So Paulo:
Escola de Artes Cincias e Humanidades, Universidade de So Paulo, 2012. Exame de
Qualificao de Mestrado em Txtil e Moda.
RAMKUMAR S.S.,SHASTI L.,TOCK R.W., SHELLY D.C., SMITH M.L.,
PADMANABHAN S. Experimental study of the frictional properties of friction spun yarns,
Journal Applied Polymer Science, 2003, v 88,pp 2450-2454.
SCHICK M.J. Friction and Lubrication of Synthetic Fibers, Textile Research Journal, 1980,
pp. 675-678.
YILDIRIM,K.,ALTUN,S.,ULCAY,Y. Relationship between Yarn Properties and Process
Parameters in False-Twist Textured Yarn, Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 2009,
Volume 4, Issue 2 .