tese livre docencia marcicano revisada

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




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


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




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


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)


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




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




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)


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)


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 .

tese livre docencia marcicano revisada

Documents