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Kevlar y `

Ingeniería Textil – FASE 2

UCSM Bustos Rimachi, Claudia Carpio Herrera, Edmundo Julio Del Carpio Melgar, Rodolfo Fernández Berrios, Jerson Gutiérrez Medina, Junior Villanueva Villalta, Vania

2020

Kevlar y Crabyon

KEVLAR Y CRABYON INDICE FASE 2..............................................................................................................................2 1.

Eleccion fibras a trabajar....................................................................................2

2.

Mezcla de fibras....................................................................................................2 Justificación de la mezcla 1........................................................................................4 Características de cada fibra 1....................................................................................4 Justificación de la mezcla 2........................................................................................5

3.

Titulo a hilar........................................................................................................6

4.

Proceso de hilatura...............................................................................................7 Fibra corta de anillos u Open End..............................................................................7 Fibra larga en proceso peinado o cardado..................................................................7 Extrusión....................................................................................................................7

5.

Etapas del proceso productivo............................................................................7

6.

Conclusiones y recomendaciones........................................................................7 Conclusiones:.............................................................................................................8 Recomendaciones:......................................................................................................8

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Kevlar y Crabyon FASE 2 1. ELECCION FIBRAS A TRABAJAR Seguiremos trabajando con nuestras fibras ya antes elegidas Kevlar y Crabyon, que como bien sabemos el Kevlar será utilizado para dar protección y resistencia a otras fibras para formar un material compuesto y el Crabyon formado por celulosa ayudando a la regeneración de tejidos

2. MEZCLA DE FIBRAS KEVLAR Se empezara definiendo el Kevlar, la investigación se basara en los chalecos antibalas, sabemos que los chalecos se fabrican dependiendo del nivel al que serán destinados. Habitualmente los chalecos antibalas usan más de un material para su composición, su protección ante cualquier proyectil hace que estos sean lo más resistente posible y a la vez ligeros.

En la fabricación de chalecos antibalas podemos encontrar el uso de Kevlar, un polímero o plástico, pero con una resistencia mayor que el acero. Este material no solo es el adecuado para un chaleco antibalas por su dureza, también es por su elasticidad, junto a la cerámica y al Carburo de Boro el cual es un material casi tan resistente como el diamante, pero

difícil de trabajar, este elemento es muy

propenso a romperse por lo que normalmente se usa con Kevlar lo que hace que el carburo no sufra roturas.

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Kevlar y Crabyon Pongamos en el ejemplo de la fabricación de un chaleco antibalas de Nivel IV, estos chalecos se hacen para proteger de armas muy potentes como a las que se pueden enfrentar militares del ejército. Lo que se necesita es conseguir que el material absorba la energía que desprende el proyectil y no pase de ahí, aquí entra en juego el Kevlar. Los chalecos de este tipo tienen 3 capas: 

Kevlar, que como ya sabemos es un material plástico pero muy duro y resistente.



Cerámica, que solo contra un impacto de bala puede romperse.



Almohadilla, que está hecha de polietileno y absorbe la energía.

Con una capa de cerámica no es suficiente para parar un proyectil y que nos salve la vida. El carburo de Boro junto con este material es capaces de frenar el balazo. Al ser el carburo de boro un material difícil de trabajar, lo que se hace es reducirlo y moldearlo en placas para después calentarlo a una temperatura de 2300º C. Esta acción hace que el material tenga un cambio molecular y se forma una tabla gruesa pero a su vez puede romperse.

Es entonces cuando se aplican unas capas milimétricas de Kevlar, este evitara que la pieza de carburo de boro se rompa cuando una bala impacte contra el chaleco o placa

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Kevlar y Crabyon balística. Cuando los materiales están unidos se les aplica un vació que elimina las partículas de aire y mejora el sellado que hay entre las diferentes capas. Un chaleco de Kevlar con Carburo de boro necesitara de una almohadilla que absorba la energía del proyectil. Los materiales que forman esta placa ya son pesados, por lo que esta tiene que ser bastante ligera y tener un grosor de 10mm. Para mezclar todos los materiales y que formen un solo elemento se usa un horno de alta presión que los unirá al vació. La presión que ejercerá esta máquina será de entre 95 y 100 kilopascales

JUSTIFICACIÓN DE LA MEZCLA 1 Como ya se explicó en el ejemplo anterior la mezcla se da para poder juntar las propiedades de los componentes y así explotarlas. 

PUNTO 1: Las placas balísticas de cerámica solas contra un impacto de bala puede romperse, y al juntarlo con el carburo de boro son capaces de frenar el balazo.



PUNTO 2: El Carburo de boro es un material difícil de trabajar por lo que primero se reduce, se moldea, se calienta y se le aplican capas de Kevlar para evitar que el carburo de boro se rompa al ser impactado con una bala

CARACTERÍSTICAS DE CADA FIBRA 1 Carburo de boro: El carburo de boro es excepcionalmente duro - únicamente el diamante y nitruro de boro cúbico tienen una dureza superior. Este material tiene una alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la compresión y baja densidad, y se produce generalmente por prensado en caliente o técnicas de prensado isostático en caliente para lograr una mejor sinterización. Características:  Eléctricamente aislante  Alta conductividad térmica  Alta resistencia y rigidez  Disponible en un rango de distintas purezas  Excelente resistencia a ácidos y álcalis fuertes a elevadas temperaturas

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Kevlar y Crabyon

Placas balísticas de cerámica: Las placas de cerámica ofrecen una gran protección contra municiones diferentes, incluyendo el rifle, pero por sus cualidades altamente protectoras también son muy pesadas e incómodas.

CRABYON Este material, llamado Crabyon mezcla viscosa con chitin, un compuesto natural que se encuentra en los caparazones de cangrejos y otros mariscos. Es fácil de procesar porque su textura es suave, y puede teñirse. Se obtiene de los desechos de la manufactura de la carne de cangrejo, es biodegradable y después de ser procesado, también es hipo alergénico, aun para personas con alergia a los mariscos. Crabyon tiene propiedades antibacteriales y de control de olores. Se definirán los calcetines cortos terapéuticos para diabéticos y pies sensibles, se mezcló 67% algodón, 17% viscosa/crabyon, 10% poliamida, 6% elastano. Su función es estimular el pie y prevenir ciertos inconvenientes que pueden sufrir nuestros pies debido a trastornos como la diabetes, artritis, pies delicados y sensibles o pie de atleta. Se trata de calcetines sin bordes elásticos y sin compresión que permiten que la sangre circule de una forma óptima. Además, su diseño asegura que el tejido se adapte perfectamente a la forma del pie y evite pliegues o arrugas que nos incomoden o generen irritaciones o rozaduras.

JUSTIFICACIÓN DE LA MEZCLA 2

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Kevlar y Crabyon La mezcla mayormente se da por los beneficios que brinda: 

Permiten la transpiración y son anti-olor. Su composición elimina los causantes del mal olor.



Son de tejidos naturales en su mayor parte



Tienen propiedades terapéuticas: favorecen la circulación sanguínea y beneficia a la salud por sus características.



Temperatura: son termo-dinámicos. Nos proporcionan ventilación y frescor en verano. Pero también favorecen el calor en invierno por las propiedades de conducción termal de la fibra de plata.



Son anti-microbianos. Su composición permite eliminar los hongos del pie de atleta y, al mismo tiempo, elimina las bacterias responsables del mal olor.

3. TITULO A HILAR Existen varios métodos para numerar los hilos. Los números que describen las características de un hilo se llaman título, y deben de ir precedidos del símbolo del sistema que se haya empleado. El título propiamente dicho es la relación que existe entre la longitud y el peso. Los sistemas de numeración se clasifican en dos grupos bien diferenciados por sus planteamientos opuestos: -

Sistemas Directos (longitud constante y peso variable): Estos sistemas expresan cuánto pesa una determinada longitud de hilo. Se denominan directos precisamente por el hecho de que cuanto mayor es el número, más grueso es el hilo.

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Kevlar y Crabyon -

Sistemas Indirectos (Peso constante y longitud variable): Expresan cuanto mide un determinado peso de hilo. Se llaman indirectos justamente porque cuanto mayor es el número más delgado es el hilo.

El título es un sistema de unidades de medida de la industria textil, y es uno de los datos de mayor relevancia dentro de las especificaciones de los hilados. Los hilados no presentan un grosor constante en toda su extensión, por lo que no puede tomarse solo este dato como unidad de medida. El grosor se ve afectado por la higroscopicidad, la cantidad de cabos, e incluso factores como el aplastamiento o estiramiento, y no por eso cambia su título. Obtención del título de una muestra Si no conocemos el título de un hilado, y necesitamos calcularlo nos basta con tomar una muestra de cualquier longitud y medirla y para calcular su peso cualquier balanza que pueda medir el peso de dicha muestra.

TABLA DE TITULOS DE CRABYON m x kg

m x kg

g x ml

g x ml

g x m2

g x m2

Peso

Uso

7.0 6.3 5.4 4.6 3.6 3.0

6.3 5.4 4.6 3.6 3 2.4

143 159 185 217 278 333

159 185 217 278 333 417

95 106 123 145 185 222

106 123 145 185 222 278

LIVIANO MEDIO PESADO LIVIANO MEDIO PESADO

CAMISA CAMISA CAMISA PANTALÓN PANTALÓN PANTALÓN

TABLA DE TITULOS DE KEVLAR KEVLAR 29 (hilo)

KEVLAR 49 (hilo)

Tipo (dtex)

1670

1270

Densidad (g/cm3)

1.44

1.44

Nivel de humedad (%)

7

3.5

P. Tracción (lb)

76

59.3

Tensión de contracción

0.88

1.77

Conductividad Térmica

0.3

0.3

800 - 900

800 - 900

 

Descomposición

Proceso de hilatura

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Kevlar y Crabyon El hilado es el proceso de convertir fibra de algodón suelta en hilo, en el que intervienen una serie de procesos distintos y bien diferenciados. Las principales funciones de estos procesos son:     

Apertura y mezcla de la fibra Limpieza de la fibra Enderezamiento y puesta en paralelo de la fibra Formación de una hebra fibrosa continua Aplicación de torsión

Cualquiera que sea el resultado deseado, la selección adecuada de las fibras es la base para el buen funcionamiento de la hilandería. Los requisitos del producto acabado o del consumidor de hilo serán las fuerzas que determinan la calidad y las propiedades de fibra más indicadas para un rendimiento económico óptimo. Utilizar fibras de calidad superior a la necesaria resultará poco rentable. Asimismo, utilizar fibras de calidad inferior a la necesaria causará pérdidas. Para garantizar la rentabilidad es muy importante, por consiguiente, saber decidir correctamente cuáles son las propiedades de la fibra más idóneas para una operación determinada.

Hilado Para dar integridad y resistencia al haz de fibras es necesario aplicar una torsión a la hebra de fibra. Los métodos utilizados para la torsión son muy diferentes dependiendo de la tecnología de hilatura que se utilice. Puesto que los métodos para la aplicación de la torsión son diferentes, las estructuras del hilo resultante también tienen sus propias formas características. Existen tres tecnologías principales para aplicar dicha torsión y dar una estructura al hilo, a saber, la hilatura de anillos, la hilatura open end (o de rotor) y la hilatura por chorro de aire (vórtice).

FIBRA CORTA DE ANILLOS U OPEN END Hilado Para dar integridad y resistencia al haz de fibras es necesario aplicar una torsión a la hebra de fibra. Los métodos utilizados para la torsión son muy diferentes dependiendo de la tecnología de hilatura que se utilice. Puesto que los métodos para la aplicación de la torsión son diferentes, las estructuras del hilo resultante también tienen sus propias formas características. Existen tres tecnologías principales para aplicar dicha torsión y dar una estructura al hilo, a saber, la hilatura de anillos, la hilatura open end (o de rotor) y la hilatura por chorro de aire (vórtice). Hilatura de anillos La hilatura de anillos aplica la torsión mediante un husillo giratorio. La hilatura de anillos no es solamente el método de hilatura más lento, sino también el más costoso porque necesita una serie de procesos adicionales (mechado y bobinado). Se utilizara esta hiladura por el mismo motivo de que es un método que produce un hilo mas resistente en el caso de Kevlar y a la vez fino y suave por el Crabyon

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Kevlar y Crabyon

La hilatura de anillos produce un hilo más resistente, fino y suave. Es además la tecnología de hilatura más madura.

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Hilo hilado con anillos En esta imagen al microscopio podemos ver claramente el ángulo helicoidal de la torsión que mantiene unidas las fibras individuales de algodón.

FIBRA LARGA EN PROCESO PEINADO O CARDADO Cardado

La carda alinea, coloca en paralelo, limpia y condensa la fibra en una mecha. Otras capacidades importantes de la carda son:

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Figura 2.32: Diagrama de una carda    

Reducción de neps Reducción de fibras cortas Eliminación del polvo Aplanado

Estirado El estirado mezcla, estira y nivela.

Preparación del pliegue La preparación del pliegue combina varias cintas de fibra en un ovillo, es decir la cinta plana devanada (pliegue) necesaria para el peinado.

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Kevlar y Crabyon 4. ETAPAS DEL PROCESO PRODUCTIVO 1) Cardado, estirado, peinado, hilado y enconado.

La materia prima (pacas de las fibras tanto de algodón como sintéticas) se alimenta a máquinas llamadas pick-up (abridoras), en donde se limpia de basura o alguna otra impureza que esté en las pacas y al mismo tiempo se desmenuza.

Posteriormente se introduce en los batanes donde se mezcla la materia prima para formar rollos.

El proceso siguiente es el cardado que consiste en la transformación de las fibras textiles a mechas de aproximadamente cuatro centímetros de diámetro las cuales se enrollan hasta una longitud de aproximadamente 5,000 metros. Durante el estirado se regulan estas mechas, es decir se separan las mechas largas y las cortas o rotas. 2) Urdido y tejido

El proceso de tejido consiste en enlazar los hilos de la urdimbre y de tramar con otros, con el objetivo de transformar las fibras o hilos en telas. Dependiendo del artículo que se desee, se desarrolla el diseño, la proporción de la fibra y la estructura de la tela.

Procesos como el canillado, devanado, torsión y urdido son operaciones preparatorias del tejido que combinan numerosos hilos cortos en menor número de cabos continuos.

En el proceso de urdido, los carretes de hilo se pasan a otros carretes para el tejido. Este proceso tiene el objetivo de reunir en un carrete una longitud y número determinado de hilos, por ejemplo, para obtener un carrete de tejido se monta una fileta, que en promedio consta de 1,200 hilos, luego se procede a colocar el título, medir el número de vueltas, la tensión de trabajo y finalmente completar la orden de trabajo requerida.

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Kevlar y Crabyon Si la materia prima llega a la planta en carretes de tejido este proceso no será necesario. En este proceso generalmente se mantienen condiciones adecuadas de humedad y de temperatura basándose en vapor de agua, las cuales son controladas en función de las especificaciones de elaboración de cada tela.

El tejido es un proceso continuo que se divide en dos categorías: tejido plano y tejido de punto.

· En el tejido plano, el julio que contiene la hilaza con su apresto seco gira alimentando al telar con la urdimbre bajo tensión, son guiados los hilos por los agujeros de los lizos en el bastidor del atalaje y se separan en dos juegos de hilos. Un juego pasa por los atalajes con sus lizos pares y otro por los impares, de modo que la separación del atalaje con sus lisos crea en la hoja de la hilaza una abertura llamada paso. Por otro lado, la hilaza de trama se coloca dentro de la lanzadera, la cual va soltando hilo conforme se mueve alternativamente a través del paso de un lado a otro del telar. De este modo, los hilos se entrelazan en ángulo recto para formar la tela.

3) Blanqueo

Los tejidos crudos, especialmente las fibras concentradas, contienen casi siempre suciedad que no son completamente removidos por los procesos de lavado. La blancura de los materiales es mejorada por una reducción de la suciedad.

La mayoría de las empresas que realizan el proceso de blanqueo utilizan el peróxido de hidrógeno (H2O2), que es el más importante blanqueador; aunque también utilizan con menor frecuencia al hipoclorito de sodio (NaClO) o clorito de sodio(NaClO 2 ). Los potenciales redox de estas sustancias bajo condiciones normales dependen mucho del pH. En el caso de H 2 O 2 su potencial redox facilita que pueda ser empleado en proceso en frío o en caliente y además ofrece ventajas técnicas y ecológicas sobre el NaClO y el NaClO 2 .

El agente blanqueador de reducción que más se usa es el ditionito de sodio (Na 2 S 2 O 4 ) y el dióxido de thiourea. El empleo de estos agentes requiere de sustancias auxiliares dentro de los que se incluye activadores, estabilizadores, sistemas buffer y surfatantes, los cuales controlan el proceso de blanqueo para evitar daño al tejido crudo tratado y mejorar la absorbencia.

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Kevlar y Crabyon De manera similar el pre-tratamiento, el blanqueo de los materiales se hace de distintas formas dependiendo del material a tratar.

A continuación se mencionan los procesos más comunes de blanqueo:

· Blanqueo de concentración: Se utilizan soluciones diluidas en Hipoclorito de sodio y peróxido de hidrógeno, compuestos clorados, (hipoclorito de calcio o sodio), agentes de concentración y agentes secuestradores orgánicos e inorgánicos como polifosfatos o ácido Etilen-diaminatetraacético (EDTA). Para blanquear lino o rayón también puede utilizarse EDTA que evita las concentraciones de películas de jabón insoluble en la tela y permite que no se impregnen iones de hierro que provocarían un color amarillo en la tela.

· Blanqueo al lino: Se utilizan soluciones diluidas en ácido clorhídrico, peróxido de hidrógeno y álcalis.

· Blanqueo del rayón: Se blanquea de forma similar al primero pero requiere de tiempos más cortos y menores concentraciones de químicos.

· Blanqueo de la seda y lana: Se blanquean utilizando dióxido de azufre y peróxido de hidrógeno. Para estas telas no deben utilizarse compuestos que liberen cloro, ya que causan aspereza y amarillamiento.

4) Teñido

El teñido es el proceso que puede generar más contaminación debido a que requiere el uso no solamente de colorantes y químicos, sino también de varios productos especiales conocidos como auxiliares de teñido. Estos materiales constituyen una parte integral de los procesos de teñido (por ejemplo, agentes reductores para el teñido con colorantes de tina) incrementando las propiedades de los productos terminados y mejorando la calidad del teñido, la suavidad, la firmeza, la textura, estabilidad dimensional, resistencia a la luz, al lavado, etc.

Los auxiliares del teñido forman un grupo muy heterogéneo de compuestos químicos, sin embargo, generalmente son surfactantes, compuestos inorgánicos, polímeros y oligómeros solubles en agua y agentes solubilizantes. Los auxiliares más comerciales son preparaciones que contienen varios de estos compuestos.

Sustancias auxiliares para el teñido

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Kevlar y Crabyon A continuación se mencionan algunos de los agentes auxiliares que se emplean comúnmente en las empresas y sus funciones.

Agentes hidrotrópicos y solubilizantes del color

Son empleados para disolver grandes cantidades de color en una pequeña cantidad de agua. Estos agentes incrementan la solubilidad debido a sus propiedades anfotéricas y son empleados en las técnicas de pad Batch o Pad Steam.

Algunos solventes son empleados en el teñido y estampado para lavar losresiduos de color del equipo y aparatos empleados en el proceso. También algunos auxiliares empleados en el teñido continuo contienen solventes, agentes hidrotrópicos y surfatantes, no solamente por su habilidad para solubilizar el colorante, sino también para mejorar el proceso de fijado.

Los productos comerciales suministrados para disolver los colores contienen mezclas de solventes, dispersantes y surfatantes. Los solventes y agentes hidrotrópicos son necesarios cuando se tiñe con los siguientes tipos de colores Aceleradores del teñido

Los aceleradores del teñido son empleados en los procesos de teñido por agotamiento de fibras sintéticas, para incrementar la velocidad de absorción del color disperso hacia la fibra, proporcionando más rapidez de difusión dentro de la fibra y mejorando el rendimiento del colorante.

5) Acabado

El acabado abarca todas las operaciones químicas y mecánicas a que se someten los hilos y los tejidos. Consta de los procesos de Pre-tratamiento, blanqueo, teñido, fijado, estampado, posttratamiento (aprestado, secado, planchado y otras operaciones menos comunes por ejemplo, afelpado y aterciopelado).

Para el caso de las textileras tipo A, de fabricación de Hilos el Acabado, puede incluir los procesos húmedos de pre-tratamiento y tratamiento, entendiendo por tratamiento el proceso

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Kevlar y Crabyon de teñido y secado; posteriormente, estaría el proceso de enconado, entubado, ovillado, encarretado y enviconado, para los Hilos sintéticos; a estos últimos procesos se les denomina también acabados "finishing".

6) Lavado y otras operaciones de limpieza (Pre-tratamiento)

Los procesos de pre-tratamiento son empleados para preparar el material textil para subsecuentes procesos tales como: blanqueo, teñido y estampado. Los procesos de limpieza, extracción y blanqueo remueven materiales desconocidos de las fibras (por ej. los aprestos empleados en el tejido), de tal manera que los grupos reactivos de las fibras, previamente bloqueados por las impurezas, son expuestos y el tejido en crudo es mejorado para el siguiente proceso.

Para un tejido crudo fabricado de fibras naturales tales como el algodón, lino, lana y seda, el proceso de pre-tratamiento es más complicado, que para aquellos tejidos hechos de fibras sintéticas. Por ejemplo, los tejidos de algodón pueden contener más de un 20% de materiales que pueden interferir con los siguientes procesos.

Mientras que los textiles crudos de poliéster contienen solamente partículas sólidas, (sintéticos pequeños solubles en agua), los cuales pueden ser removidos por un simple proceso de lavado. Los procesos empleados dependen de la formación de la fibra y de la maquinaria disponible. Asimismo, los procesos de pre-tratamiento son específicos del sustrato, por lo que existe un amplio rango de reacciones químicas y procesos físico-químicos involucrados.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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Kevlar y Crabyon CONCLUSIONES:

RECOMENDACIONES:

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