Desarrollo de fibras biconstituidas de polipropileno y poliamida 6 para hilatura de alta velocidad

Resumo

En la presente investigación se forumló un modelo matemático unidimensional que permite simular la hilatura de fibras a partir de material fundido, partiendo de las ecuaciones básicas de fenómenos de transporte, a saber: ecuación de continuidad, ecuación de momento y ecuación de energía. Las anteriores ecuaciones deben complementarse con ecuaciones constitutivas y un modelo para la cinética de cristalización. Particularmente en esta investigación se utilizaron dos modelos reológicos: uno Newtoniano y otro viscoelástico (Phan Thien y Tanner de varios modos). En cuanto al modelo para describir la cinética de cristalización se ilustra un modelo de Nakamura, cuya constante de velocidad puede estimarse con las correlaciones propuestas por Ziabicki y Lauritzen y Hoffman. También se hace uso de algunas correlaciones para calcular: el coeficiente de arrastre con el aire; el coeficiente de convección de calor; la dependencia de la viscosidad con la temperatura y el grado de cristalización; y la tensión superficial. Para resolver el sistema de ecuaciones diferenciales acopladas que constituyen el modelo de la hilatura de fibras, se efectuó una implementación numérica discretizando el sistema de ecuaciones en diferencias finitas y utilizando el método del disparo y dos algoritmos de solución, un método de Runge-Kutta de orden 6 y un método de Crank-Nicholson. Con el ánimo de efectuar una validación del modelo implementado y para evaluar las propiedades y la morfología que se obtiene en las fibras biconstituidas fabricadas con mezclas de polipropileno y poliamida 6, se efectuó una experimentación en una línea de hilatura de laboratorio y una extensa caracterización morfológica y mecánica de las fibras. Una caracterización reológica de los polímeros individuales y sus mezclas, permitió estimar los parámetros del modelo reológico para efectuar las simulaciones y también observar algunas anomalías interesan