Dalla massa fusa al filato: filatura per fusione e POY/FDY/HOY
Il carattere di un filamento di poliestere non si decide alla macchina per maglieria, ma in quella linea di filatura di pochi secondi in cui la massa fusa si fa solida — e quei secondi sono governati dalla velocità di avvolgimento.
Il filato di poliestere (PET) si produce con un processo in cui un polimero fuso viene spinto sotto pressione attraverso fori sottili e si solidifica raffreddandosi: la filatura per fusione (melt spinning). Non interviene alcun solvente; il filamento prende forma per effetto del solo calore e della sola tensione. Tenacità, allungamento, assorbimento del colore e stabilità dimensionale del filato si fissano tutti nell'arco di pochi metri di questa linea. Il punto cruciale è questo: dallo stesso identico polimero, modificando semplicemente la velocità e la geometria della linea di filatura, si ottengono filati del tutto diversi tra loro — POY, FDY, HOY.
Cosa accade lungo la linea: dall'estrusione al godet
Il chip di PET essiccato viene fuso e omogeneizzato a temperature tipiche di ~280–295 °C in un estrusore a vite con rapporto L/D tipicamente di 30:1–36:1. Una pompa a ingranaggi dosa la massa fusa a portata costante verso la filiera. La filiera è una piastra in acciaio inossidabile lavorata di precisione che reca da qualche decina fino a qualche centinaio di fori (di più per i filati industriali), con diametri dei fori tipicamente nell'intervallo 50–300 µm. Il numero di fori stabilisce il numero di filamenti; la geometria della sezione (rotonda, trilobata, cava) governa lucentezza, coprenza e mano del filato.
I filamenti liquidi in uscita dai fori vengono raffreddati in un condotto di raffreddamento (quench) da aria condizionata, tipicamente a ~18–22 °C, in disposizione a flusso trasversale (crossflow) o radiale. L'uniformità di velocità e temperatura di quest'aria governa direttamente il CV% del denaro/dtex — ossia la regolarità della finezza — lungo l'intero fascio. Una volta solidificata la superficie, si applica una bava di filatura (lubrificante per fibre) che conferisce scorrevolezza, protezione antistatica e coesione del fascio; il pickup è tipicamente di ~0,3–0,8% in peso. Un fascio privo di bava può sfilacciarsi per attrito lungo il percorso dei godet e dell'avvolgimento.
Al termine della linea i filamenti vengono avvolti su una o più coppie di cilindri godet. Le velocità dei godet stabiliscono il rapporto di stiro e quindi l'orientamento finale; i godet riscaldati eseguono inoltre il termofissaggio della struttura per bloccare l'ordine cristallino. È qui che risiede la variabile che definisce il tipo di filato: la velocità di avvolgimento/prelievo.
Il regime di velocità definisce l'identità del filato
Più rapidamente il filamento viene prelevato dalla linea, più le catene polimeriche ancora mobili vengono stirate lungo l'asse (orientamento molecolare) e prima si innesca la cristallizzazione indotta dallo sforzo. Per questo il settore denomina il filato in base al livello di orientamento/cristallinità al quale è stato "congelato" all'uscita dalla massa fusa. A bassa velocità le catene restano lasche (allungamento elevato, tenacità bassa); ad alta velocità si allineano e cristallizzano in parte (allungamento basso, tenacità elevata).
| Tipo di filato | Velocità di prelievo tipica (m/min) | Orientamento molecolare | Allungamento a rottura tipico | Impiego tipico |
|---|---|---|---|---|
| UDY (non stirato) | < ~1.800 | Molto basso | Molto alto (>200%) | Intermedio per stiro separato |
| LOY / MOY (basso/medio) | ~1.800–2.800 | Basso–medio | Alto | Intermedio / impieghi di nicchia |
| POY (parzialmente orientato) | ~2.800–3.500 | Medio (birifrangenza tipicamente ~0,03–0,06) | ~100–160% | Alimentazione per testurizzazione (DTY) e stiro |
| HOY/FOY (altamente/completamente orientato) | ~4.500–6.000+ | Alto | ~50–90% | Impiego diretto, senza stiro separato |
| FDY (completamente stirato) | linea spin-draw; prelievo tipico ~3.500–5.000 | Alto | ~25–40% | Diretto a tessitura/maglieria, tenace |
Perché il POY è un filato "semilavorato"?
Il POY è un filato parzialmente orientato filato a ~2.800–3.500 m/min: le catene sono in parte allineate ma la cristallizzazione non è ancora completa. Il suo elevato allungamento residuo (tipicamente ~100–160%) e la bassa cristallinità lo rendono meccanicamente instabile ma altamente lavorabile. Questo carattere "pronto allo stiro" fa del POY un'alimentazione ideale per le macchine di testurizzazione a falsa torsione, dove viene contemporaneamente stirato (consumando l'allungamento residuo) e testurizzato in un DTY voluminoso ed elastico. Il POY non è quindi un filato finito di per sé; acquisisce il suo vero carattere d'uso finale nella fase successiva.
FDY e HOY: accorciare la linea
L'FDY combina filatura e stiro in un unico passaggio continuo (spin-draw): il filamento viene stirato direttamente in linea tra godet riscaldati, dando un filato con basso allungamento residuo (~25–40%) ed elevata tenacità, dimensionalmente stabile e pronto per tessitura/maglieria senza una fase di stiro separata. L'HOY/FOY ottiene un orientamento analogo in un solo passaggio, unicamente grazie alla tensione creata dall'altissima velocità di avvolgimento — un modo per produrre un orientamento elevato con meno apparecchiature. La scelta del progettista è un compromesso tra economia di processo e carattere del filato.
La fisica, in sintesi: orientamento, cristallinità e stiro a collo
La temperatura di transizione vetrosa (Tg) del PET è all'incirca 72–80 °C; al di sopra di questa soglia le catene acquistano mobilità e diventano possibili orientamento e cristallizzazione. Nello stiro separato (off-line), quando il filamento viene riscaldato appena sopra la Tg e stirato, compare uno stiro a collo (neck draw) localizzato: la struttura è amorfa prima del collo e, dopo di esso, si allinea e cristallizza per effetto dello sforzo. Nella filatura ad alta velocità la medesima cristallizzazione indotta dallo sforzo avviene sulla linea stessa. In pratica l'orientamento si misura tramite la birifrangenza; per il POY è tipicamente di ~0,03–0,06 e cresce con la velocità. Un orientamento più elevato significa anche una struttura più serrata — il che ostacola la diffusione del colorante disperso, sicché la linea di filatura predetermina perfino il comportamento in tintura.
Come si misura: il quadro normativo
Il titolo lineare del filato (finezza) si determina secondo la norma ISO 2060 pesando una matassa, ed è espresso in tex/dtex (il metodo si applica a filati fino a ~2.000 tex); il denaro è un'altra unità della stessa grandezza (denaro = dtex × 0,9). Tenacità e allungamento si determinano secondo la norma ISO 2062 mediante prova a singola estremità su filato prelevato da una rocca con un dinamometro a velocità di allungamento costante (CRE): la norma definisce una lunghezza utile di prova di 250 mm o (previo accordo) di 500 mm e un tempo a rottura di ~20 ± 3 s (la velocità di allungamento deriva dalla lunghezza utile e da questo tempo), con la forza a rottura preferibilmente in centinewton (cN) e l'allungamento come percentuale della lunghezza originaria. La tenacità si normalizza dividendo la forza per la finezza, in cN/dtex — tipicamente ~2,0–3,0 cN/dtex per il POY, fino a ~3,5–5,0 cN/dtex per l'FDY. Queste due norme spostano la domanda "è POY o FDY" da un'etichetta soggettiva a un numero misurabile.
In sintesi: mentre la linea di filatura per fusione trasforma un chip di polimero in filato, la scelta della velocità e del rapporto di stiro predetermina l'intera vita tessile del filato. Quando un acquirente legge una specifica come "POY 150/48 SD", in realtà sta leggendo un regime di produzione — il livello di orientamento, l'allungamento residuo e quindi dove il filato verrà alimentato in seguito.