Estructura global de la fibra Modelo trifásico

Actualmente la mayor parte de los autores coinciden, aunque pueden discrepar en aspectos de menor importancia, en que las fibras hiladas por fusión y después estiradas constan al menos de tres fases diferentes: las regiones amorfas y cristalinas de la microfibrilla y la materia interfibrilar.

Las microfibrillas se presentan como entidades o elementos estructurales bien definidos cuya anchura se suele situar entre 60 y 200 Å. La microscopía electrónica y la difusión de rayos-X de pequeño ángulo son los métodos más adecuados para el estudio de su estructura. Ambas técnicas conducen aproximadamente a las mismas dimensiones laterales de las microfibrillas, por lo que estas pueden ser consideradas como componentes diferenciados de la estructura de las fibras.

Keller distingue dos tipos de microfibrillas 136 :

a) Las correspondientes a sustancias cuyas moléculas se han sintetizado con las cadenas en forma extendida.

b) Las de las fibras hiladas por fusión, en las que la estructura original, cristalina o amorfa, ha sido destruida y las cadenas alineadas en la dirección de una fuerza orientadora.

Las microfibrillas de las fibras consisten en una secuencia de regiones amorfas (cadena extendida) y cristalinas (cadenas plegadas), cuyas dimensiones a lo largo del

eje de la fibra son lo suficientemente regulares como para poderlas considerar como una micro red, con características que pueden ser estudiadas por difusión de rayos X de pequeño ángulo.

Fig. 42 Modelo estructural trifásico

Peterlin fue el primero en estudiar la materia interfibrilar, opinando que al menos una parte del espacio interfibrilar está ocupado por moléculas o segmentos moleculares altamente extendidos. A esta materia atribuía principalmente el encogimiento de las fibras al calentarlas a temperaturas inferiores a la de fusión.

Prevorsek y col. 137,138 coinciden con Peterlin, pero añaden que la fracción en volumen de las moléculas extendidas que interconectan las microfibrillas es tan importante en las fibras de poliéster que deberían ser consideradas como una fase separada.

Otro aspecto importante es la interacción entre las microfibrillas. A juicio de Prevorsek esta interacción es tan alta en las fibras de poliéster y poliamida que las dimensiones de los cristalitos desempeñan un papel importante en el módulo de la fibra. Esta opinión se separa de la de algunos autores, según los cuales las propiedades de las fibras corresponderían a las de un haz de microfibrillas holgadamente agrupadas. Estos autores opinan que el módulo de una fibra es función de su cristalinidad y se deduciría del módulo de las microfibrillas aisladas139.Este modelo puede ser aplicable a las fibras de polietileno y polipropileno, pero no puede explicar tan completamente las propiedades de las fibras de poliamida y poliéster.

Prevorsek señaló también que las regiones interfibrilares de cadena extendida son los elementos más resistentes de la estructura de las fibras y que, lógicamente, influyen mucho en su resistencia. En su opinión, el aumento de resistencia que se produce en el estirado post-hilatura puede ser atribuido a un aumento en la fracción de volumen de las moléculas de cadena extendida, como resultado del desplazamiento relativo de las microfibrillas. En el estirado post-hilatura, las moléculas de la superficie de las

microfibriilas son separadas por cizallamiento y estiradas, pasando a aumentar el contenido de materia intermicrofibrilar.

Según este modelo, la principal misión de la microfibrilla sería la de aportar estabilidad dimensional a altas temperaturas, más que a contribuir significativamente a la resistencia de la fibra. Debe tenerse en cuenta que la temperatura de fusión de las microfibrillas es muy superior a la de reblandecimiento de las regiones interfibrilares de cadenas extendidas, cuya densidad se sitúa entre la de las regiones cristalinas y la de las amorfas de las microfibrillas.

Estudios posteriores pusieron de manifiesto la existencia en las fibras de una entidad estructural de tamaño superior al de la microfibrilla con la que se confundió inicialmente. Por su gran similitud con la microfibrilla, Prevosek denominó macrofibrilla a esta unidad estructural.

Las dimensiones de la macrofibrilla en la dirección longitudinal no están bien definidas, ya que, del mismo modo que en el caso de las microfibrillas, aunque a mayor escala, se ramifican y entrelazan formando una red continua. En las regiones intermacrofibrilares pueden apreciarse frecuentes grietas longitudinales que separan grupos o haces de varios cientos de microfibrillas. Precisamente, la tendencia de las fibras a fibrilar puede ser explicada por la estructura macrofibrilar de las fibras y por la existencia de grietas en las regiones que separan las macrofibrillas. Por otra parte, debe señalarse el hecho de que las condiciones de hilatura y del estirado que le sigue influyen en la facilidad con que las fibras fibrilan y debe ser interpretada en el sentido de que la estructura macrofibrilar de las fibras puede ser controlada más fácilmente que su estructura microfibrilar.

Cicero et al.140 han estudiado las fibras de polilactida producidas mediante hilatura por fusión y estirado post-hilatura, y han propuesto un modelo supramolecular para la morfología de las fibras de polilactida que supone una piel altamente orientada con un núcleo compuesto por microfibrillas. La orientación de los bloques cristalinos sin las microfibrillas es similar a las que han sido propuestas para las fibras de poliamida.

Fig. 43 Modelo supramolecular propuesto por Cicero et al. 140 Área intrafibrilar Microfibrillas Regiones amorfas (desordenadas) Cristalitos Área intrafibrilar Piel Microfibrillas Fibra