Fase de encolado

5.2 Fase de encolado

Después de la fase de urdido, la urdimbre producida contiene hilos que son relativamente débiles y frágiles, especialmente en características de resistencia a la abrasión, rigidez superficial y estabilidad dimensional. Durante el proceso de tejido, los hilos de urdimbre están sometidos a fuerzas repetidas de fricción cuando pasan a través de lizos (dispositivos que generan el levantamiento selectivo de hilos), de flexión cuando se entrecruzan con trama, y de tensión durante todo el proceso. Sin protección previa, los hilos de urdimbre sufrirían roturas frecuentes que interrumpirían la producción y generarían defectos en tejido. La fase de encolado aplica un agente aglutinante (denominado cola) a la superficie de los hilos de urdimbre, que proporciona refuerzo temporal aumentando resistencia a la abrasión, mejorar propiedades mecánicas superficiales y reducir fricción entre hilos. La cola es removida posteriormente mediante procesos de descrude (remoción de impurezas) y lavado durante acabados del tejido. Esta sección detalla procesos de encolado, tipos de agentes de cola, parámetros de proceso y control de calidad.

Función y necesidad del encolado

Los hilos de urdimbre procesados en máquina de hilatura tienen características inherentes que los hacen vulnerables a roturas durante tejido: (1) Fricción superficial entre hilos provoca desprendimiento de fibras (pelusado) que genera debilidad localizada; (2) Flexión repetida en lizos crea puntos de concentración de estrés mecánico que pueden generar rotura; (3) Humedad ambiental variable causa cambios en propiedades mecánicas de fibra, reduciendo resistencia en condiciones secas. El encolado mitiga estos problemas mediante aplicación de película protectora de agente aglutinante que: (a) une superficialmente fibras individuales reduciendo pelusado, (b) proporciona rigidez superficial que reduce curvatura en puntos de estrés máximo, (c) crea capa que protege de efectos de variaciones de humedad.

La cantidad de cola aplicada (expresada como porcentaje de aumento de peso de urdimbre, típicamente 8-15 %) es resultado de equilibrio entre protección suficiente y evitar exceso que sería contraproducente. Un encolado insuficiente (menos del 5 %) no proporciona protección adecuada contra roturas durante tejido. Un encolado excesivo (superior al 20 %) genera urdimbre rígida que es difícil de manejar en telar, reduce permeabilidad de aire en telar causando problemas de ventilación, e incrementa costes innecesarios de material aglutinante.

Composición de agentes de cola

Los agentes de cola utilizados en la industria textil son sustancias aglutinantes que secan y endurecen después de aplicación, proporcionando características deseadas de protección sin afectar significativamente propiedades finales del tejido (ya que serán removidas posteriormente en procesos de acabado). Los tipos principales de agentes de cola incluyen:

Almidón: es el agente de cola más tradicional y económico, derivado de fuentes vegetales (maíz, trigo, patata). Proporciona excelente película protectora pero requiere descrude alcalino para removerse, generando efluentes alcalinos. Almidón se aplica típicamente en dispersión acuosa concentrada (4-8 % en peso).

Derivados de almidón sintético: incluyen almidones modificados y copolímeros que proporcionan película más resistente que almidón nativo, permitiendo dosis más bajas. Ejemplos incluyen derivados oxidados, carboximetilados (CMC) y derivados esterificados. Son más caros que almidón nativo pero requieren dosis menores (3-6 %).

Polímeros sintéticos: incluyen acrílicos, polivinilo y poliuretanos que proporcionan película muy resistente e hidrófoba. Se utilizan para aplicaciones especiales donde resistencia debe ser muy alta o donde descrude debe ser suave. Son sustancialmente más caros que almidón.

Combinaciones (mezclas): la mayoría de industrias utilizan mezclas de almidón nativo con pequeñas cantidades de derivados sintéticos, que proporcionan balance óptimo entre coste y propiedades de película, y compatibilidad con procesos posteriores de descrude.

Proceso de encolado: máquina encoladora

Una máquina encoladora (también denominada cuba de encolado o encoladora) es equipamiento industrial que aplica el agente de cola a la urdimbre de forma uniforme. La máquina típicamente consiste de: (1) Cuba o recipiente donde se mantiene dispersión de cola a temperatura controlada (típicamente 60-80 °C para almidón, según especificación), (2) Sistema de circulación de la dispersión de cola mediante bombas que mantiene mezcla homogénea y evita sedimentación, (3) Rodillos de aplicación (denominados rodillos expresadores o rodillos de presión) que comprimen urdimbre contra rodillo inmergido en dispersión de cola, permitiendo que urdimbre absorba cantidad controlada de cola, (4) Sistema de secado, que puede ser secadores de aire caliente (típicamente 100-150 °C), tambores calientes o combinación de ambos, (5) Carrete receptor de urdimbre encolada.

El proceso de encolado sigue estos pasos: (1) La urdimbre pasa a través de la dispersión de cola en la cuba, donde absorbe cantidad inicial de cola. (2) La urdimbre pasa entre rodillos expresadores que aplican presión controlada (típicamente 3-8 bar dependiendo de finura de hilo) que exprime exceso de cola de forma que la cantidad retenida es la deseada. (3) La urdimbre húmeda pasa a través de sistema de secado donde se elimina humedad. (4) La urdimbre completamente seca es enrollada en carrete receptor. (5) Durante todo proceso, temperatura de dispersión de cola, velocidad de máquina, presión de rodillos expresadores y temperatura de secado deben ser monitoreadas y controladas constantemente.

Parámetros de proceso de encolado

Los parámetros críticos que afectan la calidad del encolado incluyen: (1) Concentración de agente de cola: típicamente 4-8 % de almidón en agua. Una concentración baja proporciona encolado insuficiente; una concentración muy alta genera viscosidad excesiva que reduce penetración uniforme. (2) Temperatura de dispersión de cola: típicamente 60-75 °C. Temperaturas bajas reducen eficiencia de dispersión; temperaturas muy altas aceleran evaporación y pueden generar cambios químicos en agente de cola. (3) Presión de rodillos expresadores: típicamente 3-8 bar. Presión insuficiente no exprime exceso de cola; presión excesiva puede dañar hilos frágiles. (4) Velocidad de máquina encoladora: típicamente 50-150 metros por minuto. Velocidad muy alta no permite penetración uniforme de cola en urdimbre; velocidad muy baja genera ineficiencia en producción.

El control de estos parámetros se realiza mediante sistemas de medición: viscosidad de dispersión de cola se mide con viscosímetro Engler o Brookfield, temperatura se mide con termómetro de inmersión, y presión de rodillos se verifica mediante manómetros integrados. La cantidad final de cola retenida en urdimbre se verifica mediante pesado: se pesa urdimbre antes de encolado y después de secado, y porcentaje de aumento de peso determina cantidad de cola (por ejemplo, si urdimbre pesa 100 kg antes y 110 kg después de encolado y secado, ha retenido 10 % de cola).

Defectos de encolado y su prevención

Los defectos más frecuentes en fase de encolado incluyen: (1) Encolado desigual (áreas débilmente encoladas alternadas con áreas fuertemente encoladas), causado típicamente por variación de presión de rodillos expresadores o velocidad inconsistente. Se previene mediante mantenimiento riguroso de rodillos (superficie limpia y sin deformaciones) y control de velocidad por sistema automático. (2) Acumulación de cola endurecida en rodillos expresadores, que genera líneas de defecto en urdimbre. Se previene mediante limpieza regular de rodillos (típicamente cada 2-4 horas de funcionamiento) con agua tibia. (3) Sobreencolado de urdimbre (superior a 15 % de aumento de peso), que genera urdimbre rígida difícil de procesar en telar. Se previene mediante calibración correcta de presión de rodillos y monitoreo de peso de urdimbre. (4) Encolado insuficiente (inferior a 5 %), que no proporciona protección y generará roturas durante tejido. Se previene mediante verificación de concentración de cola, temperatura y presión de rodillos.

Ejemplo práctico: cálculo de dosis de cola

Se debe encoler urdimbre de 1.500 hilos de algodón 40 Nm con largo de 150 metros. Peso de urdimbre sin encoler (peso seco) se estima en 95 kg. Se especifica que encolado debe ser de 10 % de aumento de peso. Cálculos: (1) Cantidad de cola a retener: 95 kg × 0,10 = 9,5 kg de cola. (2) Como la dispersión de cola es típicamente 5 % de almidón en agua, cantidad total de dispersión de cola necesaria es: 9,5 kg de almidón / 0,05 = 190 kg de dispersión. (3) Si máquina encoladora procesa urdimbre a velocidad de 100 metros por minuto, y largo de urdimbre es 150 metros, tiempo de encolado es: 150 metros / 100 m/min = 1,5 minutos. (4) Consumo de dispersión por minuto es: 190 kg / 1,5 min = 127 kg/min. (5) Verificación posterior: después de encolado y secado, urdimbre debería pesar 95 + 9,5 = 104,5 kg, lo que verifica el cálculo.

Ideas clave

• La fase de encolado aplica agente aglutinante a superficie de urdimbre para reforzarla contra roturas durante tejido, mejorando resistencia a abrasión y rigidez superficial de hilos.
• Los agentes de cola principales incluyen almidón (económico, tradicional), derivados de almidón sintético (más costosos, mejor desempeño) y polímeros sintéticos (para aplicaciones especiales); la mayoría de industrias utiliza mezclas que balancean coste y propiedades.
• La máquina encoladora aplica cola mediante inmersión en dispersión acuosa seguida de expresión mediante rodillos que controlan cantidad retenida; temperatura, concentración, presión de rodillos y velocidad son parámetros críticos.
• La cantidad de cola (expresada como porcentaje de aumento de peso) debe estar entre 8-15 %; encolado insuficiente (menos del 5 %) no protege, encolado excesivo (superior al 20 %) genera urdimbre rígida y costes innecesarios.
• Los defectos de encolado incluyen desigualdad de encolado, acumulación de cola en rodillos, sobreencolado e insuficiencia de encolado; se previenen mediante mantenimiento de rodillos, calibración de presión, control de parámetros y monitoreo de peso.
• El cálculo de dosis de cola requiere conocimiento de peso de urdimbre, porcentaje de aumento de peso deseado, concentración de dispersión de cola y velocidad de máquina, permitiendo determinar cantidad de dispersión necesaria y consumo horario.