Cos'è il filato elastico?

Nel vasto panorama dei materiali tessili, il filato elastico si distingue come una componente cruciale che ha rivoluzionato la funzionalità e il comfort di innumerevoli prodotti tessili. Dalle cinture elastiche dei nostri jeans preferiti ai tessuti-aderenti dell'abbigliamento sportivo, il filato elastico svolge un ruolo indispensabile nel migliorare le prestazioni e l'esperienza utente dei tessuti. Ma cos’è esattamente il filato elastico e cosa lo rende una parte così importante della moderna industria tessile?

 

1. Definizione di Filato Elastico

Il filato elastico, noto anche come filato elasticizzato, si riferisce a un tipo di filato che possiede la capacità di allungarsi in modo significativo sotto una forza applicata e di ritornare alla sua lunghezza o forma originale quando la forza viene rimossa. Questa proprietà elastica unica è ciò che lo differenzia dai filati convenzionali, che in genere hanno capacità di elasticità e recupero limitate. L'elasticità del filato elastico deriva dalla sua struttura molecolare, dai materiali utilizzati nella sua produzione o dalle specifiche tecniche di lavorazione impiegate durante la produzione.

A differenza dei filati rigidi che mantengono una lunghezza relativamente fissa, il filato elastico può allungarsi dal 50% fino anche al 1000% della sua lunghezza originale, a seconda del tipo e del design. Inoltre, presenta un eccellente recupero, il che significa che può ritornare alla sua forma iniziale senza deformazioni permanenti, anche dopo ripetuti cicli di allungamento. Questa combinazione di elevata elasticità e buon recupero rende il filato elastico ideale per applicazioni in cui flessibilità, comfort e mantenimento della forma sono essenziali.

 

2. Classificazione dei Filati Elastici

I filati elastici possono essere classificati in diverse categorie in base a diversi criteri, come le materie prime utilizzate, la struttura del filato e il metodo di produzione. Ogni categoria ha caratteristiche distinte che la rendono adatta ad applicazioni specifiche.

2.1 Classificazione per Materie Prime

La scelta delle materie prime ha un impatto significativo sulle proprietà elastiche, sulla durata e sul costo del filato elastico. Le principali tipologie di filati elastici a base di materie prime sono le seguenti:

2.1.1 Filato elastico naturale

Il filato elastico naturale deriva da fonti naturali, come gli alberi della gomma. Il tipo più comune è il filato di gomma naturale, ottenuto dal lattice estratto dagli alberi della gomma. Il filato di gomma naturale ha un'eccellente elasticità, con un rapporto di allungamento fino all'800% e una buona resilienza. È anche biodegradabile, il che lo rende un'opzione rispettosa dell'ambiente. Tuttavia, il filato di gomma naturale presenta alcune limitazioni, come la scarsa resistenza all’olio, agli agenti chimici e alle alte temperature. È inoltre soggetto a invecchiamento e degrado se esposto alla luce solare e all'ossigeno.

2.1.2 Filato elastico sintetico

Il filato elastico sintetico è costituito da polimeri-prodotti dall'uomo, sintetizzati attraverso reazioni chimiche. Grazie all'ampia varietà di polimeri sintetici disponibili, il filato elastico sintetico può essere personalizzato per soddisfare requisiti prestazionali specifici, come elevata elasticità, buona resistenza chimica e stabilità termica. I filati elastici sintetici più comunemente usati includono spandex, filato elastico di poliestere e filato elastico di poliammide.

Spandex: Conosciuto anche come Lycra (un marchio di Invista), lo spandex è uno dei filati elastici sintetici più utilizzati. È una fibra poliuretanica segmentata composta da segmenti morbidi (polietere o poliestere) e segmenti duri (gruppi uretanici). I segmenti morbidi forniscono al filato un'elevata elasticità, mentre i segmenti duri fungono da punti di reticolazione-, garantendo un buon recupero. Lo spandex ha un rapporto di elasticità eccezionale compreso tra il 500% e l'800% e può recuperare fino al 10% della sua lunghezza originale dopo l'allungamento. Ha anche una buona resistenza agli agenti chimici, agli oli e alla luce solare ed è resistente all'invecchiamento. Lo spandex è leggero, morbido e comodo da indossare, il che lo rende adatto per un'ampia gamma di applicazioni, tra cui abbigliamento, abbigliamento sportivo e tessuti medicali.

Filato elastico di poliestere: Il filato elastico di poliestere è realizzato miscelando fibre di poliestere con componenti elastici, come lo spandex. Combina l'eccellente durata, resistenza alle pieghe e resistenza chimica del poliestere con l'elasticità dello spandex. Il filato elastico di poliestere ha un rapporto di allungamento moderato, generalmente compreso tra 100% e 300%, e un buon recupero. È inoltre resistente allo sbiadimento e al restringimento, il che lo rende ideale per abbigliamento da esterno, costumi da bagno e tessuti per la casa.

Filato elastico in poliammide: Conosciuto anche come filato elastico di nylon, il filato elastico di poliammide è realizzato miscelando fibre di poliammide con spandex o altri materiali elastici. La poliammide ha buone proprietà di robustezza, resistenza all'abrasione e-assorbimento dell'umidità e, se combinata con componenti elastici, forma un filato elastico e durevole. Il filato elastico in poliammide ha un rapporto di elasticità compreso tra il 150% e il 400% circa e un eccellente recupero. È comunemente usato in calzetteria, indumenti intimi e abbigliamento sportivo, dove sia l'elasticità che la durata sono importanti.

2.2 Classificazione per struttura del filato

In base alla struttura, il filato elastico può essere suddiviso in filato elastico core-, filato elastico ricoperto e filato elastico nudo.

2.2.1 Filato elastico con nucleo-

Il filato elastico Core-spun, noto anche come filato core, ha una struttura a due-strati: un nucleo elastico centrale e uno strato di copertura esterno di fibre non-elastiche, come cotone, poliestere o poliammide. Il nucleo elastico fornisce elasticità al filato, mentre lo strato esterno migliora l'aspetto, la maneggevolezza e la durata del filato. Lo strato di copertura esterno può essere filato utilizzando diversi metodi di filatura, come la filatura ad anello, la filatura a rotore o la filatura a getto d'aria-, che influisce sulle proprietà del filato. Il filato elastico Core-spun ha buona elasticità e recupero e lo strato esterno lo rende compatibile con vari processi di tintura e finissaggio. È ampiamente utilizzato nel denim, nell'abbigliamento casual e da lavoro, dove si desidera una combinazione di elasticità e sensazione di tessuto naturale.

2.2.2 Filato elastico ricoperto

Il filato elastico ricoperto è simile al filato elastico core-spun ma ha una struttura diversa. È costituito da un nucleo elastico (solitamente spandex) ricoperto da uno o più strati di filati non-elastici, come poliestere o poliammide, utilizzando una macchina di copertura. Il processo di copertura può essere singolo-ricoperto (uno strato di filo di copertura) o doppio-ricoperto (due strati di filo di copertura, ritorti in direzioni opposte). Il filato elastico a doppia-copertura presenta stabilità, elasticità e resistenza agli strappi migliori rispetto al filato a-copertura singola. Il filato elastico ricoperto ha una superficie liscia e una buona elasticità, che lo rendono adatto per calzetteria, indumenti intimi e abbigliamento sportivo.

2.2.3 Filato elastico nudo

Il filato elastico nudo è un filato elastico senza alcuno strato di copertura esterno. È la fibra elastica pura, come il filamento di spandex. Il filato elastico nudo ha la massima elasticità tra tutti i tipi di filato elastico, con un rapporto di allungamento fino all'800%. Presenta però alcuni inconvenienti, come la scarsa resistenza all’abrasione e la tendenza ad attaccarsi ad altre fibre durante la lavorazione. Il filato elastico nudo viene solitamente utilizzato in combinazione con altri filati nei processi di tessitura o lavorazione a maglia per fornire elasticità. Viene comunemente utilizzato nei tessuti elasticizzati per abbigliamento sportivo e costumi da bagno, dove è richiesta elevata elasticità.

 

3. Processi produttivi del filato elastico

Il processo di lavorazione del filato elastico varia a seconda del tipo di filato e delle materie prime utilizzate. Qui ci concentreremo sui processi di produzione dei tipi più comuni di filato elastico: filato di spandex, filato elastico core-spun e filato elastico ricoperto.

3.1 Processo di produzione di Spandex Filati

La produzione del filato di spandex prevede diverse fasi chiave, tra cui la sintesi del polimero, la filatura, la trafilatura e l'avvolgimento.

3.1.1 Sintesi dei polimeri

Il primo passo nella produzione dello spandex è la sintesi del polimero poliuretanico. Questo processo prevede la reazione di un diisocianato (come il metilene difenil diisocianato, MDI) con un diolo (come il polietere diolo o il poliestere diolo) per formare un prepolimero. Il prepolimero viene quindi fatto reagire con un estensore di catena (come l'etilene diammina) per formare un polimero poliuretanico ad alto-peso molecolare-. Il tipo e il rapporto del diisocianato, del diolo e dell'estensore di catena utilizzati determinano le proprietà del filato di spandex finale, come elasticità, forza e resistenza chimica.

3.1.2 Filatura

Dopo che il polimero è stato sintetizzato, viene sciolto in un solvente (come dimetilformammide, DMF) per formare una soluzione di filatura. La soluzione di filatura viene quindi estrusa attraverso una filiera (una piastra metallica con numerosi piccoli fori) in un bagno di coagulazione. Il bagno di coagulazione contiene un non solvente (come l'acqua) che fa precipitare il polimero e forma filamenti. Il diametro dei filamenti è determinato dalla dimensione dei fori nella filiera e dalla velocità di estrusione.

3.1.3 Disegno

I filamenti formati nel bagno di coagulazione vengono poi stirati per allineare le molecole del polimero e migliorare l'elasticità e la resistenza del filato. La trafilatura viene generalmente eseguita in più fasi, utilizzando rulli riscaldati per allungare i filamenti. Il grado di stiro (rapporto di stiro) influenza le proprietà del filato di spandex: un rapporto di stiro più elevato si traduce in maggiore elasticità e resistenza ma in un minore allungamento.

3.1.4 Avvolgimento

Dopo la trafilatura, i filamenti di spandex vengono avvolti su bobine o coni per lo stoccaggio e l'ulteriore lavorazione. Il processo di avvolgimento deve essere attentamente controllato per garantire una tensione uniforme ed evitare aggrovigliamenti dei filamenti.

3.2 Processo di produzione di Core-Spun Filato elastico

La produzione di filato elastico core- prevede la combinazione di un nucleo elastico (solitamente spandex) con uno strato di copertura esterno di fibre non-elastiche. Il metodo più comune per produrre filato elastico core-spun è la filatura ad anello.

3.2.1 Preparazione dei materiali

Innanzitutto il nucleo elastico (filamento di spandex) viene svolto da una bobina e inserito nel filatoio. Le fibre non-elastiche (come cotone, poliestere o poliammide) vengono cardate, stirate e stoppate per formare uno stoppino, ovvero un filo continuo di fibre con un certo spessore.

3.2.2 Filatura dell'anello

Lo stoppino viene introdotto nel filatoio ad anelli, dove viene stirato (stirato) per ridurne lo spessore. Allo stesso tempo, il filamento di spandex viene alimentato al centro dello stoppino stirato. La combinazione dello stoppino stirato e del filamento di spandex viene quindi ritorta per formare il filato elastico core-spun. Il livello di torsione influisce sulle proprietà del filato: un livello di torsione più elevato si traduce in una migliore resistenza e stabilità del filato ma può ridurre l'elasticità.

3.2.3 Avvolgimento e Finitura

Dopo la filatura, il filato elastico core-spun viene avvolto su bobine. Può anche subire ulteriori processi di finissaggio, come l'imbozzimatura (per migliorare le prestazioni di tessitura) o il termofissaggio (per stabilizzare la struttura e l'elasticità del filato).

3.3 Processo di produzione del Filato Elastico Coperto

La produzione di filati elastici ricoperti prevede la copertura di un nucleo elastico (spandex) con uno o più strati di filati non-elastici utilizzando una macchina di copertura.

3.3.1 Preparazione dei materiali

L'anima elastica (filamento di spandex) viene svolta da una bobina e alimentata nella macchina ricopertrice. Anche i filati di copertura non-elastici (come il filamento di poliestere o poliammide) vengono svolti dalle rispettive bobine e immessi nella macchina.

3.3.2 Processo di copertura

La macchina di rivestimento ha un mandrino rotante che trattiene l'anima in spandex. I fili di copertura non-elastici vengono attorcigliati attorno al nucleo in spandex mentre il fuso ruota. Per il filato elastico ricoperto singolo-, uno strato di filato di copertura viene attorcigliato attorno al nucleo. Per il filato elastico doppio-ricoperto, due strati di filato di copertura vengono attorcigliati attorno al nucleo in direzioni opposte. La densità di torsione (numero di torsioni per unità di lunghezza) influenza le proprietà del filato: una densità di torsione maggiore si traduce in una migliore copertura, stabilità e resistenza agli strappi.

3.3.3 Avvolgimento

Dopo la ricopertura, il filo elastico ricoperto viene avvolto su bobine per lo stoccaggio e la successiva lavorazione.

 

4. Indicatori chiave di prestazione del filato elastico

Per valutare la qualità e l'idoneità del filato elastico per diverse applicazioni, vengono utilizzati diversi indicatori chiave di prestazione. Questi indicatori includono elasticità, recupero, resistenza, allungamento a rottura, resistenza all'abrasione, resistenza chimica e stabilità termica.

4.1 Elasticità

L'elasticità si riferisce alla capacità del filato di allungarsi sotto una forza applicata. Di solito è espresso come rapporto di allungamento, che è il rapporto tra la lunghezza allungata e la lunghezza originale. Ad esempio, un filato di spandex con un rapporto di elasticità del 600% può allungarsi fino a 6 volte la sua lunghezza originale. L'elasticità del filato elastico è determinata dalla sua struttura molecolare, dal tipo di materie prime utilizzate e dal processo di produzione. L'elevata elasticità è essenziale per applicazioni come abbigliamento sportivo e indumenti intimi, dove il tessuto deve allungarsi con i movimenti del corpo.

4.2 Recupero

Il recupero si riferisce alla capacità del filo di ritornare alla sua lunghezza o forma originale dopo che la forza applicata è stata rimossa. Di solito è espresso come rapporto di recupero, che è il rapporto tra la lunghezza recuperata e la lunghezza originale. Un buon rapporto di recupero (tipicamente superiore al 90%) garantisce che il prodotto tessile mantenga la sua forma e vestibilità anche dopo ripetuti allungamenti. Il recupero è influenzato dagli stessi fattori dell’elasticità: struttura molecolare, materie prime e processo di produzione. Il filato di spandex, ad esempio, ha un recupero eccellente grazie alla presenza di segmenti duri nella sua struttura in poliuretano, che fungono da punti di collegamento incrociato-per ripristinare la forma originale del filato.

4.3 Forza

La resistenza è la capacità del filo di resistere ad una forza di trazione senza rompersi. Di solito è espressa come tenacità, che è la resistenza alla rottura per unità di densità lineare (ad esempio, grammi per denari). La resistenza del filato elastico è importante per garantire la durata del prodotto tessile. Ad esempio, nella calzetteria, il filato elastico ad alta resistenza può resistere all'attrito e alla tensione durante l'usura e il lavaggio. La resistenza del filato elastico dipende dal tipo di materia prima (i filati elastici sintetici sono generalmente più resistenti dei filati elastici naturali) e dal processo di produzione (la trafilatura può migliorare la resistenza del filato allineando le molecole del polimero).

4.4 Allungamento a rottura

L'allungamento alla rottura è l'aumento percentuale della lunghezza del filo quando si rompe sotto una forza di trazione. È legato all'elasticità del filo ma rappresenta l'allungamento massimo che il filo può sopportare prima di rompersi. Un elevato allungamento alla rottura è auspicabile per le applicazioni in cui il tessuto può essere sottoposto a stiramento estremo, come nelle bende mediche o nei tessuti elasticizzati per usi pesanti. L'allungamento a rottura del filo elastico varia a seconda della tipologia: il filo di spandex ha un allungamento a rottura elevato (dal 500% all'800%), mentre il filo elastico di poliestere ha un allungamento a rottura inferiore (dal 100% al 300%).

4.5 Resistenza all'abrasione

La resistenza all'abrasione è la capacità del filato di resistere all'usura causata dall'attrito. È un importante indicatore di prestazione per i filati elastici utilizzati in applicazioni quali calze, guanti e abbigliamento sportivo, soggetti a frequenti attriti durante l'uso. La resistenza all'abrasione del filato elastico dipende dal tipo di materia prima (il filato elastico di poliammide ha una buona resistenza all'abrasione grazie alle proprietà intrinseche della poliammide) e dalla struttura del filato (il filato elastico ricoperto ha una migliore resistenza all'abrasione rispetto al filato elastico nudo perché lo strato di copertura esterno protegge il nucleo elastico).

4.6 Resistenza chimica

La resistenza chimica si riferisce alla capacità del filato di resistere alla degradazione se esposto a sostanze chimiche, come detergenti, oli e solventi. È importante per i filati elastici utilizzati nei tessuti medicali (che possono entrare in contatto con disinfettanti) e nei tessuti industriali (che possono essere esposti a oli e sostanze chimiche). I filati elastici sintetici, come i filati elastici in spandex e poliestere, hanno una buona resistenza chimica rispetto ai filati elastici naturali. Ad esempio, lo spandex è resistente alla maggior parte dei detergenti, oli e solventi organici, rendendolo adatto all'uso nei costumi da bagno (esposti al cloro nelle piscine) e nell'abbigliamento sportivo (che viene lavato frequentemente con detergenti).

4.7 Stabilità termica

La stabilità termica è la capacità del filato di mantenere le sue proprietà (come elasticità e resistenza) alle alte temperature. È importante per i filati elastici utilizzati in applicazioni in cui il prodotto tessile può essere esposto a temperature elevate durante la lavorazione (come tintura e finissaggio) o l'uso (come nei forni industriali). La stabilità termica del filato elastico dipende dal tipo di materia prima: il filato elastico di poliestere ha una buona stabilità termica (può resistere a temperature fino a 150 gradi) rispetto allo spandex (che ha una stabilità termica inferiore, con una resistenza alla temperatura massima di circa 130 gradi).