Indagine e analisi dell’impatto della miscelazione delle fibre sulla resistenza dei tessuti non tessuti prodotti con carde a doppio tamburo

Tessuti più resistenti con fibre di uso comune

Dalle salviette umidificate ai camici medici fino ai panni per la pulizia, molti prodotti quotidiani si basano su tessuti non tessuti composti da fibre aggrovigliate anziché da intrecci tradizionali. Questo studio pone una domanda apparentemente semplice: in che modo il modo in cui le fibre vengono miscelate all’interno di una macchina influenza la resistenza del tessuto finale? Osservando l’interno di carde industriali — i cavalli da tiro che pettinano e amalgamano le fibre — gli autori dimostrano che modellare il percorso delle fibre attraverso la macchina può aumentare la resistenza pur utilizzando la stessa quantità di materiale.

Come le moderne superfici di pettinatura modellano i materiali

I tessuti non tessuti come lo spunlace dipendono da una fase di pre-lavorazione precisa chiamata cardatura. Nella cardatura, le fibre sciolte vengono alimentate su cilindri in rapida rotazione rivestiti da sottili denti metallici, che districano gli agglomerati e formano uno strato sottile e arioso chiamato vello. Per le miscele viscosa–poliestere ampiamente impiegate nei tessuti per l’igiene e in quelli tecnici, la qualità di questa fase — quanto uniformemente le fibre vengono aperte, orientate e miscelate — influenza fortemente la resistenza del tessuto. Tuttavia, le cardatrici sono assemblaggi complessi di tamburi e piccoli rulli che girano a velocità diverse, perciò prevedere come il loro design influisca sulla miscelazione delle fibre è tutt’altro che semplice.

Due macchine, tre modalità di esercizio

I ricercatori si sono concentrati su una linea industriale che produce un tessuto non tessuto leggero (40 grammi per metro quadrato) da una miscela composta per l’80% da poliestere e per il 20% da viscosa. Hanno confrontato due moderne cardatrici “a doppio tamburo” con disposizioni interne differenti. Una impiegava un unico tamburo intermedio per trasferire le fibre tra i due cilindri principali; l’altra utilizzava un sistema più elaborato di quattro tamburi di trasferimento, consentendo una maggiore produttività. Il team ha eseguito tre prove di produzione: prima usando solo la carda più semplice a pieno carico, poi solo la carda più avanzata a pieno carico, e infine facendo funzionare entrambe le carde insieme a mezzo carico ciascuna. In tutti i casi la velocità complessiva di produzione e il peso del tessuto sono rimasti costanti.

Misurare il percorso nascosto delle fibre

Per collegare il comportamento delle macchine alle prestazioni del tessuto, gli autori hanno combinato misurazioni sperimentali con un modello matematico del moto delle fibre all’interno delle cardatrici. Il modello tratta il trasferimento delle fibre tra i rulli come un processo probabilistico: in ogni punto di contatto tra superfici, una fibra ha una certa probabilità di essere raccolta e trasportata oltre. Dalla geometria della macchina, dalle velocità dei rulli e dalla “dentellatura” delle loro coperture, il modello calcola due indicatori chiave: quanto tempo, in media, le fibre restano all’interno della carda e quanto percorrono mentre circolano attorno a tamburi e rulli lavoro–strippanti. Questi valori sono stati calcolati separatamente per le due macchine e per ciascuna configurazione di prova.

Parallelamente, il team ha prodotto migliaia di metri di tessuto e ha ricavato strisce di prova lungo l’intera larghezza della falda di 3,2 metri. Utilizzando prove standard di trazione, hanno misurato la resistenza sia nella direzione di produzione (MD, machine direction) sia in direzione trasversale (CD, cross direction). L’analisi statistica ha confermato che le tre configurazioni hanno prodotto livelli di resistenza significativamente differenti. I valori MD e CD più alti — e il rapporto più equilibrato tra essi — si sono verificati quando entrambe le carde funzionavano insieme a mezzo carico, nonostante la produzione totale fosse rimasta uguale.

Percorsi fibrillari più lunghi, trame più resistenti

Il modello ha rivelato perché la configurazione a doppia carda ha dato i migliori risultati. In tale assetto, il tempo medio che ogni fibra trascorreva nelle cardatrici era simile alle altre prove, ma la distanza totale percorsa all’interno di una delle macchine era sostanzialmente maggiore — oltre 26 metri di circolazione rispetto a circa 17 metri nel design più semplice. Questo percorso esteso fa sì che le fibre incontrino più azioni di pettinatura e miscelazione, portando a una miscela più uniforme e a un migliore allineamento. Lo studio ha trovato un chiaro legame empirico: i tessuti risultavano più resistenti quando la lunghezza del percorso delle fibre calcolata dentro le cardatrici era maggiore. In altre parole, non conta solo quanto a lungo le fibre restano nella macchina, ma quanto intensamente vengono rircircolate e miscelate.

Progettare prodotti più puliti, economici e resistenti

Dal punto di vista dell’utilizzatore, la conclusione è che un design più intelligente delle macchine può rendere i prodotti monouso più robusti e potenzialmente più sostenibili senza aumentare la quantità di fibra. Far funzionare due cardatrici in tandem e regolare il percorso delle fibre tra i loro tamburi consente ai produttori di aumentare il percorso interno di miscelazione mantenendo inalterate la velocità di produzione e il peso del tessuto. Questo apre la possibilità di usare meno materia prima per la stessa resistenza, riducendo i costi, il consumo energetico e la quantità di fibra sintetica che finisce nello scarto. Gli autori concludono che la distanza media di circolazione delle fibre nella sezione di cardatura è un indicatore semplice ma potente della resistenza del tessuto — e un obiettivo pratico per gli ingegneri che cercano materiali non tessuti con prestazioni migliori.

Citazione: Niedziela, M., Sąsiadek, M., Woźniak, W. et al. Investigation and analysis of the impact of fibre mixing on the strength of nonwoven fabrics produced using double-drum carding machines. Sci Rep 16, 11708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47728-8

Parole chiave: tessuti non tessuti, miscelazione delle fibre, macchine cardatrici, produzione spunlace, meccanica tessile