Study of the susceptibility of textile structures to microfiber release

Abstract

[Abstract]:The present doctoral thesis investigates the susceptibility of textile structures to fibre release, aiming to shift the scientific focus from external mitigation strategies to the intrinsic design and architecture of fabrics. The primary objective is to establish a comprehensive, predictive understanding of material properties including structural, thermal, and mechanical features to study the drivers of fibre release. The research evaluates 16 woven and 9 knitted fabrics representing common industry compositions such as polyester, cotton, wool, acrylic, viscose and elastane. Methodologies for material characterization involve Thermogravimetric Analysis (TGA) to study thermal degradation, Differential Scanning Calorimetry (DSC) for microstructural transitions, and Dynamic Mechanical Analysis (DMA). Fibre release is quantified through two experimental environments: domestic laundry cycles for wet release and accelerated Random Tumble Pilling for dry reléase experiments designed to simulate the entire lifecycle of a textile. The study employs Principal Component Analysis (PCA) to isolate the intrinsic drivers of shedding across different fabric architectures. Additionally, a new analytical methodology is developed using the deconvolution of thermogravimetric signals via Time-Derivative Generalised Logistic (TDGL) functions to identify and quantify specific fibre blend compositions. The content is organized into two primary parts: Part I focuses on the influence of macroscopic and microscopic properties on shedding, establishing TGA as an analytical tool for blend quantification. Part II establishes the mathematical relationship between wet and dry release environments and evaluates multiple mathematical functions to characterize and predict long-term fibre release kinetics. This framework aims to provide industry-specific parameters to enhance textile durability and reduce environmental impact derived from textile fibre release.[Resumo]: A presente tese de doutoramento investiga a susceptibilidade das estruturas textiles á liberación de fibras, co obxectivo de desprazar o enfoque científico das estratexias de mitigación externas ao deseño e construción intrínsecas aos tecidos. O obxectivo principal é establecer unha comprensión preditiva e exhaustiva das propiedades dos materiais, incluídas as características estruturais, térmicas e mecánicas, para estudar os factores que impulsan a liberación de fibras. A investigación avalía 16 tecidos de calada e 9 tecidos de punto que representan composicións comúns na industria, como o poliéster, o algodón, a la, o acrílico, a viscosa e o elastano. As metodoloxías para a caracterización dos materiais inclúen a análise termogravimétrica (TGA) para estudar a degradación térmica, a calorimetría diferencial de varrido (DSC) para as transicións microesestruturais e a análise mecánico dinámica (DMA). A liberación de fibras cuantifícase a través de dous ambientes experimentais: ciclos de lavado domésticos para a liberacióin en húmido e experimentos de liberación en seco con tambor aleatorio acelerado (RTPT), deseñados para simular todo o ciclo de vida dun tecido. O estudo utiliza a análise de compoñentes principais (PCA) para illar os factores intrínsecos que provocan a perda de fibras en diferentes construcións téxtiles. Ademais, preséntase o desenvolvemento dunha nova metodoloxía analítica que utiliza a deconvolución de sinais termogravimétricas mediante funcións loxísticas xeralizadas derivadas no tempo (TDGL) para identificas e cuantificar composicións específicas de mesturas de fibras. O contido organízase en dúas partes principais: a parte I céntrase na influencia das propiedades macroscópicas e microscópicas na liberación de fibras, establecendo o TGA como ferramenta analítica para a cuantificación de mesturas de fibras. A parte II establece a relación matemática entre os ambientes de liberación húmidos e secos e avalía múltiples funcións matemáticas para caracterizar e predicir a cinética de liberación de fibras a longo prazo. Este marco ten como obxectivo proporcionar parámetros específicos para a industria coa fin de mellorar a durabilidade dos téxtiles e reducir o impacto ambiental derivado da liberación de fibras téxtiles.[Resumen]:La presente tesis doctoral investiga la susceptibilidad de las estructuras textiles a la liberación de fibras, con el objetivo de desplazar el enfoque científico de las estrategias de mitigación externas al diseño y la arquitectura intrínsecos de los tejidos. El objetivo principal es establecer una comprensión predictiva y exhaustiva de las propiedades de los materiales, incluidas las características estructurales, térmicas y mecánicas, para estudiar los factores que impulsan la liberación de fibras. La investigación evalúa 16 tejidos de calada y 9 tejidos de punto que representan composiciones comunes en la industria, como el poliéster, el algodón, la lana, el acrílico, la viscosa y el elastano. Las metodologías para la caracterización de los materiales incluyen el análisis termogravimétrico (TGA) para estudiar la degradación térmica, la calorimetría diferencial de barrido (DSC) para las transiciones microestructurales y el análisis mecánico dinámico (DMA). La liberación de fibras se cuantifica a través de dos entornos experimentales: ciclos de lavado domésticos para la liberación en húmedo y experimentos de liberación en seco con tambor aleatorio acelerado, diseñados para simular todo el ciclo de vida de un tejido. El estudio emplea el análisis de componentes principales (PCA) para aislar los factores intrínsecos que provocan la pérdida de fibras en diferentes arquitecturas de tejidos. Además, se presenta el desarrollo de una nueva metodología analítica que utiliza la deconvolución de señales termogravimétricas mediante funciones logísticas generalizadas derivadas en el tiempo (TDGL) para identificar y cuantificar composiciones específicas de mezclas de fibras. El contenido se organiza en dos partes principales: la parte I se centra en la influencia de las propiedades macroscópicas y microscópicas en la liberación de fibras, estableciendo el TGA como herramienta analítica para la cuantificación de mezclas. La parte II establece la relación matemática entre los entornos de liberación húmedos y secos y evalúa múltiples funciones matemáticas para caracterizar y predecir la cinética de liberación de fibras a largo plazo. Este marco tiene como objetivo proporcionar parámetros específicos para la industria con el fin de mejorar la durabilidad de los textiles y reducir el impacto medioambiental derivado de la liberación de fibras textiles.