Cosa devi sapere per entrare nel mercato delle maschere

La pandemia di COVID-19 ha provocato la richiesta di miliardi e miliardi di maschere facciali e uno dei migliori materiali filtranti per tali maschere è un labirinto di minuscole fibre prodotte dal processo "soffiato a fusione". Il mercato delle maschere per il viso è aperto in questo momento, ma i processori di estrusione devono valutare tutti gli aspetti unici della fusione dei polimeri e della pressurizzazione inseriti in questo processo prima di entrare. E a causa della natura distintiva del processo soffiato a fusione, molto probabilmente è necessario acquistare nuovi macchinari, poiché la maggior parte delle attrezzature di estrusione esistenti non è adatta per la lavorazione di polimeri a bassa viscosità.
La microfibra ottenuta dal processo soffiato a fusione è inserita tra due strati di tessuto impermeabile più convenzionale per creare le maschere. Sebbene il PP sia ora il polimero più comunemente usato per tali fibre, è possibile utilizzare anche altri polimeri ad alto flusso, a seconda delle esigenze di filtraggio. Fino ad ora, la maggior parte della produzione di fibre soffiate per fusione è stata utilizzata per produrre filtri industriali, in particolare per l'industria petrolifera e chimica.
I polimeri impiegati devono fornire un elevato flusso di fusione in modo che possano essere facilmente allungati per produrre le fibre sottili; le viscosità variano da 300-1500 g / 10 min, un po 'come lo sciroppo caldo. Conchiglie di crostacei utilizzate dai ricercatori di Montreal per produrre bioplastiche La crescita continua nel mercato medico La produzione di fibre soffiate a fusione richiede un'elevata pressione di scarico dell'estrusore per forzare il polimero attraverso i minuscoli fori nella lavorazione degli stampi. Gli stampi sono simili a quelli di un foglio, tranne per il fatto che invece di una fessura, la faccia ha migliaia di piccoli fori distanziati da 0 a 010 a 0,015 pollici.
Possono esserci fino a 1000 fori per piede di larghezza della matrice. I fori possono essere piccoli fino a 0,003 pollici.
diam. con lunghi L / D per fornire stabilità. Anche con la viscosità estremamente bassa dei polimeri utilizzati, la caduta di pressione attraverso fori così piccoli con L / D lunghi può essere di diverse migliaia di psi.
Layout tipico di una linea di estrusione soffiata a fusione. Questa versione presuppone l'uso di un estrusore ad alimentazione scanalata; altrimenti, verrebbe aggiunta una pompa di fusione. Una volta che le fibre polimeriche lasciano i piccoli fori della matrice, entrano in un flusso supersonico di aria calda che allunga le fibre e le randomizza prima di depositarle su un tamburo del collettore sotto vuoto (vedi illustrazione). / sec, o maggiore di 680 miglia / h. L'aria è pari o superiore alla temperatura di fusione, quindi non raffredda la fusione durante lo stretching. La fase di stiramento del processo si verifica molto rapidamente su una breve distanza e le fibre finiscono per essere trascinate fino a uno spessore finale di 0.
00001 a 0.000015 pollici diam.
Le fibre stirate vengono quindi raffreddate dall'aria refrigerata, opacizzate sul tamburo del collettore del vuoto e avvolte in rotoli. Le fibre a questo punto assomigliano molto allo zucchero filato. Spessori, orientamenti e densità diversi possono essere ottenuti variando una serie di condizioni di processo.
Molte linee conferiscono alle fibre una carica elettrostatica per migliorare la loro capacità di trattenere particelle intrappolate durante l'uso. Gli estrusori a canna liscia hanno difficoltà a sviluppare le pressioni di scarico necessarie a velocità di uscita ragionevoli. Qual è il miglior tipo di estrusore per questo tipo di processo? Poiché il processore richiede l'uso di polimeri a flusso estremamente elevato e a bassa viscosità, gli estrusori a foro liscio avranno difficoltà a sviluppare le pressioni di scarico necessarie a velocità di uscita ragionevoli.
Esistono due modi per migliorare tale prestazione. I produttori europei di estrusori hanno utilizzato canne scanalate per sviluppare alte pressioni di testa, mentre i costruttori statunitensi si sono orientati verso L / D più lunghi e, più recentemente, per aggiungere pompe di fusione. Ci sono vantaggi e svantaggi per ogni approccio, che ho trattato in una colonna che è apparso nel numero di marzo 2015. Di recente ho consultato un'azienda che cercava di espandersi rapidamente nella produzione di maschere utilizzando la tecnologia della fibra soffiata a fusione. Sono rimasti sorpresi di quanto poco delle loro apparecchiature di estrusione esistenti possano essere utilizzate senza modifiche significative. Quindi, per ridurre il costo delle linee e accelerare la disponibilità delle apparecchiature, questo processore ha deciso di iniziare con alcuni estrusori a canna scanalata con viti speciali adatte ai polimeri ad alto flusso. Saranno necessari speciali design delle viti, indipendentemente dal fatto che un processore utilizzi un estrusore a canna scanalata o un estrusore a foro liscio con una pompa di fusione per sviluppare la pressione di stampo necessaria.
I polimeri con viscosità di fusione bassa si fondono ancora alle stesse temperature e richiedono la stessa quantità di energia da sciogliere dei processori per estrusione di materiali sono più abituati al funzionamento. Le viti dell'estrusore introducono la maggior parte della loro energia nel polimero per fonderlo attraverso la dissipazione viscosa o l'azione di taglio della vite rotante sul polimero. La quantità di potenza introdotta è proporzionale alla viscosità del polimero e alla consistenza per un determinato design della vite.
In altre parole, per ottenere una potenza e un taglio sufficienti per elaborare polimeri a bassa viscosità, le viti dell'estrusore richiedono canali molto poco profondi e alti giri / min, una combinazione che è molto atipica della maggior parte delle apparecchiature attualmente in funzione. forte è un ingegnere meccanico che è stato coinvolto in tutti i tipi di processo di estrusione per oltre 40 anni. Ora è presidente di Frankland Plastics Consulting LLC.
Contatti jim.frankland@comcast.net o (724) 651-9196.
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