Innovaciones en maquinaria compuesta

Si bien la ITMA sigue siendo un evento con ofertas limitadas de compuestos, muchos eventos relacionadosLas innovaciones se encontraron en ITMA 2023.

Por Prateeti Ugale

Recientemente se celebró en Milán la 19ª feria internacional de maquinaria textil, ITMA 2023. Las “olimpiadas” de exposiciones de maquinaria textil que se realizan cada cuatro años, tienen una exposición que se realiza cada cuatro años, tienen un material mientras que las resinas de matriz incluyen materiales como epoxi, poliuretano (PU) y otros que funcionan como pegamento para mantener el refuerzo en su lugar1. Se pueden utilizar técnicas de producción de trenzado, no tejidos, tejido y tejido para obtener una arquitectura de refuerzo. Los compuestos tienen infinitas aplicaciones, incluidas la automoción, los deportes, la aeroespacial, la medicina, la construcción y muchas otras. El proceso de fabricación de composites suele incluir:

• preimpregnado: arquitectura de fibras lograda mediante la colocación cuidadosa de las fibras, también denominada colocación de cintas; • impregnación: las fibras y las resinas se mezclan para formar un compuesto; y • consolidación: se establece un contacto íntimo entre capas de fibras o láminas.

Los compuestos también pueden utilizar rellenos, aditivos y revestimientos de acabado superficial según las aplicaciones de uso final. La técnica o proceso de laminación es otra clase de compuesto que implica la fabricación de un material con múltiples capas para lograr propiedades de uso final como apariencia y resistencia.

Estructuras de refuerzo trenzado — Los compuestos trenzados están a la vanguardia del mercado de compuestos debido a su integridad estructural y rentabilidad. El con sede en FranciaInterreg Europa Noroeste (NWE)ProgramasoportadoCOBRACOMP El proyecto tiene como objetivo desarrollar, probar y validar un nuevo proceso automatizado de trenzado textil para producir preformas para refuerzo de materiales compuestos. La organización exhibió una sección de su trenzadora en la ITMA. Se logra un mayor rendimiento mecánico con el innovador conjunto de trenza axial 3D multicapa con más hilo axial, fracción de fibra y homogeneidad. El experto en compuestos Georges Cahuzac inventó una nueva arquitectura que no tiene espacios entre fibras unidireccionales (UD), una relación de polarización a UD de 5:4 equivalente al 80 por ciento e introduce cuatro secciones de UD por capa. El cono de choque frontal es una aplicación que ilustra que esta trenza puede absorber mucha energía debido a la presencia de hilos UD que ayudan a resistir la propagación de grietas.

Zhejiang Benfa Tecnología Co. Ltd. , China, mostró en su stand una máquina trenzadora de mangueras. Las trenzas producidas con esta trenzadora se utilizan como mangueras de alambre de alta presión, mangueras de teflón, mangueras de caucho de alta presión y mangueras de aire acondicionado para automóviles, entre otras aplicaciones. Su maquinaria puede trenzar utilizando alambre de acero inoxidable y aluminio, así como nailon, polietileno e hilos compuestos.

Con sede en AlemaniaHERZOG GmbH Se muestran las máquinas trenzadoras de cuerdas SE 1/32-432 y SE 1/32-266. Su máquina trenzadora de fibra de vidrio GF 1/32-120 junto con el tensor se utiliza para producir fundas de fibra de vidrio y para sobretrenzar mangueras con fibra de vidrio.

Estructuras de refuerzo no tejidas— Con sede en AlemaniaSoluciones AUTEFA convierte los desechos de fibra de carbono reciclando fibras de carbono en telas no tejidas de fibra de carbono. Si el residuo está libre de resina se puede procesar directamente en maquinaria AUTEFA; de lo contrario, la resina debe eliminarse mediante pirólisis. La máquina formadora de bandas aerodinámica Airlay K 12 puede producir un no tejido con orientación de fibra isotrópica y separación media de fibra. La tarjeta de carbono de Autefa Solutions puede producir una separación de fibras increíblemente buena con orientación UD. La orientación de las fibras, el peso de la superficie y el ancho del tejido no tejido se pueden ajustar utilizando Crosslapper TOPLINER en combinación con la carda. Su Needle Loom Stylus puede procesar 100 por ciento de fibras de carbono y permitir la unión mecánica de redes. Al agregar un termoplástico, se pueden producir telas no tejidas unidas térmicamente usando el horno Thermobonding HiPerTherm. Autefa es el proveedor clave de líneas de punzonado cardado y superpuesto, tecnología de formación de bandas aerodinámicas, líneas de termounión y líneas de spunlace.

Con sede en AlemaniaGrupo Dilo demostró la nueva tecnología MicroPunch como alternativa al hidroenredado. Se trata de una tecnología de punzonado “verde” para telas no tejidas ligeras desde la apertura de la paca hasta el paso final del bobinado. La tecnología se clasifica como verde porque el material recortado se puede reciclar dentro del proceso, por lo que no hay pérdida de fibra ni consumo de agua. Estos no tejidos livianos, en el rango de 30 a 40 gramos por metro cuadrado (g/m2), se pueden usar para aplicaciones que incluyen cuero artificial y automoción, entre otras aplicaciones. Los inventos de Dilo, Hyperpunch y Cyclopunch, tienen una velocidad de 150 metros por minuto (m/min) y una frecuencia de brazada de 3000 por minuto. Dilo demostró la máquina con una densidad de agujas de 45.000 agujas por m por tabla, una profundidad de púa de 20 a 40 micrones y una velocidad de rendimiento de hasta 140 m/min a 2.000 carreras/min. Las máquinas de Dilo Group también pueden procesar aramidas, fibra de vidrio, P84® y polipropileno (PP), que es útil para aplicaciones compuestas.

Estructuras de refuerzo tejidas— Con sede en AlemaniaLindauer DORNIER GmbH La máquina de tejer de chorro de aire A2 debutó en ITMA 2023 y, por lo tanto, su puesto estuvo muy concurrido. Esta nueva máquina proporciona una eficiencia mejorada, así como una mayor flexibilidad y confiabilidad para los textiles técnicos. Los sistemas controlados electrónicamente monitorean y controlan la inserción confiable de la trama. DORNIER Composite Systems® está diseñado para producir tejidos de refuerzo de alta calidad. Mundialmente conocida, la máquina de tejer mecha P2 produce tejidos de refuerzo utilizando fibras de carbono, vidrio y aramida. Los equipos Tritos® PP fabrican textiles multicapa con estructuras complejas para refuerzos compuestos utilizando patrones de tejido digitales, movimiento rápido del estoque para una baja filamentación y geometría de calada flexible. Protos® TW es una máquina de tejer de cintas que puede procesar materiales similares a tiras, como cintas y películas de refuerzo de fibra, utilizando un alimentador de torsión cero. Por último, la máquina Protos® TP se utiliza para cinta UD que puede recubrirse con un aglutinante o impregnarse con resina termoplástica.

Con sede en SuizaGrupo Jacob MüllerSe exhibió el telar de telas estrechas NFM 53 2/130, que puede fabricar telas espaciadoras, cintas, cintas rígidas y cintas elásticas con transportes de hilo controlados adecuados para todo tipo de hilos.

Estructuras de refuerzo tejidas—COMEZ Internacional , un miembro del grupo Jacob Müller presentó la DNBF/EL-800, una máquina de tejido por urdimbre tipo Raschel controlada electrónicamente que puede producir tejidos de punto en 3D, tejidos tubulares y redes para la industria del automóvil. Opera a una velocidad mayor en comparación con los modelos anteriores. Müller también ofrece el telar de agujas NH2 53 8/27 que utiliza el sistema de tejido Z6 para fabricar tejidos espaciadores adecuados como refuerzos en materiales compuestos ligeros y puede proporcionar una buena estabilidad a la compresión incorporando monofilamentos.

Con sede en AlemaniaGrupo Karl Mayer mostró nuevos desarrollos digitales y aplicaciones de inteligencia artificial para cambiar patrones sin hacer ajustes manuales. Se demostró la HKS 3-M ON, la máquina de tricot de tres barras más rápida y una máquina de tricotar por urdimbre compacta, así como una máquina de tricotar por urdimbre con depósito de trama para producir textiles técnicos con un menor desperdicio de hilo de trama y una mayor velocidad de trabajo y ancho. El panel de KM.ON es fácil de usar y aborda el problema de la escasez mundial de trabajadores calificados. En el área de preparación de urdimbre destacó MULTI-MATIC® 32 Compact. Karl Mayer también ofrece máquinas compuestas para la producción de textiles biaxiales y multiaxiales, líneas de extensión de fibras y cintas termoplásticas reforzadas con fibras.

BIAXTRONIC® II puede producir estructuras de capas biaxiales; COP MAX 4 puede producir estructuras multicapa y multiaxiales; MAXTRONIC® puede producir compuestos de fibra de vidrio de alto rendimiento; y COP MAX 5 puede procesar fibras de carbono y textiles livianos. UD 500 Y UD 700 son máquinas esparcidoras de fibra que pueden producir cintas de fibra a partir de hilos de filamento continuo. SIM.PLY UD puede producir cintas de hasta 800 milímetros (mm) de ancho.

En ITMA 2023, con sede en SueciaIPCO AB destacó sus Sistemas Termo-Prensa y Sistemas de Dispersión. El sistema de dispersión de IPCO puede depositar materiales en polvo, granulares y fibrosos sobre un material portador de hasta 1800 mm de ancho. Las aplicaciones incluyen compuestos, no tejidos y textiles. ScatterPro F puede dispersar fibras como vidrio y carbono de manera uniforme utilizando características clave como un agitador especial para una distribución uniforme, un rodillo de dispersión optimizado para sujetar las fibras, una cuchilla doctora rígida o ajustable, un cambio fácil del rodillo del cepillo y un rodillo de dispersión con posición digital. pantalla para ajustar la distancia entre los dos rodillos.

IPCO fabrica prensas de doble banda utilizadas en la producción de compuestos. Sus prensas incluyen ThermoPress TB, que tiene correas recubiertas de Teflon® y elementos de contrapresión para fabricar materiales multicapa, termoplásticos mixtos, fibra de carbono, fibra de vidrio y láminas sándwich compuestas. ThermoPress CB se utiliza para fabricar compuestos de fibra y metal. ThermoPress SB es una tecnología de prensa de doble correa basada en correa de acero de alta presión que se utiliza para fabricar compuestos de metal y plástico de alto rendimiento. IPCO tiene un centro de pruebas de excelencia de 1.600 metros cuadrados en Alemania que cuenta con una gama completa de procesos desde impregnación, laminación y consolidación hasta templado y enfriamiento. La empresa puede consolidar láminas prelaminadas e impregnar fibras con resina que se puede aplicar en forma líquida, en película o en polvo sobre un fieltro o material no tejido.

Con sede en AlemaniaBRÜCKNER Trockentechnik GmbH & Co. KG , exhibió innovaciones para recubrimiento y acabado textil en ITMA 2023. Su línea de acabado para tejido de malla de vidrio y refuerzos de construcción es la línea de acabado de fibra de vidrio Techno-line TT. La unidad de recubrimiento OPTI-COAT KA/KC tiene un diseño simple y compacto con una unidad combinada de cuchilla/cuchilla flotante contra cilindro. Los tejidos tejidos y de punto se pueden procesar para aplicaciones de uso final, incluidos materiales técnicos de protección ligeros y bolsas de aire.

Desde 1949, con sede en AlemaniaMáquinas de fabricación Herbert Meyer GmbH ha estado fabricando máquinas y prensas de fusión, laminación y dispersión. En su stand un representante de Ventas Técnicas mencionó que la empresa cuenta con tecnología de unión para compuestos como láminas sándwich alveolares y compuestos de refuerzo de fibra; y para textiles técnicos como recubrimiento en polvo e impregnación. Para los preimpregnados, el comportamiento de flujo del adhesivo termoplástico es importante, ya que las fibras deben encapsularse de manera óptima. Prepreg fabrica productos semiacabados para componentes de uso final. Para esta aplicación, Meyer cuenta con máquinas laminadoras que pueden generar alta presión tanto lineal como superficialmente. Estos preimpregnados se pueden utilizar en televisores, portátiles, teléfonos móviles, en las industrias de la aviación y la automoción y para componentes de construcción ligeros. El KFK-P es un laminador de alta presión a temperaturas elevadas que se utiliza para procesar compuestos reforzados con fibra y otros compuestos. Algunos aspectos técnicos destacados son la tensión hidráulica de la correa, la presión hidráulica mediante rodillos de presión y la presión superficial neumática.

Meyer también ofrece una línea de producción para fabricar esteras de vidrio a partir de mechas de vidrio con la ayuda de una unidad de corte que corta las mechas en una longitud definida y las esparce uniformemente sobre una cinta transportadora. A continuación, un esparcidor de polvo distribuye el polvo adhesivo. Una estación de precalentamiento por infrarrojos ayuda a que el adhesivo se derrita rápidamente para aumentar la velocidad de producción. Las aplicaciones de las máquinas de laminación y dispersión son el templado y la sinterización de capas UD/Dirección de la máquina (MD), el recubrimiento de cintas UD, la termoconsolidación de capas UD/MD, la conexión de cintas UD individuales a capas de gran superficie y , producción de cintas UD-/MD en diferentes direcciones efectivas.

La prensa de termoconsolidación de Meyer es adecuada para capas de carbón o cualquier otro material que requiera altas temperaturas de procesamiento. La temperatura puede llegar hasta los 400°C.

Con sede en Italiamatex srl tiene experiencia en máquinas de recubrimiento y acabado desde 1973. En ITMA 2023, mostró un cabezal de recubrimiento de cilindro inverso con características que incluyen un sistema de conducción independiente, control de tensión para ajustes con materiales livianos, bandejas para recirculación continua, control de espacio mediante pantalla digital, rodillo extraíble y Bandeja de limpieza que ayuda con un fácil mantenimiento. Las máquinas pueden realizar recubrimiento directo y recubrimiento por transferencia con una cuchilla o un cilindro giratorio. Matex también dispone de equipos de impregnación como Rotocomp para la impregnación de sustratos compuestos con fibras de carbono, vidrio o aramida. Rotocoat, Rotomark, Rotopharm y Rotosplit son sus líneas de laminación. Las aplicaciones de uso final incluyen insonorización para oficinas, automoción y filtración.

Zappa Macchine Srl , Italia, fue fundada en 1860 y su larga historia aporta experiencia y conocimiento en laminación termofusible, recubrimiento, impregnación, calandrado, flocado, preimpregnado y dispersión de polvo. Con el cabezal de recubrimiento modelo HSM-2, el recubrimiento con cuchilla en aire y con cuchilla sobre rodillo es factible. Esta tecnología se utiliza en aplicaciones como preimpregnados, textiles técnicos y textiles tradicionales. El cabezal se puede personalizar según los requisitos del cliente y tiene ajustes precisos de separación de las hojas. El ancho oscila entre 500 y 6.000 mm y la velocidad mecánica es de 0 a 40 m/min. La compañía también destacó un cabezal de huecograbado que puede recubrir diferentes resinas a base de agua sobre un tejido para lograr el efecto "esmerilado" de Brinatura. Puede aplicar micropuntos de resina mediante diferentes rodillos grabados. El cabezal también se puede utilizar para aplicar efectos especiales como laminación con película metalizada. El ancho de banda de esta máquina es de 1.600 a 3.600 mm y la velocidad mecánica es de 0 a 40 m/min.

Con sede en ItaliaCOS.TASrl diseña líneas industriales para aplicaciones que incluyen cuero sintético, curtiduría, revestimiento por inmersión de fibra de carbono y ribetes de muebles. COS.TA ofrece tecnología de recubrimiento por inmersión de alto rendimiento para fibra de carbono, fibra de vidrio y Kevlar® que se puede utilizar para la preparación de preimpregnados. La empresa también cuenta con líneas de laboratorio para investigación y desarrollo, tecnología de autoadhesivos, laminaciones textiles técnicas y líneas de fusión en caliente.

Con sede en Alemania A. Monforts Textile Machinery GmbH & Co. KG presentó la unidad de recubrimiento Montex®Coat, que puede recubrir con cuchilla de aire, cuchilla giratoria, rasqueta magnética, serigrafía rotativa, recubrimientos de pasta y espuma; por lo tanto, puede ofrecer muchas soluciones personalizadas de un solo proveedor. Tiene características mejoradas que incluyen ahorro de tiempo de configuración, dispositivo de control portátil y limitadores de bordes automáticos para una adaptación inmediata a los cambios en el ancho de recubrimiento.

Con sede en los Países BajosVan Wees UD y Crossply Technology BV entraron en la industria de los compuestos en 1994. La empresa se enorgullece de ser la única que ofrece tecnología UD y de capas cruzadas multiaxiales. Fabrica máquinas de impregnación de resina termoplástica UD, máquinas de impregnación de telas preimpregnadas (termoestables), máquinas de plegado cruzado, líneas de laminación, filetas y otras máquinas hechas a medida. También ofrece servicios de productos y desarrollo en su Centro de Investigación y Tecnología (R&TC).

Van Wees exhibió una variedad de muestras en ITMA, incluido PP de fibra de vidrio, un rollo cruzado de PP de fibra de carbono; materiales utilizados para aplicaciones blandas como lonas para velas y materiales de protección flexibles como chalecos antibalas; y polímero reforzado con fibra de lino.

En Van Wees, la tecnología ofrece una sección de extensión, una sección de impregnación y un bobinado final mediante el control de la tensión en cada hilo. Las fibras que se pueden procesar en estas máquinas son fibras de vidrio, carbono, aramida y polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE), que se convierten en cintas UD mediante resina de dispersión. Luego, estas cintas se utilizan como materia prima para las máquinas UD multiaxiales o de capas cruzadas para fabricar compuestos con diversas orientaciones y capas de fibras.

Las tres máquinas que ofrece Van Wees para la impregnación de fibras y tejidos son la impregnación por dispersión, la impregnación termoestable mediante recubridor de rodillo inverso y la impregnación de resina termoplástica con extrusora en línea. La impregnación de dispersión es estable con una alta impregnación debido a la fácil penetración a una velocidad de 20 m/min. Los preimpregnados termoestables se fabrican en un proceso de un solo paso mediante un aplicador de rodillo inverso a una velocidad de 3 a 10 m/min. Para la impregnación de resinas termoplásticas, la película se fabrica fundiendo el polímero en una extrusora y midiendo el espesor de la película en un rodillo de impregnación a una velocidad de 3 a 15 m/min.

VanWees también cuenta con equipos para fabricar escamas, que se pueden moldear por compresión en una prensa para fabricar productos. Para paneles planos, dispone de mesas calefactadas sobre las que se consolida el material únicamente mediante presión de vacío. Todo el equipo utilizado internamente está disponible comercialmente.

Van Wees también tiene experiencia en pruebas y asesoramiento, y cuenta con máquinas de inspección en sus instalaciones de investigación, así como bobinadoras de tambor que pueden imitar los procesos tal como se llevarían a cabo en la producción real de capas cruzadas y UD.

Texmer GmbH & Co. KG , Alemania, se especializa en el desarrollo y suministro de filetas para todos los materiales de bobinado que puedan extraerse tanto tangencialmente como por cabeza. Un motor en la fileta calcula y controla la tensión desde la bobina llena hasta la bobina vacía. La empresa desarrolló sistemas de equilibrio de tensión patentados que ofrecen un número sustancial de posibilidades de ajuste. Texmer tiene experiencia con filetas con freno neumático de alta calidad que se caracterizan por tiempos de respuesta cortos, alta seguridad operativa y desgaste extremadamente bajo. El control del diámetro garantiza operaciones sin problemas. Estas filetas están hechas para hilos y cintas técnicas. Los elementos guía con revestimiento especial ayudan a reducir al mínimo el daño de la fibra de carbono y aumentan la confiabilidad del proceso. Es particularmente importante que las filetas de mecha de vidrio de baja tensión del hilo tengan un control exacto. Los mandriles neumáticos tienen soluciones de desenrollado de fibra de vidrio sin torsión. El hilo entra en contacto mínimo con la fileta Texmer y puede estirarse lo más lejos posible sin deflexión. Una fileta precursora de poliacrilonitrilo (PAN) puede contener diámetros de bobina de hasta 1.000 nanómetros y un peso de hasta 500 kilogramos (kg). Todas las posiciones se controlan individualmente. Una vez que se ajusta la unidad de control de las filetas controladas electrónicamente, mantendrá la tensión del hilo requerida acelerando o desacelerando el motor durante la operación.

Topocrom GmbH , Alemania, ofrece la estructura de superficie Topocrom® para protección contra el desgaste y la corrosión que ayuda a extender la vida útil de las piezas de la máquina. Es un desafío procesar fibras técnicas como las de carbono, aramida, vidrio y basalto porque pueden ser muy abrasivas. Si los filamentos de fibra se rompen, rasgan, se pegan o se empalman, esto puede provocar interrupciones en las operaciones automatizadas, lo que a menudo ocurre debido a la superficie inadecuada del elemento guía. Topocrom emplea un proceso de galvanoplastia de cromo. Los materiales base adecuados para el cromado incluyen acero, aleaciones de acero, hierro fundido, acero inoxidable, cobre, aleaciones de cobre, titanio y aleaciones de titanio. La rugosidad de la superficie se puede cambiar alterando la corriente durante la galvanoplastia y el recubrimiento Topocrom puede evitar el empalme, la envoltura y la adhesión de filamentos, reducir la formación de polvo y aumentar la resistencia al desgaste. Van Wees también desarrolla filetas con características como tensión regulada del hilo con accionamiento manual o ajuste automático para cada fila individual o para toda la fileta. Esto resulta útil al procesar hilos como nailon, poliéster, aramidas y UHMWPE. En el caso de la fibra de carbono, suministra ojales especiales para evitar que se tuerzan los cables. La fileta para mecha de vidrio de Van Wees puede manejar rollos pesados ​​de hasta 25 kg.

Con sede en SuizaRetech AG proporciona tratamientos térmicos para hilos de filamentos con componentes, máquinas y sistemas de monitoreo durante el proceso de alta calidad. La empresa demostró interesantes avances sostenibles para los godets calentados que son cruciales en la fabricación de hilos sintéticos. Retech presentó el nuevo controlador de temperatura “línea azul” UCR-6/CR-7 y el transmisor UTR-4/UTR-4A. Los nuevos dispositivos son sostenibles ya que consumen menos energía, lo que reduce el coste total y produce resultados excepcionales. Retech presentó su innovación en un manuar personalizado con godet, tecnología de Internet de las cosas (IOT) y concepto de accionamiento de velocidad (súper) lenta. Presentó mediciones de vibración, visualización de temperatura de rodamientos y medición de temperatura de inducción; y su unidad de demostración explicó los efectos negativos de la temperatura y las vibraciones. Los algoritmos, dispositivos de monitoreo y sensores recientemente desarrollados pueden lograr una mayor productividad, menos tiempo de inactividad y una vida útil más larga.

Con sede en AlemaniaOsthoff-Senge GmbH & Co. KG mostró una de sus máquinas chamuscadoras que muchas veces es el primer paso hacia el acabado. Se pueden tratar tejidos y tejidos de punto compuestos de algodón, viscosa y fibras de vidrio. La máquina de visualización tenía cinco pies de ancho y funcionaba a una velocidad de 100 m/min.

Los compuestos textiles desempeñan un papel importante como innovaciones en materiales ligeros de alto rendimiento utilizados en fundas para baterías de electronvoltios o cuero artificial para marcas de moda de alta gama, entre otras aplicaciones. El tema de ITMA 2023 fue “Transformar el mundo de los textiles” y el evento contó con 20 sectores de innovaciones, incluidos los compuestos, aunque las tecnologías de compuestos siguen siendo un enfoque relativamente pequeño. Algunas empresas se especializan en tecnologías compuestas, mientras que otras se centran en la fabricación de trenzados, telas no tejidas, tejidos y refuerzos tejidos que pueden usarse en aplicaciones compuestas. En ITMA, varias empresas demostraron su capacidad para procesar fibras de alto rendimiento en sus máquinas, brindar consultas y pruebas de investigación y desarrollo y fabricar por contrato. En general, la ITMA de este año reveló avances notables en la mejora de la sostenibilidad de los procesos al reducir el desperdicio y agregar tecnologías más inteligentes y rápidas para hacer que las máquinas sean más automatizadas y eficientes.

Referencias:

1 llanta Romeo. (Dakota del Norte). ¿Qué son los compuestos? – Romeo RIM. Recuperado el 19 de julio de 2023 de https://romeorim. com/qué-son-compuestos

Nota del editor: Prateeti Ugale es Ph.D. estudiante de ciencias de fibras y polímeros y asistente de investigación y enseñanza en la Facultad de Textiles Wilson de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Raleigh, Carolina del Norte.

Septiembre/Octubre 2023