A medida que la pandemia de COVID-19 se extendió rápidamente por todo el mundo en 2020, la demanda de mascarillas faciales N95 pronto superó la oferta. Las cadenas de suministro globales se evaporaron. Y los países que anteriormente importaban la mayoría de sus mascarillas pronto se dieron cuenta de que no tenían suficiente capacidad de fabricación nacional para satisfacer las necesidades de la comunidad médica.
El material no tejido meltblown es un componente fundamental de las mascarillas faciales N95, así como de los materiales de filtración. Fabricado con polipropileno, el material de alto rendimiento está diseñado para cumplir con estrictas especificaciones de filtración.
"Una de nuestras áreas de especialización es la conversión de no tejidos, incluidas las líneas de producción meltblown", dijo Michael Pappas, presidente de Catbridge Machinery. "Nuestra empresa se puso rápidamente a trabajar para empaquetar una solución que pudiera ayudar a abordar la escasez de materiales".
Con sede en Montville, Nueva Jersey, Catbridge Machinery es un proveedor global líder de maquinaria de conversión de rollo y soluciones únicas llave en mano. Actualmente, la empresa es el único proveedor de líneas de producción meltblown llave en mano con sede en Norteamérica.
Poner la experiencia a trabajar
Mucho antes de que llegara la pandemia, Catbridge Machinery ya contaba con equipos meltblown compactos y de múltiples haces en su portafolio. Además, habían desarrollado una línea piloto a pequeña escala para ferias comerciales que incluía los elementos clave del proceso.
"Siempre hay cierto grado de personalización en nuestras soluciones", dijo Pappas. "En este caso, aprovechamos nuestro trabajo anterior para empaquetar una línea específicamente para el material de las mascarillas N95".
Para cumplir con los estándares típicos de materiales de filtración, la empresa empaquetó una solución con un ancho de banda de 1.6 m (5.2′). La línea de producción llave en mano cuenta con equipos tanto en la entreplanta como a nivel de planta, e incluye extrusión, el sistema de formación meltblown, equipo de manejo de banda, todas las conexiones mecánicas, un paquete de controles y tableros eléctricos.
Proceso complejo
El proceso comienza en el nivel de la entreplanta, donde los gránulos de polipropileno se alimentan a la extrusora, que calienta el material a aproximadamente 240 °C (470 °F). Un solo “haz” de polímero licuado se bombea a través de un conjunto de troqueles, que cuenta con una serie de orificios minúsculos.
Al mismo tiempo, aire caliente de alta velocidad se sopla a ambos lados de los puntos de salida de los orificios para estirar o atenuar las fibras. A medida que los filamentos se enfrían, se dirigen hacia una mesa de vacío y el equipo de manejo de banda en el nivel inferior.
"Rociamos continuamente hebras extremadamente delgadas de polímero sobre la mesa de vacío para crear una banda", explicó Pappas. "Esto crea un material filtrante que permite que pase el aire, pero que también puede capturar muchas partículas".
"Para optimizar la filtración, la banda también se carga estáticamente", añadió Pappas. "Como resultado, el material tendrá una ‘adherencia estática’ para atrapar aún más partículas".
Finalmente, el material se transporta, se corta y se enrolla para su envío.
Control potente – en la fuente
La línea meltblown funciona con una plataforma de control de Rockwell Automation que utiliza Allen-Bradley GuardLogix® controladores de seguridad y Allen-Bradley Kinetix® servodrives y motores. El sistema está integrado en una red EtherNet/IP™.
"Normalmente, hemos utilizado terminales gráficas para nuestro software de HMI de máquina", dijo Pappas. "Pero en este caso, elegimos Allen-Bradley ASEM™ PC industriales y monitores".
Los productos ASEM resistentes proporcionan más potencia de cómputo en el origen de la aplicación – y más flexibilidad en lo que se puede acceder y gestionar desde una pantalla. En este caso, el sistema ejecuta FactoryTalk® View Site Edition (SE) software de HMI, que satisface las demandas de múltiples partes interesadas.
Los operadores pueden acceder fácilmente a pantallas, alarmas y diagnósticos de todo el sistema. Y el personal de mantenimiento e ingeniería puede desarrollar rápidamente aplicaciones y mantener fácilmente el sistema.
La belleza de la modularidad – y agilidad
Además de empaquetar una línea de producción llave en mano que pudiera satisfacer la necesidad inmediata de material para mascarillas N95, Catbridge se enfocó en la fácil expansión y en la flexibilidad de las máquinas.
"Todo el ensamblaje de haz en el nivel de la entreplanta se diseñó para ser independiente, modular – y fácil de expandir", dijo Pappas. "Nuestros clientes pueden simplemente añadir haces de polímero y mesas de formación para aumentar la capacidad o producir mezclas únicas".
De hecho, el cliente que compró la primera línea de producción de mascarillas N95 ya ha preguntado cómo puede añadir un segundo haz para aumentar la producción.
La línea meltblown también está diseñada para un fácil cambio.
"Muchas de las personas con las que hemos trabajado en el pasado no producen un solo producto", dijo Pappas. "Pueden estar trabajando en material de filtración de aire automotriz, toallitas absorbentes y mascarillas – y cada uno de estos productos tiene requisitos específicos de fibras".
Producir otro producto normalmente implica cambiar la configuración del troquel. Por lo general, el único cambio mecánico es quitar y reemplazar la punta del troquel. Todos los demás ajustes se realizan cambiando la receta desde la interface de operador.
"La pandemia de COVID-19 ha sido una montaña rusa para muchos de nosotros", dijo Pappas. "Todavía hay escasez de mascarillas N95, pero ¿qué se convertirá en la norma? Simplemente no lo sabemos. En estos tiempos de incertidumbre, la flexibilidad de las máquinas es tan importante como el rendimiento".