Alors que la pandémie de COVID-19 s'est rapidement propagée dans le monde en 2020, la demande de masques faciaux N95 a rapidement dépassé l'offre. Les chaînes logistiques mondiales se sont effondrées. Et les pays qui importaient auparavant la majorité de leurs masques ont vite découvert qu'ils ne disposaient pas d'une capacité de fabrication nationale suffisante pour répondre aux besoins de la communauté médicale.
Le matériau non tissé meltblown est un composant essentiel des masques faciaux N95, ainsi que des matériaux de filtration. Fabriqué en polypropylène, ce matériau haute performance est conçu pour répondre à des spécifications de filtration strictes.
« L'un de nos domaines d'expertise est la conversion des non-tissés, y compris les lignes de production meltblown », a déclaré Michael Pappas, président de Catbridge Machinery. « Notre entreprise s'est rapidement mise au travail pour proposer une solution permettant de remédier aux pénuries de matériaux. »
Basée à Montville, dans le New Jersey, Catbridge Machinery est un fournisseur mondial de premier plan de machines de transformation de bandes et de solutions clés en main uniques. Actuellement, l'entreprise est le seul fournisseur de lignes de production meltblown clés en main basé en Amérique du Nord.
Mettre l'expertise au service de la production
Bien avant la pandémie, Catbridge Machinery disposait déjà dans son portefeuille d'équipements meltblown compacts et multi-faisceaux. En outre, ils avaient développé une ligne pilote à petite échelle pour les salons professionnels, qui comprenait les éléments clés du processus.
« Il y a toujours un certain degré de personnalisation dans nos solutions », a déclaré Pappas. « Dans ce cas, nous avons tiré parti de notre travail précédent pour conditionner une ligne spécifiquement pour le matériau des masques N95. »
Pour répondre aux normes habituelles en matière de matériaux filtrants, l'entreprise a conditionné une solution avec une largeur de bande de 1,6 m (5,2′). La ligne de production clé en main comprend à la fois des équipements de mezzanine et au niveau de l'usine – et inclut l'extrusion, le système de formation meltblown, l'équipement de manutention de bande, toutes les connexions mécaniques, un ensemble de commande et des armoires électriques.
Processus complexe
Le processus commence au niveau de la mezzanine, où des granulés de polypropylène sont introduits dans l'extrudeuse, qui chauffe le matériau à environ 240 °C (470 °F). Un seul « faisceau » de polymère liquéfié est pompé à travers un ensemble de matrices, qui présente une série de minuscules trous.
En même temps, de l'air chaud à grande vitesse est soufflé de chaque côté des points de sortie des trous pour étirer ou atténuer les fibres. Lorsque les filaments refroidissent, ils sont attirés vers une table à vide et un équipement de manutention de la toile au niveau inférieur.
« Nous pulvérisons en continu des filaments de polymère extrêmement fins sur la table à vide pour créer une toile », explique Pappas. « Cela crée un matériau filtrant qui permet à l'air de passer, mais qui peut aussi capturer beaucoup de particules. »
« Pour optimiser la filtration, la toile est également chargée statiquement », ajoute Pappas. « En conséquence, le matériau aura une “adhérence statique” pour piéger encore plus de particules. »
Le matériau est finalement acheminé, découpé et enroulé pour l'expédition.
Contrôle puissant – à la source
La ligne meltblown fonctionne sur une plate-forme de commande Rockwell Automation dotée de Allen-Bradley GuardLogix® pour les automates de sécurité et de Allen-Bradley Kinetix® pour les servovariateurs et moteurs. Le système est intégré sur un réseau EtherNet,IP™.
« En général, nous utilisions des terminaux graphiques pour l'IHM de nos machines », a déclaré Pappas. « Mais dans ce cas, nous avons choisi Allen-Bradley ASEM™ pour les PC et moniteurs industriels. »
Les produits ASEM robustes fournissent plus de puissance de calcul à la source de l'application – et plus de flexibilité dans ce qui peut être accédé et géré à partir d'un écran. Dans ce cas, le système exécute FactoryTalk® View Site Edition (SE) HMI logiciel, qui répond aux exigences de multiples parties prenantes.
Les opérateurs peuvent facilement accéder aux écrans d'affichage, aux alarmes et aux diagnostics à l'échelle du système. Et la maintenance et l'ingénierie peuvent rapidement développer des applications et entretenir facilement le système.
La beauté de la modularité – et de l'agilité
En plus de proposer une ligne de production clé en main capable de répondre à la demande immédiate de matériau pour masques N95, Catbridge s'est concentré sur la facilité d'extension et la flexibilité des machines.
« L'ensemble du faisceau au niveau de la mezzanine a été conçu pour être indépendant, modulaire – et facile à étendre », a déclaré Pappas. « Nos clients peuvent simplement ajouter des faisceaux de polymère et des tables de formation pour augmenter la capacité ou produire des mélanges uniques. »
En fait, le client qui a acheté la première ligne de production de masques N95 a déjà demandé comment ajouter un deuxième faisceau pour augmenter la production.
La ligne meltblown est également conçue pour faciliter les changements de production.
« Beaucoup des personnes avec lesquelles nous avons travaillé par le passé ne produisent pas un seul produit exclusivement », a déclaré Pappas. « Elles peuvent travailler sur des matériaux de filtration d'air automobile, des lingettes absorbantes et des masques – et chacun de ces produits a des exigences spécifiques en matière de fibres. »
La production d'un autre produit implique généralement de modifier la configuration de la matrice. En règle générale, le seul changement mécanique consiste à retirer et à remplacer la pointe de la matrice. Tous les autres ajustements sont réalisés en modifiant la recette depuis l'interface opérateur.
« La pandémie de COVID-19 a été une véritable montagne russe pour beaucoup d'entre nous », a déclaré Pappas. « Les masques N95 sont toujours en rupture de stock, mais qu'est-ce qui deviendra la norme ? Nous ne le savons tout simplement pas. En ces temps incertains, la flexibilité des machines est aussi importante que la performance. »