Con la rapida diffusione della pandemia di COVID-19 nel 2020, la domanda di mascherine N95 ha presto superato l'offerta. Le catene di approvvigionamento globali sono venute meno e i paesi che in precedenza avevano importato la maggior parte delle mascherine si sono presto resi conto di non avere una capacità produttiva nazionale sufficiente a soddisfare le esigenze della comunità medica.
Il materiale non tessuto meltblown è un componente fondamentale delle maschere facciali N95, oltre che dei materiali filtranti. Realizzato in polipropilene, questo materiale ad alte prestazioni è progettato per soddisfare specifiche di filtrazione rigorose.
"Uno dei nostri settori di competenza è la trasformazione dei tessuti non tessuti, comprese le linee di produzione meltblown", ha dichiarato Michael Pappas, presidente di Catbridge Machinery. "La nostra azienda si è subito messa al lavoro per confezionare una soluzione che potesse aiutare a risolvere i problemi di carenza di materiali".
Con sede a Montville, New Jersey, Catbridge Machinery è un fornitore leader a livello globale di macchine per la trasformazione di materiali a nastro e di soluzioni chiavi in mano uniche. Attualmente, l'azienda è l'unico fornitore di linee di produzione meltblown chiavi in mano con sede in Nord America.
Mettere a frutto le competenze
Molto prima che la pandemia colpisse, Catbridge Machinery aveva già nel suo portafoglio sia apparecchiature meltblown compatte che a raggi multipli. Inoltre, aveva sviluppato una linea pilota su piccola scala per le fiere che includeva gli elementi chiave del processo.
"C'è sempre un certo grado di personalizzazione nelle nostre soluzioni", ha affermato Pappas. "In questo caso, abbiamo sfruttato il nostro lavoro precedente per confezionare una linea specifica per il materiale delle maschere N95".
Per soddisfare gli standard tipici dei materiali filtranti, l'azienda ha confezionato una soluzione con una larghezza del nastro di 1.6 m (5.2′). La linea di produzione chiavi in mano è dotata sia di apparecchiature a livello di soppalco che di impianto e include estrusione, sistema di formatura meltblown, apparecchiature per la movimentazione del nastro, tutti i collegamenti meccanici, un pacchetto di controllo e quadri elettrici.
Processo complesso
Il processo inizia al livello del soppalco, dove i pellet di polipropilene vengono alimentati nell'estrusore, che riscalda il materiale a circa 240 °C (470 °F). Un singolo raggio di polimero liquefatto viene pompato attraverso un gruppo di stampi, che presenta una serie di minuscoli fori.
Contemporaneamente, aria calda ad alta velocità viene soffiata su entrambi i lati dei punti di uscita dei fori per allungare o attenuare le fibre. Quando i filamenti si raffreddano, vengono trascinati verso un tavolo a vuoto e apparecchiature per la movimentazione del nastro al livello inferiore.
"Spruzziamo continuamente filamenti estremamente sottili di polimero sul tavolo a vuoto per creare un nastro", ha spiegato Pappas. "Questo crea un materiale filtrante che permette il passaggio dell'aria, ma può anche catturare molte particelle".
"Per ottimizzare la filtrazione, il nastro viene anche caricato staticamente", ha aggiunto Pappas. "Di conseguenza, il materiale avrà un 'adesivo statico' per intrappolare ancora più particelle".
Il materiale viene infine convogliato, tagliato e avvolto per la spedizione.
Controllo potente – alla fonte
La linea meltblown funziona su una piattaforma di controllo Rockwell Automation dotata di Allen-Bradley GuardLogix® controllori di sicurezza e Allen-Bradley Kinetix® servoazionamenti e motori. Il sistema è integrato su una rete EtherNet/IP™.
"In genere, abbiamo utilizzato terminali grafici per il software di interfaccia operatore delle nostre macchine", ha dichiarato Pappas. "Ma in questo caso, abbiamo scelto Allen-Bradley ASEM™ PC industriali e monitor".
I prodotti ASEM per ambienti gravosi offrono maggiore potenza di calcolo alla fonte dell'applicazione – e maggiore flessibilità in ciò che può essere visualizzato e gestito da uno schermo. In questo caso, il sistema esegue FactoryTalk® View Site Edition (SE) software di interfaccia operatore, che soddisfa le esigenze di molteplici stakeholder.
Gli operatori possono accedere facilmente alle schermate di visualizzazione, agli allarmi e alla diagnostica di sistema. Il personale di manutenzione e ingegneria può sviluppare rapidamente applicazioni e mantenere facilmente il sistema.
La bellezza della modularità – e dell'agilità
Oltre a confezionare una linea di produzione chiavi in mano in grado di soddisfare l'immediata richiesta di materiale per maschere N95, Catbridge si è concentrata sulla facilità di espansione e sulla flessibilità delle macchine.
"L'intero gruppo raggio al livello del soppalco è stato costruito per essere indipendente, modulare – ed espandibile", ha dichiarato Pappas. "I nostri clienti possono semplicemente aggiungere raggi in polimero e tavoli di formatura per aumentare la capacità o produrre miscele uniche".
Infatti, il cliente che ha acquistato la prima linea di produzione di maschere N95 ha già chiesto come poter aggiungere un secondo raggio per aumentare la produzione.
La linea meltblown è inoltre progettata per un facile cambio di produzione.
"Molte delle persone con cui abbiamo lavorato in passato non producono un solo prodotto in esclusiva", ha affermato Pappas. "Potrebbero lavorare su materiali per la filtrazione dell'aria per il settore automobilistico, su salviette assorbenti e maschere – e ciascuno di questi prodotti ha requisiti specifici per le fibre".
La produzione di un altro prodotto di solito comporta la modifica della configurazione della matrice. In genere, l'unica modifica meccanica è la rimozione e la sostituzione della punta della matrice. Tutte le altre regolazioni sono determinate dalla modifica della ricetta dal software di interfaccia operatore.
"La pandemia di COVID-19 è stata un vero e proprio giro sulle montagne russe per molti di noi", ha dichiarato Pappas. "Le maschere N95 sono ancora scarse, ma cosa diventerà la norma? Semplicemente non lo sappiamo. In questi tempi incerti, la flessibilità delle macchine è importante quanto le prestazioni".