À medida que a pandemia de COVID-19 se espalhou rapidamente pelo mundo em 2020, a demanda por máscaras faciais N95 logo superou a oferta. As cadeias de fornecimento globais evaporaram. E os países que anteriormente importavam a maioria de suas máscaras logo perceberam que não tinham capacidade de produção doméstica suficiente para atender às necessidades da comunidade médica.
O material não tecido meltblown é um componente essencial das máscaras faciais N95, bem como dos materiais de filtragem. Feito de polipropileno, o material de alto desempenho é projetado para atender a especificações rigorosas de filtragem.
"Uma de nossas áreas de experiência é a conversão de não tecidos, incluindo linhas de produção meltblown", disse Michael Pappas, presidente da Catbridge Machinery. "Nossa empresa rapidamente começou a trabalhar para criar uma solução que pudesse ajudar a resolver a escassez de materiais."
Com sede em Montville, Nova Jersey, Catbridge Machinery é um fornecedor global líder de máquinas de conversão de web e soluções turnkey exclusivas. Atualmente, a empresa é a única fornecedora de linhas de produção meltblown turnkey com sede na América do Norte.
Colocando a experiência em prática
Muito antes da pandemia, a Catbridge Machinery já tinha equipamentos meltblown compactos e de múltiplos feixes em seu portfólio. Além disso, eles desenvolveram uma linha piloto de pequena escala para feiras comerciais que incluía os principais elementos do processo.
"Sempre há algum grau de personalização em nossas soluções", disse Pappas. "Neste caso, aproveitamos nosso trabalho anterior para criar uma linha especificamente para o material da máscara N95."
Para atender aos padrões típicos de material de filtragem, a empresa embalou uma solução com uma largura de web de 1.6 m (5.2″). A linha de produção turnkey apresenta equipamentos de mezanino e de nível de fábrica – e inclui extrusão, o sistema de formação meltblown, equipamentos de manuseio de web, todas as conexões mecânicas, um pacote de controles e painéis elétricos.
Processo complexo
O processo começa no nível do mezanino, onde os pellets de polipropileno são alimentados no extrusor, que aquece o material a cerca de 240 °C (470 °F). Um único “feixe” de polímero liquefeito é bombeado através de um conjunto de matriz, que apresenta uma série de minúsculos orifícios.
Ao mesmo tempo, ar quente de alta velocidade é soprado em ambos os lados dos pontos de saída dos orifícios para esticar ou atenuar as fibras. À medida que os filamentos esfriam, eles são atraídos para uma mesa de vácuo e equipamentos de manuseio de web no nível inferior.
"Pulverizamos continuamente fios extremamente finos de polímero na mesa de vácuo para criar uma web", explicou Pappas. "Isso cria um material filtrante que permite a passagem de ar, mas também pode capturar muitas partículas."
"Para otimizar a filtragem, a web também é carregada estaticamente", acrescentou Pappas. "Como resultado, o material terá uma 'aderência estática' para prender ainda mais partículas."
O material é finalmente transportado, cortado e enrolado para envio.
Controle poderoso – na fonte
A linha de meltblown opera em uma plataforma de controle da Rockwell Automation com Allen-Bradley GuardLogix® controladores de segurança e Allen-Bradley Kinetix® servo-drives e motores. O sistema está integrado em uma rede EtherNet/IP™.
"Normalmente, usamos terminais gráficos para a IHM de nossa máquina", disse Pappas. "Mas, neste caso, escolhemos Allen-Bradley ASEM™ para PCs e monitores industriais."
Os produtos ASEM robustos fornecem mais poder de computação na origem da aplicação – e mais flexibilidade no que pode ser acessado e gerenciado a partir de uma tela. Nesse caso, o sistema executa FactoryTalk® View Site Edition (SE) software de IHM, que atende às demandas de várias partes interessadas.
Os operadores podem acessar facilmente as telas de exibição, alarmes e diagnóstico em todo o sistema. E a manutenção e a engenharia podem desenvolver rapidamente aplicativos e manter facilmente o sistema.
A beleza da modularidade – e da agilidade
Além de fornecer uma linha de produção turnkey que pudesse atender à necessidade imediata de material para máscaras N95, a Catbridge se concentrou na fácil expansão e flexibilidade da máquina.
"O conjunto de feixe inteiro no nível do mezanino foi construído para ser independente, modular – e fácil de expandir", disse Pappas. "Nossos clientes podem simplesmente adicionar feixes de polímero e mesas de formação para aumentar a capacidade ou produzir combinações exclusivas."
Na verdade, o cliente que adquiriu a primeira linha de produção de máscaras N95 já perguntou como pode adicionar um segundo feixe para aumentar a produção.
A linha de meltblown também é construída para facilitar a troca.
"Muitas das pessoas com quem trabalhamos no passado não produzem um produto exclusivamente", disse Pappas. "Elas podem estar trabalhando em material de filtragem de ar automotivo, lenços absorventes e máscaras – e cada um desses produtos tem requisitos específicos de fibra."
Executar outro produto geralmente envolve a alteração da configuração da matriz. Normalmente, a única alteração mecânica é a remoção e substituição da ponta da matriz. Todos os outros ajustes são feitos alterando a receita na interface do operador.
"A pandemia de COVID-19 tem sido uma montanha-russa para muitos de nós", disse Pappas. "As máscaras N95 ainda estão em falta, mas o que se tornará a norma? Simplesmente não sabemos. Nestes tempos incertos, a flexibilidade da máquina é tão importante quanto o desempenho."