Fibra metalica

Las fibras metálicas son fibras manufacturadas compuestas de metal, aleaciones metálicas, metal recubierto de plástico, plástico recubierto de metal o un núcleo completamente cubierto por metal. ^[1]

Las fibras de oro y plata, que tienen su origen en aplicaciones textiles y de indumentaria, se han utilizado desde la antigüedad como hilos para la decoración de tejidos. Más recientemente, los hilos de aluminio , los hilos de plástico aluminizado y los hilos de nailon aluminizado han sustituido al oro y la plata.

La industria actual de fibras metálicas ofrece principalmente fibras de acero inoxidable, níquel, titanio, cobre y aluminio para diversas aplicaciones. ^{[2] Los filamentos} metálicos se pueden recubrir con películas transparentes para minimizar el deslustre.

Existen muchos métodos para fabricar fibras metálicas, y cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y limitaciones. Los métodos más comunes incluyen el raspado de una masa más grande, ^[3] la fundición directa a partir del metal fundido y el crecimiento alrededor de una semilla. También se pueden tejer o entrelazar múltiples fibras para formar hebras más grandes.

El oro y la plata se han utilizado desde la antigüedad como decoración en la ropa y los textiles de reyes, líderes, nobles y personas de estatus. Muchos de estos elegantes textiles se pueden encontrar en museos de todo el mundo. ^[4] Históricamente, el hilo metálico se construía envolviendo una tira de metal alrededor de un núcleo de fibra (algodón o seda), a menudo de tal manera que revelara el color del núcleo de la fibra para mejorar la calidad visual de la decoración. ^[5] Los textiles y la ropa antiguos tejidos con hilos de oro total o parcialmente a veces se denominan tela de oro . Se han tejido en telares bizantinos desde el siglo VII al IX, y después en Sicilia , Chipre , Lucca y Venecia . ^[6] El tejido también floreció en el siglo XII durante el legado de Genghis Khan cuando el arte y el comercio florecieron bajo el dominio mongol en China y algunas áreas de Oriente Medio. ^[7] La ​​Compañía Dobeckmum produjo la primera fibra metálica moderna en 1946. ^[4]

A principios de los años 60, Brunswick Corp. llevó a cabo un programa de investigación para desarrollar un proceso económicamente viable para la formación de filamentos metálicos. Comenzaron a producir filamentos metálicos en una planta piloto a escala de laboratorio. En 1964, Brunswick producía fibras metálicas finas de hasta 1 μm a partir de acero inoxidable tipo 304. Su primera planta de producción a gran escala, ubicada en los EE. UU., se puso en funcionamiento en 1966. En la actualidad, las fibras metálicas se producen y se utilizan ampliamente en todo tipo de tecnología. Con una amplia gama de aplicaciones, es un sector maduro. ^[3]

En el pasado, el aluminio era a menudo la base de una fibra metálica. Más recientemente, el acero inoxidable se ha convertido en el metal dominante para las fibras metálicas. Dependiendo de la aleación, las fibras metálicas proporcionan propiedades al hilo que permiten su uso en aplicaciones de más alta tecnología ^{[8] [2] [ aclaración necesaria ] . [4]}

Las fibras metálicas existen en diferentes formas y diámetros. En general, el sector ofrece diámetros de fibra metálica desde 100 μm hasta 1 μm.

Las fibras metálicas existen tanto en fibras largas y continuas como en fibras cortas (con una relación longitud/diámetro inferior a 100).

En comparación con otros tipos de fibras, como las de carbono, vidrio, aramida o fibras naturales, las fibras metálicas tienen una resistencia eléctrica baja, lo que las hace adecuadas para cualquier aplicación que requiera conductividad eléctrica. Su excelente resistencia térmica las hace soportar temperaturas extremas. La resistencia a la corrosión se logra mediante el uso de aleaciones de alta calidad en aceros inoxidables u otros metales. Otras propiedades mecánicas ventajosas de las fibras metálicas incluyen una alta resistencia a la rotura, ductilidad, resistencia a los golpes, resistencia al fuego y aislamiento acústico. ^[3]

Las estructuras y productos de fibra de metal sinterizado presentan propiedades de alta porosidad, a la vez que siguen siendo estructuralmente resistentes y duraderos. Esto beneficia la función y la estructura de aplicaciones específicas como la filtración o los electrodos. ^[3]

Los filamentos metálicos recubiertos ayudan a minimizar el deslustre. Cuando se utilizan adhesivos y películas adecuados, no se ven afectados por el agua salada, el agua clorada de las piscinas ni las condiciones climáticas. Si es posible, todo lo fabricado con fibras metálicas debe limpiarse en seco, si no hay una etiqueta de cuidado. El planchado puede ser problemático porque el calor de la plancha, especialmente a altas temperaturas, puede derretir las fibras. ^[4]

Existen varios procesos que pueden utilizarse para la fabricación de fibras metálicas.

La tecnología más común se conoce como trefilado. Varios miles de filamentos se agrupan en un llamado alambre compuesto, un tubo que se estira a través de una matriz para reducir aún más su diámetro. El tubo de recubrimiento se disuelve posteriormente en ácido, lo que da como resultado fibras metálicas continuas individuales. Este alambre compuesto se estira aún más hasta que se obtiene el diámetro deseado de los filamentos individuales dentro del haz. La tecnología de trefilado permite la producción de haces de fibras metálicas continuas con longitudes de hasta varios kilómetros. Debido a la naturaleza del proceso, la sección transversal de las fibras es octogonal. Para lograr fibras de alta calidad, esta tecnología se puede ajustar, lo que da como resultado fibras uniformes y muy delgadas con una dispersión de diámetro equivalente muy estrecha. Los desarrollos especiales de los últimos años han permitido utilizar esta tecnología para la producción de fibras con diámetros tan pequeños como 200 nm e inferiores. ^[3]

En el proceso de laminación , se sella una capa de aluminio entre dos capas de acetato o película de poliéster . Luego, estas fibras se cortan en tiras longitudinales para hilos y se enrollan en bobinas. El metal se puede colorear y sellar en una película transparente, el adhesivo se puede colorear o la película se puede colorear antes de laminar. Existen muchas variaciones diferentes de color y efecto que se pueden realizar en fibras metálicas, lo que produce una amplia gama de apariencias. ^[4]

Con la tecnología de afeitado de láminas , se pueden obtener fibras con diámetros de hasta 14 μm y una sección transversal más rectangular, lo que produce haces de fibras semicontinuos o fibras cortas. ^[3]

El mecanizado de fibras cortas puede producir haces semicontinuos de fibras de hasta 10 μm. La mejora de la fabricación de fibras cortas permite una distribución estrecha del diámetro en este tipo de fibras, así como el ajuste de la geometría de la fibra. Esta tecnología es única en comparación con el afeitado de láminas o las fibras del hilado por fusión , debido a los pequeños diámetros que se pueden alcanzar y la distribución relativamente pequeña del diámetro ^[3]

Las fibras metálicas también se pueden fabricar mediante el proceso de metalización . Este proceso implica calentar el metal hasta que se vaporice y luego depositarlo a alta presión sobre la película de poliéster. ^[4] Este proceso produce fibras más delgadas, más flexibles, más duraderas y más cómodas. ^[9]

La fibra metálica también se puede extraer de un alambre (lana de acero), de una lámina o estirarla para formar un alambre de mayor diámetro. ^[3]

Las fibras metálicas se convierten en medios de fibra, ya sea como vellón no tejido o estructuras sinterizadas compuestas de fibras que van desde 1,5 a 80 μm de diámetro. Estos medios de fibra metálica porosa se han utilizado por su singularidad en aplicaciones muy exigentes. El beneficio de tener la combinación de un material permeable excepcional (porosidades de hasta el 90% para sinterizadas y hasta el 99% para estructuras no tejidas) combinado con alta resistencia a la corrosión y la temperatura es muy valorado. La estructura porosa sinterizada no tiene aglutinante ya que las fibras individuales están fuertemente unidas entre sí por unión por difusión intermetálica. Las estructuras sinterizadas 3D también se han convertido en un producto estándar. Los desarrollos recientes incluyen medios de filtrado que utilizan combinaciones de fibras metálicas y no metálicas.

Un proceso especialmente diseñado permite la producción de fibras metálicas individuales similares a polvos, conocidas como fibras cortas, con un rango de longitud sobre diámetro (L/D) de 100. Estas fibras cortas se pueden utilizar como tales o en combinación con polvos metálicos para producir estructuras de filtración sinterizadas con niveles ultra altos de filtración, al tiempo que permiten niveles únicos de permeabilidad.

Otros productos de fibra metálica son los gránulos o granos de polímero compuestos de fibras metálicas. Se pegan varios manojos de fibras con una variedad de tamaños y se aplica un revestimiento de extrusión compatible adecuado. Después de cortar estos manojos revestidos en gránulos, se pueden utilizar como aditivos en la producción de piezas de plástico conductoras/protectoras diseñadas mediante moldeo por inyección y extrusión. El beneficio exclusivo de las fibras metálicas es la formación de una red conductora con un volumen relativamente limitado de aditivos conductores.

Con fibras metálicas se pueden fabricar no tejidos o fieltros, al igual que con las fibras textiles tradicionales. En un número muy limitado de casos, se puede aplicar el punzonado para enredar las fibras y obtener fieltro punzonado.

Los haces de fibras de acero inoxidable se pueden convertir en hilos mediante procesos de hilado textil. Existen dos formas de hilo: uno con una cantidad baja de fibras y otro con una cantidad alta de fibras. El primero, con un número de filamentos de alrededor de 275, se puede convertir en un hilo de filamentos agregando torsión al haz. Los haces con varios miles de fibras se utilizan típicamente para convertir fibras en hilo hilado. Esto se puede hacer mediante rotura por estiramiento y tecnologías de hilado de hilo tradicionales posteriores. Esto da como resultado hilos 100% metálicos. Durante el proceso de hilado, se pueden mezclar estopas y también se pueden producir hilos mezclados. Son posibles mezclas con algodón, poliéster y lana. Posteriormente, los hilos metálicos se pueden convertir en varios productos textiles mediante procesos textiles. Son posibles el tejido de punto (circular, plano, urdimbre) y el tejido, así como el trenzado. Los productos textiles mezclados se pueden obtener combinando hilos metálicos con otros hilos, o utilizando hilos que tienen dos tipos de fibras en su interior y, por lo tanto, ya son mezclas por sí mismos.

Para fabricar cables, se tuercen juntos dos o más filamentos varias veces. Durante el proceso, se controla la torsión y la rectitud del cable. El cable se puede ajustar para una aplicación determinada combinando filamentos de distintas resistencias, diámetros o número de torsiones, o mediante preformado.

Las fibras metálicas se pueden utilizar como fibras de refuerzo para materiales compuestos, mejorando el comportamiento de rotura en caso de impacto y la conductividad eléctrica. Las fibras de refuerzo tradicionales de carbono o de vidrio tienen posibilidades de elongación muy limitadas, lo que da lugar a un comportamiento de rotura frágil y explosivo. Las fibras metálicas actúan de forma perfectamente complementaria a esto y pueden absorber mucha más energía antes de romperse. El procesamiento no es diferente al de cualquier otra fibra de refuerzo para materiales compuestos. Incluso es posible combinar fibras metálicas con otras fibras en una estructura compuesta "híbrida", que combina todas las ventajas del carbono, el vidrio y el acero.

Actualmente, las fibras metálicas se fabrican principalmente en Europa. El productor de fibras metálicas más grande e integrado del mundo es la empresa multinacional Bekaert , con sede en Bélgica, pero con presencia de fabricación en Europa, Asia y América. ^[2] Tres fabricantes siguen produciendo hilo metálico en los Estados Unidos. Metlon Corporation es uno de los fabricantes restantes en los EE. UU. que almacena una amplia variedad de hilos metálicos laminados y no laminados y Brightex Corporation, Reiko. Co de Japón y Corea del Sur, como Hwa Young, también fabrica fibras metálicas. ^[10] China también produce hilos metálicos; la ciudad de Dongyang contiene más de 100 fábricas, aunque algunas de ellas son sitios de producción basados ​​​​en el hogar en lugar de fábricas convencionales. ^{[ cita requerida ]} Dos de las fábricas más populares son Salu Metallic Yarn y Aoqi Textile.

En 2020, Fibrecoat, una start-up alemana de Aquisgrán, comenzó a producir fibras de basalto recubiertas de aluminio en Alemania. Su técnica de recubrimiento patentada permite un aumento exponencial de la velocidad de producción y una disminución de los pasos del proceso, el consumo de energía y el precio.

Bekaert fabrica fibras metálicas y muchos productos derivados, como fibras continuas, medios sinterizados, estructuras no tejidas, pellets de polímero, trenzas, tejidos, cables, hilos y fibras cortas. Algunas marcas reconocidas son Bekipor, Beki-shield y Bekinox.

La empresa Lurex fabrica fibras metálicas en Europa desde hace más de cincuenta años. Produce una amplia variedad de productos de fibra metálica, incluidas fibras utilizadas en tejidos para prendas de vestir , bordados , trenzas , tejidos de punto, insignias militares, adornos, cuerdas, cordones y decoración de superficies con encaje. La mayoría de las fibras de Lurex tienen una película de poliamida que cubre la hebra metálica, pero también se utilizan poliéster y viscosa. Las fibras también se tratan con un lubricante llamado PW, un aceite a base de minerales , que ayuda a ^{facilitar su uso} . ^[4]

Metlon Corporation es una marca registrada de Metallic Yarns en los Estados Unidos y ha estado produciendo hilos metálicos durante más de sesenta años. Metlon produce su hilo metálico envolviendo hilos de una sola hendidura con dos extremos de nailon. Un extremo del nailon se envuelve en el sentido de las agujas del reloj y el otro extremo se envuelve en el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor del hilo metálico. El nailon más utilizado es el de 15 o 20 deniers, pero se utilizan deniers más pesados ​​para fines especiales. ^[10]

Las fibras metálicas se utilizan en una amplia gama de sectores y segmentos.

Automotor

Las láminas sinterizadas de fibra metálica se utilizan para la filtración de partículas de diésel y gasolina y para filtros de ventilación del cárter .

Los materiales textiles resistentes al calor se fabrican a partir de fibras metálicas para los procesos de doblado de vidrios de automóviles. Estas telas de fibra metálica protegen el vidrio durante el proceso de doblado con temperaturas y presiones muy elevadas.

También cables calefactores para calefacción de asientos de automóviles y tubos de reducción catalítica selectiva , depósitos de adblue . Los cables calefactores de fibra metálica muestran una flexibilidad y durabilidad extremadamente altas en comparación con el cable de cobre.

Aeroespacial

Los filtros de fibra metálica se utilizan para la filtración de fluidos hidráulicos en los sistemas hidráulicos de las aeronaves. En comparación con los medios de filtración de fibra de vidrio, las fibras metálicas muestran una excelente durabilidad, ya que las fibras están unidas metálicamente mediante sinterización, en lugar de mantenerse unidas mediante un material aglutinante.

Las láminas porosas sinterizadas de fibra metálica se utilizan como medio de atenuación de sonido en la cabina del avión, reduciendo los ruidos del sistema HVAC y el ruido de la unidad de potencia auxiliar .

Textiles técnicos

Las fibras metálicas pueden servir como fibras antiestáticas para textiles, que se pueden utilizar, entre otros, en ropa de protección eléctrica o en grandes bolsas antiestáticas .

Los textiles de fibra metálica no sólo pueden lograr protección antiestática, sino también contra interferencias electromagnéticas (EMI).

Los textiles de fibra de acero inoxidable se pueden calentar mediante la aplicación de corriente eléctrica y también se pueden utilizar para prendas resistentes a cortes (guantes).

Fuerza

Los filtros de fibra metálica pueden alcanzar una porosidad muy alta, con tamaños de poro muy pequeños, lo que los hace adecuados para la filtración HEPA y ULPA . Estos filtros se utilizan, entre otras cosas, en las centrales nucleares como medida de seguridad para evitar la posible liberación de vapor radiactivo.

Marina

Los filtros de fibra metálica se utilizan para la purificación de combustible marino y aceite lubricante.

Otros usos de las fibras metálicas

Otro uso común de las fibras metálicas es en la tapicería de telas y textiles como el lamé y el brocado . Muchas personas también utilizan fibras metálicas en el tejido y el bordado . Hoy en día, las fibras metálicas son cada vez más comunes en la ropa, desde ropa de fiesta y de noche hasta ropa de club, ropa para clima frío y de supervivencia, y ropa de uso diario. Los hilos metálicos se tejen, trenzan y tejen en muchas telas y adornos de moda. Para una variedad adicional, los hilos metálicos se retuercen con otras fibras como lana, nailon, algodón y mezclas sintéticas para producir hilos que agregan efectos novedosos a la tela o adorno final. ^[10]

El acero inoxidable y otras fibras metálicas se utilizan en líneas de comunicación como líneas telefónicas y líneas de televisión por cable.

Las fibras de acero inoxidable también se utilizan en alfombras . Se encuentran dispersas por toda la alfombra junto con otras fibras para que no se detecten. La presencia de las fibras ayuda a conducir la electricidad, por lo que se reduce la descarga estática. Este tipo de alfombras se utilizan a menudo en áreas donde se utilizan computadoras u otras áreas donde la acumulación de electricidad estática podría dañar el equipo. Otros usos incluyen cables para neumáticos, conos de punta de misiles, ropa de trabajo como trajes protectores, trajes espaciales y guantes resistentes a cortes para carniceros y otras personas que trabajan cerca de maquinaria peligrosa o con cuchillas.

Las fibras metálicas se pueden utilizar como fibra de refuerzo o de conductividad eléctrica para compuestos reforzados con fibra.