Fibra metálica

Las fibras metálicas son fibras fabricadas compuestas de metal, aleaciones metálicas, metal revestido de plástico, plástico revestido de metal o un núcleo completamente revestido de metal.

Teniendo su origen en aplicaciones textiles y de confección, las fibras de oro y plata se han utilizado desde la antigüedad como hilos para la decoración de telas. Más recientemente, los hilos de aluminio, los hilos de plástico aluminizado y los hilos de nylon aluminizado han reemplazado 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. Los filamentos metálicos se pueden recubrir con películas transparentes para minimizar el deslustre.

La fibra de metal también se puede afeitar a partir de alambre (lana de acero), afeitarse a partir de papel de aluminio, extraer un haz de alambre de mayor diámetro, mecanizarse a partir de un lingote, moldearse a partir de metal fundido o crecer alrededor de una semilla (a menudo carbono).

Historia

El oro y la plata se han utilizado desde la antigüedad como decoración en la vestimenta 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. 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 revelaba el color del núcleo de fibra para mejorar la calidad visual de la decoración. Los textiles antiguos y la ropa tejida total o parcialmente con hilos de oro a veces se denominan telas de oro. Se han tejido en telares bizantinos desde los siglos VII al IX, y después en Sicilia, Chipre, Lucca y Venecia.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 del Medio Oriente. The Dobeckmum Company produjo la primera fibra metálica moderna en 1946.

A principios de la década de 1960, Brunswick Corp. llevó a cabo un programa de investigación para desarrollar un proceso económicamente viable para formar filamentos metálicos. Comenzaron produciendo filamentos metálicos en una planta piloto a escala de laboratorio. En 1964, Brunswick producía fibras metálicas finas de hasta 1 μm de acero inoxidable tipo 304. Su primera planta de producción a gran escala, ubicada en los EE. UU., se puso en funcionamiento en 1966. Las fibras metálicas ahora se producen y utilizan ampliamente en todo tipo de tecnología. Con una amplia gama de aplicaciones, es un sector maduro.

En el pasado, el aluminio solía ser 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 aportan propiedades al hilo que permiten su uso en aplicaciones de más alta tecnología.

Propiedades de la fibra

Las fibras metálicas existen en diferentes formas y diámetros. Generalmente, 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 el carbono, el vidrio, la aramida o las fibras naturales, las fibras metálicas tienen una baja resistencia eléctrica. Esto los hace adecuados para cualquier aplicación que requiera conductividad eléctrica. Su excelente resistencia térmica les 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 alta tensión de rotura, ductilidad, resistencia a los golpes, resistencia al fuego y aislamiento acústico.

Las estructuras y los productos de fibra de metal sinterizado muestran propiedades de alta porosidad, sin dejar de ser estructuralmente fuertes y duraderos. Esto beneficia la función y estructura de aplicaciones específicas como filtración o electrodos.

Los filamentos metálicos revestidos ayudan a minimizar el deslustre. Cuando se utilizan películas y adhesivos adecuados, no se ven afectados por el agua salada, el agua clorada de las piscinas o las condiciones climáticas. Si es posible, todo lo que esté hecho con fibras metálicas debe lavarse en seco, si no tiene una etiqueta de cuidado. El planchado puede ser problemático porque el calor de la plancha, especialmente a altas temperaturas, puede derretir las fibras.

Método de producción

Hay varios procesos que se pueden utilizar para la fabricación de fibras metálicas.

La tecnología más común se conoce como dibujo de paquete.Varios miles de filamentos se agrupan en un llamado alambre compuesto, un tubo que se pasa a través de una matriz para reducir aún más su diámetro. El tubo de recubrimiento se disuelve más tarde en ácido, lo que da como resultado fibras metálicas continuas individuales. Este alambre compuesto se sigue estirando hasta que se obtiene el diámetro deseado de los filamentos individuales dentro del haz. La tecnología de trefilado de paquetes permite la producción de paquetes continuos de fibras metálicas 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 extensión de diámetro equivalente muy estrecha.

En el proceso de laminación, se sella una capa de aluminio entre dos capas de película de acetato o poliéster. Estas fibras luego 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. Hay muchas variaciones diferentes de color y efecto que se pueden hacer en fibras metálicas, produciendo una amplia gama de estilos.

Con la tecnología de afeitado de láminas, son factibles fibras con diámetros de hasta 14 μm y una sección transversal más rectangular. Esto produce haces semicontinuos de fibras o fibras discontinuas.

El mecanizado de fibras cortadas puede producir haces semicontinuos de fibras de hasta 10 μm. La mejora de la fabricación de fibras cortadas permite una distribución de diámetro estrecho 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 extensión de diámetro relativamente pequeña.

Las fibras metálicas también pueden fabricarse mediante el proceso de metalizado. Este proceso implica calentar el metal hasta que se vaporiza y luego depositarlo a alta presión sobre la película de poliéster. Este proceso produce fibras más delgadas, más flexibles, más duraderas y más cómodas.

La fibra de metal también se puede cortar a partir de alambre (lana de acero), fundir metal fundido o crecer alrededor de una semilla (a menudo carbono).

Tipos de productos de fibra metálica

Medios sinterizados

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. Se valora mucho el beneficio de tener la combinación de un material permeable excepcional (porosidades de hasta el 90 % para estructuras sinterizadas y hasta el 99 % para estructuras no tejidas) combinado con una alta resistencia a la corrosión y la temperatura. La estructura porosa sinterizada no tiene aglutinante ya que las fibras individuales están fuertemente unidas entre sí mediante la unión por difusión intermetálica. Las estructuras sinterizadas 3D también se han convertido en un producto estándar. Algunos de los últimos desarrollos están relacionados con los medios de filtración que utilizan una combinación de fibras metálicas y no metálicas, lo que permite lo mejor de ambos mundos.

fibras cortas

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

Gránulos de polímero

Otros productos de fibras metálicas son gránulos o gránulos de polímeros compuestos de fibras metálicas. Se pegan varios paquetes de fibras con una variedad de tamaños y se aplica un revestimiento de extrusión compatible adecuado. Después de cortar estos paquetes recubiertos en gránulos, se pueden usar como aditivos en la producción de piezas de plástico conductor/protector de ingeniería mediante moldeo por inyección y extrusión. El beneficio único de las fibras metálicas es la formación de redes conductoras con un volumen relativamente limitado de aditivos conductores.

no tejidos

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

Hilos

Un paquete de fibras de acero inoxidable sin fin se puede convertir en hilos mediante procesos de hilado textil. Hay dos formas de hilo: uno con poca cantidad de fibras y otro con una gran cantidad de fibras. El primero, con un número de filamentos de alrededor de 275, se puede convertir en un hilo de filamento agregando torsión al paquete. Los paquetes con varios miles de fibras se utilizan normalmente para convertir las fibras en hilo hilado. Eso se puede hacer mediante la rotura por estiramiento y las tecnologías posteriores de hilado de hilo tradicional. Esto da como resultado hilos 100% metálicos. Durante el proceso de hilado, las estopas se pueden mezclar y también se pueden producir hilos mezclados. Son posibles las mezclas con algodón, poliéster y lana. Posteriormente, los hilos metálicos se pueden convertir en varios productos textiles mediante procesos textiles. Es posible tejer (circular, plano, urdimbre) y tejer, así como trenzado. Los productos textiles mezclados se pueden obtener combinando hilos metálicos con otros hilos, o usando hilos que tienen dos tipos de fibras en su interior y, por lo tanto, ya son mezclas por sí mismos.

Cables eléctricos

Para hacer cables, dos o más filamentos se tuercen juntos varias veces. Durante el proceso, se monitorea la torsión y la rectitud de un cable. El cable se puede ajustar para una determinada aplicación combinando diferentes resistencias de filamento, diámetros o el número de torsiones, o preformado.

Compuestos reforzados con fibra

La fibra metálica se puede utilizar como fibra de refuerzo para materiales compuestos, mejorando el comportamiento de rotura al impacto y la conductividad eléctrica. Las fibras tradicionales de refuerzo de fibra de vidrio o de carbono tienen posibilidades de elongación muy limitadas, lo que da como resultado un comportamiento de rotura frágil y explosivo. Las fibras metálicas actúan de forma perfectamente complementaria a esta, pudiendo absorber mucha más energía antes de romperse. El procesamiento no es diferente de cualquier otra fibra de refuerzo para material compuesto. Incluso es posible combinar fibras metálicas con otras fibras en una estructura compuesta 'híbrida', que combina todos los beneficios del carbono, el vidrio y el acero.

Productores

Actualmente las fibras metálicas se fabrican principalmente en Europa. El productor de fibra de metal más grande y más integrado del mundo es la empresa multinacional Bekaert, con sede en Bélgica, pero con presencia de fabricación en Europa, Asia y las Américas. 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. China también produce hilos metálicos; la ciudad de Dongyang contiene más de 100 fábricas, aunque algunas de ellas son sitios de producción en el hogar en lugar de fábricas convencionales.Dos de las fábricas más populares son Salu Metallic Yarn y Aoqi Textile.

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

Marcas registradas

Bekaert fabrica fibras metálicas y muchos productos derivados, como fibra continua, medios sinterizados, estructuras no tejidas, gránulos de polímero, trenzas, telas tejidas, cables, hilos y fibras cortas. Las marcas bien establecidas son Bekipor, Beki-shield y Bekinox.

The Lurex Company fabrica fibras metálicas en Europa desde hace más de cincuenta años. Producen una amplia variedad de productos de fibra metálica, incluidas fibras utilizadas en telas para prendas de vestir, bordados, trenzas, tejidos, insignias militares, adornos, cuerdas, cordones y decoración de superficies de encaje. La mayoría de las fibras Lurex tienen una película de poliamida que recubre el hilo metálico, 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 proporcionar facilidad de uso.

Metlon Corporation es una marca registrada de Metallic Yarns en los Estados Unidos y produce hilos metálicos desde hace más de sesenta años. Metlon produce su hilo metálico envolviendo hilos de una sola hendidura con dos extremos de nailon. Un extremo de 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 denier o el de 20 denier, pero los denier más gruesos se utilizan para fines especiales.

Usos

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 los filtros de ventilación del cárter.

Los materiales textiles resistentes al calor están hechos de fibras metálicas para procesos de doblado de vidrio automotriz. Estas telas de fibra metálica protegen el vidrio durante el proceso de plegado con temperaturas muy elevadas y presiones elevadas.

También cables calefactores para calefacción de asientos de coche 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 sistemas hidráulicos de aviones. En comparación con los medios de filtración de fibra de vidrio, las fibras metálicas muestran una excelente durabilidad, ya que las fibras se unen metálicamente mediante sinterización, en lugar de mantenerse unidas por un material aglutinante.

Las láminas porosas sinterizadas de fibra metálica se utilizan como medio de atenuación del sonido en la cabina de la aeronave, lo que reduce los sonidos del HVAC y el ruido de la unidad de potencia auxiliar.

Textiles técnicos

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

Los textiles de fibra metálica no solo son antiestáticos, sino que también protegen contra interferencias electromagnéticas (EMI).

Los textiles de fibra de acero inoxidable se pueden calentar mediante la aplicación de corriente eléctrica y también se pueden usar para ropa resistente a los cortes (guantes).

Energía

Los filtros de fibra metálica pueden alcanzar una porosidad muy alta, con tamaños de poro muy bajos, lo que los hace adecuados para la filtración HEPA y ULPA. Estos filtros se utilizan, entre otros, en centrales nucleares como medida de seguridad para evitar la eventual 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 la tela de tapicería y los textiles como el lamé y el brocado. Mucha gente también usa fibras metálicas para tejer y bordar. Hoy en día son cada vez más comunes las fibras metálicas 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 final o al adorno.

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 dispersan por toda la alfombra con otras fibras para que no se detecten. La presencia de las fibras ayuda a conducir la electricidad para que se reduzca el choque estático. Estos tipos de alfombras a menudo se usan en áreas de uso de computadoras u otras áreas donde la acumulación de estática podría dañar el equipo. Otros usos incluyen cuerdas para neumáticos, puntas cónicas de misiles, ropa de trabajo como trajes protectores, trajes espaciales y guantes resistentes a los cortes para carniceros y otras personas que trabajan cerca de maquinaria peligrosa o con cuchillas.

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