En Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., fabricamos fibra de polipropileno en dos etapas encadenadas. En primer lugar, la resina de polipropileno se fabrica a partir del propeno mediante polimerización. A continuación, esa resina se convierte en fibra mediante el procesamiento de la masa fundida, la extrusión, el enfriamiento, el estirado y el corte u otros pasos de conversión posteriores. En pocas palabras, empezamos con el polímero y luego lo convertimos en filamentos orientados que pueden utilizarse en hormigón, textiles, telas no tejidas y muchos productos industriales. El polipropileno se utiliza mucho como fibra porque es un polímero termoplástico, una gran parte se funde en fibras y su baja densidad, resistencia química y tenacidad lo hacen útil en muchos usos finales.
Para los compradores de hormigón, esta pregunta es importante por una razón muy práctica. La forma en que se fabrica una fibra de polipropileno afecta a su forma, superficie, rigidez, dispersión y rendimiento final en el trabajo. La norma EN 14889-2 define las fibras de polímero para hormigón como piezas rectas o deformadas de extruido, orientado y cortado material que puede mezclarse para hacer hormigón o mortero. Esta definición es útil porque muestra que la fabricación no es sólo un detalle de fondo. Forma parte de lo que confiere a la fibra su rendimiento final en la mezcla.
La respuesta breve
Si lo explicamos de la forma más sencilla, la fibra de polipropileno se fabrica así: hacemos resina de polipropileno a partir de propeno, convertimos esa resina en gránulos, fundimos los gránulos en una extrusora, empujamos la masa fundida a través de una hilera o un troquel de hendidura, enfriamos los filamentos o la película, los estiramos para crear una orientación molecular y, a continuación, acabamos, ondulamos, cortamos, fibrilamos o empaquetamos el producto según el uso al que se destine. En el caso de la fibra cortada, un flujo industrial estándar suele incluir la fusión, la extrusión a través de los orificios de la hilera, el enfriamiento, la aplicación del acabado por hilatura, el estirado, el prensado, el corte en fibra cortada y el enfardado.
Ese es el proceso básico. La línea exacta cambia según el tipo de producto. A fibra de hormigón monofilamento no es exactamente lo mismo que una línea de película cortada fibrilada. Una línea de hilo textil multifilamento no es exactamente igual que una línea de macrofibra sintética de hormigón. Pero la lógica de fabricación sigue siendo la misma: fundir, formar, enfriar, orientar y convertir.
Empezamos con propileno y fabricamos resina de polipropileno
El primer paso no es el hilado de la fibra. El primer paso es fabricar el propio polímero. El polipropileno se produce a partir del propeno mediante polimerización por adición. El polipropileno comercial es principalmente polipropileno isotáctico, porque esa estructura confiere al polímero una cristalinidad útil y lo hace adecuado para productos y fibras fuertes y rígidos. Britannica señala que el polipropileno isotáctico se produce utilizando catalizadores Ziegler-Natta, y la Essential Chemical Industry explica que el polipropileno industrial puede fabricarse a granel, en fase gaseosa o por lodos.
En la producción industrial de resinas, el propeno se pone en contacto con un sistema catalizador a temperatura y presión controladas. En la ruta a granel, la polimerización se produce en propeno líquido. En la ruta en fase gaseosa, el propeno y el hidrógeno pasan por un lecho de catalizador y el gas que no ha reaccionado se recicla. El sistema catalizador y la ruta del proceso afectan a la estructura del polímero, y esa estructura afecta posteriormente a la capacidad del polímero para convertirse en fibra. La misma fuente de Essential Chemical Industry también señala que los catalizadores de metaloceno se utilizan para algunos grados de polipropileno, especialmente cuando se necesita un control más estricto de la estructura.
Tras la polimerización, el polímero se convierte en una forma sólida utilizable, normalmente pellets. Esta forma de pellets es la que la mayoría de las plantas de fibra introducen en la línea de extrusión. En este punto, el producto sigue siendo resina, no fibra. La etapa de la fibra comienza sólo después de que el polímero se refunde y se le da forma.
Preparamos la resina para la hilatura de fibra
Antes de iniciar la hilatura, elegimos el grado de polipropileno adecuado y preparamos la resina para un procesamiento estable. La hilatura por fusión funciona mejor con polímeros termoplásticos que se funden por debajo de su temperatura de degradación y que tienen suficiente estabilidad térmica, peso molecular, pureza y fuerza de fusión para un flujo consistente. Una reciente revisión sobre fibras hiladas por fusión explica que estos factores son requisitos básicos para una hilatura estable y unas buenas propiedades de la fibra.
En la producción real, ésta es también la etapa en la que pueden introducirse pigmentos, estabilizantes u otros aditivos si el diseño del producto los necesita. INEOS señala que, en la extrusión, el polipropileno puede procesarse junto con pigmentos o estabilizantes añadidos por el cliente, y que es importante un buen control de la temperatura a través de la extrusora, el paquete de pantallas, la placa rompedora, el adaptador y la matriz. Esta parte del proceso parece sencilla desde fuera, pero tiene un efecto directo en la uniformidad de la masa fundida, la estabilidad del color y la consistencia final de la fibra.
Para nosotros, como fabricantes, este paso es donde el diseño del producto empieza a separarse. Un grado de microfibra fina, una fibra de hormigón monofilamento y un producto fibrilado no siempre utilizarán la misma configuración de resina. El polímero base sigue siendo el polipropileno, pero la ventana de proceso y los objetivos posteriores son diferentes. Esta es una de las razones por las que un proveedor fiable de fibra de PP hace algo más que comprar pellets y cortar el plástico en trozos. El proveedor tiene que controlar toda la ruta de conversión.
Fundimos la resina y la extrusionamos a través de una hilera
Una vez que la resina está lista, la introducimos en la extrusora. La extrusora funde los gránulos y aumenta la presión; a continuación, la masa fundida pasa a través de filtros y un sistema de troqueles. En la fabricación de fibras, la masa fundida suele pasar a través de orificios muy pequeños de la hilera para formar filamentos continuos. La literatura general sobre la hilatura por fusión describe este método como uno de los principales métodos industriales para fabricar fibras artificiales a partir de polímeros termoplásticos, e INEOS resume la producción de fibra de polipropileno con la misma secuencia: fusión en la extrusora y, a continuación, extrusión a través de los orificios de la hilera.
Esta etapa decide la primera forma de la fibra. El número de orificios, la geometría de los mismos, el rendimiento, la presión de fusión y el perfil de temperatura influyen en el haz de filamento que sale de la hilera. En otras palabras, aquí es donde el polipropileno deja de ser sólo resina y empieza a convertirse en un verdadero producto de filamento.
Enfriamos los filamentos frescos de inmediato
Los filamentos de polipropileno recién extruidos no pueden permanecer fundidos mucho tiempo. Deben enfriarse y solidificarse de forma controlada. En la hilatura por fusión, los filamentos extruidos pasan a un medio de enfriamiento, como el aire frío, donde se solidifican. Las revisiones de la tecnología de fibra hilada por fusión describen esta etapa de enfriamiento como una parte estándar del proceso, y la guía de polipropileno de INEOS explica que el enfriamiento sigue a la extrusión por hilera en las líneas comerciales de fibra cortada.
Este paso de enfriamiento es más importante de lo que parece. Si el enfriamiento no es estable, el diámetro del filamento puede variar, la rotura del filamento puede aumentar y el estirado posterior se hace más difícil de controlar. En la producción moderna, el enfriamiento no sólo sirve para enfriar. Forma parte del control del proceso. Ayuda a determinar lo uniforme que será la fibra antes de que comience la orientación.
Aplicamos el acabado para que la fibra pueda correr y dispersarse bien
Tras el enfriamiento, los filamentos suelen recibir un tratamiento de acabado. En una línea de fibra cortada, INEOS enumera la aplicación del acabado por centrifugado como uno de los pasos estándar de producción. Para las fibras poliméricas orientadas al hormigón, la norma EN 14889-2 también deja muy claro que cualquier tratamiento o recubrimiento superficial debe declararse y controlarse, y explica que el acabado por centrifugado ayuda a las fibras a dispersarse en el hormigón. Sin el recubrimiento adecuado, algunas fibras no se dispersan fácilmente y tienden a apelmazarse.
Este punto importa mucho en las aplicaciones de hormigón. Los compradores suelen centrarse en la longitud y la resistencia a la tracción, pero el tratamiento de la superficie puede ser igual de importante para el rendimiento sobre el terreno. Una fibra que parece buena en una hoja de datos pero que se dispersa mal en la mezcladora creará problemas en la obra. Por eso tratamos el control del acabado como parte del producto, no como una pequeña idea de última hora.
Dibujamos los filamentos para crear fuerza
Una vez formada y enfriada la fibra, la estiramos. Este paso se denomina estirado. Es una de las etapas más importantes en la fabricación de fibra de polipropileno porque aumenta la orientación molecular a lo largo del eje de la fibra. Los estudios sobre el procesado de la fibra de polipropileno informan de que el procesado por estirado transforma el polímero en fibras altamente orientadas y cristalizadas, y otros estudios señalan que una mayor proporción de estirado aumenta la orientación y mejora significativamente la resistencia a la tracción y el módulo.
En lenguaje llano, el estirado es lo que convierte un primer filamento blando en una fibra de ingeniería más útil. Si no se estira lo suficiente, la fibra suele ser más débil y menos estable. Con una embutición controlada, las cadenas de polímeros se alinean mejor, la fibra se vuelve más resistente y el producto final puede cumplir su función de forma más fiable en el uso de hormigón o textil. Esta es una de las principales razones por las que el control del proceso es tan importante en la producción de fibra de PP.
A continuación, convertimos la fibra en el producto adecuado
En esta fase, la línea empieza a ramificarse en función del producto final. No todas las fibras de polipropileno tienen la misma forma final. Pueden convertirse en monofilamentos, hilos multifilamento, fibras cortadas, cintas, productos de película cortada y otras variantes de ingeniería. Los estudios sobre fibras de polipropileno para hormigón señalan que las fibras de PP pueden obtenerse de dos formas principales: por hilado en fusión para crear monofilamentos, o a partir de una lámina de polipropileno que se procesa para obtener fibras fibriladas. Otros estudios más amplios sobre la hilatura por fusión también mencionan la hilatura por fusión para filamentos y fibras cortadas, y la hilatura por división de película para filamentos de cinta cortada.
Para los productos de monofilamento, mantenemos el recorrido del filamento y lo cortamos a la longitud requerida. Para la fibra cortada, seguimos la secuencia clásica de trefilado, prensado, corte y enfardado. Para los productos fibrilados, seguimos la ruta de la película o película cortada, en la que la película de polipropileno se corta y luego se abre en una estructura fibrilada similar a una red. Un estudio concreto señala que las fibras fibriladas se fabrican formando hendiduras en una fina película de plástico, y por eso su estructura es muy diferente de la de un simple monofilamento redondo.
Esta es también la razón por la que dos fibras de polipropileno pueden comportarse de forma muy diferente en el hormigón aunque compartan el mismo polímero base. La ruta de fabricación cambia la sección transversal, la superficie, la rigidez, la forma en que la fibra se abre en la mezcla y la forma en que interactúa con las grietas.
Crimpamos, termofijamos, cortamos y embalamos
Si el producto objetivo es la fibra cortada, las siguientes operaciones estándar son el rizado, el corte y el enfardado. La guía de procesamiento de polipropileno de INEOS enumera el estirado, el rizado, el corte en fibra cortada y el enfardado como pasos normales de producción en la fabricación de fibra cortada de polipropileno. Los proveedores de maquinaria para líneas de fibras discontinuas describen la misma secuencia básica: extrusión, hilado en fusión, estirado, prensado, corte y enfardado.
El prensado confiere a la fibra más volumen y manejabilidad. El corte convierte el material continuo en la longitud exacta de fibra que necesita la aplicación. A continuación, el envase debe proteger la forma de la fibra y facilitar la alimentación del producto a los sistemas textiles o de dosificación. En los productos para hormigón, el envase también debe permitir una dosificación limpia y una buena manipulación en obra.
Para la fibra de hormigón, también nos basamos en normas y dispersión
Cuando fabricamos fibra de polipropileno para hormigón, el proceso no termina cuando se detiene la línea. El producto también tiene que ajustarse a la norma del mercado y a la función prevista. La norma EN 14889-2 clasifica las fibras poliméricas por su forma física. Define las microfibras de diámetro inferior a 0,30 mm y las macrofibras de diámetro superior a 0,30 mm, y señala que las macrofibras de clase II suelen utilizarse cuando se requiere un aumento de la resistencia residual a la flexión. La misma norma exige también que el fabricante declare el polímero de base, la forma, la forma en haz, si la hay, y cualquier tratamiento de superficie o revestimiento.
La ASTM utiliza una lógica práctica similar para las fibras de poliolefina para hormigón. La norma ASTM D7508 establece que esta especificación cubre los filamentos cortados de poliolefina para su uso en hormigón, y vincula la conformidad a propiedades como el denier, el contenido de acabado, la resistencia a la tracción, la longitud de corte y el cumplimiento de la norma ASTM C1116 Tipo III. Para un fabricante de fibra de hormigón, una buena producción no consiste sólo en fabricar la fibra. También consiste en fabricar una fibra que pueda describirse, probarse y suministrarse de forma estándar.
Aquí es donde nuestro trabajo en Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. se convierte en algo más que simple extrusión. No sólo nos preguntamos si la línea puede hacer fibra. Nos preguntamos si la línea puede hacer fibra que se dispersa bien, mantiene su forma, se ajusta al sistema de dosificación de destino, y da un rendimiento estable lote a lote para los compradores que utilizan Ecocretefiber ™ en el refuerzo de hormigón.
¿Qué hace que una línea de fibra de polipropileno sea mejor que otra?
La lista de equipos puede parecer similar de una fábrica a otra, pero la verdadera diferencia está en el control. Una buena fabricación de fibra de PP depende de la selección de la resina, la estabilidad de la masa fundida, la filtración, el control de la temperatura, la uniformidad del enfriamiento, la relación de estirado, el control del acabado y la precisión del corte. Las revisiones de la hilatura por fusión destacan la importancia de la pureza, el flujo estable de la masa fundida y el procesamiento controlado para evitar la inestabilidad y el bloqueo, mientras que las guías de procesamiento industrial muestran que los pasos posteriores deben adaptarse cuidadosamente al tipo de producto.
Por eso, los compradores experimentados no juzgan a un fabricante de fibra de polipropileno sólo por el precio. También se fijan en si el proveedor entiende el polímero, la línea, el uso final y las normas concretas pertinentes. En nuestra opinión, esa es la diferencia entre un transformador general de plásticos y un verdadero fabricante de fibra de PP.
Conclusión
Entonces, ¿cómo se fabrica la fibra de polipropileno? En Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., lo explicamos así: fibra de polipropileno se fabrica produciendo resina de polipropileno a partir de propeno, fundiendo esa resina, extruyéndola en filamentos o película, enfriándola, estirándola para darle orientación y resistencia y, a continuación, convirtiéndola en la forma final mediante aplicación de acabado, fibrilación, prensado, corte y envasado. La línea exacta cambia con el producto, pero la lógica básica de fabricación sigue siendo la misma.
Para el uso en hormigón, el proceso debe hacer algo más que crear una hebra de plástico. Debe crear una fibra que tenga la geometría adecuada, se disperse bien y tenga un rendimiento constante en la mezcla. Esa es la norma que utilizamos cuando desarrollamos Ecocretefiber™. productos. Como Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., creemos que la buena fabricación de fibra de polipropileno es una combinación de ciencia de polímeros, control de línea y conocimiento de aplicación real. Eso es lo que convierte a la resina en un material de refuerzo fiable.
