Em Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., fabricamos fibra de polipropileno em dois estágios interligados. Primeiro, a resina de polipropileno é produzida a partir do propeno por meio de polimerização. Em seguida, essa resina é transformada em fibra por meio de processamento de fusão, extrusão, resfriamento, desenho e corte ou outras etapas de conversão posteriores. Em palavras simples, começamos com o polímero e, em seguida, transformamos esse polímero em filamentos orientados que podem ser usados em concreto, têxteis, não tecidos e muitos produtos industriais. O polipropileno é amplamente utilizado como fibra porque é um polímero termoplástico, uma grande parte dele é fiada por fusão em fibras e sua baixa densidade, resistência química e tenacidade o tornam útil em muitos usos finais.
Para os compradores de concreto, essa pergunta é importante por um motivo muito prático. A maneira como uma fibra de polipropileno é fabricada afeta sua forma, superfície, rigidez, dispersão e desempenho final do trabalho. A norma EN 14889-2 define as fibras de polímero para concreto como peças retas ou deformadas de extrudados, orientados e cortados material que pode ser misturado em concreto ou argamassa. Essa definição é útil porque mostra que a fabricação não é apenas um detalhe de fundo. Ela faz parte do que proporciona à fibra seu desempenho final na mistura.
A resposta curta
Se explicarmos da maneira mais simples, a fibra de polipropileno é fabricada da seguinte forma: produzimos resina de polipropileno a partir do propeno, convertemos essa resina em pellets, derretemos os pellets em uma extrusora, empurramos o derretimento por uma fieira ou uma matriz de fenda, resfriamos os filamentos ou o filme, esticamos para criar orientação molecular e, em seguida, fazemos o acabamento, crimpamos, cortamos, fibrilamos ou embalamos o produto de acordo com o uso pretendido. Para fibras descontínuas, um fluxo industrial padrão geralmente inclui fusão, extrusão por meio de fieiras, resfriamento, aplicação de acabamento por fiação, estiramento, crimpagem, corte em fibras descontínuas e enfardamento.
Esse é o processo principal. A linha exata muda de acordo com o tipo de produto. A fibra de concreto monofilamento não é exatamente a mesma coisa que uma linha de filme de fenda fibrilada. Uma linha de fios têxteis multifilamentares não é exatamente igual a uma linha de fibra de concreto macro sintética. Mas a lógica de fabricação ainda é a mesma: derreter, formar, resfriar, orientar e converter.
Começamos com propileno e produzimos resina de polipropileno
A primeira etapa não é a fiação da fibra. A primeira etapa é a fabricação do próprio polímero. O polipropileno é produzido a partir do propeno por polimerização por adição. O polipropileno comercial é principalmente o polipropileno isotático, porque essa estrutura confere ao polímero uma cristalinidade útil e o torna adequado para produtos e fibras fortes e rígidos. A Britannica observa que o polipropileno isotático é produzido com o uso de catalisadores Ziegler-Natta, e a Essential Chemical Industry explica que o polipropileno industrial pode ser produzido por rotas a granel, em fase gasosa ou em pasta.
Na produção industrial de resina, o propeno é colocado em contato com um sistema catalisador sob temperatura e pressão controladas. Na rota em massa, a polimerização ocorre no propeno líquido. Na rota de fase gasosa, o propeno e o hidrogênio passam por um leito de catalisador, e o gás não reagido é reciclado. O sistema de catalisador e a rota do processo afetam a estrutura do polímero, e essa estrutura afeta posteriormente a capacidade de conversão do polímero em fibra. A mesma fonte da Essential Chemical Industry também observa que os catalisadores de metaloceno são usados para alguns tipos de polipropileno, especialmente quando é necessário um controle mais rígido da estrutura.
Após a polimerização, o polímero é convertido em uma forma sólida utilizável, geralmente em pellets. Essa forma de pellet é o que a maioria das fábricas de fibra alimenta na linha de extrusão. Nesse ponto, o produto ainda é resina, não fibra. O estágio da fibra começa somente depois que o polímero é fundido novamente e moldado.
Preparamos a resina para a fiação da fibra
Antes de iniciar a fiação, escolhemos o grau certo de polipropileno e preparamos a resina para um processamento estável. A fiação por fusão funciona melhor com polímeros termoplásticos que derretem abaixo de sua temperatura de degradação e que têm estabilidade térmica, peso molecular, pureza e força de fusão suficientes para um fluxo consistente. Uma análise recente sobre fibras fiadas por fusão explica que esses fatores são requisitos básicos para uma fiação estável e boas propriedades da fibra.
Na produção real, esse também é o estágio em que pigmentos, estabilizadores ou outros aditivos podem ser introduzidos se o projeto do produto precisar deles. A INEOS observa que, na extrusão, o polipropileno pode ser processado juntamente com pigmentos ou estabilizadores adicionados pelo cliente, e é importante ter um bom controle de temperatura por meio da extrusora, do pacote de telas, da placa de quebra, do adaptador e da matriz. Essa parte do processo parece simples vista de fora, mas tem um efeito direto na uniformidade da fusão, na estabilidade da cor e na consistência da fibra final.
Para nós, como fabricantes, essa etapa é onde o design do produto começa a se separar. Um tipo de microfibra fina, uma fibra de concreto monofilamentar e um produto fibrilado nem sempre usarão a mesma configuração de resina. O polímero de base ainda é o polipropileno, mas a janela do processo e os objetivos posteriores são diferentes. Essa é uma das razões pelas quais um fornecedor confiável de fibra de PP faz mais do que apenas comprar pellets e cortar o plástico em pedaços. O fornecedor precisa controlar toda a rota de conversão.
Derretemos a resina e a extrudamos por meio de uma fieira
Quando a resina está pronta, nós a alimentamos na extrusora. A extrusora derrete os pellets e aumenta a pressão. Em seguida, o material derretido passa por filtros e por um sistema de matrizes. Na fabricação de fibras, a massa fundida geralmente é forçada a passar por orifícios muito pequenos da fieira para formar filamentos contínuos. A literatura geral sobre fiação por fusão descreve esse método como um dos principais métodos industriais para a fabricação de fibras artificiais a partir de polímeros termoplásticos, e a INEOS resume a produção de fibras de polipropileno com a mesma sequência: fusão na extrusora e, em seguida, extrusão por meio de furos de fieira.
Esse estágio decide a primeira forma da fibra. O número de furos, a geometria dos furos, o rendimento, a pressão de fusão e o perfil de temperatura influenciam o feixe de filamentos que sai da fieira. Em outras palavras, é aqui que o polipropileno deixa de ser apenas resina e começa a se tornar um verdadeiro produto de filamento.
Resfriamos os filamentos frescos imediatamente
Os filamentos de polipropileno recém-extrudados não podem permanecer fundidos por muito tempo. Eles precisam ser resfriados e solidificados de forma controlada. Na fiação por fusão, os fios extrudados passam para um meio de resfriamento, como o ar resfriado, onde se solidificam. As revisões da tecnologia de fibra fiada por fusão descrevem esse estágio de resfriamento como uma parte padrão do processo, e o guia de polipropileno da INEOS explica que o resfriamento segue a extrusão por fieira nas linhas comerciais de fibra básica.
Essa etapa de resfriamento é mais importante do que parece. Se o resfriamento não for estável, o diâmetro do filamento pode variar, a quebra do filamento pode aumentar e, posteriormente, o desenho fica mais difícil de controlar. Na produção moderna, a têmpera não serve apenas para resfriamento. Ela faz parte do controle do processo. Ele ajuda a determinar a uniformidade da fibra antes do início da orientação.
Aplicamos o acabamento para que a fibra possa correr e se dispersar bem
Após a têmpera, os filamentos geralmente recebem um tratamento de acabamento. Em uma linha de fibras descontínuas, a INEOS lista a aplicação de acabamento por centrifugação como uma das etapas de produção padrão. Para fibras poliméricas voltadas para o concreto, a norma EN 14889-2 também deixa bem claro que qualquer tratamento ou revestimento de superfície deve ser declarado e controlado, e explica que o acabamento por centrifugação ajuda as fibras a se dispersarem no concreto. Sem o revestimento correto, algumas fibras não se dispersam facilmente e podem tender a se acumular.
Esse ponto é muito importante em aplicações de concreto. Os compradores geralmente se concentram no comprimento e na resistência à tração, mas o tratamento da superfície pode ser igualmente importante para o desempenho em campo. Uma fibra que parece boa em uma folha de dados, mas que se dispersa mal no misturador, criará problemas no canteiro de obras. É por isso que tratamos o controle de acabamento como parte do produto, não como uma pequena reflexão posterior.
Desenhamos os filamentos para aumentar a força
Depois que a fibra é formada e resfriada, nós a esticamos. Essa etapa é chamada de estiramento. É um dos estágios mais importantes na fabricação de fibras de polipropileno porque aumenta a orientação molecular ao longo do eixo da fibra. Estudos sobre o processamento de fibras de polipropileno relatam que o processamento de trefilação transforma o polímero em fibras altamente orientadas e cristalizadas, e outros estudos observam que a maior taxa de trefilação aumenta a orientação e melhora significativamente a resistência à tração e o módulo.
Em linguagem simples, a trefilação é o que transforma um primeiro filamento macio em uma fibra de engenharia mais útil. Sem estiramento suficiente, a fibra geralmente será mais fraca e menos estável. Com a trefilação controlada, as cadeias de polímeros se alinham melhor, a fibra se torna mais forte e o produto final pode fazer seu trabalho de forma mais confiável no concreto ou no uso têxtil. Esse é um dos principais motivos pelos quais o controle do processo é tão importante na produção de fibras de PP.
Em seguida, convertemos a fibra na forma correta do produto
Nesse estágio, a linha começa a se ramificar, dependendo do produto-alvo. As fibras de polipropileno não são todas fabricadas em uma única forma final. Elas podem se tornar monofilamentos, fios multifilamentos, fibras descontínuas, fitas, produtos de filme cortado e outras variantes projetadas. As análises de fibras de polipropileno para concreto observam que as fibras de PP podem ser obtidas de duas maneiras principais: por fiação por fusão para criar monofilamentos ou a partir de uma folha de filme de polipropileno que é processada em fibras fibriladas. Revisões mais amplas de fiação por fusão também listam a fiação por fusão para filamentos e fibras descontínuas, e a fiação por divisão de filme para filamentos de fita cortada.
Para produtos de monofilamento, mantemos a rota do filamento e cortamos no comprimento necessário. Para fibras descontínuas, seguimos a sequência clássica de estiramento, crimpagem, corte e enfardamento. Para produtos fibrilados, passamos por uma rota de filme ou filme cortado, em que o filme de polipropileno é cortado e depois aberto em uma estrutura fibrilada semelhante a uma rede. Uma análise focada em concreto observa que as fibras fibriladas são feitas formando fendas em um filme plástico fino, e é por isso que sua estrutura é muito diferente de um simples monofilamento redondo.
Esse também é o motivo pelo qual duas fibras de polipropileno podem se comportar de maneira muito diferente no concreto, mesmo que compartilhem o mesmo polímero de base. A rota de fabricação altera a seção transversal, a superfície, a rigidez, a forma como a fibra se abre na mistura e a maneira como interage com as fissuras.
Crimpamos, ajustamos por calor, cortamos e embalamos
Se o produto-alvo for a fibra básica, as próximas operações padrão são crimpagem, corte e enfardamento. O guia de processamento de polipropileno da INEOS lista o estiramento, a crimpagem, o corte em fibra descontínua e o enfardamento como etapas normais de produção na fabricação de fibra descontínua de polipropileno. Os fornecedores de máquinas para linhas de fibras descontínuas descrevem a mesma sequência básica: extrusão, fiação por fusão, trefilação, crimpagem, corte e enfardamento.
A crimpagem dá à fibra mais volume e caráter de manuseio. O corte transforma o material contínuo no comprimento exato de fibra necessário para a aplicação. Em seguida, a embalagem deve proteger o formato da fibra e manter o produto fácil de ser alimentado em sistemas têxteis ou de lotes. Nos produtos para concreto, a embalagem também precisa suportar a dosagem limpa e o bom manuseio no local.
Para fibra de concreto, também criamos padrões e dispersão
Quando fabricamos fibra de polipropileno para concreto, o processo não termina quando a linha para. O produto também precisa se adequar ao padrão de mercado e à função pretendida. A norma EN 14889-2 classifica as fibras de polímero por forma física. Ela define microfibras com diâmetro inferior a 0,30 mm e macrofibras com diâmetro superior a 0,30 mm e observa que as macrofibras Classe II são geralmente usadas quando é necessário um aumento na resistência residual à flexão. A mesma norma também exige que o fabricante declare o polímero básico, o formato, a forma agrupada, se houver, e qualquer tratamento ou revestimento de superfície.
A ASTM usa uma lógica prática semelhante para as fibras de poliolefina para concreto. A ASTM D7508 afirma que essa especificação abrange fios cortados de poliolefina para uso em concreto e vincula a conformidade a propriedades como denier, teor de acabamento, resistência à tração, comprimento de corte e conformidade com a ASTM C1116 Tipo III. Portanto, para um fabricante de fibras para concreto, uma boa produção não se refere apenas à fabricação da fibra. Trata-se também de fabricar uma fibra que possa ser descrita, testada e fornecida de forma padronizada.
É aqui que nosso trabalho na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. se torna mais do que uma simples extrusão. Não nos perguntamos apenas se a linha pode produzir fibras. Perguntamos se a linha pode produzir fibras que se dispersem bem, mantenham sua forma, se ajustem ao sistema de dosagem desejado e ofereçam um desempenho estável de lote para lote para os compradores que usam Ecocretefiber™ no reforço de concreto.
O que faz com que uma linha de fibra de polipropileno seja melhor do que outra?
A lista de equipamentos pode parecer semelhante de fábrica para fábrica, mas a diferença real está no controle. A boa fabricação de fibras de PP depende da seleção da resina, da estabilidade da massa fundida, da filtragem, do controle de temperatura, da uniformidade da têmpera, da taxa de extração, do controle de acabamento e da precisão do corte. As análises de fiação por fusão enfatizam a importância da pureza, do fluxo de fusão estável e do processamento controlado para evitar instabilidade e bloqueio, enquanto os guias de processamento industrial mostram que as etapas posteriores devem ser cuidadosamente combinadas com o tipo de produto.
É por isso que os compradores experientes não julgam um fabricante de fibra de polipropileno apenas pelo preço. Eles também analisam se o fornecedor entende o polímero, a linha, o uso final e os padrões de concreto relevantes. Em nossa opinião, essa é a diferença entre um processador de plástico em geral e um verdadeiro fabricante de fibra de PP.
Conclusão
Então, como a fibra de polipropileno é fabricada? Na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., explicamos da seguinte forma: fibra de polipropileno é fabricado pela produção de resina de polipropileno a partir de propeno, derretendo essa resina, extrudando-a em filamentos ou filme, resfriando-a, estirando-a para criar orientação e resistência e, em seguida, convertendo-a na forma final por meio de aplicação de acabamento, fibrilação, crimpagem, corte e embalagem. A linha exata muda de acordo com o produto, mas a lógica central de fabricação permanece a mesma.
Para uso em concreto, o processo deve fazer mais do que criar um fio de plástico. Ele deve criar uma fibra que atenda à geometria correta, se disperse bem e tenha um desempenho consistente na mistura. Esse é o padrão que usamos quando desenvolvemos Ecocretefiber™ produtos. Como Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., acreditamos que uma boa fabricação de fibra de polipropileno é uma combinação de ciência de polímeros, controle de linha e conhecimento de aplicação real. É isso que transforma a resina em um material de reforço confiável.
