Las fibras metálicas son fibras fabricadas compuestas de metal, aleaciones metálicas, metal recubierto de plástico, plástico recubierto de metal o un núcleo completamente recubierto de metal. [1]
Teniendo su origen en aplicaciones textiles y de confección, las fibras de oro y plata se han utilizado desde la antigüedad como hilos para 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 tiene sus propios beneficios y limitaciones. Los métodos más comunes incluyen afeitar a partir de un material más grande, [3] fundir directamente a partir de metal fundido y cultivar 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 vestimenta y textiles de reyes, líderes, noblezas 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 fibra para mejorar la calidad visual de la decoración. [5] Los textiles y prendas de vestir antiguos tejidos total o parcialmente con hilos de oro se denominan a veces telas de oro . Se tejieron en telares bizantinos entre los siglos VII y IX, y posteriormente 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 del Medio Oriente. [7] La empresa Dobeckmum produjo la primera fibra metálica moderna en 1946. [4]
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 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 instalación de producción a gran escala, ubicada en los EE. UU., se puso en funcionamiento en 1966. Actualmente, las fibras metálicas se producen y 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. Generalmente, el sector ofrece diámetros de fibras metálicas desde 100μm hasta 1μm.
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 resistencia eléctrica baja. 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 deformación por falla, ductilidad, resistencia a los golpes, resistencia al fuego y aislamiento acústico. [3]
Las estructuras y productos de fibras metálicas sinterizadas 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. [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, cualquier cosa hecha con fibras metálicas debe lavarse en seco si no tiene una etiqueta de cuidado. Planchar puede resultar problemático porque el calor de la plancha, especialmente a altas temperaturas, puede derretir las fibras. [4]
Existen varios procesos que se pueden utilizar para fabricar fibras metálicas.
La tecnología más común se conoce como dibujo de paquetes. Varios miles de filamentos se agrupan en el llamado alambre compuesto, un tubo que se pasa a través de una matriz para reducir aún más su diámetro. Posteriormente, el tubo de recubrimiento se disuelve en ácido, lo que da lugar a fibras metálicas continuas individuales. Este alambre compuesto se estira más hasta que se obtiene el diámetro deseado de los filamentos individuales dentro del haz. La tecnología de trefilado permite la producción de haces 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 perfeccionar, lo que da como resultado fibras uniformes y muy delgadas con un diámetro equivalente muy estrecho. Los desarrollos especiales de los últimos años han permitido que esta tecnología se utilice para la producción de fibras con diámetros tan pequeños como 200 nm o menos. [3]
En el proceso de laminación , se sella una capa de aluminio entre dos capas de película de acetato o poliéster . Luego, estas fibras se cortan en tiras longitudinales para formar 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 con fibras metálicas, produciendo una amplia gama de estilos. [4]
Con la tecnología de afeitado con láminas , son factibles fibras con diámetros de hasta 14 μm y una sección transversal más rectangular. Esto produce haces semicontinuos de fibras o fibras cortadas. [3]
El mecanizado de fibras cortadas puede producir haces semicontinuos de fibras de hasta 10 μm. La mejora de la fabricación de fibras discontinuas permite una distribución de diámetro más estrecha en este tipo de fibras, así como un 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 a la distribución relativamente pequeña del diámetro [3]
Las fibras metálicas también se pueden fabricar mediante el proceso de metalización . Este proceso consiste en calentar el metal hasta que se vaporiza 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 raspar del alambre (lana de acero), de la lámina o de la lámina o se puede estirar en haz para formar un alambre de mayor diámetro. [3]
Las fibras metálicas se convierten en medios fibrosos, ya sea como vellón no tejido o como estructuras sinterizadas compuestas de fibras que varían de 1,5 a 80 μm de diámetro. Estos medios de fibra metálica porosa se han utilizado por su singularidad en aplicaciones altamente 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) con una alta resistencia a la corrosión y a la temperatura. La estructura porosa sinterizada no tiene aglutinante ya que las fibras individuales están fuertemente unidas entre sí mediante unión por difusión intermetálica. Las estructuras sinterizadas 3D también se han convertido en un producto estándar. Los desarrollos recientes incluyen medios filtrantes que utilizan combinaciones de fibras metálicas y no metálicas.
Un proceso especialmente diseñado permite la producción de fibras metálicas individuales en forma de polvo 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.
Otros productos de fibra metálica son gránulos o granos de polímero compuestos de fibras metálicas. Se pegan varios haces de fibras con una variedad de aprestos y se aplica un recubrimiento de extrusión compatible adecuado. Después de cortar estos haces recubiertos en gránulos, se pueden utilizar como aditivos en la producción de piezas de plástico conductor/protector 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.
Al igual que con las fibras textiles tradicionales, se pueden producir velos o fieltros con fibras metálicas. En un número muy limitado de casos, se puede aplicar punzonado para entrelazar las fibras y obtener fieltro punzonado.
Los haces de fibras de acero inoxidable se pueden convertir en hilos mediante procesos de hilado textil. Hay dos formas de hilo: una con poca cantidad de fibras y otra con mucha fibra. El primero, con un número de filamentos de alrededor de 275, se puede convertir en un hilo de filamento añadiendo torsión al haz. Normalmente se utilizan haces con varios miles de fibras para convertir fibras en hilo hilado. Esto se puede lograr mediante la rotura del estiramiento y las subsiguientes tecnologías tradicionales de hilado. Esto da como resultado hilos 100% metálicos. Durante el proceso de hilatura 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 diversos productos textiles mediante procesos textiles. Es posible tejer (circular, plano, urdimbre) y tejer, así como trenzar. 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 tanto, ya son mezclas por sí mismos.
Para fabricar cables, se retuercen dos o más filamentos varias veces. Durante el proceso se controlan la torsión y la rectitud del cable. El cable se puede ajustar para una determinada aplicación combinando diferentes resistencias de filamento, diámetros o número de vueltas, o mediante preformado.
La fibra metálica se puede utilizar como fibra de refuerzo para materiales compuestos, mejorando el comportamiento de rotura ante el impacto y la conductividad eléctrica. Las fibras de refuerzo tradicionales de fibra de carbono o de vidrio tienen posibilidades de alargamiento muy limitadas, lo que da como resultado un comportamiento de rotura frágil y explosivo. Las fibras metálicas actúan de forma perfectamente complementaria y pueden absorber mucha más energía antes de romperse. El procesamiento no se diferencia del 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.
Actualmente las fibras metálicas se fabrican principalmente en Europa. El mayor y más integrado productor de fibras metálicas a nivel mundial es la empresa multinacional Bekaert , con sede en Bélgica, pero con presencia manufacturera en Europa, Asia y América. [2] Tres fabricantes todavía producen hilo metálico en los Estados Unidos. Metlon Corporation es uno de los fabricantes restantes en los EE. UU. que cuenta con 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 fabrican fibras metálicas. [10] China también produce hilos metálicos; La ciudad de Dongyang cuenta con más de 100 fábricas, aunque algunas de ellas son sitios de producción locales en lugar de fábricas convencionales. [ cita necesaria ] Dos de las fábricas más populares son Salu Metallic Yarn y Aoqi Textile.
En 2020, Fibrecoat, una nueva empresa 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 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, gránulos de polímeros, trenzas, tejidos, cables, hilos y fibras cortas. Marcas bien establecidas son Bekipor, Beki-shield y Bekinox.
La empresa Lurex fabrica fibras metálicas en Europa desde hace más de cincuenta años. Producen una amplia variedad de productos de fibra metálica, incluidas fibras utilizadas en prendas de vestir , bordados , trenzas , tejidos, prendas militares, adornos, cuerdas, cordones y decoración de superficies de 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 de base mineral , que ayuda [ se necesita aclaración ] a facilitar su uso. [4]
Metlon Corporation es una marca comercial de Metallic Yarns en los Estados Unidos y produce 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 enrolla en el sentido de las agujas del reloj y el otro extremo se enrolla en el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor del hilo metálico. El nailon más utilizado es el de 15 deniers o el de 20 deniers, pero los deniers más pesados se utilizan 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 curvado de vidrio para automóviles. Estas telas de fibra metálica protegen el vidrio durante el proceso de curvado con temperaturas y presiones muy 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 alambre de cobre.
Aeroespacial
Los filtros de fibra metálica se utilizan para la filtración de fluidos hidráulicos en sistemas hidráulicos de aeronaves. 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 mediante un material aglutinante.
Las láminas porosas sinterizadas de fibra metálica se utilizan como medio de atenuación del sonido en la cabina del avión, reduciendo los sonidos 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 big-bags antiestáticos .
Los textiles de fibra metálica no sólo pueden ser antiestáticos, sino también proteger contra interferencias electromagnéticas (EMI).
Los textiles de fibra de acero inoxidable se pueden calentar aplicando 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 bajos, lo que los hace adecuados para la filtración HEPA y ULPA . Estos filtros se utilizan, entre otras, en centrales nucleares como medida de seguridad para evitar una 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 el tejido de tapicería y textiles como el lamé y el brocado . Mucha gente también utiliza fibras metálicas para tejer y bordar . 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 el 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 mayor variedad, los hilos metálicos se retuercen con otras fibras como lana, nailon, algodón y mezclas sintéticas para producir hilos que añaden efectos novedosos a la tela final o al adorno. [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 dispersos por la alfombra con otras fibras por lo que no se detectan. La presencia de fibras ayuda a conducir la electricidad para reducir el choque estático. Este tipo de alfombras se utilizan a menudo en áreas de uso de computadoras u otras áreas donde la acumulación de estática podría dañar el equipo. Otros usos incluyen cuerdas 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 refuerzo o fibra de conductividad eléctrica para compuestos reforzados con fibras.