Filamentos
Filamentos
Generalidades
En efecto, un pincel es un objeto especial. En conjunto, tiene una forma geométrica bien definida y unas dimensiones precisas, pero localmente, la superficie de trabajo está formada por miles o millones de pequeños círculos, que son los extremos de los filamentos con los que se fabrica el cepillo. Esta característica diferencia al pincel de cualquier otro elemento mecánico utilizado en la técnica. De hecho, la superficie de trabajo de un cepillo puede ser rígida o blanda, orientada o isótropa, localmente variable y, sobre todo, tiene una gran adaptabilidad a las irregularidades de la pieza. Cada filamento se comporta individualmente aunque forme parte colectivamente de una única superficie de trabajo. Los filamentos son, por tanto, los componentes básicos del cepillo.
Pueden ser de tres tipos:
- Sintéticos
- Naturales
- Metalizados
| Materiale | D | PS | A | Tmax | Tmin | R | RE | RC | FDA | Uso prevalente |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PA 6 | 0.10-2.00 | 1.13 | 10 | +100 | -40 | 500 | 10¹¹ | X | ✓ | Alimentare, buona memoria elastica |
| PA 6.6 | 0.10-2.00 | 1.14 | 9 | +120 | -40 | 550 | 10¹¹ | X | ✓ | Alimentare, ottima memoria elastica |
| PA 6.12 | 0.07-2.00 | 1.06 | 3.0 | +110 | -40 | 440 | 10¹¹ | X | ✓ | Alimentare, ottima memoria elastica anche con acqua |
| PA 6.12 Abrasivo | 0.50-1.60 | 1.25 | 3.0 | +110 | -40 | 440 | 10¹¹ | X | Levigatura, satinatura, finitura | |
| PA HT | 0.20-0.80 | 1.18 | 3.7 | +160 | -20 | 400 | Alte temperature di esercizio | |||
| PP | 0.15-3.00 | 0.89 | 0.1 | +80 | -20 | 470 | 1016 | XX | ✓ | Alimentare, anche con acqua, sollecitazione meccanica leggera |
| PE | 0.30-1.00 | 0.92 | 0.1 | +70 | -50 | 170 | 10¹² | XXX | ✓ | Ambiente chimicamente aggressivo, superfici delicate |
| PBT | 0.20-3.00 | 1.31 | 0.35 | +100 | -40 | 420 | XX | ✓ | Alimentare, resistenza all’abrasione anche con acqua | |
| PEEK | 0.20-0.80 | 1.32 | 0.15 | +200 | 720 | XX | Alte temperature di esercizio ed elevate sollecitazioni | |||
| FIBRA DI VETRO | 1.00-3.00 | 1.91 | 0.25 | +155 | 1450 | Elevata resistenza all’usura | ||||
| THUNDERON | 0.03 | 1.28 | 0.8 | +150 | 5x10-¹ | Scarica elettrostatica | ||||
| CRINE CAVALLO | 0.12 med | 1.00 | 50 | +150 | -150 | 10¹⁶ | Alte temperature e superfici delicate | |||
| SETOLA MAIALE | 0.15 med | 1.10 | 40 | +150 | -150 | 10¹⁶ | Alte temperature, azione più incisiva rispetto al crine | |||
| PELO CAPRA | 0.05 med | 1.06 | 60 | +150 | -150 | 10¹⁶ | Superfici molto delicate | |||
| TAMPICO | 0.25 med | 0.86 | 35 | +160 | -150 | 10¹⁶ | Alte temperature, leggera abrasione |
|||
| ACCIAIO AR | 0.12-0.70 | 7.85 | +300 | 1900 | 1.7x10-⁵ | X | Pulitura e satinatura metalli duri |
|||
| ACCIAIO AAR | 0.12-0.70 | 7.85 | +300 | - | 2300 | 1.7x10-⁵ | X | Trattamento metalli con forte sollecitazione meccanica | ||
| ACCIAIO INOX | 0.12-0.50 | 7.90 | +450 | 2000 | 1.7x10-⁵ | XXX | ✓ | Alimentare, ambiente umido o aggressivo |
||
| ACCIAIO TEMPERATO | 0.20-0.70 | 7.85 | +350 | 2000 | 1.7x10-⁵ | X | Raschiatura meccanica profonda | |||
| ACCIAIO DOLCE | 0.06-0.40 | 7.85 | +200 | 650 | 1.7x10-⁵ | X | Pulitura e satinatura metalli teneri |
|||
| OTTONE | 0.06-0.30 | 8.50 | +160 | 900 | 7x10-⁶ | XX | Trattamento non aggressivo dei metalli | |||
| BRONZO FOSFOROSO | 0.06-0.50 | 8.80 | +160 | 950 | 7.5x10-⁶ | XXX | Trattamento non aggressivo dei metalli, ambiente chimicamente aggressivo. Anti-scintilla |
D: diámetro del filamento (mm)
PS: peso específico (Kg/dm³)
A: absorción de agua (%)
T max: temperatura máxima de funcionamiento (°C)
T min: temperatura mínima de funcionamiento (°C)
R: carga de rotura por tracción (N/mm²)
RE: Resistencia eléctrica (Ohm cm)
RC: resistencia química (X = mala, XX = suficiente, XXX = buena)
FDA: para uso alimentario según la Food and Drug Administration (EE.UU.) Sólo a temperatura ambiente.
PA (nylon) 6 / 6.6 / 6.12
El nailon (poliamida) es el filamento más utilizado en los cepillos técnicos. Gracias a su gran memoria elástica, puede trabajar bajo tensión y luego retomar fácilmente su configuración inicial. Está disponible liso, ondulado, blanco y negro, en una amplia variedad de diámetros.
PA 6.12 abrasivo
El nylon abrasivo es muy útil en todas las aplicaciones que requieren un filamento muy agresivo. Consiste en gránulos abrasivos en una base de nylon 6.12. Los granos pueden ser de dos tipos: carburo de silicio (SC) y óxido de aluminio (AO), que proporcionan dos calidades diferentes de nylon abrasivo. El filamento SC es más afilado y, por tanto, más adecuado para la eliminación de material. El filamento AO tiene un grano más redondeado y, por tanto, es más adecuado para el acabado y el pulido. El porcentaje de abrasivo en el nailon es, por término medio, del 30%. Existen varios tamaños de grano de abrasivo (como el papel de lija) con diferentes diámetros de filamento (véase la tabla).
PA HT
Se trata de un filamento a base de nailon resistente a temperaturas de hasta 160 °C. Disponible liso en varios diámetros.
PP
El polipropileno tiene menos memoria elástica que el nailon, pero absorbe menos agua y es más resistente a los productos químicos, por lo que es preferible en entornos agresivos. Disponible en muchos diámetros, hasta el más grande (oval mm 2×3), blanco, negro, liso u ondulado.
PE
El polietileno es el material que mejor soporta los entornos químicamente agresivos. Normalmente está disponible liso en la típica sección en X, lo que le confiere un suave efecto cepillado, que puede acentuarse mediante el «plumado». Consiste en deshilachar el extremo de cada filamento con una herramienta especial. Los 4 canales formados por la sección en X, por capilaridad, hacen que el filamento de PE sea apto para retener líquidos y, por tanto, adecuado para lavar productos delicados, por ejemplo, frutas.
PBT
El poliéster es un filamento muy elástico, pero no debe someterse a cargas pesadas, ya que pierde sus propiedades mecánicas si alcanza el límite elástico. Tiene una buena resistencia a la abrasión y una resistencia química moderada.
PEEK
Se trata de un filamento de alta tecnología que permite su uso a altas temperaturas de funcionamiento de hasta 200 °C. También es adecuado para altas tensiones mecánicas. Disponible liso en varios diámetros.
Thunderon® (Conductor acrílico)
Thunderon es un filamento de alta tecnología. Sobre una base acrílica, el sulfuro de cobre se une químicamente. El resultado es un producto con la consistencia de un filamento sintético pero con una elevada conductividad eléctrica. Por lo tanto, es adecuado para superficies de descarga electrostática.
Tiene numerosas ventajas sobre la fibra de carbono:
- mayor conductividad eléctrica
- fibra de carbono no tiene consistencia, mientras que el Thunderon puede cepillar las piezas
- mezclando Thunderon y nailon, se puede conseguir la dureza deseada
- mientras que los cepillos de fibra de carbono sólo están disponibles en forma lineal, con el Thunderon es posible construir cepillos de cualquier forma, incluso rodillos
Fibra de vidrio
Es un filamento muy rígido cuya principal característica es que es muy resistente al desgaste. Sólo disponible recta con diámetros de 1 a 3 mm. Muchos creen que la fibra más resistente al desgaste es la fibra de carbono. Para comprobarlo, probamos los dos tipos en el laboratorio midiendo su consumo en papel de lija en función del tiempo. Del gráfico de la figura se desprende que la fibra de carbono se desgasta mucho más rápido que la fibra de vidrio
Propiedades PA 6.12 Abrasivo
| GRANA | DIAMETRO (mm) | SEZIONE e FORMA |
|---|---|---|
| 46 SC | 1.30 | tondo ondulato |
| 60 SC | 1.20 | tondo ondulato |
| 80 SC | 1.10 | tondo ondulato |
| 80 SC | 1.30 | tondo ondulato |
| 80 SC | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 120 SC | 0.60 | tondo ondulato |
| 120 SC | 1.10 | tondo ondulato |
| 120 SC | 1.30 | tondo ondulato |
| 120 SC | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 180 SC | 0.90 | tondo ondulato |
| 180 SC | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 240 SC | 0.80 | tondo ondulato |
| 320 SC | 0.60 | tondo ondulato |
| 320 SC | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 500 SC | 0.50 | tondo ondulato |
| 80 AO | 1.10 | tondo ondulato |
| 80 AO | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 120 AO | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 180 AO | 0.90 | tondo ondulato |
| 180 AO | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 320 AO | 0.60 | tondo ondulato |
| 320 AO | 1.2x2.4 | piatto liscio |
| 500 AO | 0.50 | tondo ondulato |
| 600 AO | 0.50 | tondo ondulato |
| 600 AO | 0.40 | tondo ondulato |
Crin de caballo
Es el material más tradicional con el que siempre se han fabricado los cepillos. Es muy elástica y al mismo tiempo suave, por lo que puede limpiar a fondo la pieza sin alterar su superficie. También es muy adecuado para altas temperaturas y para liberar películas líquidas sobre las piezas a tratar.
Cerdas de cerdo
Es ligeramente más gruesa que la crin y, por tanto, un poco menos delicada. El filamento en el origen es mucho más corto que el de crin, por lo que no es posible fabricar cepillos con haces de más de unos 30 mm de longitud.
Pelo de cabra
Filamento muy fino y suave, se utiliza para el tratamiento de las superficies más delicadas. Los cepillos de pelo de cabra sólo deben rozar la superficie, ya que su suavidad no permite aplicar cargas.
Fibra vegetal de Tampico
El agave seco se utiliza para fabricar la fibra de Tampico (o México), llamada así por el puerto del que tradicionalmente partían los barcos con el exótico material. Es una fibra con un característico color amarillo, que soporta altas temperaturas y también tiene una acción ligeramente abrasiva. Se pueden hacer muy buenos compuestos con nailon, obteniendo una amplia gama de durezas.
Acero de alta resistencia (AR)
Al estirar el acero, la estructura cristalina del metal se orienta de tal manera que se obtiene una resistencia a la tracción (R) muy superior a la del metal en barra. Normalmente utilizamos un filamento con R=1900 N/mm2. Está disponible ondulado, galvanizado o negro. La composición química del acero se indica en la tabla.
Composición química media del acero AR
| Elemento | % |
|---|---|
| C | 0.520 |
| Mn | 0.623 |
| P | 0.004 |
| S | 0.010 |
| Si | 0.203 |
Acero de extra alta resistencia (AAR)
Es un filamento de primera calidad con R=2300 N/mm2. Por lo tanto, es adecuado para grandes esfuerzos mecánicos y, especialmente, para ciclos de fatiga, como es el caso de los cepillos giratorios. Está disponible ondulado, normalmente latonado.
Acero inoxidable
Disponible en calidad AISI 304 y sólo bajo pedido en calidad AISI 316. Se utiliza mucho no sólo en aplicaciones alimentarias, sino también en tratamientos superficiales de piezas de acero inoxidable para evitar el depósito de partículas que podrían oxidarse con el tiempo.
Acero endurecido
Se trata de un filamento muy duro adecuado para el raspado pesado. Debe trabajar en punta, ya que si se dobla alcanza fácilmente la fractura por fatiga. Sólo disponible liso.
Acero dulce (Bessemer)
Es un filamento muy blando, casi sin elasticidad. Se utiliza principalmente en diámetros muy pequeños para tratar superficies metálicas delicadas. Sólo hay disponible cartón ondulado.
Latón
Se utiliza para la limpieza especialmente de superficies metálicas no férricas, cuando se requiere una agresividad menor que la del acero. Disponible en diferentes diámetros y ondulado.
Bronce fosforado
Tiene un uso similar al del latón, y también es adecuado en entornos químicamente agresivos gracias a su excelente resistencia. También se utiliza para evitar las chispas durante el contacto con las superficies.
Los usuarios de cepillos de alambre suelen solicitar datos técnicos sobre las cargas máximas a las que pueden estar sometidos durante su funcionamiento. Esta carga varía en función del uso del cepillo (movimiento alternativo/rotatorio), la velocidad y la geometría.
Hemos estudiado teóricamente el problema basándonos en la hipótesis de trabajo más general posible, lo que ha dado lugar a una relación matemática. En la figura se muestra la geometría de un cepillo giratorio con sus parámetros.
Se conocen los valores de a, l, d, n. Sin embargo, la determinación de la flecha F requiere la solución de algunas ecuaciones bastante complejas. Las relaciones entre los parámetros se han resumido en diagramas como el de la página. 11. El diagrama se refiere a un coeficiente de fricción entre el filamento y la superficie metálica Z=0,7, un valor bastante común. Se consideraba un acero de alta resistencia. Utilizando una desigualdad del tipo: f (α , d, F, l, a, n) < = 1 es posible comprobar si el ángulo de trabajo Υ es aceptable. Si no se cumple la desigualdad, significa que la carga es demasiado grande y el filamento se rompe en poco tiempo (ciclo de fatiga).
En este caso es necesario reducir Υ. α è un coefficiente di carico del filamento. Utilizando el diagrama, es posible obtener el valor de la flecha F, o el valor del ángulo Υ. Por razones de eficacia general del cepillo, debe tenerse en cuenta que no debe superarse un ángulo Υ de 15°.
Estamos a su disposición para facilitarle los datos necesarios del proyecto.
A su llegada al almacén, se comprueban cuidadosamente todos los tipos de filamento, especialmente el diámetro. Además, se comprueba su buena trabajabilidad.
Los filamentos sintéticos, en particular, tienen una memoria elástica característica del polímero del que están hechos. Cuando un lote de filamento sintético entra en la empresa, también se comprueba su elasticidad. Por este motivo, durante muchos años hemos normalizado el método de medición mediante un aparato de prueba que carga muestras de filamento con un peso conocido y, a continuación, mide el springback del filamento.
Cada material tiene un rango de aceptabilidad, si el resultado está fuera de este rango el filamento es rechazado. Este control elimina los defectos debidos a una fabricación defectuosa del filamento, garantizando así una calidad constante en los suministros de cepillos.
Los filamentos suelen analizarse al microscopio para comprobar su nivel de acabado. Por ejemplo, este método puede utilizarse para comprobar la correcta distribución de las partículas SC o AO dentro del nylon abrasivo. El método también es útil para comprobar la calidad de un afeitado con brocha analizando los extremos de los filamentos individuales.
Preguntas más frecuentes
¿Cuál es la ventaja de utilizar un pincel en lugar de otro objeto deformable?
La particularidad del cepillo es que la superficie de trabajo está formada por millones de elementos individuales, que son los extremos de los filamentos individuales.
Esto confiere al cepillo una adaptabilidad que ningún otro elemento, por deformable que sea, puede tener.
¿En qué medida debe interferir el cepillo con la pieza de trabajo?
Depende de varios factores. En resumen, puede decirse que 2 mm es un buen compromiso. Lo importante es que los filamentos del cepillo trabajen «en la punta» y no en el lateral.
¿Puede desprenderse un haz de filamento del cuerpo del cepillo?
En función de los materiales utilizados y de las dimensiones, existe una carga de tracción límite que puede soportar un haz individual. Más allá de este límite, el haz se desprende, por lo que el cepillo debe calcularse en función del uso. Este límite puede aumentarse en gran medida construyendo cepillos «cosidos» o «atados» a mano, en los que, en lugar de un único elemento de anclaje, se coloca un alambre de acero continuo.
¿Es posible que un solo filamento se salga del haz y contamine el producto?
Esto sólo puede ocurrir si el cepillo tiene un defecto de fabricación, como cualquier otro tipo de objeto (por ejemplo, un rodillo hecho de escamas de silicona, una de las cuales es defectuosa y se rompe).
Cuando sea importante que no se produzca contaminación, deben utilizarse fibras sintéticas (no naturales) con un diámetro igual o superior a 0,15 mm.
¿Qué suavidad o dureza de cepillado puedo conseguir?
Son posibles prácticamente todos los grados de dureza, desde muy blando a muy duro. De hecho, la dureza es una combinación del diámetro del filamento, su longitud libre y la densidad de los haces.
¿Es posible tener un cepillo certificado "apto para uso alimentario"?
Por supuesto, podemos proporcionar la certificación FDA o FOOD GRADE y la trazabilidad del filamento.
¿Es posible tener un cepillo con certificación ATEX?
Desgraciadamente no, ya que es el conjunto de máquina + cepillo el que necesita la certificación ATEX, no el cepillo solo.
No obstante, es posible suministrar los materiales que exija el certificador, por ejemplo, bases conductoras, filamentos conductores, etc.
¿Es posible "regenerar" un cepillo desgastado?
En general, es posible, pero hay que evaluar si es rentable, lo que no siempre es el caso. Además, en el caso de un cepillo perforado, es desaconsejable regenerar el cepillo más de dos veces, para no reducir la estanqueidad de los haces.
