Proceso de Fabricación del Alambre con Envoltura de Fibra de Vidrio

La fabricación del alambre con envoltura de fibra de vidrio es un proceso preciso y de múltiples pasos. El objetivo principal es envolver el conductor metálico de manera uniforme, apretada y sin defectos con fibras de vidrio finas, e impartir el rendimiento integral final mediante un tratamiento de impregnación.

I. Materias Primas Principales

✅ Conductor

🔹Material: Generalmente cobre (alambre de cobre redondo blando) o aluminio. El cobre es el más utilizado debido a su excelente conductividad y ductilidad.

🔹Grado: Los conductores de cobre generalmente utilizan cobre puro de grado T2 o T1. Los requisitos para el conductor mismo incluyen baja resistividad, superficie lisa, sin rebabas y sin manchas de aceite, para evitar afectar la adhesión y el rendimiento de la capa de aislamiento.

🔹Especificación: Alambres redondos o planos de diferentes diámetros según los requisitos de diseño.

✅ Material de Aislamiento

Hilo de Fibra de Vidrio: Se utiliza fibra de vidrio libre de álcalis (E-glass). Esto se debe a que el vidrio que contiene álcalis (como el A-glass) tiene malas propiedades de aislamiento eléctrico y alta absorción de humedad, lo que no cumple con los requisitos eléctricos. La fibra de vidrio libre de álcalis tiene una resistividad y resistencia al calor muy altas.

Barniz de Impregnación: Este es el material clave que determina el rendimiento final del alambre con envoltura de fibra de vidrio (como la clase de resistencia al calor, la fuerza de adhesión, la resistencia química). Los tipos comunes incluyen:

🔹Poliéster: Typically Class B heat resistance (130°C). [Nota: Se suele mantener la clase en inglés (B, F, H, C) por ser estándar internacional, pero se puede añadir la temperatura entre paréntesis] Resistencia al calor típicamente Clase B (130°C).

🔹Poliéster Modificado: Ofrece un rendimiento superior.

🔹Poliuretano: Buena soldabilidad.

🔹Epoxi: Gran adherencia y buena resistencia química.

🔹Silicona: La resistencia al calor puede alcanzar la Clase H (180°C) o superior, se utiliza en ambientes de alta temperatura.

🔹Poliimida: Mayor resistencia al calor, puede alcanzar la Clase C (>220°C).

II. Flujo del Proceso de Fabricación

Todo el proceso se puede dividir en tres etapas principales: preparación del conductor, cubrimiento con fibra de vidrio y post-tratamiento.

• Etapa 1: Preparación y Pre-tratamiento del Conductor

✅ Estirado del Alambre: Las varillas de cobre o aluminio se estiran en frío a través de matrices para lograr el diámetro preciso requerido para el producto. Este proceso endurece el metal, haciendo necesario el siguiente paso.

✅ Recocido: El alambre endurecido en estado duro después del estirado en frío se somete a recocido a alta temperatura en una atmósfera protectora (por ejemplo, nitrógeno) para aliviar la tensión interna y restaurarlo a un estado blando, convirtiéndose en «alambre de cobre redondo blando». Esto es crucial para el envolturo apretado posterior y el bobinado por parte del cliente.

✅ Limpieza: Elimina la grasa, el polvo y otros contaminantes de la superficie del conductor para garantizar una buena adhesión de la fibra de vidrio y el barniz de impregnación.

• Etapa 2: Cubrimiento con Fibra de Vidrio (Trenzado)

Este es el proceso central, realizado en máquinas especializadas de envoltura con fibra de vidrio.

✅ Desenrollado (Pay-off): La bobina del conductor procesado se coloca en el dispositivo de desenrollado, manteniendo una tensión constante de desenrollado a través de un sistema de control de tensión.

✅ Envoltura/Trenzado:

Múltiples bobinas cargadas con hilo de fibra de vidrio giran rápidamente alrededor de un conductor que se mueve a velocidad constante.

Mediante un control mecánico preciso, el hilo de vidrio se envuelve en espiral alrededor del conductor con un paso específico (es decir, densidad de bobinado) y una tasa de superposición (típicamente 50%-55%, lo que significa que la siguiente capa cubre más de la mitad del ancho de la capa anterior).

Suele adoptarse la envoltura inversa de doble capa (una capa con torsión a la izquierda, otra capa con torsión a la derecha) para que la capa de cubrimiento sea más ajustada, uniforme, evitar gaps y mejorar la resistencia mecánica.

✅ Bobinado (Take-up): El alambre cubierto con fibras de vidrio se enrolla en otra bobina. El producto en esta etapa se llama «alambre verde» o «alambre cubierto crudo», donde las fibras de vidrio están sueltas y tienen baja resistencia.

• Etapa 3: Post-tratamiento y Curado

✅ Impresnación:

El «alambre verde» enrollado se pasa por un tanque de barniz que contiene barniz de impregnación, permitiendo que la capa de fibra de vidrio absorba completamente la resina del barniz.

Se utiliza comúnmente el método de recubrimiento con fieltro, donde los fieltros de squeeze controlan la cantidad de barniz aplicado, asegurando una penetración uniforme sin un espesor excesivo.

✅ Horneado / Curado:

El alambre impregnado ingresa inmediatamente a un horno largo (túnel de horneado).

A temperaturas controladas con precisión, el solvente en el barniz de resina se volatiliza, mientras que la resina sufre una reacción de polimerización reticulada, curándose completamente.

Este proceso une la hebra de fibra de vidrio suelta en una capa de aislamiento integral sólida, lisa y densa, firmemente adherida al conductor.

Enfriamiento y Rebobinado: El alambre curado se enfría mediante un dispositivo de refrigeración y finalmente se enrolla ordenadamente en la bobina del producto terminado mediante un sistema de control de tensión.

III. Puntos Clave de Control de Calidad

• Inspección Visual: La superficie debe ser lisa, libre de burbujas, impurezas, roturas de hilo o cobre expuesto.
• Precisión Dimensional: Incluye diámetro del conductor, diámetro exterior de la capa de aislamiento, uniformidad, etc.
• Rendimiento Eléctrico: La tensión de ruptura (breakdown voltage) es el indicador central, que prueba la capacidad de la capa de aislamiento para soportar alto voltaje. También se realizan pruebas de resistencia de aislamiento.
• Rendimiento Mecánico: Incluye flexibilidad y adhesión (a menudo verificada mediante pruebas de envoltura, pruebas de rotura por tirón brusco para detectar grietas o cobre expuesto), resistencia a la abrasión y resistencia al rayado.
• Clase de Resistencia al Calor: Determinada mediante pruebas de envejecimiento térmico para confirmar la clase de temperatura del producto (por ejemplo, B, F, H).
• Resistencia Química: Prueba la estabilidad de la capa de aislamiento después del contacto con productos químicos como disolventes y aceites.

IV. ¿Por qué elegir estos materiales y procesos?

P:¿Por qué usar fibra de vidrio libre de álcalis? 

R:Porque ofrece excelente aislamiento eléctrico, resistencia a altas temperaturas (punto de ablandamiento hasta 860°C), no inflamabilidad, baja absorción de humedad y alta resistencia mecánica.

P:¿Por qué impregnar? 

R:Las fibras de vidrio descubiertas son porosas, no unidas, tienen pobre resistencia mecánica e inadecuada resistencia a la humedad. El barniz de impregnación actúa como aglutinante, sellador y medio aislante adicional, llenando los espacios entre las fibras para formar un aislante compuesto continuo, sólido y suave.

P:¿Por qué usar envoltura inversa de doble capa? 

R:La envoltura de una sola capa inevitablemente tiene espacios. La envoltura inversa de doble capa permite que las capas cubran los espacios de cada una, asegurando la continuidad de la capa de aislamiento y una mayor resistencia mecánica.

Fuente original:Alambres Magnéticos para Industria Energética