Investigación y análisis del impacto de la mezcla de fibras en la resistencia de tejidos no tejidos producidos con cardadoras de doble tambor

Tejidos más resistentes a partir de fibras cotidianas

Desde las toallitas húmedas y las batas médicas hasta los paños de limpieza, muchos productos cotidianos dependen de tejidos no tejidos formados por fibras enmarañadas en lugar del tejido tradicional. Este estudio plantea una pregunta aparentemente sencilla: ¿cómo afecta la forma en que esas fibras se mezclan dentro de una máquina a la resistencia del tejido final? Al analizar el interior de cardadoras industriales, las máquinas que peinan y mezclan fibras, los autores muestran que moldear el recorrido de las fibras a través de la máquina puede aumentar la resistencia sin usar más material.

Cómo los peines modernos de fibras modelan nuestros materiales

Los tejidos no tejidos como el spunlace dependen de un paso de preprocesado preciso llamado cardado. En el cardado, fibras sueltas se alimentan sobre cilindros que giran rápidamente y están cubiertos por finos dientes metálicos, que desenredan los grupos y forman una capa ligera y aireada llamada vellón. Para mezclas de viscosa y poliéster ampliamente usadas en higiene y textiles técnicos, la calidad de este paso —qué tan uniformemente se abren, orientan y mezclan las fibras— influye de forma importante en la resistencia del tejido. Sin embargo, las cardadoras son conjuntos complejos de tambores y pequeños rodillos que giran a distintas velocidades, por lo que predecir cómo su diseño afecta la mezcla de fibras está lejos de ser sencillo.

Dos máquinas, tres modalidades de funcionamiento

Los investigadores se centraron en una línea industrial que produce un tejido no tejido ligero (40 gramos por metro cuadrado) a partir de una mezcla del 80% poliéster y 20% viscosa. Compararon dos cardadoras modernas de “doble tambor” con disposiciones internas diferentes. Una utilizaba un tambor intermedio único para transferir fibras entre sus dos cilindros principales; la otra empleaba un sistema más elaborado de cuatro tambores de transferencia, que permitía mayor rendimiento. El equipo realizó tres pruebas de producción: primero usando solo la cardadora más simple a plena carga, luego solo la cardadora más avanzada a plena carga y, finalmente, operando ambas cardadoras a mitad de carga cada una. En todos los casos, la velocidad de producción global y el peso del tejido se mantuvieron constantes.

Midiendo el recorrido oculto de las fibras

Para vincular el comportamiento de la máquina con el rendimiento del tejido, los autores combinaron mediciones reales con un modelo matemático del movimiento de las fibras dentro de las cardadoras. El modelo trata la transferencia de fibras entre rodillos como un proceso probabilístico: en cada punto de contacto entre superficies, una fibra tiene cierta probabilidad de ser recogida y transportada. A partir de la geometría de la máquina, las velocidades de los rodillos y la “dentación” de sus recubrimientos, el modelo calcula dos indicadores clave: cuánto tiempo, de media, permanecen las fibras dentro de la cardadora y qué distancia recorren mientras circulan por tambores y rodillos trabajador–descolgador. Estos valores se calcularon por separado para las dos máquinas y para cada configuración de prueba.

Paralelamente, el equipo produjo miles de metros de tejido y cortó tiras de ensayo a lo largo de todo el ancho de la banda de 3,2 metros. Mediante ensayos de tracción estándar, midieron la resistencia tanto en la dirección de producción (MD, dirección máquina) como en la perpendicular (CD, dirección cruzada). El análisis estadístico confirmó que las tres configuraciones produjeron niveles de resistencia significativamente diferentes. Los valores más altos de MD y CD —y la relación más equilibrada entre ambos— surgieron cuando ambas cardadoras trabajaron juntas a media carga, aun cuando la producción total se mantuvo igual.

Recorridos de fibra más largos, mallas más resistentes

El modelo reveló por qué la configuración de doble cardado funcionó mejor. En esa disposición, el tiempo medio que cada fibra pasaba en las cardadoras fue similar al de otras pruebas, pero la distancia total recorrida dentro de una de las máquinas fue sustancialmente mayor: más de 26 metros de circulación frente a unos 17 metros en el diseño más simple. Este recorrido ampliado significa que las fibras experimentan más acciones de peinado y mezcla, lo que conduce a una mezcla más uniforme y una mejor alineación. El estudio encontró una relación empírica clara: los tejidos eran más resistentes cuando la longitud calculada del recorrido de las fibras dentro de las cardadoras era mayor. En otras palabras, no solo importa cuánto tiempo permanecen las fibras en la máquina, sino con qué intensidad se recirculan y mezclan.

Diseñar productos más limpios, baratos y resistentes

Desde la perspectiva del usuario, la conclusión es que un diseño de máquina más inteligente puede hacer que los productos desechables sean más resistentes y potencialmente más sostenibles sin añadir fibra adicional. Operar dos cardadoras en tándem y ajustar cómo se enrutan las fibras entre sus tambores permite a los fabricantes aumentar la ruta de mezcla interna manteniendo la velocidad de producción y el peso del tejido sin cambios. Esto abre la posibilidad de usar menos materia prima para la misma resistencia, lo que reduce costes, disminuye el consumo energético y atenúa la cantidad de fibra sintética que llega al flujo de residuos. Los autores concluyen que la distancia media de circulación de las fibras dentro de la sección de cardado es un indicador simple pero potente de la resistencia del tejido —y un objetivo práctico para ingenieros que buscan materiales no tejidos de mejor rendimiento.

Cita: Niedziela, M., Sąsiadek, M., Woźniak, W. et al. Investigation and analysis of the impact of fibre mixing on the strength of nonwoven fabrics produced using double-drum carding machines. Sci Rep 16, 11708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47728-8

Palabras clave: tejidos no tejidos, mezcla de fibras, cardadoras, producción spunlace, mecánica textil