Fibres de verre

Faisceau de fibres de verre

Fibres de verre ( fibre de verre également orthographié) est un matériau constitué de nombreuses extrêmement fine fibres de verre .

Verriers à travers l'histoire ont expérimenté avec des fibres de verre, mais production de masse de fibre de verre a été rendue possible avec l'invention de la machine plus fine outillage. En 1893, Edward Drummond Libbey présentait une habiller à la Columbian Exposition de fibres de verre incorporant au monde avec le diamètre et la texture de des fibres de soie. Ce fut d'abord porté par l'actrice de théâtre populaire de l'époque Géorgie Cayvan. Les fibres de verre peuvent également se produire naturellement, comme Des cheveux de Pélé.

La laine de verre, ce qui est communément connu comme "la fibre de verre" aujourd'hui, cependant, a été inventé en 1938 par Russell Jeux de Slayter Owens-Corning en tant que matériau à utiliser comme l'isolation. Il est commercialisé sous le nom commercial de fibre de verre, qui est devenu un genericized marque.

La fibre de verre est couramment utilisé comme un matériau isolant. Il est également utilisé comme agent de renforcement pour beaucoup produits polymères; pour former une très solide et léger polymère renforcé par des fibres (FRP) matériau composite appelé plastique renforcé de verre (GRP), populairement connu comme "la fibre de verre". La fibre de verre a des propriétés à peu près comparables à d'autres fibres telles que des polymères et fibre de carbone. Bien que pas aussi fort ou plus rigide que la fibre de carbone, il est beaucoup moins coûteux et beaucoup moins fragile.

Fibre formation

La fibre de verre est formé lorsque minces brins de silice à base de verre ou autre formulation sont extrudé dans de nombreuses fibres de petits diamètres appropriés pour textile traitement. La technique de chauffage et le dessin de verre en fibres fines est connue depuis des millénaires; cependant, l'utilisation de ces fibres pour des applications textiles est plus récente. Jusqu'à cette époque, toutes les fibres de verre a été fabriqué comme agrafe (ce est-grappes de courtes longueurs de fibre). La première production commerciale de fibre de verre était en 1936. En 1938, Owens-Illinois Glass Company et Corning Glass Works réunis pour former le Owens-Corning Fiberglas Corporation. Lorsque les deux entreprises ont rejoint pour produire et promouvoir la fibre de verre, ils ont introduit en continu des fibres de verre à filament. Owens-Corning est encore le principal producteur de fibres de verre sur le marché aujourd'hui.

Les types de fibre de verre les plus couramment utilisés sont principalement le verre E (verre alumino-borosilicate avec moins de 1% p / p oxydes alcalins, principalement utilisés pour les plastiques renforcées de verre), mais aussi A-verre (verre sodocalcique avec peu ou pas d'oxyde de bore), E-CR-verre (silicate alumino-calcique avec moins de 1% en poids / poids des oxydes alcalins, présente une résistance élevée en acide), de verre C (verre sodocalcique avec haute teneur en oxyde de bore, utilisé par exemple pour les fibres de verre de base), D-verre (verre borosilicate à faible constante diélectrique), R-verre (aluminosilicate verre sans MgO et CaO aux exigences mécaniques élevées), et S-verre (aluminosilicate verre sans CaO, mais à haute teneur en MgO avec une résistance élevée à la traction).

Chimie

La base de textiles de fibres de verre Echelle pentatonique est la silice , SiO _2. Dans sa forme pure, il existe en tant que polymère, (SiO _{2) n.} Il n'a pas de véritable point de fusion , mais adoucit jusqu'à 1200 ° C, où il commence à dégrader. A 1713 ° C, la plupart des molécules peuvent se déplacer librement. Si le verre est extrudé et refroidi rapidement à cette température, il sera incapable de former une structure ordonnée. Dans le polymère, il se forme SiO ₄ groupes qui sont configurées comme un tétraèdre avec le silicium atome au centre, et quatre atomes d'oxygène aux coins. Ces atomes forment alors un réseau lié aux coins en partageant les oxygène atomes.

Les vitreuses et cristallines états de silice (verre et quartz ) ont des niveaux d'énergie similaires sur une base moléculaire, ce qui implique également que la forme vitreuse est extrêmement stable. Afin d'induire cristallisation, il doit être chauffé à des températures supérieures à 1200 ° C pendant de longues périodes de temps.

Structure moléculaire du verre

Bien que la silice pure est une fibre de verre et le verre parfaitement viable, il doit être travaillé à des températures très élevées, ce qui est un inconvénient si ses propriétés chimiques spécifiques sont nécessaires. Il est habituel d'introduire des impuretés dans le verre sous la forme d'autres matériaux pour abaisser sa température de travail. Ces matériaux confèrent également à diverses autres propriétés du verre qui peut être bénéfique dans différentes applications. Le premier type de verre utilisé pour les fibres était verre sodocalcique ou un verre. Il ne est pas très résistant à l'alcali. Un nouveau type, verre E, a été formé; ce est un verre aluminosilicate borosilicate qui est alcali libre (<2%). Ce était la première formulation de verre utilisé pour continu formation de filaments. Verre E représente encore la majeure partie de la production de fibres de verre dans le monde. Ses composants particuliers peuvent différer légèrement en pourcentage, mais doivent se situer dans une gamme spécifique. La lettre E est utilisé parce qu'il était à l'origine pour les électriques applications. S-verre est une formulation à haute résistance pour être utilisé résistance à la traction est la propriété la plus importante. C-verre a été conçu pour résister à l'attaque de produits chimiques, principalement des acides qui détruisent E-verre. T-verre est une variante nord-américaine de C-verre. Un verre est un terme de l'industrie pour verre calcin, souvent bouteilles, fait dans la fibre. AR-verre est un verre résistant aux alcalis. La plupart des fibres de verre ont limité la solubilité dans l'eau mais sont très dépendants pH. Les ions chlorure seront également attaquer et dissoudre surfaces de verre E.

E-verre ne est pas vraiment fondre, mais adoucit la place, le point de ramollissement étant "la température à laquelle une fibre de diamètre de 0,55 à 0,77 mm 235 mm de long, se allonge sous son propre poids à 1 mm / min quand il est suspendu verticalement et chauffée au taux 5 ° C par minute ". Le point de déformation est atteinte lorsque le verre a une viscosité de 10 ^14,5 équilibre. Le point de recuit, qui est la température où les contraintes internes sont réduites à une limite acceptable commercial en 15 minutes, est marquée par une viscosité de 10 ¹³ poises.

Propriétés

Thermique

Les fibres de verre sont des isolants thermiques utiles en raison de leur rapport élevé de la surface au poids. Cependant, la zone de surface accrue rend beaucoup plus sensible à une attaque chimique. En piégeant l'air en leur sein, des blocs de fibre de verre font bonne l'isolation thermique, avec une la conductivité thermique de l'ordre de 0,05 W / (m · K ).

Élastique

La force de verre est habituellement testé signalé et «vierge» ou fibres-ces vierges qui viennent d'être fabriqué. Les fibres les plus fines, les plus frais sont les plus forts parce que les fibres plus minces sont plus ductile. Plus la surface est rayé, moins la résultante la ténacité. Parce que le verre a un structure amorphe, ses propriétés sont les mêmes long de la fibre et à travers la fibre. L'humidité est un facteur important dans la résistance à la traction. L'humidité est facilement adsorbé, et peut aggraver les fissures microscopiques et les défauts de surface, et de diminuer la ténacité.

Contrairement à fibre de carbone, de verre peut subir plus allongement avant la rupture. Il existe une corrélation entre le diamètre de flexion du filament et le diamètre du filament. La viscosité du verre fondu est très important pour la fabrication de succès. Au cours de dessin (traction du verre afin de réduire la circonférence de la fibre), la viscosité doit être relativement faible. Si elle est trop élevée, la fibre se casse pendant l'étirage. Cependant, se il est trop faible, le verre se former des gouttelettes plutôt que de faire ressortir en fibres.

Les procédés de fabrication

Fusion

Il existe deux grands types de fabrication de fibres de verre et deux grands types de produits de fibres de verre. En premier lieu, la fibre se effectue soit à partir d'un procédé de fusion directe ou un processus de refonte de marbre. Deux commencent avec les matières premières sous forme solide. Les matériaux sont mélangés ensemble et fondus dans un four. Puis, pendant le processus de marbre, le matériau fondu est cisaillé et roulé dans marbres qui sont refroidis et conditionnés. Les billes sont prélevés à l'usine de fabrication de la fibre où ils sont insérés dans une boîte et refondus. Le verre fondu est extrudé à la douille devant être formée en une fibre. Dans le procédé de fusion directe, le verre fondu dans le four va directement à la douille de formation.

Formation

Le plaque douille est la partie la plus importante de la machine pour la fabrication de la fibre. Il se agit d'un petit four métallique contenant des buses pour la fibre à se former à travers. Il est presque toujours faite de platine allié avec le rhodium pour la durabilité. platine est utilisé parce que la masse fondue de verre a une affinité naturelle pour mouillant. Quand douilles ont été utilisés d'abord, ils étaient 100% de platine et le verre mouillé la douille si facilement, il a couru sous la plaque après la sortie de la buse et se accumulent sur la face inférieure. En outre, en raison de son coût et de la tendance à l'usure, la platine a été allié avec du rhodium. Dans le procédé de fusion directe, de la douille sert de collecteur pour du verre fondu. Il est chauffé légèrement pour garder la vitre à la bonne température pour la formation de fibres. Dans le procédé à l'état fondu en marbre, la douille agit plus comme un four à mesure qu'il fond plus du matériau.

Douilles sont la principale dépense dans la production de fibre de verre. La conception de la buse est également critique. Le nombre de buses se étend de 200 à 4000 par multiples de 200. La partie importante de la buse dans la fabrication de filaments continus est l'épaisseur de ses parois dans la zone de sortie. On a trouvé que l'insertion d'un délardage mouillage réduit ici. Aujourd'hui, les buses sont conçues pour avoir une épaisseur minimale à la sortie. Comme le verre se écoule à travers la buse, il se forme une goutte qui est suspendu à partir de la fin. Comme il tombe, il laisse un fil attaché par le ménisque de la buse dans la mesure où la viscosité est dans la plage correcte pour la formation de fibres. Le plus petit de la bague annulaire de la buse et le diluant le mur à la sortie, plus vite la goutte former et tomber, et la partie inférieure de sa tendance à mouiller la partie verticale de la buse. La tension superficielle du verre est ce qui influence la formation du ménisque. Pour E-verre, il devrait être autour de 400 mN par m.

L'atténuation (dessin) la vitesse est importante dans la conception de la buse. Bien que le ralentissement de cette baisse de vitesse peut faire la fibre grossière, il ne est pas rentable afin de fonctionner à des vitesses pour lesquelles les buses ne ont pas été conçus.

Processus de filament continu

Dans le procédé à filament continu, après la fibre est étirée, un taille est appliquée. Cette dimension permet de protéger la fibre lors de son enroulement sur une bobine. La taille particulière appliquée concerne l'utilisation finale. Bien que certaines tailles agit d'auxiliaires, d'autres faire la fibre possède une affinité pour un certain résine, si la fibre doit être utilisée dans un composite. Taille est généralement ajoutée à 0,5-2,0% en poids. Enroulement se effectue alors à environ 1 000 m par minute.

Processus de fibres discontinues

Pour la production de fibres coupées, il existe un certain nombre de moyens pour la fabrication de la fibre. Le verre peut être grillé ou brûlés par la chaleur ou de la vapeur après la sortie de la machine de formation. Habituellement, ces fibres sont transformées en une sorte de tapis. Le procédé le plus couramment utilisé est le procédé rotatif. Ici, le verre pénètre dans une centrifugeuse rotative de fibrage, et en raison de la force centrifuge est jeté à l'horizontale. Les jets d'air poussent verticalement et de liant est appliquée. Ensuite, le tapis est aspiré vers un écran et le liant est durci dans le four.

Sécurité

La fibre de verre a augmenté en popularité depuis la découverte que l'amiante provoque le cancer et son retrait ultérieur de la plupart des produits. Cependant, la sécurité de la fibre de verre est également remise en question, que la recherche montre que la composition de ce matériau (amiante et fibres de verre sont les deux fibres de silicate) peut provoquer une toxicité similaire à l'amiante.

1970 études sur les rats ont constaté que les fibres de verre de moins de 3 micromètres de diamètre et plus de 20 micromètres de longueur est un "puissant cancérigène". De même, la Centre international de recherche sur le cancer a trouvé "peut raisonnablement se attendre à être un agent cancérigène" en 1990. Le Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux, d'autre part, dit que la preuve est insuffisante et que la fibre de verre est en groupe A4: "Non classifiable comme cancérogène pour l'homme".

Le Isolation Manufacturers Association américaine du Nord (NAIMA) affirme que la fibre de verre est fondamentalement différente de l'amiante, car ce est l'homme-fait à la place de naturel. Ils affirment que la fibre de verre »se dissout dans les poumons", tandis que l'amiante reste dans le corps pour la vie. Bien que la fibre de verre et de l'amiante sont fabriqués à partir de filaments de silice, NAIMA prétend que l'amiante est plus dangereux en raison de sa structure cristalline, qu'il cause à la cliver en petits morceaux, plus dangereux, citant le US Department of Health and Human Services:

Fibres vitreuses synthétiques [de fibre de verre] diffèrent de l'amiante de deux façons qui peuvent fournir au moins partielle des explications pour leur faible toxicité. Parce que la plupart des fibres vitreuses synthétiques ne sont pas cristallins comme l'amiante, ils ne séparent pas longitudinalement pour former des fibres plus minces. Ils ont aussi généralement nettement moins biopersistance dans les tissus biologiques que les fibres d'amiante, car ils peuvent subir la dissolution et à la rupture transversale.

Une étude de 1998 sur des rats a révélé que la biopersistance des fibres synthétiques après un an était de 0,04 à 10%, mais 27% pour l'amiante amosite. Fibres qui ont persisté plus ont été trouvés à être plus cancérigène.

Plastique renforcé de verre

Plastique renforcé de verre (GRP) est un matériau composite ou plastique renforcée par des fibres en une matière plastique renforcée par des fibres de verre fines. Comme Plastique renforcé de graphite, le matériau composite est communément appelée fibre de verre. Le verre peut être sous la forme d'un tapis de brins hachés (CSM) ou d'un tissu.

Comme beaucoup d'autres matériaux composites (telles que béton armé), les deux matériaux agissent ensemble, chaque surmonter les déficits de l'autre. Alors que les résines plastiques sont forts dans charge de compression et relativement faible dans résistance à la traction, les fibres de verre sont très résistant à la traction mais pas tendance à résister à la compression. En combinant les deux matériaux, GRP devient une matière qui résiste bien à la fois des forces de compression et de traction. Les deux matériaux peuvent être utilisés de manière uniforme ou de la vitre peuvent être spécifiquement placés dans les parties de la structure qui subiront des efforts de traction.

Utilisations

Utilise pour la fibre de verre ordinaire comprennent des tapis et des tissus pour isolation thermique, isolation électrique, l'isolation acoustique, des tissus de haute résistance ou de tissus à la chaleur et résistant à la corrosion. Il est également utilisé pour renforcer des matériaux divers, tels que des mâts de tente, pôles pôles de la voûte, flèches, arcs et arbalètes, panneaux de toiture translucides, automobiles organismes, bâtons de hockey, planches de surf, bateau coques, et carton nid d'abeilles. Il a été utilisé à des fins médicales dans le plâtre. La fibre de verre est largement utilisé pour la fabrication Cuves et réservoirs en PRF.

Ajouré grilles en fibre de verre sont utilisés pour renforcer asphalte. Non-tissés de fibres de verre / polymère tapis de mélange sont utilisés saturés avec une émulsion de bitume et d'asphalte overlayes, la production d'une membrane imperméable, résistant à la fissuration. Utilisation d'un verre renforcé de fibres de polymère barres d'armature à la place de barres d'armature en acier spectacles promettre dans les zones où l'évitement de corrosion de l'acier est souhaitée.

Rôle du recyclage dans la fabrication de fibres de verre

Les fabricants d'isolant en fibre de verre peuvent utiliser du verre recyclé. Fibre de verre recyclé a jusqu'à un verre recyclé de 40%.