Fibra de vidro

Feixe de fibras de vidro

Fibra de vidro ( fibra de vidro também soletrado) é um material constituído por numerosos extremamente fina fibras de vidro .

Fabricantes de vidro ao longo da história têm experimentado com fibras de vidro, mas fabricação em massa de fibra de vidro só foi possível com a invenção da máquina de ferramental mais fina. Em 1893, Edward Drummond Libbey exibiu um vestir no Columbian Exposition fibras incorporando vidro do mundo, com o diâmetro ea textura de fibras de seda. Este foi usado pela primeira vez pela atriz de teatro popular do tempo Georgia Cayvan. As fibras de vidro também podem ocorrer naturalmente, tal como O cabelo de Pele.

Lã de vidro, que é comumente conhecido como "fibra de vidro" de hoje, no entanto, foi inventado em 1938 por Russell Jogos de Slayter Owens-Corning como um material para ser usado como isolamento. É comercializado sob as Fiberglas nome comercial, que se tornou uma marca genericized.

A fibra de vidro é normalmente utilizado como um material isolante. É também utilizado como agente de reforço para muitos produtos de polímero; para formar uma muito forte e leve polímero reforçado com fibra (FRP) chamado material compósito vidro plástico reforçado (GRP), popularmente conhecida como "fibra de vidro". A fibra de vidro tem propriedades mais ou menos comparáveis a outras fibras, tais como polímeros e fibra de carbono. Embora não tão fortes ou tão rígida como a fibra de carbono, que é muito mais barato e significativamente menos quebradiço.

Formação Fibre

A fibra de vidro é formada quando finos fios de sílica ou outros vidros baseados formulação são extrudado em muitas fibras com pequenos diâmetros adequados para têxtil processamento. A técnica de aquecimento e desenho de vidro em fibras finas tem sido conhecida há milênios; no entanto, a utilização destas fibras para aplicações têxteis é mais recente. Até este momento, tudo fibra de vidro tinha sido fabricado como grampo (ou seja, grupos de pequenos comprimentos de fibra). A primeira produção comercial de fibra de vidro foi em 1936. Em 1938, Owens-Illinois Glass Company e Corning Glass Works unidos para formar o Owens-Corning Fiberglass Corporation. Quando as duas companhias juntaram para produzir e promover a fibra de vidro, introduziram contínua fibras de vidro de filamento. Owens-Corning ainda é o maior produtor de fibra de vidro no mercado hoje.

Os tipos de fibra de vidro mais comumente utilizados são principalmente de vidro-E (vidro alumino-borosilicato com menos de 1% w / w óxidos alcalinos, usados principalmente para plásticos reforçados com vidro), mas também A-vidro (vidro álcali-cal com pouco ou qualquer óxido de boro), E-CR-vidro (silicato de alumino-cal com menos de 1% w / w óxidos alcalinos, tem alta resistência a ácidos), C-glass (vidro alcalino-cal com elevado teor de óxido de boro, usado, por exemplo para fibras descontínuas de vidro), D-vidro (vidro de borosilicato com baixa constante dielétrica), R-vidro (vidro de silicato alumino sem MgO e CaO com altas exigências mecânicas) e S-vidro (vidro de silicato alumino sem CaO mas com alto teor de MgO com alta resistência à tração).

Química

A base de têxteis de fibras de vidro é -grade sílica , _SiO2. Na sua forma pura, que existe como um polímero, (SiO _{2) n.} Não tem nenhum verdadeiro ponto de fusão , mas suaviza até 1200 ° C, onde começa a degradar. Em 1713 ° C, a maior parte das moléculas pode mover-se livremente. Se o vidro é extrudida e arrefeceu-se rapidamente a esta temperatura, ele não será capaz de formar uma estrutura ordenada. No polímero que forma SiO ₄ grupos os quais são configurados como um tetraedro com o silício núcleo no centro, e quatro átomos de oxigénio nos vértices. Esses átomos, em seguida, formar uma rede ligada nos cantos, compartilhando as oxigênio átomos.

Os vítreas e cristalinas estados de sílica (vidro e quartzo ) têm níveis de energia semelhantes em uma base molecular, implicando também que a forma glassy é extremamente estável. De modo a induzir cristalização, tem de ser aquecida a temperaturas superiores a 1200 ° C durante longos períodos de tempo.

Estrutura Molecular de Vidro

Embora sílica pura é uma fibra de vidro e vidro perfeitamente viável, ele deve ser trabalhado a temperaturas muito elevadas, o que é uma desvantagem, a menos que são necessárias as suas propriedades químicas específicas. É usual para introduzir impurezas no vidro sob a forma de outros materiais para reduzir a sua temperatura de trabalho. Estes materiais também conferem outras propriedades diferentes para o vidro que pode ser benéfico em diferentes aplicações. O primeiro tipo de fibra de vidro foi utilizado para refrigerante de vidro de cal ou um copo. Não é muito resistente a alcalino. Um novo tipo, E-vidro, foi formado; este é um vidro de alumino-borosilicato que é alcalino livre (<2%). Esta foi a primeira formulação de vidro utilizado para contínua formação de filamentos. E-vidro ainda faz-se a maior parte da produção de fibras de vidro no mundo. Seus componentes particulares podem diferir ligeiramente em porcentagem, mas deve cair dentro de um intervalo específico. A letra E é usado porque ele era originalmente para elétricos aplicações. S-vidro é uma formulação de alta resistência para utilização quando resistência à tracção é a propriedade mais importante. C-vidro foi desenvolvido para resistir a ataque de produtos químicos, principalmente ácidos que destroem E-vidro. T-vidro é uma variante norte-americana do C-vidro. A-vidro é um termo da indústria para aparas de vidro, garrafas, muitas vezes, feita em fibra. AR-copo é de vidro álcali-resistente. A maioria das fibras de vidro têm limitada solubilidade em água, mas são muito dependentes pH. Íons cloreto também irá atacar e dissolver superfícies de vidro E.

E-vidro não se derreta, mas amacia em vez disso, o ponto de amolecimento sendo "a temperatura na qual uma fibra de diâmetro 0,55-0,77 mm 235 milímetros de comprimento, alonga sob o seu próprio peso a 1 mm / min quando suspenso verticalmente e aquecido à taxa de 5 ° C por minuto ". O ponto de esforço é atingido quando o vidro tem uma viscosidade de 10 ^14,5 poise. O ponto de recozimento, que é a temperatura em que as tensões internas são reduzidas a um limite aceitável comercial em 15 minutos, é marcada por uma viscosidade de 10 ¹³ poise.

Propriedades

Térmico

As fibras de vidro são isolantes térmicos úteis por causa da sua elevada proporção de área superficial para o peso. No entanto, a maior área de superfície torna muito mais suscetível ao ataque químico. Por aprisionamento de ar dentro deles, blocos de fibra de vidro fazer bom isolamento térmico, com uma condutividade térmica da ordem de 0,05 W / (m · K ).

Tênsil

A força de vidro é geralmente testados e relatados para "virgem" ou fibras essas-cristalinas que acabam de ser fabricados. Os mais frescos, as fibras mais finas são as mais fortes porque as fibras mais finas são mais dúctil. Quanto mais a superfície riscada, a menos a resultante tenacidade. Como o vidro tem uma estrutura amorfa, as suas propriedades são as mesmas ao longo da fibra e do outro lado da fibra. A umidade é um fator importante na resistência à tração. A umidade é facilmente adsorvido, e pode piorar fissuras microscópicas e defeitos de superfície, e diminuir tenacidade.

Em contraste com fibra de carbono, vidro pode sofrer mais alongamento antes de quebrar. Há uma correlação entre a dobra diâmetro do filamento e o diâmetro do filamento. A viscosidade do vidro fundido é muito importante para a fabricação de sucesso. Durante desenho (de puxar o vidro para reduzir a circunferência da fibra), a viscosidade deve ser relativamente baixo. Se for demasiado alta, a fibra vai quebrar durante o desenho. No entanto, se for demasiado baixo, o vidro irá formar gotas em vez de desenho para fora em fibra.

Processos de fabricação

Fusão

Existem dois tipos principais de fabrico de fibra de vidro e dois tipos principais de produto de fibra de vidro. Primeiro, a fibra é feita a partir de um processo de fus directa ou um processo de refusão em mármore. Ambos começam com as matérias-primas em forma sólida. Os materiais são misturados e fundidos num fornalha. Em seguida, para o processo de mármore, o material fundido é cortado e rolado em mármores que são refrigerados e embalados. Os mármores são levados para as instalações de fabrico de fibra onde eles são inseridos em uma lata e refundido. O vidro fundido é extrudido para o bucha a ser formado em fibras. No processo de fusão directa, o vidro em fusão na fornalha vai directamente para a bucha para a formação.

Formação

O placa de bucha é a parte mais importante das máquinas para fazer a fibra. Esta é uma fornalha de metal pequena contendo bocais para a fibra a ser formada através. É quase sempre feita de platina ligado com ródio para durabilidade. A platina é usado porque o vidro em fusão tem uma afinidade natural pela molhando-o. Quando buchas foram utilizados pela primeira vez que eles foram de 100% de platina e o vidro humedecido a bucha tão facilmente que funcionou sob a placa depois de sair do bocal e acumulados na parte inferior. Além disso, devido ao seu custo e à tendência de usar, a platina foi ligado com ródio. No processo de fusão directa, o casquilho serve como um colector para o vidro fundido. Aquece-se ligeiramente para manter o vidro à temperatura correcta para a formação da fibra. No processo de fusão de mármore, o casquilho actua mais como um forno, uma vez que derrete mais do material.

Buchas são a principal despesa na produção de fibra de vidro. O desenho do bico é também crítica. O número de bocais varia 200-4000 em múltiplos de 200. A parte importante do bocal no fabrico de filamentos contínuos, é a espessura das suas paredes na região de saída. Verificou-se que a inserção de um rebaixo aqui reduzida molhamento. Hoje em dia, os bocais são concebidos para ter uma espessura mínima na saída. O vidro flui através do bico que forma uma gota que se encontra suspenso a partir da extremidade. Como ele cai, ele deixa um fio anexado pela menisco para o bico, enquanto a viscosidade está na gama correcta para a formação da fibra. Quanto menor for o anel anular do injector e a parede mais fina na saída, mais rápida será a gota formarão e se desviam, e menor será a sua tendência para molhar a parte vertical do bico. A tensão superficial do vidro é o que influencia a formação do menisco. Para E-vidro que deve ser em torno de 400 mi por m.

A atenuação (desenho) a velocidade é importante no desenho do bico. Embora desacelerando este para baixo a velocidade pode fazer a fibra mais grossa, é economicamente inviável para executar a velocidades para as quais os bicos não foram projetados.

Processo de filamento contínuo

No processo de filamentos contínuos, depois de a fibra é tirada, uma tamanho é aplicado. Isto ajuda a proteger o tamanho da fibra, uma vez que é enrolada numa bobina. O tamanho especial aplicada diz respeito à utilização final. Enquanto alguns tamanhos são adjuvantes, outros tornar a fibra tem uma afinidade para uma certa resina, se a fibra é para ser utilizado num compósito. O calibre é geralmente adicionada a 0,5-2,0% em peso. Winding seguida tem lugar a cerca de 1000 m por min.

Processo de fibra de grampo

Para a produção de fibras descontínuas, há uma série de formas para o fabrico da fibra. O vidro pode ser queimado ou jateado com calor ou vapor depois de sair da máquina de formação. Normalmente, estas fibras são feitas em algum tipo de tapete. O processo mais comum usado é o processo rotativo. Aqui, o vidro entra num girador rotativo, e devido à força centrífuga é jogado para fora horizontalmente. Os jactos de ar empurrá-lo para baixo verticalmente e ligante é aplicada. Em seguida, a esteira é aspirado para um crivo e a pasta é curada no forno.

Segurança

A fibra de vidro tem crescido em popularidade uma vez que a descoberta de que amianto causa câncer e sua posterior remoção da maioria dos produtos. No entanto, a segurança de fibra de vidro também está sendo posta em causa, como a pesquisa mostra que a composição deste material (amianto e fibra de vidro são as duas fibras de silicato) pode causar toxicidade semelhante ao amianto.

1970 estudos sobre ratos descobriram que o vidro fibrosa inferior a 3 micrómetros de diâmetro e maior do que 20 micrómetros de comprimento é um "agente cancerígeno potente". Da mesma forma, o Agência Internacional para Pesquisa sobre Câncer achou "pode ser razoavelmente esperado para ser um agente cancerígeno" em 1990. O Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais, por outro lado, diz que não há provas suficientes, e que a fibra de vidro é em grupo A4: "Não classificável como carcinógeno humano".

O North American Insulation Manufacturers Association (NAIMA) afirma que a fibra de vidro é fundamentalmente diferente do amianto, uma vez que é em vez de ocorrência natural feito pelo homem. Eles afirmam que a fibra de vidro "dissolve-se nos pulmões", enquanto o amianto permanece no corpo para toda a vida. Embora a fibra de vidro e amianto são feitos de filamentos de sílica, amianto NAIMA afirma que é mais perigosa devido à sua estrutura cristalina, o que faz com que ele decompor em partes menores, mais perigosas, citando o EU Departamento de Saúde e Serviços Humanos:

Fibras vítreas sintéticas [de fibra de vidro] diferem de amianto em duas formas que podem fornecer, pelo menos parcial explicações para a sua menor toxicidade. Como a maioria das fibras vítreas sintéticas não são cristalinos como o amianto, não dividido longitudinalmente para formar fibras mais finas. Eles também têm, geralmente, bastante menos biopersistência nos tecidos biológicos do que as fibras de amianto, porque eles podem sofrer dissolução e ruptura transversal.

Um estudo de 1998 usando ratos descobriram que a biopersistência de fibras sintéticas após um ano foi de 0,04-10%, mas 27% de amianto amosita. Fibras que persistiram mais tempo foram encontrados para ser mais cancerígenos.

Plástico reforçado com vidro

Plástico reforçado com vidro (GRP) é um ou material compósito plástico reforçado com fibra feita de um plástico reforçado por fibras de vidro finas. Como plástico reforçado com grafite, o material compósito é comumente referido como fibra de vidro. O vidro pode ser na forma de uma esteira de fio picado (CSM) ou de um tecido.

Tal como acontece com muitos outros materiais compósitos (como betão armado), os dois materiais actuam em conjunto, cada superar as deficiências do outro. Considerando que as resinas plásticas são fortes em carga de compressão e relativamente fraco em resistência à tracção, as fibras de vidro são muito fortes na tensão, mas não tendem para resistir à compressão. Ao combinar os dois materiais, o GRP torna-se um material que resiste bem ambas as forças de compressão e de tracção. Os dois materiais podem ser utilizados de modo uniforme ou o vidro pode ser especificamente colocados nas partes da estrutura que vai experimentar cargas de tracção.

Usos

Usa para fibra de vidro regulares incluem tapetes e tecidos para isolamento térmico, isolamento elétrico, isolamento de som, telas de alta resistência ao calor ou tecidos e resistentes à corrosão. É também utilizada para reforçar de vários materiais, tais como postes de tenda, pólos de salto com vara, flechas, arcos e bestas, painéis de telhados translúcidos, automóvel corpos, varas de hóquei, pranchas de surf, barco casca, e favo de mel papel. Ela tem sido usada para fins medicinais em moldes. A fibra de vidro é extensivamente usado para fazer Tanques e vasos de FRP.

Open-tecer redes de fibra de vidro são usadas para reforçar pavimentação asfáltica. Esteiras de mistura de fibra de vidro / polímero não-tecidos são utilizados saturado com emulsão asfáltica e overlayes com asfalto, produzindo uma membrana impermeável, resistente a rachar. Utilização de vidro reforçado com fibra de polímero vergalhões em vez de shows de vergalhão de aço prometer em áreas onde evitar a corrosão do aço é desejada.

Papel de reciclagem na fabricação de fibras de vidro

Fabricantes de isolamento de fibra de vidro pode usar vidro reciclado. Fibra de vidro reciclado tem até um vidro reciclado de 40%.