¿Cómo se hace la fibra de vidrio?

La fibra de vidrio se refiere a un grupo de productos hechos de fibras de vidrio individuales combinadas en una variedad de formas. Las fibras de vidrio se pueden dividir en dos grupos principales de acuerdo con su geometría: fibras continuas utilizadas en hilos y textiles, y las fibras discontinuas (cortas) utilizadas como batts, mantas o tablas para aislamiento y filtración. La fibra de vidrio se puede formar en hilo, como lana o algodón, y tejido en tela que a veces se usa para cortinas. Los textiles de fibra de vidrio se usan comúnmente como material de refuerzo para plásticos moldeados y laminados. La lana de fibra de vidrio, un material grueso y esponjoso hecho de fibras discontinuas, se usa para el aislamiento térmico y la absorción de sonido. Se encuentra comúnmente en los mamparos y cascos de los buques y submarinos; compartimentos de motor de automóvil y revestimientos de paneles corporales; en hornos y unidades de aire acondicionado; paneles acústicos de pared y techo; y particiones arquitectónicas. La fibra de vidrio se puede adaptar para aplicaciones específicas como el tipo E (eléctrico), utilizado como cinta de aislamiento eléctrico, textiles y refuerzo; Tipo C (químico), que tiene resistencia al ácido superior y tipo T, para el aislamiento térmico.

Aunque el uso comercial de fibra de vidrio es relativamente reciente, los artesanos crearon hilos de vidrio para decorar copas y jarrones durante el Renacimiento. Un físico francés, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produjo textiles decorados con hilos de vidrio fino en 1713, y los inventores británicos duplicaron la hazaña en 1822. Un tejedor de seda británico hizo una tela de vidrio en 1842, y otro inventor, Edward Libbey, exhibió un Vestido tejido de vidrio en la Exposición Colombina de 1893 en Chicago.

La lana de vidrio, una masa esponjosa de fibra discontinua en longitudes aleatorias, se produjo por primera vez en Europa a principios de siglo, utilizando un proceso que implicaba dibujar fibras de barras horizontalmente a un tambor giratorio. Varias décadas después, se desarrolló y patentó un proceso de hilado. El material aislante de fibra de vidrio se fabricó en Alemania durante la Primera Guerra Mundial. Investigación y desarrollo dirigido a la producción industrial de fibras de vidrio progresó en los Estados Unidos en la década de 1930, bajo la dirección de dos compañías importantes, la Owens-Illinois Glass Company y Corning Glass Obras. Estas compañías desarrollaron una fibra de vidrio fina, flexible y de bajo costo al dibujar vidrio fundido a través de orificios muy finos. En 1938, estas dos compañías se fusionaron para formar Owens-Corning Fiberglas Corp. Ahora conocidas como Owens-Corning, se ha convertido en una compañía de $ 3 mil millones al año y es líder en el mercado de fibra de vidrio.

Materia prima

Las materias primas básicas para los productos de fibra de vidrio son una variedad de minerales naturales y productos químicos fabricados. Los ingredientes principales son la arena de sílice, la piedra caliza y la ceniza de sodio. Otros ingredientes pueden incluir alúmina calcinada, bórax, feldespato, sienita de nefasos, magnesita y arcilla de caolín, entre otros. La arena de sílice se usa como la antigua ceniza de sodio y la piedra caliza ayudan principalmente a reducir la temperatura de fusión. Otros ingredientes se utilizan para mejorar ciertas propiedades, como el bórax para la resistencia química. El vidrio residual, también llamado Cullet, también se usa como materia prima. Las materias primas deben sopesarse cuidadosamente en cantidades exactas y mezclarse completamente (llamados lotes) antes de derretirse en vidrio.

La fabricación
Proceso

Fusión

Una vez que se prepara el lote, se alimenta a un horno para derretirse. El horno puede ser calentado por electricidad, combustible fósil o una combinación de los dos. La temperatura debe controlarse con precisión para mantener un flujo de vidrio suave y constante. El vidrio fundido debe mantenerse a una temperatura más alta (aproximadamente 2500 ° F [1371 ° C]) que otros tipos de vidrio para formarse en fibra. Una vez que el vidrio se funde, se transfiere al equipo de formación a través de un canal (Forehearth) ubicado al final del horno.

Formando en fibras

Se utilizan varios procesos diferentes para formar fibras, dependiendo del tipo de fibra. Las fibras textiles se pueden formar a partir de vidrio fundido directamente desde el horno, o el vidrio fundido puede alimentarse primero a una máquina que forma canicas de vidrio de aproximadamente 0.62 pulgadas (1.6 cm) de diámetro. Estas canicas permiten que el vidrio se inspeccione visualmente por impurezas. Tanto en el proceso de fusión directa de fusión y de mármol, las canicas de vidrio o vidrio se alimentan a través de bujes eléctricamente calentados (también llamados spinnerets). El buje está hecho de platino o aleación de metal, con entre 200 y 3.000 orificios muy finos. El vidrio fundido pasa a través de los orificios y sale como filamentos finos.

Proceso de filamento continuo

Se puede producir una fibra larga y continua a través del proceso de filamento continuo. Después de que el vidrio fluye a través de los agujeros en el buje, se atrapan múltiples hilos en una enrolladora de alta velocidad. El enrollador gira a aproximadamente 2 millas (3 km) por minuto, mucho más rápido que la tasa de flujo de los bujes. La tensión saca los filamentos mientras aún está fundido, formando hilos una fracción del diámetro de las aberturas en el buje. Se aplica una carpeta química, que ayuda a evitar que la fibra se rompa durante el procesamiento posterior. El filamento se enrolla sobre los tubos. Ahora se puede torcer y colocar en hilo.

Proceso de fibra básica

Un método alternativo es el proceso de fibra graap. A medida que el vidrio fundido fluye a través de los bujes, los chorros de aire se enfrían rápidamente los filamentos. Las turbulentas explosiones de aire también dividen los filamentos en longitudes de 8-15 pulgadas (20-38 cm). Estos filamentos caen a través de un rocío de lubricante en un tambor giratorio, donde forman una red delgada. La red se extrae del tambor y se lleva a un hilo continuo de fibras libremente ensambladas. Este hilo se puede procesar en hilo por los mismos procesos utilizados para la lana y el algodón.

Fibra picada

En lugar de formarse en hilo, la hebra continua o de alimento largo puede cortarse en longitudes cortas. La hebra está montada en un conjunto de bobinas, llamado Creel y tira a través de una máquina que la corta en piezas cortas. La fibra picada se forma en esteras a las que se agrega una carpeta. Después de curarse en un horno, el tapete se enrolla. Varios pesos y espesores dan productos para tejas, techos acumulados o esteras decorativas.

Lana de vidrio

El proceso rotativo o de spinner se usa para hacer lana de vidrio. En este proceso, el vidrio fundido del horno fluye a un recipiente cilíndrico que tiene pequeños agujeros. A medida que el contenedor gira rápidamente, las corrientes horizontales de vidrio fluyen fuera de los agujeros. Las corrientes de vidrio fundido se convierten en fibras por una explosión hacia abajo de aire, gas caliente o ambos. Las fibras caen sobre una cinta transportadora, donde se entrelazan entre sí en una masa de vellón. Esto se puede usar para el aislamiento, o la lana se puede rociar con una carpeta, comprimirse en el grosor deseado y curar en un horno. El calor establece la carpeta, y el producto resultante puede ser un tablero rígido o semirrígido, o un Batt flexible.

Recubrimientos protectores

Además de los aglutinantes, se requieren otros recubrimientos para productos de fibra de vidrio. Los lubricantes se usan para reducir la abrasión de la fibra y se rocían directamente en la fibra o se agregan a la carpeta. Una composición antiestática también a veces se rocía en la superficie de las alfombrillas de aislamiento de fibra de vidrio durante el paso de enfriamiento. El aire de enfriamiento dibujado a través del tapete hace que el agente antiestático penetre todo el grosor de la alfombra. El agente antiestático consta de dos ingredientes: un material que minimiza la generación de electricidad estática, y un material que sirve como inhibidor de la corrosión y estabilizador. Más componentes (lubricantes, aglutinantes o agentes de acoplamiento). Los agentes de acoplamiento se usan en hebras que se utilizarán para reforzar los plásticos, para fortalecer el enlace al material reforzado. A veces se requiere una operación de acabado para eliminar estos recubrimientos o para agregar otro recubrimiento. Para los refuerzos de plástico, se pueden eliminar las cicatrices con calor o productos químicos y un agente de acoplamiento aplicado. Para aplicaciones decorativas, las telas deben ser tratadas por calor para eliminar las cedidades y establecer el tejido. Luego se aplican recubrimientos de base de tinte antes de morir o imprimir.

Formando en formas

Los productos de fibra de vidrio vienen en una amplia variedad de formas, hechos con varios procesos. Por ejemplo, el aislamiento de la tubería de fibra de vidrio se enrolla en formas similares a la varilla llamadas mandreles directamente desde las unidades de formación, antes del curado. Las formas del moho, en longitudes de 3 pies (91 cm) o menos, se curan en un horno. Las longitudes curadas se desoluegan a lo largo y se aserran en dimensiones especificadas. Se aplican los enfrentamientos si es necesario, y el producto está empaquetado para su envío.

Control de calidad

Durante la producción de aislamiento de fibra de vidrio, el material se muestrea en una serie de ubicaciones en el proceso para mantener la calidad. Estas ubicaciones incluyen: el lote mixto que se está alimentando con el fechado eléctrico; vidrio fundido del buje que alimenta el fibra de fibra fibra de vidrio saliendo de la máquina de fibra de fibra y producto curado final que emerge desde el final de la línea de producción. Las muestras de vidrio a granel y fibra se analizan para determinar la composición química y la presencia de defectos utilizando analizadores y microscopios químicos sofisticados. La distribución del tamaño de partícula del material por lotes se obtiene pasando el material a través de varios tamices de diferentes tamaños. El producto final se mide para grosor después del empaque de acuerdo con las especificaciones. Un cambio en el grosor indica que la calidad del vidrio está por debajo del estándar.

Los fabricantes de aislamiento de fibra de vidrio también utilizan una variedad de procedimientos de prueba estandarizados para medir, ajustar y optimizar la resistencia acústica del producto, la absorción del sonido y el rendimiento de la barrera del sonido. Las propiedades acústicas se pueden controlar ajustando tales variables de producción como diámetro de fibra, densidad aparente, grosor y contenido de aglutinante. Se utiliza un enfoque similar para controlar las propiedades térmicas.

El futuro

La industria de fibra de vidrio enfrenta algunos desafíos importantes sobre el resto de la década de 1990 y más allá. El número de productores de aislamiento de fibra de vidrio ha aumentado debido a las subsidiarias estadounidenses de empresas extranjeras y mejoras en la productividad por parte de los fabricantes estadounidenses. Esto ha resultado en un exceso de capacidad, que el mercado actual y quizás el futuro no puede acomodar.

Además del exceso de capacidad, otros materiales de aislamiento competirán. La lana de roca se ha utilizado ampliamente debido a las recientes mejoras de proceso y productos. El aislamiento de espuma es otra alternativa a la fibra de vidrio en paredes residenciales y techos comerciales. Otro material competidor es la celulosa, que se usa en el aislamiento del ático.

Debido a la baja demanda de aislamiento debido a un mercado de la vivienda blanda, los consumidores exigen precios más bajos. Esta demanda también es el resultado de la tendencia continua en la consolidación de minoristas y contratistas. En respuesta, la industria de aislamiento de fibra de vidrio tendrá que continuar reduciendo los costos en dos áreas principales: energía y medio ambiente. Se deberán utilizar hornos más eficientes que no dependan de una sola fuente de energía.

Con los vertederos que alcanzan la máxima capacidad, los fabricantes de fibra de vidrio tendrán que lograr una producción casi cero en desechos sólidos sin aumentar los costos. Esto requerirá mejorar los procesos de fabricación para reducir los desechos (también para los desechos líquidos y de gas) y reutilizar los desechos siempre que sea posible.

Dichos desechos pueden requerir reprocesamiento y remelulación antes de reutilizar como materia prima. Varios fabricantes ya están abordando estos problemas.