Como se fai fibra de vidro?

A fibra de vidro refírese a un grupo de produtos elaborados con fibras individuais de vidro combinadas nunha variedade de formas. As fibras de vidro pódense dividir en dous grandes grupos segundo a súa xeometría: fibras continuas empregadas en fíos e téxtiles, e as fibras discontinuas (curtas) usadas como bates, mantas ou placas para o illamento e a filtración. A fibra de vidro pódese formar en fíos como la ou algodón, e tecido en tecido que ás veces se usa para cortinas. Os téxtiles de fibra de vidro úsanse habitualmente como material de reforzo para plásticos moldeados e laminados. A la de fibra de vidro, un material espeso e esponjoso elaborado con fibras discontinuas, úsase para o illamento térmico e a absorción de son. Atópase habitualmente en mamposas e cascos submarinos; compartimentos do motor de automóbiles e revestimentos de paneis de corpo; en fornos e unidades de aire acondicionado; paneis acústicos de parede e teito; e particións arquitectónicas. A fibra de vidro pódese adaptar para aplicacións específicas como o tipo E (eléctrico), usado como cinta de illamento eléctrico, téxtiles e reforzo; Tipo C (químico), que ten resistencia ao ácido superior, e tipo T, para o illamento térmico.

Aínda que o uso comercial da fibra de vidro é relativamente recente, os artesáns crearon fíos de vidro para decorar copas e vasos durante o Renacemento. Un físico francés, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produciu téxtiles decorados con fíos de vidro fino en 1713, e os inventores británicos duplicaron a proeza en 1822. Vestido tecido de vidro na exposición colombiana de 1893 en Chicago.

A la de vidro, unha masa esponjosa de fibra discontinua en lonxitudes aleatorias, produciuse por primeira vez en Europa a finais do século, empregando un proceso que implicaba sacar fibras de varas horizontalmente ata un tambor xiratorio. Varias décadas despois, desenvolveuse e patentou un proceso de fiación. O material illante de fibra de vidro foi fabricado en Alemaña durante a Primeira Guerra Mundial. A investigación e o desenvolvemento dirixidos á produción industrial de fibras de vidro avanzou nos Estados Unidos nos anos 30, baixo a dirección de dúas grandes empresas, a compañía de vidro de Owens-Illinois e Corning Glass Obras. Estas empresas desenvolveron unha fibra de vidro fino, flexible e de baixo custo, debuxando vidro fundido a través de orificios moi finos. En 1938, estas dúas empresas fusionáronse para formar Owens-Corning Fiberglas Corp. agora só coñecida como Owens-Corning, converteuse nunha empresa de 3 millóns de dólares ao ano e é líder no mercado de fibra de vidro.

Materias primas

As materias primas básicas para produtos de fibra de vidro son unha variedade de minerais naturais e produtos químicos fabricados. Os ingredientes principais son a area de sílice, a pedra calcaria e o refresco. Outros ingredientes poden incluír alúmina calcinada, bórax, feldespato, syenite de nefelina, magnesita e arxila de caolina, entre outros. A area de sílice úsase como o primeiro vidro, e a cinza de refresco e a pedra calcaria axudan principalmente a baixar a temperatura de fusión. Outros ingredientes úsanse para mellorar certas propiedades, como o bórax para a resistencia química. O vidro de residuos, tamén chamado Cullet, tamén se usa como materia prima. As materias primas deben ser pesadas con coidado en cantidades exactas e mesturadas completamente entre si (chamadas lotes) antes de ser derretidas no vidro.

A fabricación
Proceso

Derretendo

Unha vez preparado o lote, introdúcese nun forno para a fusión. O forno pode ser quentado por electricidade, combustible fósil ou unha combinación de ambos. A temperatura debe ser controlada con precisión para manter un fluxo liso e constante de vidro. O vidro fundido debe manterse a unha temperatura máis alta (aproximadamente 2500 ° F [1371 ° C]) que outros tipos de vidro para formarse en fibra. Unha vez que o vaso se fundiza, transfírese ao equipo de formación a través dunha canle (Forhearth) situada ao final do forno.

Formándose en fibras

Utilízanse varios procesos diferentes para formar fibras, dependendo do tipo de fibra. As fibras téxtiles pódense formar a partir de vidro fundido directamente desde o forno, ou o vidro fundido pódese alimentar primeiro a unha máquina que forme mármores de vidro de aproximadamente 1,6 cm de diámetro. Estes mármores permiten inspeccionar o vaso visualmente para as impurezas. Tanto no proceso de fusión directa como en mármore, os mármores de vidro ou de vidro son alimentados a través de casquillos quentados eléctricamente (tamén chamados spinnerets). O buque está feito de aliaxe de platino ou metal, con entre 200 e 3.000 orificios moi finos. O vidro fundido pasa polos orificios e sae como filamentos finos.

Proceso de filamento continuo

Pódese producir unha fibra longa e continua a través do proceso de filamento continuo. Despois de que o vidro flúa polos buracos do casco, múltiples cordas quedan atrapadas nun enrolador de alta velocidade. O Winder xira a aproximadamente 3 quilómetros ao minuto, moito máis rápido que a taxa de fluxo dos casquillos. A tensión tira os filamentos mentres aínda se funden, formando fíos unha fracción do diámetro das aberturas no casco. Aplícase un ligante químico, o que axuda a evitar que a fibra se rompa durante o procesamento posterior. O filamento é entón enrolado nos tubos. Agora pódese torcer e incluír en fíos.

Proceso de fibra de grapa

Un método alternativo é o proceso de StapleFiber. A medida que o vidro fundido flúe polos casquillos, os chorros de aire arrefrían rapidamente os filamentos. As explosións de aire turbulentas tamén rompen os filamentos en lonxitudes de 20-38 cm de 8-15 polgadas. Estes filamentos caen por un spray de lubricante nun tambor xiratorio, onde forman unha web fina. A web está extraída do tambor e tira nunha cadea continua de fibras con soltura. Esta cadea pódese procesar en fíos polos mesmos procesos empregados para la e algodón.

Fibra picada

En lugar de formarse en fíos, a cadea continua ou longa pódese picar en curtas lonxitudes. A cadea está montada nun conxunto de bobinas, chamado Creel, e atrae unha máquina que a coloca en anacos curtos. A fibra picada fórmase en alfombras ás que se engade un aglutinante. Despois de curar nun forno, a alfombra está enrolada. Varios pesos e grosores dan produtos para tellas, tellados construídos ou alfombras decorativas.

La de vidro

O proceso rotativo ou spinner úsase para facer la de vidro. Neste proceso, o vidro fundido do forno flúe nun recipiente cilíndrico con pequenos buracos. A medida que o recipiente xira rapidamente, os fluxos horizontais de vidro flúen dos buratos. Os fluxos de vidro fundido convértense en fibras por unha explosión descendente de aire, gas quente ou ambas. As fibras caen sobre unha cinta transportadora, onde se entrelazan entre si nunha masa de vello. Pódese usar para o illamento ou a la pódese pulverizar cun ligante, comprimida no grosor desexado e curada nun forno. A calor establece o aglutinante e o produto resultante pode ser un taboleiro ríxido ou semi-ríxido ou unha batalla flexible.

Revestimentos protectores

Ademais dos ligantes, son necesarios outros revestimentos para produtos de fibra de vidro. Os lubricantes úsanse para reducir a abrasión da fibra e son directamente pulverizados na fibra ou engádense no ligante. Ás veces tamén se pulveriza unha composición antiestática na superficie das alfombras de illamento de fibra de vidro durante o paso de refrixeración. O aire de refrixeración atraído pola alfombra fai que o axente antiestático penetre todo o grosor da alfombra. O axente antiestático consta de dous ingredientes: un material que minimiza a xeración de electricidade estática e un material que serve como inhibidor da corrosión e estabilizador. Máis compoñentes (lubricantes, ligantes ou axentes de acoplamiento). Os axentes de acoplamiento úsanse en fíos que se empregarán para reforzar os plásticos, para fortalecer o enlace ao material reforzado. A miúdo é necesario unha operación de acabado para eliminar estes revestimentos ou para engadir outro revestimento. Para os reforzos de plástico, pódense eliminar os estribos con calor ou produtos químicos e aplicado un axente de acoplamiento. Para aplicacións decorativas, os tecidos deben ser tratados térmicamente para eliminar os fortes e para establecer o tecido. A continuación, aplícanse os revestimentos de base de tinte antes de morrer ou imprimir.

Formándose en formas

Os produtos de fibra de vidro teñen unha gran variedade de formas, feitas con varios procesos. Por exemplo, o illamento de tubos de fibra de vidro está enrolado en formas semellantes a varilla chamadas mandriles directamente das unidades de formación, antes de curar. As formas do molde, con lonxitude de 91 cm ou menos, curándose nun forno. As lonxitudes curadas son entón mordidas de lonxitude e asisten en dimensións especificadas. Aplícanse os rostros se é necesario e o produto está envasado para o seu envío.

Control de calidade

Durante a produción de illamento de fibra de vidro, o material móstrase en varias localidades do proceso para manter a calidade. Estes lugares inclúen: o lote mixto que se alimenta ao derretido eléctrico; vidro fundido do casquillo que alimenta o fibra; fibra de vidro que sae da máquina de fibra de fibra; e produto curado final emerxente desde o final da liña de produción. As mostras de vidro e fibra a granel son analizadas para a composición química e a presenza de defectos empregando sofisticados analizadores e microscopios químicos. A distribución do tamaño de partículas do material por lotes obtense pasando o material a través de varios tamices de diferentes tamaños. O produto final mídese para o grosor despois do envase segundo as especificacións. Un cambio de grosor indica que a calidade do vidro está por debaixo do estándar.

Os fabricantes de illamento de fibra de vidro tamén usan unha variedade de procedementos de proba normalizados para medir, axustar e optimizar a resistencia acústica do produto, a absorción de son e o rendemento das barreiras de son. As propiedades acústicas pódense controlar axustando tales variables de produción como diámetro de fibra, densidade a granel, grosor e contido de ligante. Utilízase un enfoque similar para controlar as propiedades térmicas.

O futuro

A industria de fibra de vidro afronta algúns retos importantes durante o resto da década de 1990 e máis alá. O número de produtores de illamento de fibra de vidro aumentou debido ás filiais americanas de empresas estranxeiras e melloras na produtividade por parte dos fabricantes estadounidenses. Isto resultou en exceso de capacidade, que o mercado actual e quizais futuro non pode acomodar.

Ademais do exceso de capacidade, outros materiais de illamento competirán. A la de rocha fíxose moi utilizada debido ás recentes melloras do proceso e do produto. O illamento de escuma é outra alternativa á fibra de vidro en paredes residenciais e tellados comerciais. Outro material competidor é a celulosa, que se usa no illamento ático.

Por mor da baixa demanda de illamento debido a un mercado de vivendas suaves, os consumidores esixen prezos máis baixos. Esta demanda é tamén o resultado da tendencia continuada na consolidación de venda polo miúdo e contratistas. En resposta, a industria do illamento de fibra de vidro terá que seguir reducindo os custos en dúas principais áreas: a enerxía e o ambiente. Haberá que empregar fornos máis eficientes que non dependan dunha soa fonte de enerxía.

Con vertedoiros que alcanzan a máxima capacidade, os fabricantes de fibra de vidro terán que conseguir unha produción case cero en residuos sólidos sen aumentar os custos. Isto requirirá mellorar os procesos de fabricación para reducir os residuos (tamén para os residuos de líquido e gas) e reutilizar os residuos sempre que sexa posible.

Tales residuos poden requirir reprocesamento e remelación antes de reutilizar como materia prima. Varios fabricantes xa están a tratar estes problemas.