Como se fabrica a fibra de vidro?

A fibra de vidro refírese a un grupo de produtos feitos de fibras de vidro individuais combinadas nunha variedade de formas. As fibras de vidro pódense dividir en dous grandes grupos segundo a súa xeometría: as fibras continuas utilizadas en fíos e téxtiles, e as fibras descontinuas (curtas) utilizadas como bateas, mantas ou táboas para illamento e filtración. A fibra de vidro pódese formar como fío como a la ou o 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 feito de fibras descontinuas, úsase para o illamento térmico e a absorción acústica. Atópase habitualmente nos anteparos e cascos de buques e submarinos; compartimentos do motor dos automóbiles e forros do paneis da carrocería; en fornos e unidades de aire acondicionado; paneis acústicos de parede e teito; e tabiques arquitectónicos. A fibra de vidro pódese adaptar a aplicacións específicas como o Tipo E (eléctrico), utilizada como cinta illante eléctrica, téxtiles e reforzo; Tipo C (químico), que ten unha resistencia superior aos ácidos, e Tipo T, para 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 tecidos decorados con finas fíos de vidro en 1713, e os inventores británicos duplicaron a fazaña en 1822. Un tecedor de seda británico fixo un tecido de vidro en 1842, e outro inventor, Edward Libbey, expuxo un vestido tecido de vidro na Exposición colombiana de 1893 en Chicago.

A la de vidro, unha masa esponjosa de fibra descontinua de lonxitudes aleatorias, produciuse por primeira vez en Europa a principios de século, mediante un proceso que consistía en extraer as fibras das varillas horizontalmente ata un tambor xiratorio. Varias décadas despois, desenvolveuse e patentouse 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 progresaron nos Estados Unidos na década de 1930, baixo a dirección de dúas grandes empresas, a Owens-Illinois Glass Company e Corning Glass. Obras. Estas empresas desenvolveron unha fibra de vidro fina, flexible e de baixo custo atravesando vidro fundido a través de orificios moi finos. En 1938, estas dúas empresas fusionáronse para formar Owens-Corning Fiberglas Corp. Agora coñecida simplemente como Owens-Corning, converteuse nunha empresa de 3.000 millóns de dólares ao ano e é líder no mercado da fibra de vidro.

Materias Primas

As materias primas básicas para os produtos de fibra de vidro son unha variedade de minerais naturais e produtos químicos manufacturados. Os principais ingredientes son area de sílice, pedra calcaria e carbonato de sodio. Outros ingredientes poden incluír alúmina calcinada, bórax, feldespato, nefelina sienita, magnesita e arxila de caolín, entre outros. A area de sílice utilízase como formador de vidro, e a sosa e a pedra caliza axudan principalmente a baixar a temperatura de fusión. Outros ingredientes úsanse para mellorar certas propiedades, como o bórax para a resistencia química. Tamén se usa como materia prima o vidro de refugallo, tamén denominado cullet. As materias primas deben pesarse coidadosamente en cantidades exactas e mesturarse ben entre si (chamadas lotes) antes de fundilas en vidro.

A Manufactura
Proceso

Fundindo

Unha vez que o lote está preparado, introdúcese nun forno para fundilo. O forno pódese quentar con electricidade, combustibles fósiles ou unha combinación dos dous. A temperatura debe controlarse con precisión para manter un fluxo de vidro suave e constante. O vidro fundido debe manterse a unha temperatura máis alta (uns 2500 °F [1371 °C]) que outros tipos de vidro para que se transforme en fibra. Unha vez que o vidro se funde, transfírese ao equipo de conformación a través dunha canle (antera) situada ao final do forno.

Formando fibras

Para formar fibras utilízanse varios procesos diferentes, dependendo do tipo de fibra. As fibras téxtiles poden formarse a partir de vidro fundido directamente do forno, ou o vidro fundido pode ser alimentado primeiro a unha máquina que forma canicas de vidro duns 1,6 cm (0,62 polgadas) de diámetro. Estas canicas permiten que o vidro sexa inspeccionado visualmente para detectar impurezas. Tanto no proceso de fusión directa como no proceso de fusión de mármores, as canicas de vidro ou vidro son alimentadas a través de buxos quentados eléctricamente (tamén chamados spinnerets). O casco está feito de platino ou aliaxe metálica, con orificios de 200 a 3.000 moi finos. O vidro fundido pasa polos orificios e sae como finos filamentos.

Proceso de filamento continuo

A través do proceso de filamento continuo pódese producir unha fibra longa e continua. Despois de que o vidro flúe polos buratos do buxo, múltiples fíos quedan atrapados nun bobinador de alta velocidade. O bobinador xira a unhas 2 millas (3 km) por minuto, moito máis rápido que a taxa de fluxo dos buxos. A tensión tira os filamentos mentres aínda están fundidos, formando fíos unha fracción do diámetro das aberturas do buxo. Aplícase un aglutinante químico, que axuda a evitar que a fibra se rompa durante o procesamento posterior. Despois, o filamento enróllase nos tubos. Agora pódese retorcer e enrolar en fío.

Proceso de fibras cortadas

Un método alternativo é o proceso de fibras discontinuas. A medida que o vidro fundido flúe a través dos buxos, os chorros de aire arrefrían rapidamente os filamentos. As ráfagas turbulentas de aire tamén rompen os filamentos en lonxitudes de 8-15 polgadas (20-38 cm). Estes filamentos caen a través dun spray de lubricante sobre un tambor xiratorio, onde forman unha fina tea. A tea sábese do tambor e tírase nun fío continuo de fibras sen ensamblar. Este fío pódese transformar en fío polos mesmos procesos utilizados para a la e o algodón.

Fibra picada

En lugar de formar fío, o fío continuo ou de grapa longa pódese cortar en lonxitudes curtas. O fío está montado sobre un conxunto de bobinas, chamado creel, e tírase a través dunha máquina que o corta en anacos curtos. A fibra picada confórmase en alfombras ás que se lle engade un aglutinante. Despois de curar no forno, a alfombra enróllase. Varios pesos e grosores dan produtos para tellas, tellados construídos ou alfombras decorativas.

La de vidro

O proceso rotatorio ou spinner úsase para facer la de vidro. Neste proceso, o vidro fundido do forno flúe nun recipiente cilíndrico con pequenos buratos. A medida que o recipiente xira rapidamente, fluxos horizontais de vidro saen dos buratos. As correntes de vidro fundido convértense en fibras por unha explosión de aire, gas quente ou ambos. As fibras caen sobre unha cinta transportadora, onde se entrelazan nunha masa lanuda. Pódese usar como illamento ou pulverizar a la cun aglutinante, comprimir o espesor desexado e curar nun forno. A calor fixa o aglutinante, e o produto resultante pode ser unha tarxeta ríxida ou semirríxida, ou unha lámina flexible.

Revestimentos protectores

Ademais dos aglutinantes, son necesarios outros revestimentos para os produtos de fibra de vidro. Os lubricantes úsanse para reducir a abrasión das fibras e son pulverizados directamente sobre a fibra ou engádense ao aglutinante. Unha composición antiestática tamén se pulveriza ás veces sobre a superficie das alfombras de illamento de fibra de vidro durante a etapa de arrefriamento. O aire de arrefriamento atravesado pola alfombra fai que o axente antiestático penetre en todo o espesor 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. O encolado é calquera revestimento aplicado ás fibras téxtiles na operación de conformación e pode conter un ou un. máis compoñentes (lubricantes, aglutinantes ou axentes de acoplamento). Os axentes de acoplamento utilízanse en fíos que se utilizarán para reforzar os plásticos, para reforzar a unión ao material reforzado. Ás veces é necesaria unha operación de acabado para eliminar estes revestimentos ou para engadir outro revestimento. Para os reforzos de plástico, os encolados pódense eliminar con calor ou produtos químicos e aplicar un axente de acoplamento. Para aplicacións decorativas, os tecidos deben ser tratados térmicamente para eliminar os encolados e fixar o tecido. Despois aplícanse os revestimentos base de tintura antes de morrer ou imprimir.

Formando formas

Os produtos de fibra de vidro teñen unha gran variedade de formas, elaboradas mediante varios procesos. Por exemplo, o illamento de tubos de fibra de vidro enróllase en formas en forma de varilla chamadas mandriles directamente das unidades de conformación, antes do curado. As formas de molde, de lonxitudes de 3 pés (91 cm) ou menos, cúranse despois nun forno. As lonxitudes curadas son despois desmoldadas lonxitudinalmente e aserradas nas dimensións especificadas. Se é necesario, aplícanse revestimentos e o produto embalase para o seu envío.

Control de calidade

Durante a produción de illamento de fibra de vidro, o material móstrase en varios lugares do proceso para manter a calidade. Estes lugares inclúen: o lote mixto que se alimenta ao fusor eléctrico; vidro fundido do buxo que alimenta o fibrador; fibra de vidro que sae da máquina de fibras; e produto curado final que emerxe do final da liña de produción. As mostras de vidro e fibra a granel analízanse para determinar a súa composición química e a presenza de defectos mediante sofisticados analizadores químicos e microscopios. A distribución do tamaño de partícula do material do lote obtense pasando o material a través dunha serie de peneiras de diferentes tamaños. O espesor do produto final mídese despois do envasado segundo as especificacións. Un cambio no espesor 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 estandarizados para medir, axustar e optimizar a resistencia acústica do produto, a absorción de son e o rendemento da barreira acústica. As propiedades acústicas pódense controlar axustando variables de produción como o diámetro da fibra, a densidade aparente, o grosor e o contido de aglutinante. Un enfoque similar úsase para controlar as propiedades térmicas.

O Futuro

A industria da fibra de vidro enfróntase a algúns grandes desafíos durante o resto da década de 1990 e máis aló. O número de produtores de illamento de fibra de vidro aumentou debido ás filiais estadounidenses de empresas estranxeiras e ás melloras na produtividade dos fabricantes estadounidenses. Isto deu lugar a un exceso de capacidade, que o mercado actual e quizais futuro non pode acomodar.

Ademais do exceso de capacidade, competirán outros materiais de illamento. A la de rocha utilízase amplamente debido ás recentes melloras de procesos e produtos. 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 do faiado.

Debido á baixa demanda de illamento debido a un mercado de vivendas suaves, os consumidores están a esixir prezos máis baixos. Esta demanda tamén é resultado da tendencia continuada de consolidación de comerciantes e contratistas. Como resposta, a industria do illamento de fibra de vidro terá que seguir reducindo custos en dúas grandes áreas: enerxía e medio ambiente. Haberá que utilizar fornos máis eficientes que non dependan dunha soa fonte de enerxía.

Cos vertedoiros que alcanzan a súa máxima capacidade, os fabricantes de fibra de vidro terán que lograr case cero produción de residuos sólidos sen aumentar os custos. Isto requirirá mellorar os procesos de fabricación para reducir os residuos (tamén de líquidos e gasosos) e reutilizar os residuos sempre que sexa posible.

Estes residuos poden requirir reprocesamento e refusión antes de ser reutilizados como materia prima. Varios fabricantes xa están abordando estes problemas.