Como a fibra de vidro é feita?

Fibra de vidro refere-se a um grupo de produtos feitos de fibras de vidro individuais combinadas em uma variedade de formas. As fibras de vidro podem ser divididas em dois grandes grupos de acordo com a sua geometria: fibras contínuas utilizadas em fios e têxteis, e as fibras descontínuas (curtas) utilizadas como mantas, mantas ou placas para isolamento e filtração. A fibra de vidro pode ser transformada em fios, como lã ou algodão, e tecida em tecido que às vezes é usado para cortinas. Têxteis de fibra de vidro são comumente usados ​​como material de reforço para plásticos moldados e laminados. A lã de fibra de vidro, um material espesso e fofo feito de fibras descontínuas, é usada para isolamento térmico e absorção sonora. É comumente encontrado em anteparas e cascos de navios e submarinos; compartimentos de motores de automóveis e revestimentos de painéis de carroceria; em fornos e aparelhos de ar condicionado; painéis acústicos de parede e teto; e divisórias arquitetônicas. A fibra de vidro pode ser adaptada para aplicações específicas como Tipo E (elétrica), usada como fita isolante elétrica, têxteis e reforço; Tipo C (químico), que possui resistência superior a ácidos, e Tipo T, para isolamento térmico.

Embora o uso comercial da fibra de vidro seja relativamente recente, os artesãos criaram fios de vidro para decorar taças e vasos durante o Renascimento. Um físico francês, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produziu têxteis decorados com finos fios de vidro em 1713, e os inventores britânicos duplicaram o feito em 1822. Um tecelão de seda britânico fez um tecido de vidro em 1842, e outro inventor, Edward Libbey, exibiu um vestido tecido de vidro na Exposição Colombiana de 1893 em Chicago.

A lã de vidro, uma massa fofa de fibra descontínua em comprimentos aleatórios, foi produzida pela primeira vez na Europa na virada do século, usando um processo que envolvia puxar fibras de hastes horizontalmente para um tambor giratório. Várias décadas depois, um processo de fiação foi desenvolvido e patenteado. O material isolante de fibra de vidro foi fabricado na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. A pesquisa e o desenvolvimento voltados para a produção industrial de fibras de vidro progrediram nos Estados Unidos na década de 1930, sob a direção de duas grandes empresas, a Owens-Illinois Glass Company e a Corning Glass. Funciona. Essas empresas desenvolveram uma fibra de vidro fina, flexível e de baixo custo, puxando o vidro fundido através de orifícios muito finos. Em 1938, essas duas empresas se fundiram para formar a Owens-Corning Fiberglas Corp. Agora conhecida simplesmente como Owens-Corning, tornou-se uma empresa de US$ 3 bilhões por ano e é líder no mercado de fibra de vidro.

Matérias-primas

As matérias-primas básicas para produtos de fibra de vidro são uma variedade de minerais naturais e produtos químicos manufaturados. Os principais ingredientes são areia de sílica, calcário e carbonato de sódio. Outros ingredientes podem incluir alumina calcinada, bórax, feldspato, nefelina sienita, magnesita e argila de caulim, entre outros. A areia de sílica é usada como formador de vidro, e o carbonato de sódio e o calcário ajudam principalmente a diminuir a temperatura de fusão. Outros ingredientes são usados ​​para melhorar certas propriedades, como o bórax para resistência química. Os resíduos de vidro, também chamados de casco, também são utilizados como matéria-prima. As matérias-primas devem ser cuidadosamente pesadas em quantidades exatas e completamente misturadas (chamadas de lotes) antes de serem fundidas em vidro.

A Fabricação
Processo

Fusão

Uma vez preparado o lote, ele é alimentado em um forno para fusão. A fornalha pode ser aquecida por eletricidade, combustível fóssil ou uma combinação dos dois. A temperatura deve ser controlada com precisão para manter um fluxo suave e constante de vidro. O vidro fundido deve ser mantido a uma temperatura mais alta (cerca de 2500°F [1371°C]) do que outros tipos de vidro para ser transformado em fibra. Uma vez fundido, o vidro é transferido para o equipamento de conformação através de um canal (soleira) localizado na extremidade do forno.

Formando fibras

Vários processos diferentes são usados ​​para formar fibras, dependendo do tipo de fibra. As fibras têxteis podem ser formadas a partir de vidro fundido diretamente do forno, ou o vidro fundido pode ser alimentado primeiro a uma máquina que forma bolinhas de gude de vidro com cerca de 1,6 cm (0,62 polegada) de diâmetro. Esses mármores permitem que o vidro seja inspecionado visualmente em busca de impurezas. Tanto no processo de fusão direta quanto no processo de fusão do mármore, o vidro ou os mármores de vidro são alimentados através de buchas aquecidas eletricamente (também chamadas de fieiras). A bucha é feita de platina ou liga metálica, com 200 a 3.000 orifícios muito finos. O vidro fundido passa pelos orifícios e sai na forma de filamentos finos.

Processo de filamento contínuo

Uma fibra longa e contínua pode ser produzida através do processo de filamento contínuo. Depois que o vidro flui pelos orifícios da bucha, vários fios são presos em uma bobinadeira de alta velocidade. O enrolador gira a cerca de 3 km por minuto, muito mais rápido do que a taxa de fluxo das buchas. A tensão puxa os filamentos ainda fundidos, formando fios com uma fração do diâmetro das aberturas da bucha. É aplicado um aglutinante químico, que ajuda a evitar que a fibra se quebre durante o processamento posterior. O filamento é então enrolado em tubos. Agora pode ser torcido e dobrado em fio.

Processo de fibra básica

Um método alternativo é o processo de fibra básica. À medida que o vidro fundido flui através das buchas, os jatos de ar resfriam rapidamente os filamentos. As rajadas turbulentas de ar também quebram os filamentos em comprimentos de 8 a 15 polegadas (20 a 38 cm). Esses filamentos caem através de um spray de lubrificante em um tambor giratório, onde formam uma teia fina. A teia é retirada do tambor e puxada em um fio contínuo de fibras fracamente montadas. Este fio pode ser transformado em fio pelos mesmos processos utilizados para lã e algodão.

Fibra picada

Em vez de ser transformado em fio, o fio contínuo ou de fibra longa pode ser cortado em comprimentos curtos. O fio é montado em um conjunto de bobinas, chamado cesto, e puxado por uma máquina que o corta em pedaços curtos. A fibra cortada é transformada em esteiras às quais é adicionado um aglutinante. Após a cura no forno, a esteira é enrolada. Vários pesos e espessuras fornecem produtos para telhas, telhados construídos ou tapetes decorativos.

Lã de vidro

O processo rotativo ou giratório é usado para fazer lã de vidro. Neste processo, o vidro fundido do forno flui para um recipiente cilíndrico com pequenos orifícios. À medida que o recipiente gira rapidamente, fluxos horizontais de vidro fluem para fora dos orifícios. As correntes de vidro fundido são convertidas em fibras por um sopro descendente de ar, gás quente ou ambos. As fibras caem em uma esteira transportadora, onde se entrelaçam formando uma massa felpuda. Isso pode ser usado para isolamento ou a lã pode ser borrifada com um aglutinante, comprimida na espessura desejada e curada no forno. O calor fixa o aglutinante e o produto resultante pode ser uma placa rígida ou semirrígida, ou uma manta flexível.

Revestimentos protetores

Além dos ligantes, outros revestimentos são necessários para produtos de fibra de vidro. Os lubrificantes são usados ​​para reduzir a abrasão da fibra e são pulverizados diretamente na fibra ou adicionados ao aglutinante. Às vezes, uma composição antiestática também é pulverizada na superfície das esteiras de isolamento de fibra de vidro durante a etapa de resfriamento. O ar de resfriamento aspirado através da manta faz com que o agente antiestático penetre em toda a espessura da manta. O agente antiestático consiste em dois ingredientes - um material que minimiza a geração de eletricidade estática e um material que serve como inibidor e estabilizador de corrosão. A colagem é qualquer revestimento aplicado às fibras têxteis na operação de formação e pode conter um ou mais componentes (lubrificantes, ligantes ou agentes de acoplamento). Os agentes de acoplamento são utilizados em fios que serão utilizados para reforçar plásticos, para fortalecer a ligação ao material reforçado. Às vezes, é necessária uma operação de acabamento para remover esses revestimentos ou adicionar outro revestimento. Para reforços plásticos, as colas podem ser removidas com calor ou produtos químicos e aplicado um agente de acoplamento. Para aplicações decorativas, os tecidos devem ser tratados termicamente para remover gomas e fixar a trama. Os revestimentos de base corante são então aplicados antes de tingir ou imprimir.

Formando formas

Os produtos de fibra de vidro vêm em uma ampla variedade de formatos, feitos por meio de diversos processos. Por exemplo, o isolamento de tubos de fibra de vidro é enrolado em formas semelhantes a hastes, chamadas mandris, diretamente das unidades formadoras, antes da cura. Os moldes, com comprimentos de 91 cm (3 pés) ou menos, são então curados em um forno. Os comprimentos curados são então desmoldados longitudinalmente e serrados em dimensões especificadas. Os revestimentos são aplicados se necessário e o produto é embalado para envio.

Controle de qualidade

Durante a produção do isolamento de fibra de vidro, o material é amostrado em vários locais do processo para manter a qualidade. Estas localizações incluem: a mistura misturada que é alimentada ao aparelho de fusão eléctrico; vidro fundido da bucha que alimenta o desfibrador; fibra de vidro saindo da máquina fibradora; e produto final curado saindo do final da linha de produção. As amostras de vidro e fibra a granel são analisadas quanto à composição química e à presença de falhas usando sofisticados analisadores químicos e microscópios. A distribuição do tamanho das partículas do material do lote é obtida passando o material através de diversas peneiras de tamanhos diferentes. A espessura do produto final é medida após embalagem de acordo com as especificações. Uma mudança na espessura indica que a qualidade do vidro está abaixo do padrão.

Os fabricantes de isolamento de fibra de vidro também usam uma variedade de procedimentos de teste padronizados para medir, ajustar e otimizar a resistência acústica do produto, a absorção sonora e o desempenho da barreira acústica. As propriedades acústicas podem ser controladas ajustando variáveis ​​de produção como diâmetro da fibra, densidade aparente, espessura e conteúdo de ligante. Uma abordagem semelhante é usada para controlar as propriedades térmicas.

O Futuro

A indústria da fibra de vidro enfrentará alguns desafios importantes durante o resto da década de 1990 e além. O número de produtores de isolamento de fibra de vidro aumentou devido às subsidiárias americanas de empresas estrangeiras e às melhorias na produtividade dos fabricantes norte-americanos. Isto resultou num excesso de capacidade, que o mercado actual e talvez futuro não consegue acomodar.

Além do excesso de capacidade, outros materiais de isolamento irão competir. A lã de rocha tornou-se amplamente utilizada devido às recentes melhorias de processos e produtos. O isolamento de espuma é outra alternativa à fibra de vidro em paredes residenciais e telhados comerciais. Outro material concorrente é a celulose, utilizada no isolamento de sótãos.

Devido à baixa procura de isolamento devido a um mercado imobiliário fraco, os consumidores estão a exigir preços mais baixos. Esta procura é também resultado da tendência contínua de consolidação de retalhistas e empreiteiros. Em resposta, a indústria de isolamento de fibra de vidro terá de continuar a cortar custos em duas áreas principais: energia e ambiente. Será necessário utilizar fornos mais eficientes que não dependam de apenas uma fonte de energia.

Com os aterros sanitários atingindo a capacidade máxima, os fabricantes de fibra de vidro terão que atingir uma produção quase zero de resíduos sólidos sem aumentar os custos. Isto exigirá a melhoria dos processos de fabrico para reduzir os resíduos (também para os resíduos líquidos e gasosos) e a reutilização dos resíduos sempre que possível.

Esses resíduos podem exigir reprocessamento e refusão antes de serem reutilizados como matéria-prima. Vários fabricantes já estão abordando essas questões.