Sợi thủy tinh – Wikipedia tiếng Việt

Gói sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh là một vật liệu bao gồm nhiều sợi thủy tinh cực kỳ mịn.

Các nhà phân phối thủy tinh trong suốt lịch sử vẻ vang đã thử nghiệm với sợi thủy tinh, nhưng việc sản xuất hàng loạt sợi thủy tinh chỉ được triển khai với việc ý tưởng ra máy công cụ tinh xảo hơn. Năm 1893, Edward Drumond Libbey đã trình diễn một chiếc váy tại Triển lãm Thế giới Columbia phối hợp sợi thủy tinh với đường kính và cấu trúc của sợi tơ. Sợi thủy tinh cũng hoàn toàn có thể xảy ra trong tự nhiên, như tóc Pele .

Bông thủy tinh, một trong những sản phẩm gọi là “sợi thủy tinh” ngày nay, được phát minh vào năm 1932, 1919 bởi Russell Games Slayter of Owens-Corning, làm vật liệu được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cho tòa nhà.[1] Nó được bán trên thị trường dưới tên thương mại Fiberglas, đã trở thành một nhãn hiệu chung. Sợi thủy tinh khi được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt, được sản xuất đặc biệt với chất liên kết để bẫy nhiều tế bào không khí nhỏ, tạo ra dòng sản phẩm “bông thủy tinh” mật độ thấp chứa đầy không khí đặc trưng.

Sợi thủy tinh có những đặc thù cơ học gần như tương tự với những loại sợi khác như polyme và sợi carbon. Mặc dù không cứng như sợi carbon, nhưng nó rẻ hơn nhiều và ít giòn hơn đáng kể khi được sử dụng trong vật tư tổng hợp. Do đó, sợi thủy tinh được sử dụng làm chất gia cố cho nhiều loại sản phẩm polymer ; để sản xuất vật tư composite cốt sợi ( FRP ) rất mạnh và tương đối nhẹ gọi là nhựa gia cường thủy tinh ( GRP ), còn được gọi là ” sợi thủy tinh “. Vật liệu này chứa ít hoặc không có không khí hoặc khí, đậm đặc hơn và là chất cách nhiệt kém hơn nhiều so với bông thủy tinh .

Hình thành sợi.

Sợi thủy tinh được hình thành khi những sợi mỏng mảnh dựa trên silica hoặc thủy tinh công thức khác được ép thành nhiều sợi với đường kính nhỏ tương thích cho giải quyết và xử lý dệt. Kỹ thuật gia nhiệt và vẽ thủy tinh thành sợi mịn đã được biết đến qua hàng thiên niên kỷ ; tuy nhiên, việc sử dụng những sợi này cho những ứng dụng dệt may là gần đây hơn. Cho đến thời gian này, tổng thể những sợi thủy tinh đã được sản xuất như một cuộn chỉ ( nghĩa là những cụm sợi có độ dài ngắn ) .Phương pháp hiện đại để sản xuất bông thủy tinh là ý tưởng của Games Slayter thao tác tại Owens-Illinois Glass Co. ( Toledo, Ohio ). Lần tiên phong ông xin cấp văn bằng bản quyền trí tuệ cho một tiến trình mới để sản xuất bông thủy tinh vào năm 1933. Sản xuất thương mại tiên phong của sợi thủy tinh là vào năm 1936. Năm 1938, Công ty Kính Owens-Illinois và Công ty Kính Corning đã tham gia để xây dựng Tập đoàn Owens-Corning Fiberglas. Khi hai công ty tham gia sản xuất và tiếp thị sợi thủy tinh, họ đã trình làng sợi thủy tinh liên tục. [ 2 ] Owens-Corning vẫn là đơn vị sản xuất sợi thủy tinh lớn trên thị trường lúc bấy giờ. [ 3 ]

Các loại sợi thủy tinh phổ biến nhất được sử dụng trong sợi thủy tinh là thủy tinh E, đó là thủy tinh alumino-borosilicate với các oxit kiềm dưới 1% w / w, chủ yếu được sử dụng cho nhựa gia cường thủy tinh. Các loại thủy tinh khác được sử dụng là thủy tinh A (Thủy tinh lkali-vôi có ít hoặc không có oxit boron), thủy tinh E-CR (Electrical/Chemical Resistance; alumino-vôi silicat với ít hơn 1% w / w kiềm các oxit, có tính kháng axit cao), thủy tinh C (thủy tinh kiềm kiềm có hàm lượng oxit boron cao, được sử dụng cho sợi xơ thủy tinh và cách điện), thủy tinh D (thủy tinh borosilicate, được đặt tên theo hằng số điện môi D thấp), thủy tinh R (thủy tinh silicat alumino không có MgO và CaO với yêu cầu cơ học cao như r einforced) và thủy tinh S (thủy tinh silicat alumino không có CaO nhưng có hàm lượng MgO cao với độ bền kéo cao).[4]

Silica tinh khiết (silicon dioxide), khi được làm lạnh như thạch anh nung chảy thành thủy tinh không có điểm nóng chảy thực sự, có thể được sử dụng làm sợi thủy tinh cho sợi thủy tinh, nhưng có một nhược điểm là nó phải được gia công ở nhiệt độ rất cao. Để giảm nhiệt độ làm việc cần thiết, các vật liệu khác được giới thiệu là “chất trợ gia” (nghĩa là các thành phần để hạ thấp điểm nóng chảy). Thủy tinh A thông thường (“A” cho “alkali-lime”) hoặc thủy tinh lime soda, được nghiền nát và sẵn sàng để được nung lại, như cái gọi là thủy tinh cullet, là loại kính đầu tiên được sử dụng cho sợi thủy tinh. E-glass (“E” vì ứng dụng điện tử ban đầu), không có kiềm và là công thức thủy tinh đầu tiên được sử dụng để hình thành dây tóc liên tục. Nó hiện chiếm phần lớn sản lượng sợi thủy tinh trên thế giới và cũng là nhà tiêu thụ khoáng chất boron lớn nhất trên toàn cầu. Nó dễ bị tấn công ion chloride và là một lựa chọn kém cho các ứng dụng hàng hải. Sợi thủy tinh S (“S” cho “Strength- sức mạnh”) được sử dụng khi độ bền kéo cao (mô đun) là quan trọng, và do đó rất quan trọng trong vật liệu tổng hợp để chế tạo và chế tạo máy bay. Chất tương tự được gọi là thủy tinh R (“R” cho “reinforcement” – gia cố) ở châu Âu. Thủy tinh C (“C” cho chemical resistance – “kháng hóa chất”) và kính T (“T” là thermal insulator – “chất cách điện nhiệt” – một biến thể của thủy tinh C ở Bắc Mỹ) có khả năng chống lại sự tấn công hóa học; cả hai thường được tìm thấy trong các lớp cách nhiệt của sợi thủy tinh thổi.[5]

Cơ sở của sợi thủy tinh dệt ngược là silica, SiO2. Ở dạng nguyên chất, nó sống sót dưới dạng polymer, ( SiO2 ) n. Nó không có điểm nóng chảy thực sự nhưng sẽ mềm ở 1200 °C, sau đó nó khởi đầu xuống cấp trầm trọng. Ở nhiệt độ 1713 °C, hầu hết những phân tử hoàn toàn có thể vận động và di chuyển tự do. Nếu thủy tinh được ép đùn và làm lạnh nhanh ở nhiệt độ này, nó sẽ không hề tạo thành một cấu trúc có trật tự. [ 6 ] Trong polyme, nó tạo thành nhóm SiO4 được thông số kỹ thuật như một tứ diện với nguyên tử silic ở TT và bốn nguyên tử oxy ở những góc. Các nguyên tử này sau đó tạo thành một mạng lưới link ở những góc bằng cách san sẻ những nguyên tử oxy .Các trạng thái thủy tinh thể và tinh thể của silica ( thủy tinh và thạch anh ) có mức nguồn năng lượng tựa như trên cơ sở phân tử, cũng ý niệm rằng dạng thủy tinh cực kỳ không thay đổi. Để tạo ra sự kết tinh, nó phải được nung ở nhiệt độ trên 1200 °C trong thời hạn dài. [ 2 ]Mặc dù silica tinh khiết là một loại thủy tinh và sợi thủy tinh hoàn toàn khả thi, nó phải được giải quyết và xử lý ở nhiệt độ rất cao, đó là một điểm yếu kém trừ khi cần có những đặc thù hóa học đơn cử của nó. Người ta thường đưa tạp chất vào thủy tinh dưới dạng vật tư khác để giảm nhiệt độ thao tác. Những vật tư này cũng truyền đạt những đặc thù khác cho thủy tinh hoàn toàn có thể có lợi trong những ứng dụng khác nhau. Loại thủy tinh tiên phong được sử dụng cho sợi là thủy tinh vôi soda hoặc thủy tinh A ( ” A ” cho chất kiềm có trong nó ). Nó không phải là rất kháng với kiềm. Một loại mới hơn, không chứa kiềm ( Độ bền kéo.

Loại sợi	Sức căng (MPa) [10]	Cường độ nén (MPa)	Tỉ trọng (g / cm 3)	Mở rộng nhiệt (Tập trung / m · °C)	Làm mềm T (°C)	Giá bán ($ / kg)
Kính điện tử	3445	1080	2,58	5	846	~ 2
Kính S-2	4890	1600	2,46	2.9	1056	~ 20

Độ bền của thủy tinh thường được kiểm tra và báo cáo giải trình với những loại sợi ” nguyên chất ” hoặc nguyên sơ, những loại vừa được sản xuất. Các sợi tươi nhất, mỏng dính nhất là mạnh nhất vì những sợi mỏng mảnh hơn dễ uốn hơn. Bề mặt càng bị trầy xước, độ bền càng giảm. [ 7 ] Bởi vì thủy tinh có cấu trúc vô định hình, đặc thù của nó là giống nhau dọc theo sợi và trên sợi. [ 6 ] Độ ẩm là một yếu tố quan trọng trong độ bền kéo. Độ ẩm thuận tiện bị hấp phụ và hoàn toàn có thể làm xấu đi những vết nứt nhỏ và khuyết tật mặt phẳng, và làm giảm độ bền .Trái ngược với sợi carbon, sợi thủy tinh hoàn toàn có thể trải qua quy trình lê dài hơn trước khi vỡ. [ 6 ] Các sợi mỏng dính hơn hoàn toàn có thể uốn cong hơn nữa trước khi chúng bị đứt. [ 11 ] Độ nhớt của thủy tinh nóng chảy là rất quan trọng cho sự thành công xuất sắc trong sản xuất. Trong quy trình vẽ, quy trình kéo kính nóng để giảm đường kính của sợi, độ nhớt phải tương đối thấp. Nếu quá cao, sợi sẽ bị đứt trong quy trình vẽ. Tuy nhiên, nếu nó quá thấp, kính sẽ tạo thành những giọt thay vì bị hút ra thành sợi .

Quá trình sản xuất.

Có hai loại sản xuất sợi thủy tinh chính và hai loại sản phẩm sợi thủy tinh chính. Đầu tiên, sợi được làm từ quá trình nấu chảy trực tiếp hoặc quá trình nấu lại bằng đá cẩm thạch. Cả hai đều bắt đầu với các nguyên liệu thô ở dạng rắn. Các vật liệu được trộn với nhau và tan chảy trong lò. Sau đó, đối với quá trình đá cẩm thạch, vật liệu nóng chảy được cắt và cuộn thành những viên bi được làm lạnh và đóng gói. Các viên bi được đưa đến cơ sở sản xuất sợi nơi chúng được đưa vào một cái hộp và làm lại. Thủy tinh nóng chảy được ép đùn vào ống lót để được tạo thành sợi. Trong quá trình nóng chảy trực tiếp, thủy tinh nóng chảy trong lò đi trực tiếp vào ống lót để hình thành.[8]

Tấm lót ống lót là bộ phận quan trọng nhất của máy móc để tạo sợi. Đây là một lò sắt kẽm kim loại nhỏ chứa vòi phun cho sợi được hình thành trải qua. Nó phần nhiều luôn được làm bằng kim loại tổng hợp bạch kim với rhodium cho độ bền. Bạch kim được sử dụng vì thủy tinh nóng chảy có ái lực tự nhiên để làm ướt nó. Khi ống lót được sử dụng lần tiên phong, chúng là 100 % bạch kim, và thủy tinh làm ướt ống lót thuận tiện đến mức nó chạy dưới tấm sau khi thoát khỏi vòi và tích tụ ở mặt dưới. Ngoài ra, do ngân sách và khuynh hướng mặc, bạch kim được kim loại tổng hợp với rhodium. Trong quy trình nấu chảy trực tiếp, ống lót đóng vai trò là người thu gom cho thủy tinh nóng chảy. Nó được làm nóng nhẹ để giữ cho kính ở nhiệt độ đúng chuẩn cho sự hình thành sợi. Trong quy trình nung chảy đá cẩm thạch, ống lót hoạt động giải trí giống như một cái lò vì nó làm tan chảy nhiều vật tư hơn. [ 12 ]Ống lót là ngân sách lớn trong sản xuất sợi thủy tinh. Thiết kế vòi phun cũng rất quan trọng. Số lượng vòi phun giao động từ 200 đến 4000 trong bội số của 200. Phần quan trọng của vòi phun trong sản xuất dây tóc liên tục là độ dày của những bức tường trong khu vực thoát hiểm. Nó đã được tìm thấy rằng chèn một bộ đếm ở đây làm giảm ướt. Ngày nay, những vòi được phong cách thiết kế để có độ dày tối thiểu ở lối ra. Khi thủy tinh chảy qua vòi, nó tạo thành một giọt lơ lửng ở cuối. Khi nó rơi xuống, nó để lại một sợi được gắn bởi sụn vào vòi miễn là độ nhớt nằm trong khoanh vùng phạm vi đúng chuẩn để hình thành sợi. Vòng hình khuyên của vòi phun càng nhỏ và tường càng mỏng mảnh khi thoát ra, vận tốc hình thành và rơi ra càng nhanh, và xu thế làm ướt phần dọc của vòi càng thấp. [ 13 ] Sức căng mặt phẳng của kính là những gì tác động ảnh hưởng đến sự hình thành của sụn. Đối với thủy tinh E phải là khoảng chừng 400 mN / m. [ 7 ]Tốc độ suy giảm ( kéo ) rất quan trọng trong phong cách thiết kế vòi phun. Mặc dù làm chậm vận tốc này hoàn toàn có thể tạo ra sợi thô hơn, nhưng việc chạy ở vận tốc mà vòi phun không được phong cách thiết kế là không kinh tế tài chính. [ 2 ]

Quá trình tạo sợi liên tục.

Trong tiến trình dây tóc liên tục, sau khi sợi được rút ra, kích cỡ chuẩn được vận dụng. Kích thước này giúp bảo vệ sợi khi nó được quấn vào suốt chỉ. Kích thước đơn cử được vận dụng tương quan đến sử dụng cuối. Trong khi 1 số ít kích cỡ là chất tương hỗ giải quyết và xử lý, một số ít kích cỡ khác làm cho sợi có ái lực với một loại nhựa nhất định, nếu sợi được sử dụng trong hỗn hợp. [ 8 ] Kích thước thường được thêm vào 0,5 0,52,0 % theo khối lượng. Quá trình quấn cuộn dây sau đó diễn ra ở khoảng chừng 1 km / phút. [ 6 ]

Quá trình xơ sợi.

Đối với sản xuất xơ đa phần, có một số ít cách để sản xuất sợi. Kính hoàn toàn có thể được thổi hoặc thổi bằng nhiệt hoặc hơi nước sau khi thoát khỏi máy hình thành. Thông thường những sợi này được làm thành 1 số ít loại mat. Quá trình thông dụng nhất được sử dụng là quy trình quay. Ở đây, kính đi vào một vòng xoay, và do lực ly tâm bị ném ra theo chiều ngang. Các máy bay phản lực đẩy nó xuống theo chiều dọc, và chất kết dính được vận dụng. Sau đó, thảm được hút chân không đến một màn hình hiển thị và chất kết dính được giữ lại trong lò. [ 14 ]
Sợi thủy tinh đã tăng phổ cập kể từ khi phát hiện ra rằng amiăng gây ung thư và dẫn đến việc vô hiệu nó khỏi hầu hết những mẫu sản phẩm. Tuy nhiên, sự bảo đảm an toàn của sợi thủy tinh cũng đang được đặt câu hỏi, vì điều tra và nghiên cứu cho thấy thành phần của vật tư này ( amiăng và sợi thủy tinh đều là sợi silicat ) hoàn toàn có thể gây độc tính tựa như như amiăng. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]Những điều tra và nghiên cứu vào những năm 1970 trên chuột đã phát hiện ra rằng sợi thủy tinh có đường kính dưới 3 m và dài hơn 20 μm là một ” chất gây ung thư mạnh “. [ 15 ] Tương tự như vậy, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế phát hiện ra rằng ” hoàn toàn có thể được Dự kiến là một chất gây ung thư ” vào năm 1990. Mặt khác, Hội nghị những Tolet công nghiệp chính phủ nước nhà Hoa Kỳ nói rằng không có đủ dẫn chứng và sợi thủy tinh nằm trong nhóm A4 : ” Không thể phân loại là chất gây ung thư ở người ” .Thương Hội những đơn vị sản xuất vật tư cách nhiệt Bắc Mỹ ( NAIMA ) công bố rằng sợi thủy tinh về cơ bản khác với amiăng, vì nó là do con người tạo ra thay vì tự nhiên. [ 19 ] Họ cho rằng sợi thủy tinh ” hòa tan trong phổi “, trong khi amiăng vẫn sống sót trong khung hình suốt đời. Mặc dù cả sợi thủy tinh và amiăng đều được làm từ sợi silica, NAIMA công bố rằng amiăng nguy khốn hơn vì cấu trúc tinh thể của nó, khiến nó bị phân cắt thành những mảnh nhỏ hơn, nguy hại hơn, trích dẫn từ Bộ Y tế và Thương Mại Dịch Vụ Nhân sinh Hoa Kỳ :

Sợi thủy tinh tổng hợp [ sợi thủy tinh ] khác với amiăng theo hai cách hoàn toàn có thể phân phối tối thiểu một phần lý giải cho độc tính thấp hơn của chúng. Bởi vì hầu hết những sợi thủy tinh tổng hợp không kết tinh như amiăng, chúng không phân loại theo chiều dọc để tạo thành những sợi mỏng mảnh hơn. Chúng cũng thường có độ bền sinh học trong những mô sinh học ít hơn rõ ràng so với sợi amiăng vì chúng hoàn toàn có thể trải qua quy trình hòa tan và phá vỡ ngang .. [ 20 ]

Một nghiên cứu và điều tra năm 1998 thử nghiệm trên chuột cho thấy độ bền sinh học của sợi tổng hợp sau một năm là 0,04 – 10 %, nhưng là 27 % so với amiăng amosite. Các sợi sống sót lâu hơn cho thấy là gây ung thư nhiều hơn. [ 21 ]

Nhựa gia cường thủy tinh ( sợi thủy tinh ).

Nhựa gia cường thủy tinh (GRP) là vật liệu tổng hợp hoặc nhựa gia cố sợi làm bằng nhựa được gia cố bằng sợi thủy tinh mịn. Giống như nhựa gia cố than chì, vật liệu composite thường được gọi là sợi thủy tinh. Thủy tinh có thể ở dạng thảm sợi băm nhỏ (CSM) hoặc vải dệt thoi.[4][22]

Cũng như nhiều vật liệu composite khác (như bê tông cốt thép), hai vật liệu này hoạt động cùng nhau, mỗi vật liệu đều khắc phục được những thiếu sót của vật liệu kia. Trong khi nhựa dẻo rất mạnh trong tải nén và tương đối yếu về độ bền kéo, các sợi thủy tinh rất mạnh về lực căng nhưng có xu hướng không chống lại lực nén. Bằng cách kết hợp hai vật liệu, GRP trở thành vật liệu chống lại cả lực nén và lực kéo tốt.[23] Hai vật liệu có thể được sử dụng đồng đều hoặc kính có thể được đặt cụ thể trong các phần của cấu trúc sẽ chịu tải trọng kéo.[4][22]

Sử dụng cho sợi thủy tinh thông thường gồm có thảm và vải để cách nhiệt, cách điện, cách âm, vải có độ bền cao hoặc vải chống nóng và ăn mòn. Nó cũng được sử dụng để củng cố những vật tư khác nhau, như cột lều, cột nhảy sào, mũi tên, cung và nỏ, tấm lợp mờ, thân xe hơi, gậy khúc côn cầu, ván lướt sóng, vỏ thuyền và tổ ong giấy. Nó đã được sử dụng cho mục tiêu y tế trong bó bột. Sợi thủy tinh được sử dụng thoáng đãng để sản xuất xe tăng và tàu FRP. [ 4 ] [ 22 ]Lưới sợi thủy tinh dệt mở được sử dụng để gia cố mặt đường nhựa. [ 24 ] Thảm trộn lẫn sợi thủy tinh / polymer không dệt được sử dụng bão hòa với nhũ tương nhựa đường và phủ nhựa đường, tạo ra một màng chống thấm, chống nứt. Sử dụng kính cốt sợi polyme cốt thép thay cho thép cốt thép chương trình hứa hẹn ở những nơi tránh ăn mòn thép được mong ước. [ 25 ]

Vai trò của tái chế trong sản xuất sợi thủy tinh.

Các nhà phân phối vật tư cách nhiệt sợi thủy tinh hoàn toàn có thể sử dụng thủy tinh tái chế. Sợi thủy tinh tái chế chứa tối đa 40 % thủy tinh tái chế. [ 26 ] [ 27 ]

Liên kết ngoài.