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Paquete de fibra de vidrio
de Fibra de vidrio o fibra de vidrio es un material hecho a partir de fibras extremadamente finas de vidrio. Se utiliza como agente de refuerzo para muchos productos poliméricos; el material compuesto resultante, conocido adecuadamente como Polímero reforzado con fibra (FRP) o plástico reforzado con vidrio (GRP), se llama «fibra de vidrio» en el uso popular.,
Los fabricantes de vidrio a lo largo de la historia han experimentado con fibras de vidrio, pero la fabricación en masa de fibra de vidrio solo fue posible con la llegada de máquinas-herramientas más finas. En 1893, Edward Drummond Libbey exhibió un vestido en la Exposición Universal de Colombia incorporando fibras de vidrio con el diámetro y la textura de las fibras de seda. Lo que se conoce comúnmente como «fibra de vidrio» hoy en día, sin embargo, fue inventado en 1938 por Russell Games Slayter de Owens-Corning como un material para ser utilizado como aislamiento. Se comercializa bajo el nombre comercial Fiberglas (sic), que se ha convertido en una marca comercial genérica.,
formación
la fibra de vidrio se forma cuando hebras delgadas de vidrio a base de sílice u otra formulación se extruye en muchas fibras con diámetros pequeños adecuados para el procesamiento textil. El vidrio es diferente de otros polímeros en que, incluso como fibra, tiene poca estructura cristalina (véase sólido amorfo). Las propiedades de la estructura del vidrio en su etapa suavizada son muy similares a sus propiedades cuando se hilan en fibra., Una definición de vidrio es » una sustancia inorgánica en una condición que es continua y análoga al estado líquido de esa sustancia, pero que, como resultado de un cambio reversible en la viscosidad durante el enfriamiento, ha alcanzado un grado tan alto de viscosidad que es para todos los propósitos prácticos rígido.»
la técnica de calentar y dibujar vidrio en fibras finas ha existido durante miles de años; sin embargo, el concepto de usar estas fibras para aplicaciones textiles es más reciente. La primera producción comercial de fibra de vidrio fue en 1936., En 1938, Owens-Illinois Glass Company y Corning Glass Works se unieron para formar Owens-Corning Fiberglas Corporation. Hasta este momento, toda la fibra de vidrio se había fabricado como grapa. Cuando las dos empresas se unieron para producir y promover la fibra de vidrio, introdujeron fibras de vidrio de filamento continuo. Owens-Corning sigue siendo el principal productor de fibra de vidrio en el mercado actual.
química
La base de las fibras de vidrio de grado textil es sílice, SiO2. En su forma pura existe como un polímero, (SiO2)n. no tiene un verdadero punto de fusión, pero se ablanda hasta 2000°C, donde comienza a degradarse., A 1713 ° C, la mayoría de las moléculas pueden moverse libremente. Si el vidrio se enfría rápidamente, no podrán formar una estructura ordenada. En el polímero forma grupos SiO4 que se configuran como un tetraedro con el átomo de silicio en el centro, y cuatro átomos de oxígeno en las esquinas. Estos átomos forman una red enlazada en las esquinas compartiendo los átomos de oxígeno.
los Estados vítreo y cristalino de la sílice (vidrio y cuarzo) tienen niveles de energía similares sobre una base molecular, lo que también implica que la forma vítrea es extremadamente estable., Para inducir la cristalización, debe calentarse a temperaturas superiores a 1200°C durante largos períodos de tiempo.
aunque la sílice pura es un vidrio y fibra de vidrio perfectamente viables, debe trabajarse a temperaturas muy altas, lo que es un inconveniente a menos que se necesiten sus propiedades químicas específicas. Es habitual introducir impurezas en el vidrio en forma de otros materiales, para bajar su temperatura de trabajo., Estos materiales también imparten varias otras propiedades al vidrio que pueden ser beneficiosas en diferentes aplicaciones. El primer tipo de vidrio utilizado para la fibra fue el vidrio sosa-cal o un vidrio. No era muy resistente al álcali. Se formó un nuevo tipo, E-glass que es libre de álcalis (< 2%) y es un vidrio de alumino-borosilicato . Esta fue la primera formulación de vidrio utilizada para la formación continua de filamentos. El vidrio electrónico sigue constituyendo la mayor parte de la producción de fibra de vidrio en el mundo. Sus componentes particulares pueden diferir ligeramente en Porcentaje, pero deben estar dentro de un rango específico., La letra E se usa porque originalmente era para aplicaciones eléctricas. S-glass es una formulación de alta resistencia para su uso cuando la resistencia a la tracción es la propiedad más importante. El vidrio C fue desarrollado para resistir el ataque de productos químicos, principalmente ácidos que destruyen el vidrio E. T-glass es una variante norteamericana de C-glass. A-glass es un término industrial para el vidrio de desecho, a menudo botellas, hecho en fibra. AR-glass es vidrio resistente a los álcalis. La mayoría de las fibras de vidrio tienen una solubilidad limitada en agua, pero es muy dependiente del pH. el ion cloruro también atacará y disolverá las superficies de vidrio electrónico., Una tendencia reciente en la industria es reducir o eliminar el contenido de boro en las fibras de vidrio.
dado que el vidrio E no se derrite sino que se ablanda, el punto de reblandecimiento se define como»la temperatura a la que una fibra de 0.55 – 0.77 mm de diámetro de 9.25 pulgadas de largo, se alarga bajo su propio peso a 1 mm/min cuando se suspende verticalmente y se calienta a una velocidad de 5°C por minuto». El punto de deformación se alcanza cuando el vidrio tiene una viscosidad de 1014.5 poise., El punto de recocido, que es la temperatura donde las tensiones internas se reducen a un límite comercial aceptable en 15 minutos, está marcado por una viscosidad de 1013.
propiedades
Las fibras de vidrio son útiles debido a su alta relación de área de superficie a Peso. Sin embargo, el aumento de la superficie los hace mucho más susceptibles al ataque químico.
atrapando el aire dentro de ellos, los bloques de fibra de vidrio hacen un buen aislamiento térmico, con una conductividad térmica de 0.04 W/mK.,
Las fortalezas del vidrio generalmente se prueban y se informan para las fibras «vírgenes» que se acaban de fabricar. Las fibras más frescas y delgadas son las más fuertes y se cree que esto se debe al hecho de que es más fácil que las fibras más delgadas se doblen. Cuanto más se raye la superficie, menor será la tenacidad resultante. Debido a que el vidrio tiene una estructura amorfa, sus propiedades son las mismas a lo largo de la fibra y a través de la fibra. La humedad es un factor importante en la resistencia a la tracción. La humedad se adsorbe fácilmente y puede empeorar las grietas microscópicas y los defectos de la superficie, y disminuir la tenacidad.,
a diferencia de la fibra de carbono, el vidrio puede sufrir más alargamiento antes de romperse.
La viscosidad del vidrio fundido es muy importante para el éxito de la fabricación. Durante el dibujo (tirando del vidrio para reducir la circunferencia de la fibra) la viscosidad debe ser relativamente baja. Si es demasiado alta, la fibra se romperá durante el dibujo, sin embargo, si es demasiado baja, el vidrio formará gotitas en lugar de dibujarse en fibra.
los procesos de Fabricación
Hay dos tipos principales de fibra de vidrio fabricación y dos tipos principales de fibra de vidrio producto., En primer lugar, la fibra se hace a partir de un proceso de fusión directa o un proceso de refundición de mármol. Ambos comienzan con las materias primas en forma sólida. Los materiales se mezclan y se funden en un horno. Luego, para el proceso de mármol, el material fundido se corta y se enrolla en mármoles que se enfrían y envasan. Los mármoles se llevan a las instalaciones de fabricación de fibra, donde se insertan en una lata y se funden de nuevo. El vidrio fundido se extruye al buje para formar fibra. En el proceso de fusión directa, El vidrio fundido en el horno va directamente al buje para la formación.,
la placa de buje es la parte más importante de la maquinaria. Este es un pequeño horno de metal que contiene boquillas para la fibra a formar a través. Casi siempre está hecho de platino aleado con rodio para mayor durabilidad. El platino se utiliza porque el vidrio fundido tiene una afinidad natural para mojarlo. Cuando se usaron por primera vez los bujes eran 100% platino y el vidrio humedeció el buje tan fácilmente que corrió debajo de la placa después de salir de la boquilla y se acumuló en la parte inferior. Además, debido a su costo y la tendencia al desgaste, el platino fue aleado con rodio., En el proceso de fusión directa, El buje sirve como colector para el vidrio fundido. Se calienta ligeramente para mantener el vidrio a la temperatura correcta para la formación de fibra. En el proceso de fusión de mármol, el buje actúa más como un horno a medida que se derrite más del material.
los bujes son los que hacen que la inversión de capital en la producción de fibra de vidrio sea costosa. El diseño de la boquilla también es crítico. El número de boquillas oscila entre 200 y 4000 en múltiplos de 200. La parte importante de la boquilla en la fabricación de filamentos continuos es el espesor de sus paredes en la región de salida., Se encontró que la inserción de un avellanado aquí redujo la humectación. Hoy en día, las boquillas están diseñadas para tener un espesor mínimo en la salida. La razón de esto es que a medida que el vidrio fluye a través de la boquilla, forma una gota que se suspende desde el extremo. Al caer, deja un hilo unido por el menisco a la boquilla siempre que la viscosidad esté en el rango correcto para la formación de fibra. Cuanto más pequeño sea el anillo anular de la boquilla o más delgada sea la pared a la salida, más rápido se formará y caerá la caída, y menor será su tendencia a mojar la parte vertical de la boquilla., La tensión superficial del vidrio es lo que influye en la formación del menisco. Para E-glass debe ser de alrededor de 400 mN por m.
la velocidad de atenuación (dibujo) es importante en el diseño de la boquilla. Aunque ralentizar esta velocidad puede hacer que la fibra sea más gruesa, no es económico correr a velocidades para las que las boquillas no fueron diseñadas.
en el proceso de filamento continuo, después de que se dibuja la fibra, se aplica un tamaño. Este tamaño ayuda a proteger la fibra mientras se enrolla en una bobina. El tamaño particular aplicado se refiere al uso final., Mientras que algunos tamaños son auxiliares de procesamiento, otros hacen que la fibra tenga una afinidad por una cierta resina, si la fibra se va a usar en un compuesto. El tamaño se agrega generalmente en 0.5-2.0% por peso. El bobinado se lleva a cabo a unos 1000 m por minuto.
en la producción de fibra cortada, hay varias formas de fabricar la fibra. El vidrio se puede soplar o chorrear con calor o vapor después de salir de la máquina de formación. Por lo general, estas fibras se convierten en algún tipo de alfombra. El proceso más común utilizado es el proceso rotatorio., Aquí, el vidrio entra en un hilandero giratorio, y debido a la fuerza centrífuga se lanza horizontalmente. Los chorros de aire lo empujan hacia abajo verticalmente y se aplica el aglutinante. A continuación, la estera se aspira a una pantalla y el aglutinante se cura en el horno.
Los Usos finales para fibra de vidrio regular son esteras, aislamiento, refuerzo, telas resistentes al calor, telas resistentes a la corrosión y telas de alta resistencia.