Como se fabrica a fibra de vidro?

A fibra de vidro refírese a un grupo de produtos feitos a partir de fibras de vidro individuais combinadas nunha variedade de formas. As fibras de vidro pódense dividir en dous grupos principais segundo a súa xeometría: as fibras continuas utilizadas en fíos e téxtiles, e as fibras descontinuas (curtas) utilizadas como mata, mantas ou táboas para illamento e filtración. A fibra de vidro pódese formar en fío de xeito semellante á la ou ao algodón, e tecer 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 groso e esponxoso feito de fibras descontinuas, úsase para o illamento térmico e a absorción do son. Atópase habitualmente en mamparos e cascos de barcos e submarinos; compartimentos de motores de automóbiles e revestimentos de paneis de carrozaría; en fornos e unidades de aire acondicionado; paneis acústicos de paredes e teitos; e particións arquitectónicas. A fibra de vidro pódese adaptar para aplicacións específicas como o tipo E (eléctrico), utilizado como cinta de illamento eléctrico, téxtiles e reforzo; o tipo C (químico), que ten unha resistencia superior aos ácidos, e o 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, René-Antoine Ferchault de Réaumur, produciu téxtiles decorados con finos fíos de vidro en 1713, e os inventores británicos duplicaron a fazaña en 1822. Un tecedor de seda británico fabricou un tecido de vidro en 1842, e outro inventor, Edward Libbey, expuxo un vestido tecido con vidro na Exposición Colombina de 1893 en Chicago.

A la de vidro, unha masa esponxosa de fibra descontinua en lonxitudes aleatorias, produciuse por primeira vez en Europa a finais de século, mediante un proceso que implicaba estirar as fibras de varas horizontalmente a un tambor xiratorio. Varias décadas despois, desenvolveuse e patentouse un proceso de fiado. O material illante de fibra de vidro fabricouse en Alemaña durante a Primeira Guerra Mundial. A investigación e o desenvolvemento destinados á produción industrial de fibras de vidro progresaron nos Estados Unidos na década de 1930, baixo a dirección de dúas grandes empresas, Owens-Illinois Glass Company e Corning Glass Works. Estas empresas desenvolveron unha fibra de vidro fina, flexible e de baixo custo estirando 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, calcaria e carbonato de sodio. Outros ingredientes poden incluír alúmina calcinada, bórax, feldespato, sienita nefelínica, magnesita e arxila de caolín, entre outros. A area de sílice utilízase como formador de vidro, e o carbonato de sodio e a calcaria axudan principalmente a baixar a temperatura de fusión. Outros ingredientes utilízanse para mellorar certas propiedades, como o bórax para a resistencia química. O vidro residual, tamén chamado vidro de casca, tamén se utiliza como materia prima. As materias primas deben pesarse coidadosamente en cantidades exactas e mesturarse completamente (o que se denomina dosificación) antes de fundirse en vidro.

A fabricación
Proceso

Fusión

Unha vez preparado o lote, este aliméntase nun forno para a súa fusión. O forno pode quentarse con electricidade, combustible fósil ou unha combinación de ambos. A temperatura debe controlarse con precisión para manter un fluxo suave e constante de vidro. O vidro fundido debe manterse a unha temperatura máis alta (uns 1371 °C) que outros tipos de vidro para poder transformarse en fibra. Unha vez que o vidro se funde, transfírese ao equipo de formación a través dun canal (antesolar) situado ao final do forno.

Formando fibras

Empréganse varios procesos diferentes para formar fibras, dependendo do tipo de fibra. As fibras téxtiles poden formarse a partir de vidro fundido directamente do forno, ou o vidro fundido pode alimentarse primeiro a unha máquina que forma bólas de vidro duns 1,6 cm (0,62 polgadas) de diámetro. Estas bólas permiten inspeccionar visualmente o vidro en busca de impurezas. Tanto no proceso de fusión directa como no de fusión de mármore, o vidro ou as bólas de vidro aliméntanse a través de casquillos quentados electricamente (tamén chamados fieiros). O casquillo está feito de platino ou aliaxe metálica, con entre 200 e 3000 orificios moi finos. O vidro fundido pasa a través dos orificios e sae como filamentos finos.

Proceso de filamento continuo

Mediante o proceso de filamento continuo pódese producir unha fibra longa e continua. Despois de que o vidro flúa a través dos orificios do casquillo, varios fíos quedan atrapados nun enrolador de alta velocidade. O enrolador xira a uns 3 km por minuto, moito máis rápido que a velocidade de fluxo dos casquillo. A tensión tira dos filamentos mentres aínda están fundidos, formando fíos cunha fracción do diámetro das aberturas do casquillo. Aplícase un aglutinante químico, que axuda a evitar que a fibra se rompa durante o procesamento posterior. Despois, o filamento enrólase en tubos. Agora pódese retorcer e dobrar para formar fíos.

Proceso de fibra discontinua

Un método alternativo é o proceso de fibras discontinuas. A medida que o vidro fundido flúe a través dos casquillos, os chorros de aire arrefrían rapidamente os filamentos. As turbulentas explosións de aire tamén rompen os filamentos en lonxitudes de 20 a 38 cm (8-15 polgadas). Estes filamentos caen a través dun spray de lubricante sobre un tambor xiratorio, onde forman unha fina rede. A rede extráese do tambor e tírase nun fío continuo de fibras ensambladas de forma laxa. Este fío pódese procesar en fío mediante os mesmos procesos que se usan para a la e o algodón.

Fibra picada

En lugar de formarse como fío, o fío continuo ou de fibra longa pódese cortar en anacos curtos. O fío móntase nun conxunto de bobinas, chamadas cesta, e pásase por unha máquina que o corta en anacos curtos. A fibra cortada fórmase en esteras ás que se lles engade un aglutinante. Despois de curar nun forno, a estera enrólase. Varios pesos e grosores dan lugar a produtos para tellas, cubertas construídas ou esteras decorativas.

La de vidro

O proceso rotatorio ou de xiro úsase para fabricar la de vidro. Neste proceso, o vidro fundido do forno flúe cara a un recipiente cilíndrico con pequenos orificios. A medida que o recipiente xira rapidamente, saen correntes horizontais de vidro dos orificios. As correntes de vidro fundido convértense en fibras mediante unha corrente descendente de aire, gas quente ou ambos. As fibras caen sobre unha cinta transportadora, onde se entrelazan nunha masa lanosa. Isto pódese usar para illamento, ou a la pódese pulverizar cun aglutinante, comprimirse no grosor desexado e curarse nun forno. A calor fixa o aglutinante e o produto resultante pode ser unha placa ríxida ou semirríxida, ou unha malla flexible.

Revestimentos protectores

Ademais dos aglutinantes, requírense outros revestimentos para os produtos de fibra de vidro. Os lubricantes úsanse para reducir a abrasión da fibra e pulverízanse directamente sobre a fibra ou engádense ao aglutinante. Ás veces, tamén se pulveriza unha composición antiestática sobre a superficie das esteras illantes de fibra de vidro durante a etapa de arrefriamento. O aire de arrefriamento que pasa a través da estera fai que o axente antiestático penetre en todo o grosor da estera. O axente antiestático consta de dous ingredientes: un material que minimiza a xeración de electricidade estática e un material que serve como inhibidor e estabilizador da corrosión. O apresto é calquera revestimento aplicado ás fibras téxtiles na operación de conformado e pode conter un ou máis compoñentes (lubricantes, aglutinantes ou axentes de acoplamento). Os axentes de acoplamento úsanse en fíos que se usarán para reforzar plásticos, para fortalecer a unión co material reforzado. Ás veces requírese unha operación de acabado para eliminar estes revestimentos ou para engadir outro revestimento. Para os reforzos de plástico, os aprestos poden eliminarse con calor ou produtos químicos e aplicar un axente de acoplamento. Para aplicacións decorativas, os tecidos deben ser tratados termicamente para eliminar os aprestos e fixar o tecido. Despois aplícanse revestimentos base de tintura antes de tinguir ou imprimir.

Formando formas

Os produtos de fibra de vidro teñen unha ampla variedade de formas e fabricáronse mediante varios procesos. Por exemplo, o illamento de tubos de fibra de vidro enrólase en formas en forma de vara chamadas mandriles directamente desde as unidades de formación, antes do curado. As formas do molde, en lonxitudes de 3 pés (91 cm) ou menos, cúranse despois nun forno. Os tramos curados desmóldanse lonxitudinalmente e córtanse en dimensións especificadas. Aplícanse revestimentos se é necesario e o produto empácase para o seu envío.

Control de calidade

Durante a produción de illamento de fibra de vidro, tómanse mostras do material en varios puntos do proceso para manter a calidade. Estes puntos inclúen: o lote mesturado que se alimenta ao fusor eléctrico; vidro fundido da bucha que alimenta o fiberizador; fibra de vidro que sae da máquina fiberizadora; e produto curado final que sae do final da liña de produción. As mostras a granel de vidro e fibra analízanse para determinar a súa composición química e a presenza de defectos utilizando analizadores químicos e microscopios sofisticados. A distribución do tamaño das partículas do material do lote obtense pasando o material a través de varios peneiros de diferentes tamaños. O produto final mídese para determinar o grosor despois do envasado segundo as especificacións. Un cambio no grosor indica que a calidade do vidro está por debaixo do estándar.

Os fabricantes de illamento de fibra de vidro tamén empregan unha variedade de procedementos de proba estandarizados para medir, axustar e optimizar a resistencia acústica do produto, a absorción do 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. Úsase un enfoque similar para controlar as propiedades térmicas.

O futuro

A industria da fibra de vidro afronta algúns retos importantes durante o resto da década de 1990 e posteriores. O número de produtores de illamento de fibra de vidro aumentou debido ás filiais americanas de empresas estranxeiras e ás melloras na produtividade dos fabricantes estadounidenses. Isto provocou un 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 úsase amplamente debido ás recentes melloras nos 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 de faiados.

Debido á baixa demanda de illamento debido a un mercado inmobiliario débil, os consumidores están a esixir prezos máis baixos. Esta demanda tamén é o resultado da continua tendencia á consolidación de venda polo miúdo e contratistas. En resposta, a industria do illamento de fibra de vidro terá que seguir reducindo custos en dúas áreas principais: enerxía e medio ambiente. Terán que usarse fornos máis eficientes que non dependan dunha soa fonte de enerxía.

Coa chegada dos vertedoiros á súa capacidade máxima, os fabricantes de fibra de vidro terán que conseguir unha produción case nula de residuos sólidos sen aumentar os custos. Isto requirirá mellorar os procesos de fabricación para reducir os residuos (tamén para os residuos líquidos e gasosos) e reutilizalos sempre que sexa posible.

Estes residuos poden requirir reprocesamento e refundición antes de reutilizalos como materia prima. Varios fabricantes xa están a abordar estes problemas.