Como a fibra de vidro é fabricada?

Fibra de vidro refere-se a um grupo de produtos feitos de fibras de vidro individuais combinadas em diversas formas. As fibras de vidro podem ser divididas em dois grupos principais de acordo com sua geometria: fibras contínuas, usadas em fios e tecidos, e fibras descontínuas (curtas), usadas como mantas, cobertores ou placas para isolamento e filtração. A fibra de vidro pode ser transformada em fios, de forma semelhante à lã ou ao algodão, e tecida em tecidos, que às vezes são usados ​​para cortinas. Os tecidos 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 macio feito de fibras descontínuas, é usada para isolamento térmico e absorção sonora. É comumente encontrada em anteparas e cascos de navios e submarinos; compartimentos de motores e revestimentos de painéis de carroceria de automóveis; em fornos e unidades de ar condicionado; painéis acústicos de parede e teto; e divisórias arquitetônicas. A fibra de vidro pode ser adaptada para aplicações específicas, como o Tipo E (elétrico), usado como fita isolante elétrica, tecidos e reforço; o Tipo C (químico), que possui resistência superior a ácidos; e o Tipo T, para isolamento térmico.

Embora o uso comercial da fibra de vidro seja relativamente recente, artesãos já criavam filamentos de vidro para decorar cálices e vasos durante o Renascimento. O físico francês René-Antoine Ferchault de Réaumur produziu tecidos decorados com finos filamentos de vidro em 1713, e inventores britânicos repetiram o feito em 1822. Um tecelão de seda britânico criou um tecido de vidro em 1842, e outro inventor, Edward Libbey, exibiu um vestido tecido com fibra de vidro na Exposição Colombiana de 1893 em Chicago.

A lã de vidro, uma massa fofa de fibras descontínuas em comprimentos aleatórios, foi produzida pela primeira vez na Europa na virada do século, utilizando um processo que envolvia o estiramento horizontal das fibras de hastes em 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 Works. Essas empresas desenvolveram uma fibra de vidro fina, flexível e de baixo custo, estirando 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 com faturamento anual de US$ 3 bilhões 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 sintéticos. Os principais ingredientes são areia de sílica, calcário e carbonato de sódio. Outros ingredientes podem incluir alumina calcinada, bórax, feldspato, sienito nefelínico, magnesita e caulim, entre outros. A areia de sílica é usada como formadora de vidro, e o carbonato de sódio e o calcário ajudam principalmente a reduzir a temperatura de fusão. Outros ingredientes são usados ​​para melhorar certas propriedades, como o bórax para resistência química. Vidro reciclado, também chamado de caco de vidro, também é usado como matéria-prima. As matérias-primas devem ser cuidadosamente pesadas em quantidades exatas e misturadas completamente (processo chamado de dosagem) antes de serem fundidas para a produção de vidro.

A fabricação
Processo

Fusão

Após o preparo da mistura, ela é alimentada em um forno para fusão. O forno pode ser aquecido por eletricidade, combustível fóssil ou uma combinação de ambos. 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 1371 °C) do que outros tipos de vidro para ser transformado em fibra. Uma vez fundido, o vidro é transferido para o equipamento de moldagem através de um canal (anteforno) localizado na extremidade do forno.

Formando fibras

Diversos processos são utilizados para formar fibras, dependendo do tipo de fibra. As fibras têxteis podem ser formadas a partir do vidro fundido diretamente do forno, ou o vidro fundido pode ser alimentado primeiro em uma máquina que forma esferas de vidro com cerca de 1,6 cm (0,62 polegadas) de diâmetro. Essas esferas permitem a inspeção visual do vidro para detecção de impurezas. Tanto no processo de fusão direta quanto no processo de fusão com esferas, o vidro ou as esferas de vidro são alimentados através de buchas aquecidas eletricamente (também chamadas de fieiras). A bucha é feita de platina ou liga metálica, com entre 200 e 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. Após o vidro fluir pelos orifícios da bucha, múltiplos filamentos são enrolados em uma bobinadeira de alta velocidade. A bobinadeira gira a cerca de 3 km por minuto, muito mais rápido que a taxa de fluxo das buchas. A tensão puxa os filamentos ainda fundidos, formando filamentos com uma fração do diâmetro das aberturas da bucha. Um aglutinante químico é aplicado, o que ajuda a evitar que a fibra se quebre durante o processamento posterior. O filamento é então enrolado em tubos. Ele pode então ser torcido e transformado em fio.

Processo de fibra descontínua

Um método alternativo é o processo de fibra descontínua. À medida que o vidro fundido flui através das buchas, jatos de ar resfriam rapidamente os filamentos. As rajadas turbulentas de ar também quebram os filamentos em comprimentos de 20 a 38 cm (8 a 15 polegadas). Esses filamentos caem através de um jato de lubrificante sobre um tambor giratório, onde formam uma fina camada. A camada é retirada do tambor e puxada, transformando-se em um fio contínuo de fibras frouxamente unidas. Esse fio pode ser processado em fios pelos mesmos processos usados ​​para lã e algodão.

Fibra picada

Em vez de ser transformada em fio, a fibra contínua ou de fibra longa pode ser cortada em pedaços curtos. A fibra é montada em um conjunto de bobinas, chamado creel, e puxada através de uma máquina que a corta em pedaços curtos. A fibra cortada é transformada em mantas às quais é adicionado um aglutinante. Após a cura em um forno, a manta é enrolada. Vários pesos e espessuras resultam em produtos para telhas, coberturas multicamadas ou mantas decorativas.

Lã de vidro

O processo rotativo ou de fiação é usado para fabricar lã de vidro. Nesse processo, o vidro fundido proveniente do forno flui para um recipiente cilíndrico com pequenos orifícios. À medida que o recipiente gira rapidamente, fluxos horizontais de vidro saem pelos orifícios. Esses fluxos de vidro fundido são transformados em fibras por um jato descendente de ar, gás quente ou ambos. As fibras caem sobre uma esteira transportadora, onde se entrelaçam formando uma massa felpuda. Essa massa pode ser usada para isolamento térmico, ou a lã pode ser pulverizada com um aglutinante, comprimida até a espessura desejada e curada em um 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 aglutinantes, outros revestimentos são necessários para produtos de fibra de vidro. Lubrificantes são usados ​​para reduzir a abrasão das fibras e são aplicados diretamente sobre elas ou adicionados ao aglutinante. Uma composição antiestática também é, por vezes, pulverizada sobre a superfície das mantas de isolamento de fibra de vidro durante a etapa de resfriamento. O ar de resfriamento que passa pela manta faz com que o agente antiestático penetre em toda a sua espessura. O agente antiestático consiste em dois ingredientes: um material que minimiza a geração de eletricidade estática e um material que atua como inibidor e estabilizador de corrosão. A colagem é qualquer revestimento aplicado às fibras têxteis durante a operação de conformação e pode conter um ou mais componentes (lubrificantes, aglutinantes ou agentes de acoplamento). Os agentes de acoplamento são usados ​​em filamentos que serão utilizados para reforçar plásticos, a fim de fortalecer a ligação com o material reforçado. Às vezes, uma operação de acabamento é necessária para remover esses revestimentos ou para adicionar outro revestimento. Para reforços plásticos, a colagem pode ser removida com calor ou produtos químicos e um agente de acoplamento pode ser aplicado. Para aplicações decorativas, os tecidos devem ser tratados termicamente para remover a goma e fixar a trama. Em seguida, são aplicadas camadas de base para tingimento antes da tintura ou da impressão.

Formando figuras

Os produtos de fibra de vidro vêm em uma grande variedade de formatos, fabricados por meio de diversos processos. Por exemplo, o isolamento de tubos de fibra de vidro é enrolado em moldes em forma de haste, chamados mandris, diretamente das unidades de moldagem, antes da cura. Os moldes, com comprimentos de até 91 cm (3 pés), são então curados em um forno. Os pedaços curados são então desmoldados longitudinalmente e serrados nas dimensões especificadas. Revestimentos são aplicados, se necessário, e o produto é embalado para envio.

Controle de qualidade

Durante a produção de isolamento de fibra de vidro, amostras do material são coletadas em diversos pontos do processo para garantir a qualidade. Esses pontos incluem: a mistura sendo alimentada no fundidor elétrico; o vidro fundido proveniente do bocal que alimenta a máquina de fibração; a fibra de vidro saindo da máquina de fibração; e o produto final curado, saindo do final da linha de produção. As amostras de vidro e fibra são analisadas quanto à composição química e à presença de defeitos, utilizando analisadores químicos sofisticados e microscópios. A distribuição granulométrica do material da mistura é obtida passando-o por peneiras de diferentes tamanhos. A espessura do produto final é medida após a embalagem, de acordo com as especificações. Uma variação na espessura indica que a qualidade do vidro está abaixo do padrão.

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

O futuro

A indústria da fibra de vidro enfrenta alguns desafios importantes durante o restante 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 dos EUA. Isso resultou em excesso de capacidade, que o mercado atual e talvez o futuro não consigam absorver.

Além da capacidade ociosa, outros materiais isolantes também entrarão no mercado. A lã de rocha tornou-se amplamente utilizada devido a recentes melhorias nos 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 demanda por isolamento térmico em função da fragilidade do mercado imobiliário, os consumidores estão exigindo preços mais baixos. Essa demanda também é resultado da tendência contínua de consolidação entre varejistas e empreiteiras. Em resposta, a indústria de isolamento de fibra de vidro terá que continuar reduzindo custos em duas áreas principais: energia e meio ambiente. Será necessário utilizar fornos mais eficientes que não dependam de uma única fonte de energia.

Com os aterros sanitários atingindo sua capacidade máxima, os fabricantes de fibra de vidro precisarão alcançar uma produção de resíduos sólidos próxima de zero sem aumentar os custos. Isso exigirá aprimoramento dos processos de fabricação para reduzir o desperdício (tanto de líquidos quanto de gases) e a reutilização de resíduos sempre que possível.

Esses resíduos podem exigir reprocessamento e refusão antes de serem reutilizados como matéria-prima. Diversos fabricantes já estão trabalhando para solucionar esses problemas.