L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Fibra de vidre

Est artícul tracta sobre el material de construcció. Per a un atre tipo de fibres vore Fibra (desambiguació).

La fibra de vidre és un material que consta de numerosos filaments ceràmics basats en diòxit de silici (SiO2) extremadament fins. A lo llarc de l'història els vidrieros han ensajat en la fibra de vidre, pero la manufactura massiva d'este material sol va ser possible en l'invenció de màquines i ferramenta més refinades. En 1893, Edward Drummond Libbey va exhibir un vestit en l'Exposició Mundial Colombina de Chicago que tenia fibra de vidre en filaments del diàmetro i la textura d'una fibra de seda. Va ser usat per primera volta per Geòrgia Cayvan, una actriu de teatre molt coneguda en aquella época. Les fibres de vidre també es poden formar naturalment i li les coneix com cabells de Pele. No obstant, la llana de vidre, a la que hui es diu comunament fibra de vidre, no va ser inventada sino fins a 1938 per Russell Games Slayter, en l'empresa Owens-Corning, com un material que podria ser usat com aïllant en la construcció d'edificis. Va ser comercialisat baix el nom comercial Fiberglass, que es va convertir des de llavors en una marca vulgarizada en països de parla anglesa. La fibra de vidre es coneix comunament com un material aïllant. També s'usa com un agent de reforç en molts productes polimèrics; normalment s'usa per a conformar plàstic reforçat en vidre que per metonímia també es denomina fibra de vidre, una forma de material compost consistent en polímer reforçat en fibra. Per lo mateix, en essència exhibix comportaments similars a atres composts fets de fibra i polímer com la fibra de carbono. Encara que no siga tan fort o rígida com la fibra de carbono, és molt més econòmica i menys trencadiça.

Manojo de fibra de vidre.

Formació de la fibra

La fibra de vidre es conforma de bri prims fets a pur de sílice o de formulació especials de vidre, extruidas a modo de filaments de diàmetro diminut i aptes per a processos de tejeduría. La tècnica de calfar i elaborar fibres fines a partir de vidre es coneix des de fa milenis; no obstant, l'us d'estes fibres per a aplicacions textils és molt més recent: solament fins ara és possible fabricar bri i fibres de vidre almagasenades en llongituts tallades i estandardisades. La primera producció comercial de fibra de vidre va ocórrer en 1936; en 1938 Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Works es varen unir per a formar la Owens-Corning Fiberglas Corporation. Quan abdós companyies es varen unir per a produir i promoure la fibra de vidre, varen introduir al mercat filaments continus de fibra de vidre.[1] Owens-Corning continua sent el major productor de fibra de vidre en el mercat actual.[2]

Els tipos de fibra de vidre usats més comunament són les de vidre classe I (I-glass: vidre d'alumino-borosilicato en menys de 1% pes d'òxits alcalinos, principalment usada per a Plàstic reforçat en vidre,pero també s'usen les classes A (A-glass: vidre álcali-calç en pocs o cap òxit de bor), classe I-CR (I-CR glass: de silicat álcali-calç en menys de 1% pes/pese d'òxits alcalinos, en alta resistència als àcit), classe C (C-glass: vidre álcali-calç en alt contingut d'òxit de bor, usades per eixemple en fibres de vidre en filaments curts), classe D (D-glass: vidre de borosilicato en una constant dielèctrica alta), classe R (R-glass: vidre d'aluminosilicatos sense MgO ni CaO en altes prestacions mecàniques) i la classe S (S-glass: vidre d'aluminosilicatos sense CaO pero en alt contingut de MgO en alta resistència a la tracció).[3]

Química de la fibra de vidre

 
Estructura molecular teòrica del vidre

La fibra de vidre útil per a teixit té com a base el compost sílice, SiO2. En la seua forma pura el diòxit de silici es comporta com polímer (SiO2)n. És dir, no té un punt de fusió verdader pero se suavisa a 1200 °C, punt en el que comença a descompondre's i a 1713 °C la majoria de les molècules presenten llibertat de moviment. Si el vidre ha segut extruido i gelat de forma ràpida des d'esta temperatura, és impossible obtindre una estructura ordenada.[4] En el seu estat de polímer es formen grups de SiO4 que estan configurats en estructura tetrahédrica en l'àtom de silici en el centre, i quatre àtoms d'oxigen en les puntes. Estos àtoms després formen una ret d'enllaços en els cantons que compartixen els àtoms d'oxigen. Els estats vítreos i cristalins de la sílice (vidre i cuarzo) tenen nivells energètics similars en les seues bases moleculars, lo que implica que en la seua forma vidriosa és extremadament estable; en orde de reduir la cristalisació, deu ser calfat a temperatures superiors als 1200 °C per periodos prolongats de temps.[1]

Encara que la sílice pura és perfectament viable per a fer vidre i fibra de vidre, deu ser processada a temperatures molt altes, lo que és un inconvenient a menos que les seues propietats químiques específiques siguen necessàries. Semblaria inusual introduir impurees al vidre, no obstant afegir alguns materials contribuïx a baixar la seua temperatura de treball; estos materials també afigen atres propietats al vidre que poden ser benèfiques en aplicacions diferents. El primer tipo de vidre usat per a fer fibra va ser el vidre de calç sodada o el vidre Classe A, que no és molt resistent a composts alcalinos; per a corregir açò, un nou tipo conegut com a Classe I, es va desenrollar com un vidre d'alumino-borosilicato que és lliure d'elements alcalinos (<2%);[5] esta va ser la primera formulació de vidre usada per a la formació de filaments. El vidre de classe I constituïx encara la principal forma de producció de fibra de vidre i els seus composts particulars poden tindre llaugeres variacions que deuen permanéixer baix cert ranc. La lletra I és usada degut a que es va desenrollar principalment per a aplicacions elèctriques. El vidre Classe S és una formulació la característica principal de la qual és l'alta resistència a la tracció i per lo mateixa rep la seua lletra (de tensile strength). El vidre classe C va ser desenrollat per a resistir l'atac químic, principalment d'àcit que destruirien un vidre classe I (la seua lletra prové llavors de chemical resistance).[5] El vidre de Classe T, és una variant comercial de North American Fiberglass del vidre de Classe C. El vidre Classe A és una referència industrial per a denominar al vidre reciclat, moltes voltes de botelles, que s'usa per a fer llana de vidre. La classe AR és un vidre resistent a composts alcalinos (AR de alkali-resistant). La majoria de les fibres de vidre tenen una solubilitat llimitada en aigua pero açò canvia en relació en el pH. Els ions de clorur també poden atacar i dissoldre superfícies de vidre Classe I. El vidre de classe I no pot derretirse realment, pero en canvi se suavisa, definint-se el seu punt d'ablandamiento com "la temperatura a la que una fibra en un diàmetro entre 0,55 i 0,77 mm de 235 mm de llongitut, s'allarga en la seua pròpia càrrega a una ràtio d'1 mm/min quan està suspesa verticalment i s'ha calfat a una taxa de 5 °C per minut".[6] El punt de deformació s'alcança quan el vidre té una viscosidad de 1014,5 poise. El punt d'atenuació (refredat), que és la temperatura en la que les tensions internes es reduïxen a un llímit comercialment acceptable de 15 minuts, està determinat per una viscosidad de 1013 poise.[6]

Propietats

Sonores

Gràcies a la composició de la resina i la direcció que tenen les fibres quan es forma el material compost, resulta un gran aïllant acústic, ya que és un reflector d'ones sonores.

Tèrmiques

Les fibres de vidre són bons aïllants tèrmics pel seu alt índex d'àrea superficial en relació en el seu pes. No obstant, un àrea superficial incrementada la fa molt més vulnerable a l'atac químic. Els blocs de fibra de vidre atrapen aire entre ells, fent que la fibra de vidre siga un bon aïllant tèrmic, en conductivitat tèrmica de l'orde de 0,05 W/(m·K)[7]

Tensió

Tipo de Fibra Tensió de trencament
(MPa)[8]		 Esforç de Compressió
(MPa)		 Densitat
(g/cm³)		 Dilatació tèrmica
µm/(m°C)		 T d'ablandamiento
(°C)		 Preu
dólar/kg
Vidre classe I 3445 1080 2,58 5,4 846 2
Vidre classe S-2 4890 1600 2,46 2,9 1056 20

La tensió del vidre usualment es comprova i reporta per a fibres "vérgens" o prístinas (aquelles que s'acaben de fabricar). Les fibres recent fetes, més primes, són les més fortes degut a que són més dúctils. Quant més es raye la seua superfície, menor serà la tenacitat resultant.[5] Degut a que el vidre presenta una estructura amorfa, les seues propietats són isotrópicas, és dir, són les mateixes a lo largo y ancho de la fibra (a diferència de la fibra de carbono, l'estructura molecular del qual fa que les seues propietats siguen diferents a lo llarc i a lo ample, és dir, són anisotrópicas). l'humitat és un factor important per a la tensió de trencament; pot ser adsorbida fàcilment i causar ruptures i defectes superficials microscòpics, disminuint la tenacitat. A diferència de la fibra de carbono, la de vidre pot soportar més allargament abans de trencar-se; existix una relació de proporcionalitat entre el diàmetro de doblez del filament, al diàmetro del filament en sí.[9] La viscosidad del vidre fos és molt important per a l'èxit durant la fabricació; durant la conformació (tirant del vidre per a reduir la gruixa de la fibra) la viscosidad deu ser relativament baixa; de ser molt alta, la fibra es pot trencar mentres es tira. No obstant, de ser molt baixa, el vidre pot formar gotes en lloc de convertir-se en filaments útils per a fer fibra.

Processos de fabricació

Fundició

Hi ha dos tipos principals de fabricació de fibra i dos tipos de resultats. La primera, és fibra feta a partir d'un procés de fundició directe i la segona un procés de refundición de canicas. Abdós comencen en el material en la seua forma sòlida; els materials es combinen i es fonen en un forn. Després, per al procés en canicas, el material fos se separa per mig de tensió tallant i es enrolla en canicas que estan gelades i empacades. Les canicas es duen a les instalacions a on s'elabora la fibra a on s'inserten dins de contenidors per a refondre's; el vidre fos es extruye en espirals roscados (similars a insertos roscados) per a conformar la fibra. En el procés de fundició directe, el vidre derretido en el forn va directament a la formació dels insertos.

Formació

La placa a on es enroscan els insertos és el component principal en el maquinat de la fibra. Consistix en una placa de metal calent en la que estan situades les filtre per mig de les quals es farà fibra a partir dels insertos introduïts en elles. Casi sempre esta placa està feta d'una aleació de platí i rodio per motius de durabilitat. El platí s'usa degut a que el vidre fos té una afinitat natural per a humectarlo. Les primeres plaques que s'usaven per a este propòsit eren 100% de platí i el vidre les penetrava tan fàcilment que empapava la placa i s'acumulava com a residu a l'eixida de les filtre. També s'usa esta aleació platí-rodio pel cost del platí i la seua tendència a desgastar-se en facilitat; en el procés de fundició directa, les plaques també complixen la funció de colectar el vidre fos. S'usen llaugerament calents per a mantindre el vidre a una temperatura correcta, adequada per a la formació de la fibra. En el procés de fundició de canicas, la placa actua més com un distribuïdor de calor, en el sentit en que fon la majoria del material.[1]

Estes plaques representen el major cost en la producció de fibra de vidre. El disseny de les filtre també és important; el número de filtre comprén un ranc des de 200 a 4000 en múltiples de 200. Una de les dimensions més importants a tindre en conte en l'elaboració de filaments continus, és la gruixa de les parets de les filtre en la seua eixida; es va descobrir que afegint una eixamplada de la cavitat abans de l'orifici, es reduïa el empapamiento. Actualment, les filtre estan dissenyades per a tindre una gruixa de paret lo més prim possible al final; a mida que el vidre fluïx per la filtre forma una gota que se suspén verticalment i, a mida que cau, deixa un fil conectat pel menisco a la filtre, que serà tan llarc com ho permeta el disseny de la filtre. Quant menor siga l'anell de la filtre (la part final de les parets que rodegen l'orifici d'eixida) més ràpit permetrà la formació de la gota que cau i més baixa és la tendència a que empape la part vertical de la filtre.[1] La tensió superficial del vidre és lo que influïx en la formació del menisco; per al vidre de Classe I deu ser d'aproximadament 400mN per minut.[5]

La velocitat d'atenuació (refredat) és important en el disseny de la filtre. Encara que baixar esta velocitat permetria fer fibra més dura, no és viable econòmicament operar a baixes velocitats i a les que les filtre no estan dissenyades.[1]

Procés de filaments continus

En el procés de filament continu, després de ser atenuada, a la fibra se li aplica un apresto especial que permet que puga ser embobinada o enrollada. L'adició d'este compost també pot tindre relació en el seu us destinat, ya que alguns d'ells són co-reactius (pre impregnats) en certs tipos de resina quan la fibra va a ser usada per a conformar un material compost.[6] El apresto que s'afig usualment té una relació d'entre 1 i 2% de pes. El enrollado posterior es realisa a una taxa de 1000 m per minut.

Procés de fibra corrent

Per a la producció de fibra de vidre corrent (útil també per a fer «llana de vidre»), existixen diversos métodos de manufactura. El vidre pot ser bufat o rosar-se en calor o vapor després d'eixir de la màquina de conformat (fos); usualment esta fibra es convertix en cert tipo de textil, similar a un feltre. El procés més comú és el procés rotatiu, en el que el vidre entra en un rotor que, per acció de la força centrífuga, dispara el vidre en trossos horisontalment mentres que chorrada d'aire ho espenten cap a avall, a on rep un aglutinant. Després esta pelfa és succionada en una cortina que li dona forma, i l'aglutinant es cura usant un forn.[10]

Salut

La fibra de vidre es va fer molt popular des de que es va descobrir que els asbestos són causants de càncer, i varen ser eliminats de molts productes. No obstant, la seguritat de la fibra de vidre també es va posar en dubte degut a que investigacions mostren que la composició d'este material (tant els asbestos com la fibra de vidre són fibres de silicat) pot causar una toxicitat similar a la dels asbestos.[11][12][13][14]

Estudis realisats en rates en la década de 1970, mostraven que vidre en fibra de menys de 3 micras de diàmetro i en una llongitut superior a les 20 micras constituïen un "cancerígeno en potència". Igualment en el Centre Internacional d'Investigació de Càncer CIRC es va trobar que "podria anticipar-se raonablement com un cancerígeno" en 1990. Per una atra part en l'American Conference of Governmental Industrial Hygienist, s'estipula que no hi ha evidència suficient i que la fibra de vidre es troba en ellistat de l'associació dins del grup A4: "No classificat com un cancerígeno humà". la North American Insulation Manufacturers Association (NAIMA) assegura que la fibra de vidre és fonamentalment diferent als asbestos, en la mida en que és un material produït per l'home en lloc de ser producte de la naturalea. Els membres d'esta associació asseguren que la fibra de vidre es "dissol en els pulmons" mentres que els asbestos permaneixen de per vida dins del cos. Encara que la fibra de vidre i els asbestos estan fets de filaments de sílice, la NAIMA assegura que els asbestos constituïxen un risc major per la seua estructura cristalina, que causa que el material es exfolie en trossos més chicotets i perillosos, citant al Departament de Salut i Servicis Socials dels Estats Units:[15]

Les fibres de vidre sintètic (fibra de vidre) diferixen dels asbestos en dos formes que poden proveir a lo manco explicacions parcials del perqué la seua baixa toxicitat. Degut a que la majoria de les fibres vítreas sintètiques no són cristalines com els asbestos, no poden separar-se longitudinalmente per a produir fibres més primes. També presenten una marcada biopersistencia menor en teixits vius que les fibres d'asbesto gràcies a que poden dissoldre's i sofrir ruptures travesseres.[16]

En 1998 es va realisar un estudi en el que es varen usar rates, en el que es va demostrar que la biopersistencia de les fibres sintètiques despuix d'un any era de 0.04 a 10%, pero era del 27% per a les d'asbesto de la varietat grunerita. Estes fibres que varen permanéixer per més temps varen provar ser més cancerígenas.[17]

Plàstic reforçat en fibra de vidre

Artícul principal → Plàstic reforçat en vidre.


El plàstic reforçat en fibra de vidre és un material compost o un plàstic reforçat per fibra (FRP) fet de polímer armat en fibres de vidre primes. De la mateixa manera que el plàstic reforçat en fibra de carbono, sofrix d'una sinécdoque que simplifica la seua enunciació com a fibra de vidre, en referir-se al material compost. Pot usar-se la fibra presentada en CSM (chopped strand mat) que és en essència una tela en rolls feta de trossos solts (diferent a la llana de vidre que es caracterisa per la seua apariència de cotó, molt més esponjosa), o com una tela teixida (a voltes cridada mat). Com a molts atres materials composts (per eixemple el formigó armat) els dos materials actuen al mateix temps, cada u complementant les propietats de l'atre.[18] Mentres les resines polimèriques són fortes a càrregues de compressió física, són relativament dèbils a la tensió; o càrregues de tracció; la fibra de vidre és molt fort en tensió pero tendix a no resistir la compressió; aixina que en combinar abdós materials, el FRP Fiber Reinforced Plastic es convertix en un material que resistix tant compressió com a tensió en rancs acceptables.[3][19]

Usos

 
Planejador biplaza Schleicher ASK 21 construït en fibra de vidre.

L'us normal de la fibra de vidre inclou aïllament acústic, aïllament tèrmic i aïllament elèctric en recobriment, com a reforç a diversos materials, pals de tendes de campanya, absorció de sò, teles resistents a la calor i la corrosió, teles d'alta resistència, perches per a bot en percha, arcs i ballestas, tragaluces translúcidos, parts de carrosseria d'automòvils, pals d'hockey, taules de surf, caixcos d'embarcacions, i farcidures estructurals llaugeres de panal (tècnica d'armat en honeycomb). S'ha usat per a propòsits mèdics en fèrules. La fibra de vidre és àmpliament usada per a la fabricació de tancs i siges de material compost.[3][19]

Importància del reciclage del vidre per a fabricar fibra

Els fabricants de fibra de vidre per a aïllament poden usar vidre reciclat. La fibra que produïx Owens Corning és en un 40% procedent de vidre reciclat. En 2009 esta companyia va escomençar un programa de reciclage de vidre per a enviar residus de vidre reciclat des de Kansas City a la planta d'Owens Corning per a ser usat com a matèria primera per a fabricar fibra de vidre classe A.[20][21]

Vore també

Referències

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Loewenstein (1973). The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers (en Inglés), Elsevier Scientific, pp. org/details/manufacturingtec0000loew/page/n212-94. ISBN 0-444-41109-7.
  2. ↑ «A Market Assessment and Impact Analysis of the Owens Corning Acquisition of Saint-Gobain's Reinforcement and Composites Business» (en anglés). Archivat des d'el original, el 15 d'agost de 2009. Consultat el 21 d'octubre de 2012.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 «Fibers, 5. Synthetic Inorganic».Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.Weinheim, Alemània:
  4. ↑ Gupta, V. B.; Kothari, {{{nom2}}} (1997). Manufactured Fibre Technology (en Inglés), Chapman and Hall, pp. 544-546. ISBN 0-412-54030-4.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Volf, Milos B. (1990). Technical Approach to Glass (en Inglés), Elsevier. ISBN 0-444-98805-X.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Lubin, George (Ed.) (1975). Robert I. Krieger (ed.). Handbook of Fiberglass and Advanced Plastic Composites, Huntingdon NY.
  7. ↑ Incropera, Frank P.; De Witt, {{{nom2}}} (1990). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (en Inglés), John Wiley & Sons, p. A11. ISBN 0-471-51729-1.
  8. ↑ Wallenberg, Frederick T.; Bingham, {{{nom2}}} (Octubre de 2009). Fiberglass and Glass Technology: Energy-Friendly Compositions and Applications (en Inglés), Springer, p. 211-. ISBN 978-1-4419-0735-6.
  9. ↑ Hillermeier KH, Melliand Textilberichte 1/1969, Dortmund-Mengede, pp. 26–28, "Glass fiber—its properties related to the filament fiber diameter".
  10. ↑ Mohr; Rowe, {{{nom2}}} (1978). Fiberglass, Van Nostrand Reindhold, pp. org/details/fiberglass0000mohr/page/1313. ISBN 0-442-25447-4.
  11. ↑ «[1]», Environmental Research Foundation. Consultat el 21 d'octubre de 2012.
  12. ↑ «Fiberglass and Asbestos». Is insulation dangerous?. Consultat el 21 d'octubre de 2012.
  13. ↑ «Environmental Health & Safety, Fiberglass». Yeshiva University. Archivat des d'el original, el 10 de febrer de 2013. Consultat el 21 d'octubre de 2012.
  14. ↑ (1996).«Fibrous glass insulation and cancer: response and rebuttal».American journal of industrial medicine.30
    113-120.
  15. ↑ NAIMA. «Health & Safety» (en inglés). Fiberglass Insulation No Longer on Cancer Concern List (RP057). Archivat des d'el original, el 9 d'octubre de 2015. Consultat el 21 d'octubre de 2012.
  16. ↑ O. S. Department of Health and Human Services, Public Health Services, Agency for Toxic Substances and Disease Registry. «Toxicological Profile for Synthetic Vitreous Fibers».
  17. ↑ «Biopersistence of Synthetic Vitreous Fibers and Amosite Asbestos in the Rat Lung Following Inhalation».Toxicology and Applied Pharmacology.151Consultat el 22 d'octubre de 2012.
  18. ↑ Erhard, Gunter. google. com/books? id=mesU4WbE5CIC&printsec=frontcover&dq=Designing+with+Plastics Designing with Plastics. Trans. Martin Thompson. Munich: Hanser Publishers, 2006.
  19. ↑ 19,0 19,1 «Composite materials».Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.Weinheim, Alemània:
  20. ↑ archive. org/web/20091017154037/http://www. kansascity. com/637/story/1509423. htmlNewrecyclingeffortaimstopushKCtogogreenwithitsglass, Kansas City Star, October 14, 2009
  21. ↑ naima. org/pages/resources/faq/faq_fiber. html North American Insulation Manufacturers Association FAQ page, retrieved October 15, 2009 [2] archivat en Wayback Machine.

Enllaços externs

Erro al crear miniatura: Fibra de vidre en el Viccionari.


Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Fibra_de_vidre&oldid=1469521»