Fibra de vidrio

Antecedentes

La fibra de vidrio se refiere a un grupo de productos hechos de fibras de vidrio individuales combinadas en una variedad de formas. Las fibras de vidrio se pueden dividir en dos grupos principales según su geometría:fibras continuas utilizadas en hilos y textiles, y fibras discontinuas (cortas) utilizadas como bloques, mantas o tableros para aislamiento y filtración. La fibra de vidrio se puede formar en hilo de manera muy similar a la lana o el algodón, y se puede tejer en tela que a veces se usa para cortinas. Los textiles de fibra de vidrio se utilizan comúnmente como material de refuerzo para plásticos moldeados y laminados. La lana de fibra de vidrio, un material espeso y esponjoso hecho de fibras discontinuas, se utiliza para el aislamiento térmico y la absorción acústica. Se encuentra comúnmente en mamparos y cascos de barcos y submarinos; compartimentos de motores de automóviles y revestimientos de paneles de carrocería; en hornos y unidades de aire acondicionado; paneles acústicos para paredes y techos; y tabiques arquitectónicos. La fibra de vidrio se puede adaptar para aplicaciones específicas como el Tipo E (eléctrico), utilizado como cinta aislante eléctrica, textiles y refuerzo; Tipo C (químico), que tiene una resistencia superior a los ácidos, y Tipo T, para aislamiento térmico.

Aunque el uso comercial de la fibra de vidrio es relativamente reciente, los artesanos crearon hebras de vidrio para decorar copas y jarrones durante el Renacimiento. Un físico francés, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produjo textiles decorados con finas hebras de vidrio en 1713, y los inventores británicos duplicaron la hazaña en 1822. Un tejedor de seda británico hizo una tela de vidrio en 1842, y otro inventor, Edward Libbey, exhibió un vestido tejido de vidrio en la Exposición Colombina de 1893 en Chicago.

La lana de vidrio, una masa esponjosa de fibra discontinua en longitudes aleatorias, se produjo por primera vez en Europa a principios de siglo, utilizando un proceso que implicaba extraer fibras de varillas horizontalmente a un tambor giratorio. Varias décadas más tarde, se desarrolló y patentó un proceso de hilatura. El material aislante de fibra de vidrio se fabricó en Alemania durante la Primera Guerra Mundial. La investigación y el desarrollo destinados a la producción industrial de fibras de vidrio progresaron en los Estados Unidos en la década de 1930, bajo la dirección de dos grandes empresas, Owens-Illinois Glass Company y Corning Glass. Obras. Estas empresas desarrollaron una fibra de vidrio fina, flexible y de bajo costo extrayendo vidrio fundido a través de orificios muy finos. En 1938, estas dos empresas se fusionaron para formar Owens-Corning Fiberglas Corp. Ahora conocida simplemente como Owens-Corning, se ha convertido en una empresa de $ 3 mil millones al año y es líder en el mercado de fibra de vidrio.

Materias primas

Las materias primas básicas para los productos de fibra de vidrio son una variedad de minerales naturales y productos químicos manufacturados. Los ingredientes principales son arena de sílice, piedra caliza y carbonato de sodio. Otros ingredientes pueden incluir alúmina calcinada, bórax, feldespato, nefelina sienita, magnesita y arcilla de caolín, entre otros. La arena de sílice se utiliza como formador de vidrio, y la carbonato de sodio y la piedra caliza ayudan principalmente a reducir la temperatura de fusión. Otros ingredientes se utilizan para mejorar ciertas propiedades, como el bórax para la resistencia química. El vidrio de desecho, también llamado vidrio de desecho, también se utiliza como materia prima. Las materias primas deben pesarse cuidadosamente en cantidades exactas y mezclarse completamente (lo que se denomina preparación por lotes) antes de fundirse en vidrio.

El
proceso de fabricación

Derretir

• 1 Una vez que se prepara el lote, se introduce en un horno para su fusión. El horno puede calentarse con electricidad, combustible fósil o una combinación de ambos. La temperatura debe controlarse con precisión para mantener un flujo de vidrio suave y constante. El vidrio fundido debe mantenerse a una temperatura más alta (alrededor de 2500 ° F [1371 ° C]) que otros tipos de vidrio para formar fibra. Una vez que el vidrio se funde, se transfiere al equipo de conformado a través de un canal (antefuego) ubicado al final del horno.

Formación de fibras

• 2 Se utilizan varios procesos diferentes para formar fibras, según el tipo de fibra. Las fibras textiles se pueden formar a partir de vidrio fundido directamente del horno, o el vidrio fundido se puede alimentar primero a una máquina. que forma canicas de vidrio de aproximadamente 0,62 pulgadas (1,6 cm) de diámetro. Estas canicas permiten que el vidrio sea inspeccionado visualmente en busca de impurezas. Tanto en el proceso de fusión directa como en el de fusión de mármol, el vidrio o las canicas de vidrio se alimentan a través de bujes calentados eléctricamente (también llamados hileras). El buje está hecho de platino o aleación de metal, con entre 200 y 3000 orificios muy finos. El vidrio fundido pasa por los orificios y sale como finos filamentos.

Proceso de filamento continuo

• 3 Se puede producir una fibra larga y continua mediante el proceso de filamento continuo. Una vez que el vidrio fluye a través de los orificios del buje, una devanadora de alta velocidad atrapa varios hilos. La bobinadora gira a unas 2 millas (3 km) por minuto, mucho más rápido que la velocidad de flujo de los casquillos. La tensión tira de los filamentos mientras aún están fundidos, formando hebras de una fracción del diámetro de las aberturas del buje. Se aplica un aglutinante químico, que ayuda a evitar que la fibra se rompa durante el procesamiento posterior. Luego, el filamento se enrolla en tubos. Ahora se puede retorcer y enrollar en hilo.

Proceso de fibra corta

• 4 Un método alternativo es el proceso de fibra cortada. A medida que el vidrio fundido fluye a través de los casquillos, los chorros de aire enfrían rápidamente los filamentos. Las turbulentas ráfagas de aire también rompen los filamentos en longitudes de 8 a 15 pulgadas (20 a 38 cm). Estos filamentos caen a través de un aerosol de lubricante sobre un tambor giratorio, donde forman una red delgada. La banda se extrae del tambor y se tira en una hebra continua de fibras sueltas ensambladas. Esta hebra se puede transformar en hilo mediante los mismos procesos que se utilizan para la lana y el algodón.

Fibra picada

• 5 En lugar de formar hilo, la hebra continua o de fibra larga se puede cortar en trozos cortos. El hilo se monta en un juego de bobinas, llamado filete, y se tira a través de una máquina que lo corta en trozos cortos. La fibra cortada se forma en esteras a las que se agrega un aglutinante. Después de curar en un horno, la estera se enrolla. Varios pesos y espesores dan productos para tejas, techos construidos o tapetes decorativos.

Lana de vidrio

• 6 El proceso rotatorio o centrifugado se utiliza para fabricar lana de vidrio. En este proceso, el vidrio fundido del horno fluye hacia un recipiente cilíndrico que tiene pequeños orificios. A medida que el recipiente gira rápidamente, salen chorros horizontales de vidrio por los orificios. Las corrientes de vidrio fundido se convierten en fibras mediante una ráfaga de aire, gas caliente o ambos hacia abajo. Las fibras caen sobre una cinta transportadora, donde se entrelazan entre sí en una masa vellosa. Esto se puede usar para aislar, o la lana se puede rociar con un aglutinante, comprimir al espesor deseado y curar en un horno. El calor endurece el aglomerante y el producto resultante puede ser un tablero rígido o semirrígido, o una guata flexible.

Recubrimientos protectores

• 7 Además de los aglutinantes, se requieren otros revestimientos para los productos de fibra de vidrio. Los lubricantes se utilizan para reducir la abrasión de la fibra y se rocían directamente sobre la fibra o se agregan al aglutinante. A veces también se rocía una composición antiestática sobre la superficie de las esteras aislantes de fibra de vidrio durante la etapa de enfriamiento. El aire de enfriamiento aspirado a través de la alfombra hace que el agente antiestático penetre en todo el espesor de la alfombra. El agente antiestático consta de dos ingredientes:un material que minimiza la generación de electricidad estática y un material que actúa como inhibidor y estabilizador de la corrosión.

  El encolado es cualquier revestimiento aplicado a las fibras textiles en la operación de formación y puede contener uno o más componentes (lubricantes, aglutinantes o agentes de acoplamiento). Los agentes de acoplamiento se utilizan en hebras que se utilizarán para reforzar los plásticos, para fortalecer la unión al material reforzado.

  A veces se requiere una operación de acabado para eliminar estos recubrimientos o para agregar otro recubrimiento. Para los refuerzos plásticos, los encolados pueden eliminarse con calor o productos químicos y aplicar un agente de acoplamiento. Para aplicaciones decorativas, las telas deben tratarse térmicamente para eliminar los aprestos y fijar el tejido. Los recubrimientos de base de tinte se aplican luego antes de teñir o imprimir.

Formar formas

• 8 Los productos de fibra de vidrio vienen en una amplia variedad de formas, fabricados mediante varios procesos. Por ejemplo, el aislamiento de tubería de fibra de vidrio se enrolla en formas en forma de varilla llamadas mandriles directamente desde las unidades de formación, antes del curado. Las formas del molde, en longitudes de 3 pies (91 cm) o menos, se curan luego en un horno. Las longitudes curadas se desmoldean a lo largo y se cortan en dimensiones específicas. Se aplican revestimientos si es necesario y el producto se empaqueta para su envío.

Control de calidad

Durante la producción de aislamiento de fibra de vidrio, se toman muestras del material en varios lugares del proceso para mantener la calidad. Estas ubicaciones incluyen:el lote mixto que se alimenta al fusor eléctrico; vidrio fundido del casquillo que alimenta al fibrizador; fibra de vidrio que sale de la máquina fibradora; y producto curado final que emerge del final de la línea de producción. Las muestras de fibra y vidrio a granel se analizan para determinar la composición química y la presencia de defectos utilizando sofisticados analizadores químicos y microscopios. La distribución del tamaño de partícula del material del lote se obtiene pasando el material a través de varios tamices de diferentes tamaños. El espesor del producto final se mide después del envasado de acuerdo con las especificaciones. Un cambio en el grosor indica que la calidad del vidrio está por debajo del estándar.

Los fabricantes de aislamiento de fibra de vidrio también utilizan una variedad de procedimientos de prueba estandarizados para medir, ajustar y optimizar la resistencia acústica del producto, la absorción acústica y el rendimiento de la barrera acústica. Las propiedades acústicas se pueden controlar ajustando variables de producción como el diámetro de la fibra, la densidad aparente, el espesor y el contenido de aglutinante. Se utiliza un enfoque similar para controlar las propiedades térmicas.

El futuro

La industria de la fibra de vidrio enfrenta algunos desafíos importantes durante el resto de la década de 1990 y más allá. El número de productores de aislamiento de fibra de vidrio ha aumentado debido a las filiales estadounidenses de empresas extranjeras y las mejoras en la productividad de los fabricantes estadounidenses. Esto ha resultado en un exceso de capacidad, que el mercado actual y quizás el futuro no puede acomodar.

Además del exceso de capacidad, competirán otros materiales aislantes. La lana de roca se ha vuelto muy utilizada debido a las recientes mejoras en los procesos y productos. El aislamiento de espuma es otra alternativa a la fibra de vidrio en paredes residenciales y techos comerciales. Otro material competitivo es la celulosa, que se utiliza en el aislamiento del ático.

Debido a la baja demanda de aislamiento debido a un mercado de viviendas blandas, los consumidores exigen precios más bajos. Esta demanda también es el resultado de la tendencia continua de consolidación de minoristas y contratistas. En respuesta, la industria del aislamiento de fibra de vidrio tendrá que continuar reduciendo costos en dos áreas principales:energía y medio ambiente. Deberán utilizarse hornos más eficientes que no dependan de una sola fuente de energía.

Con los vertederos alcanzando la capacidad máxima, los fabricantes de fibra de vidrio tendrán que lograr una producción casi nula de desechos sólidos sin aumentar los costos. Esto requerirá mejorar los procesos de fabricación para reducir los desechos (también para los desechos líquidos y gaseosos) y reutilizar los desechos siempre que sea posible.

Estos desechos pueden requerir reprocesamiento y refundición antes de reutilizarlos como materia prima. Varios fabricantes ya están abordando estos problemas.