تاریخچه تولید الیاف شیشه
الیاف شیشه یكی از محصولاتی است كه در صنایع مختلف كاربردهای بسیاری پیدا نموده است. این ماده ریشه معدنی دارد (سیلیس و سایر مواد معدنی) و در صنایع خودروسازی، لوله سازی، تولید عایق های صنعتی و ساختمانی و تولید كامپوزیت ها (اختلاط مواد پلیمری و الیاف شیشه) ار كاربرد وسیعی برخوردار است. نیاز سالانه كشور به این محصول در سال 1389 بیش از پنجاه هزار تن برآورد می شود.
الیاف شیشه با استحكام بالا
برای اولین بار در سال 1935 میلادی از الیاف شیشه در شهر نوارك ایالت اوهایو در تقویت مواد كامپوزیتی استفاده شد به طوری كه تولید الیاف شیشه در سال 2000 به 6/2 میلیون در سال رسید. در سال 1942 از كامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه برای اولین بار در سازه های هوافضای استفاده گردید. در اوایل دهه 1960 الیاف شیشه با مقاومت بالا، S- Glass، باعث به وجود آمدن همكاری میان نیروی هوایی ایالات متحده و شركت اونزكورنینگ گردید. در سال 1968 الیاف نوظهور S-2 Glass كاربردهای تجاری بالایی پیدا كرد. الیاف شیشه با استحكام بالا الیافی هستند كه مقاومت در برابر دماهای بالا، پایداری، شفافیت و حالت ارتجاعی را یكجا دارا می باشند و در عین حال از نظر قیمت، وزن و عملكرد قابل توجیه هستند. الیاف شیشه با استحكام بالا از خواص فیزیكی، مكانیكی، الكتریكی، حرارتی، صوتی، اپتیكی، و تشعشی خوبی برخوردار می باشند.
1- معرفی
مصریان باستان با استفاده از گرما، به وسیله الیاف خشنی از شیشه نرم شده ظروف شیشه ایی
می ساختند. در قرن 18 میلادی ریمور، دانشمند فرانسوی ملاحضه كرد الیاف شیشه نرم برای تبدیل شدن به پارچه شیشه ای تابیده شده قابلیت شكل پذیری دارد. در دهه 1930 شركت اونزكورنینگ برای اولین بار در كاربردهای الكتریكی در دمای بالا به مقدار قابل ملاحضه ای از الیاف شیشه استفاده كرد. مواد خام اولیه از جمله سیلیكات، سودا، خاك رس، سنگ آهك، اسیدبوریك، فلور اسپار یا اكسیدهای فلزی مختلف تركیب شده شیشه را تشكیل می دهند. شیشه در كوره ذوب می شود و در یك مسیر افقی به سمت تقسیم كننده جریان می یابد.
شیشه مذاب به سمت بوشینگ هایی از آلیاژ پلاتینیوم/ رادیوم جاری شده سپس از داخل بوشینگ های مجزا و اریفیس ها با قطر 03/2- 76% میلیمتر میگذرد سپس برای جلوگیری از تشكیل كریستال به سرعت به وسیله هوا خنك شده و الیاف با قطر مطلوب 3 تا 35 میكرومتر به دست می آید. الیاف شیشه كه برای مصارف و كاربردهای مختلف با آهار مناسب آهارزنی شده است به وسیله یك قرقره مكانیكی حداكثر با سرعت m/s61 جمع می گردد. الیاف شیشه با استحكام بالا مانند S-2 Glass تركیبی از آلومینوسیلیكات می باشند كه در دمای بالا به صورت رشته های با قطر مطلوب 5 تا 24 میكرون در می آیند. انواع مختلف دیگر از شیشه های سیلیكاتی برای تولید پارچه شیشه تولید می شوند. تركیبات شیمیایی گوناگون كه در زیر توضیح داده شده اند برای به دست آوردن ویژگی ها و خواص و كاربردهای مختلف، بر اساس استاندارد ASTM C 162 ساخته شده اند.
2- تركیبات شیمیایی الیاف شیشه
تفاوت تركیبات شیمیایی در انواع شیشه ناشی از تفاوت در مواد خام اولیه یا در فرایند فرم دهی یا در قیود محیطی در سایت تولید می باشد. این نوسانات شیمیایی تغییر قابل توجهی در خواص شیمیایی و فیزیكی انواع شیشه ایجاد نمیكند. كنترل سخت گیرانه باعث دستیابی به تركیبات ثابت در تولید شیشه می گردد.
3- خواص الیاف شیشه
خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت كششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیماً از روی الیاف اندازه گیری می شود. خواص دیگر مانند ثابت دی الكتریك ضریب اتلاف مقاومت دی الكتریك، مقاومت حجم/ سطح و انبساط حرارتی از توده های انباشته نمونه آنیل شده به دست می آید. خواصی از جمله چگالی و ضریب شكست در هر دو حالت اندازه گیری می گردد. الیاف شیشه (glass fiber) تارهای بسیار باریك از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود می باشد. الیاف شیشه با قطری از 5 تا 25 میكرون تولید می گردد. از نظر ساختاری تفاوت الیاف شیشه با پشم شیشه (glass wool) در این است كه قطر تارها در پشم شیشه غیر یكنواخت و طول آن محدود است. همچنین در پروسه تولید پشم شیشه به خاطر تفاوت در نوع سرد شدن، ساختمان شیشه شكننده است و پشم شیشه را با هم متفاوت می سازد به طوریكه از الیاف شیشه در بالا بردن مقاومت كششی و تقویت كامپوزیتها استفاده میگردد ولی پشم شیشه را به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می دهند. البته استفاده ازالیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی نیز رواج دارد. از الیاف شیشه دربسیاری از محصولات پلاستیكی به عنوان عامل تقویت كننده استفاده می شود. مواد كامپوزیتی كه تحت عنوان (Glass- Reinforced Plastics) GRP شناخته می شوند، ازموارد مصرفی معروف الیاف شیشه می باشد. الیاف شیشه ای كه امروزه می شناسیم، در سال 1938 توسط شركت اونزكورنینگ به شكل انبوه تولید شد.
منبع: نشریه كامپوزیت- موسسه كامپوزیت ایران
الیاف شیشه یكی از محصولاتی است كه در صنایع مختلف كاربردهای بسیاری پیدا نموده است. این ماده ریشه معدنی دارد (سیلیس و سایر مواد معدنی) و در صنایع خودروسازی، لوله سازی، تولید عایق های صنعتی و ساختمانی و تولید كامپوزیت ها (اختلاط مواد پلیمری و الیاف شیشه) ار كاربرد وسیعی برخوردار است. نیاز سالانه كشور به این محصول در سال 1389 بیش از پنجاه هزار تن برآورد می شود.
الیاف شیشه با استحكام بالا
برای اولین بار در سال 1935 میلادی از الیاف شیشه در شهر نوارك ایالت اوهایو در تقویت مواد كامپوزیتی استفاده شد به طوری كه تولید الیاف شیشه در سال 2000 به 6/2 میلیون در سال رسید. در سال 1942 از كامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه برای اولین بار در سازه های هوافضای استفاده گردید. در اوایل دهه 1960 الیاف شیشه با مقاومت بالا، S- Glass، باعث به وجود آمدن همكاری میان نیروی هوایی ایالات متحده و شركت اونزكورنینگ گردید. در سال 1968 الیاف نوظهور S-2 Glass كاربردهای تجاری بالایی پیدا كرد. الیاف شیشه با استحكام بالا الیافی هستند كه مقاومت در برابر دماهای بالا، پایداری، شفافیت و حالت ارتجاعی را یكجا دارا می باشند و در عین حال از نظر قیمت، وزن و عملكرد قابل توجیه هستند. الیاف شیشه با استحكام بالا از خواص فیزیكی، مكانیكی، الكتریكی، حرارتی، صوتی، اپتیكی، و تشعشی خوبی برخوردار می باشند.
1- معرفی
مصریان باستان با استفاده از گرما، به وسیله الیاف خشنی از شیشه نرم شده ظروف شیشه ایی
می ساختند. در قرن 18 میلادی ریمور، دانشمند فرانسوی ملاحضه كرد الیاف شیشه نرم برای تبدیل شدن به پارچه شیشه ای تابیده شده قابلیت شكل پذیری دارد. در دهه 1930 شركت اونزكورنینگ برای اولین بار در كاربردهای الكتریكی در دمای بالا به مقدار قابل ملاحضه ای از الیاف شیشه استفاده كرد. مواد خام اولیه از جمله سیلیكات، سودا، خاك رس، سنگ آهك، اسیدبوریك، فلور اسپار یا اكسیدهای فلزی مختلف تركیب شده شیشه را تشكیل می دهند. شیشه در كوره ذوب می شود و در یك مسیر افقی به سمت تقسیم كننده جریان می یابد.
شیشه مذاب به سمت بوشینگ هایی از آلیاژ پلاتینیوم/ رادیوم جاری شده سپس از داخل بوشینگ های مجزا و اریفیس ها با قطر 03/2- 76% میلیمتر میگذرد سپس برای جلوگیری از تشكیل كریستال به سرعت به وسیله هوا خنك شده و الیاف با قطر مطلوب 3 تا 35 میكرومتر به دست می آید. الیاف شیشه كه برای مصارف و كاربردهای مختلف با آهار مناسب آهارزنی شده است به وسیله یك قرقره مكانیكی حداكثر با سرعت m/s61 جمع می گردد. الیاف شیشه با استحكام بالا مانند S-2 Glass تركیبی از آلومینوسیلیكات می باشند كه در دمای بالا به صورت رشته های با قطر مطلوب 5 تا 24 میكرون در می آیند. انواع مختلف دیگر از شیشه های سیلیكاتی برای تولید پارچه شیشه تولید می شوند. تركیبات شیمیایی گوناگون كه در زیر توضیح داده شده اند برای به دست آوردن ویژگی ها و خواص و كاربردهای مختلف، بر اساس استاندارد ASTM C 162 ساخته شده اند.
A-Glass شیشه های سودا- آهك- سیلیكات در جایی كاربرد دارند كه مقاومت، ماندگاری و مقاومت الكتریكی خوب E-Glass موردنیاز نمی باشند.
C-Glass شیشه های كلسیم- بروسیلیكات به علت پایداری شیمیایی در محیط های خورنده اسیدی استفاده می گردند.
D-Glass شیشه های بوروسیلیكات با ثابت دی الكتریك پایین جهت كاربردهای الكتریكی استفاده میگردند.
E-Glass شیشه های آلومینا- كلسیم- بروسیلیكات باحداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مصارف عمومی مقاومت و مقاومت الكتریكی بالا مورد نیاز می باشد.
ECR Glass شیشه های كلسیم آلومینا سیلیكات با حداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مقاومت الكتریكی و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های اسیدی مطلوب می باشد.
AR-Glass شیشه های قلیایی پایدار كه از زیر كنیوم سیلیكات ساخته شده و در لایه های سیمانی در بتن كاربرد دارد.
R-Glass شیشه های كلسیم- آلومینو سیلیكات كه برای تقویت و افزایش مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی اسید كاربرد دارند.
S-2 Glass شیشه های منیزیوم- آلومینو سیلیكات كه در لایه های پارچه ای یا در تقویت سازه های كامپوزیتی كاربرد دارند كه نیاز به استحكام بالا و پایداری در دماهای خیلی بالا و مقاومت در برابر اسید حس می شود.
C-Glass شیشه های كلسیم- بروسیلیكات به علت پایداری شیمیایی در محیط های خورنده اسیدی استفاده می گردند.
D-Glass شیشه های بوروسیلیكات با ثابت دی الكتریك پایین جهت كاربردهای الكتریكی استفاده میگردند.
E-Glass شیشه های آلومینا- كلسیم- بروسیلیكات باحداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مصارف عمومی مقاومت و مقاومت الكتریكی بالا مورد نیاز می باشد.
ECR Glass شیشه های كلسیم آلومینا سیلیكات با حداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مقاومت الكتریكی و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های اسیدی مطلوب می باشد.
AR-Glass شیشه های قلیایی پایدار كه از زیر كنیوم سیلیكات ساخته شده و در لایه های سیمانی در بتن كاربرد دارد.
R-Glass شیشه های كلسیم- آلومینو سیلیكات كه برای تقویت و افزایش مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی اسید كاربرد دارند.
S-2 Glass شیشه های منیزیوم- آلومینو سیلیكات كه در لایه های پارچه ای یا در تقویت سازه های كامپوزیتی كاربرد دارند كه نیاز به استحكام بالا و پایداری در دماهای خیلی بالا و مقاومت در برابر اسید حس می شود.
2- تركیبات شیمیایی الیاف شیشه
تفاوت تركیبات شیمیایی در انواع شیشه ناشی از تفاوت در مواد خام اولیه یا در فرایند فرم دهی یا در قیود محیطی در سایت تولید می باشد. این نوسانات شیمیایی تغییر قابل توجهی در خواص شیمیایی و فیزیكی انواع شیشه ایجاد نمیكند. كنترل سخت گیرانه باعث دستیابی به تركیبات ثابت در تولید شیشه می گردد.
3- خواص الیاف شیشه
خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت كششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیماً از روی الیاف اندازه گیری می شود. خواص دیگر مانند ثابت دی الكتریك ضریب اتلاف مقاومت دی الكتریك، مقاومت حجم/ سطح و انبساط حرارتی از توده های انباشته نمونه آنیل شده به دست می آید. خواصی از جمله چگالی و ضریب شكست در هر دو حالت اندازه گیری می گردد. الیاف شیشه (glass fiber) تارهای بسیار باریك از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود می باشد. الیاف شیشه با قطری از 5 تا 25 میكرون تولید می گردد. از نظر ساختاری تفاوت الیاف شیشه با پشم شیشه (glass wool) در این است كه قطر تارها در پشم شیشه غیر یكنواخت و طول آن محدود است. همچنین در پروسه تولید پشم شیشه به خاطر تفاوت در نوع سرد شدن، ساختمان شیشه شكننده است و پشم شیشه را با هم متفاوت می سازد به طوریكه از الیاف شیشه در بالا بردن مقاومت كششی و تقویت كامپوزیتها استفاده میگردد ولی پشم شیشه را به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می دهند. البته استفاده ازالیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی نیز رواج دارد. از الیاف شیشه دربسیاری از محصولات پلاستیكی به عنوان عامل تقویت كننده استفاده می شود. مواد كامپوزیتی كه تحت عنوان (Glass- Reinforced Plastics) GRP شناخته می شوند، ازموارد مصرفی معروف الیاف شیشه می باشد. الیاف شیشه ای كه امروزه می شناسیم، در سال 1938 توسط شركت اونزكورنینگ به شكل انبوه تولید شد.
منبع: نشریه كامپوزیت- موسسه كامپوزیت ایران
