Você conhece as aplicações e técnicas de preparação da fibra de vidro?

Com o avanço contínuo da tecnologia, as pessoas têm requisitos cada vez mais elevados para o desempenho dos materiais.Fibra de vidro, como um importante reforço de material compósito, tem sido amplamente utilizado em-campos de fabricação de equipamentos de ponta, como aeroespacial, automotivo, construção e eletrônica, devido às suas excelentes propriedades, como alto módulo, leveza e resistência à radiação. Compreender a tecnologia de preparação e as aplicações da fibra de vidro é de grande importância para promover o desenvolvimento de indústrias relacionadas.

 

1. Matérias-primas de fibra de vidro

 

A fibra de vidro é um material inorgânico não{1}}metálico de alto-desempenho, composto principalmente de SiO2, Al2O3, CaO e MgO, representando aproximadamente 90% da composição da fibra. É composto principalmente de matérias-primas minerais naturais, como pirofilita, caulim, areia de quartzo, calcário, dolomita, borocalcita e boromagnesita. Essas matérias-primas minerais são moídas em pó de minério de acordo com uma fórmula específica, misturadas com matérias-primas químicas, como ácido bórico e carbonato de sódio, e depois fabricadas através de processos como fusão em alta-temperatura em forno tanque e trefilação de fibra.

 

Do ponto de vista da composição dos custos de produção de fibra de vidro, a pirofilita, a areia de quartzo, o calcário e outras matérias-primas minerais respondem por aproximadamente 21,7% do custo, com a pirofilita respondendo por cerca de um{1}}terço, e a areia de quartzo e o calcário juntos também respondem por uma certa parcela.

 

1.1 Pirofilita

A pirofilita é um mineral argiloso de aluminossilicato em camadas com estrutura cristalina 2:1 e fórmula química Al2[Si4O10](OH)2. O principal objetivo da utilização da pirofilita na fibra de vidro é introduzir Al2O3 em substituição ao pó de alumínio, reduzindo custos e melhorando a resistência mecânica da fibra de vidro. É preferida uma pirofilita de alumínio médio com uma fração de massa de Al2O3 de 16% a 22%; frações de massa de Al2O3 excessivamente altas ou baixas afetam significativamente o processo de produção.

 

1.2 Caulim

O caulim fornece principalmente SiO2 e Al2O3 na produção de fibra de vidro. As empresas de fibra de vidro na Europa e na América usam principalmente caulim selecionado ou de{4}}alta qualidade em vez de pirofilita como matéria-prima de fibra de vidro. No meu país, o caulim é dividido principalmente em caulim da série-do carvão e caulim da série não-do carvão-. O caulim duro, com seu conteúdo de SiO2 e Al2O3 atendendo aos requisitos para matérias-primas de fibra de vidro, pode ser usado como matéria-prima estável e de alta{13}}qualidade para a produção de fibra de vidro, reduzindo o teor de Fe2O3 e TiO2 por meio de tecnologias de beneficiamento, como separação magnética e flotação, e diminuindo o valor de DQO por meio de calcinação.

 

1.3 Areia de Quartzo

A areia de quartzo, também conhecida como areia de sílica, é composta principalmente de dióxido de silício e é uma importante matéria-prima para quase uma centena de produtos industriais, incluindo vidro, eletrônicos e eletrodomésticos. meu país possui recursos abundantes de quartzo, incluindo cristal natural, arenito de quartzo, quartzito, quartzo em pó, quartzo veio, areia de quartzo natural e quartzo pegmatito de granito.

 

A areia de quartzo é distribuída na maioria das províncias e regiões, mas seus recursos estão dispersos e são produzidos principalmente em áreas-de pequeno e médio porte. As principais áreas nacionais de produção de areia de quartzo incluem: Donghai e Xinyi na província de Jiangsu; Qichun na província de Hubei; Fengyang e Bengbu na província de Anhui; Heyuan na província de Guangdong; Zhundong na província de Xinjiang; Yinan na província de Shandong; e Lingshou na província de Hebei.

 

1.4 Matérias-Primas Químicas

As principais matérias-primas químicas utilizadas na produção de fibra de vidro incluem ácido bórico e carbonato de sódio, que são usados ​​para preparar agentes de colagem. Na produção de fibra de vidro, os agentes de colagem unem efetivamente os monofilamentos de fibra em filamentos e evitam a adesão entre-filamentos durante o desenrolamento. Eles também protegem as fibras do desgaste durante as diversas etapas de fabricação. Dependendo dos diferentes requisitos de processo dos produtos formados, os agentes de colagem conferem certas propriedades especiais às fibras, tais como capacidade de empacotamento, capacidade de corte e dispersibilidade, e podem melhorar a compatibilidade e adesão entre as fibras e a matriz de resina.

 

2. Tecnologia de preparação de fibra de vidro

 

2.1 Método de desenho do forno tanque

O método de trefilação em forno tanque é atualmente o principal método para produção de fibra de vidro. Este método derrete matérias-primas de vidro em vidro fundido em um forno de alta-temperatura e, em seguida, transforma o vidro fundido em filamentos finos através de uma placa porosa perfurada. O método de trefilação do forno tanque tem vantagens como alta eficiência de produção, qualidade de produto estável e baixo custo, e é a principal tecnologia de preparação de fibra de vidro em meu país.

2.1.1 Preparação de Matéria Prima

As principais matérias-primas para fibra de vidro incluem pirofilita, elementos de terras raras, areia de quartzo, calcário, dolomita, borocalcita e boromagnésia. Essas matérias-primas exigem triagem e processamento rigorosos para garantir sua pureza e qualidade.

2.1.2 Processo de Fusão

As matérias-primas são misturadas em certa proporção e depois adicionadas a um forno para fusão. A temperatura do forno é geralmente entre 1.500 graus e 1.600 graus. A agitação contínua é necessária durante o processo de fusão para garantir a uniformidade do vidro fundido.

2.1.3 Processo de trefilação de fibra

O processo de trefilação da fibra é uma etapa crucial na produção de fibra de vidro, afetando diretamente as propriedades físicas, mecânicas e a eficiência de produção da fibra final. Depois que o vidro fundido sai do forno, ele é transformado em filamentos finos por meio de um estêncil perfurado. A abertura e o número de furos no estêncil são selecionados de acordo com o diâmetro necessário e a saída da fibra de vidro. Temperatura, velocidade e outros parâmetros precisam ser cuidadosamente controlados durante o processo de trefilação da fibra para garantir a qualidade da fibra de vidro. A velocidade de rotação durante o processamento tem o maior impacto no comprimento da fibra de vidro, seguida pela fração de massa da pasta e pelo tempo de processamento, sendo sua influência relativamente próxima.

2.1.4 Processo de Torção

O processo de torção na produção de fibra de vidro afeta diretamente as propriedades mecânicas e a estabilidade do processo do produto final de fibra. O filamento bruto, após ser processado pelo twister inicial, precisa atingir uma característica de baixa torção em um único fio para facilitar os processos de tecelagem subsequentes. Portanto, é necessário um controle preciso dos parâmetros iniciais de torção, incluindo torção, tensão e velocidade de enrolamento, para garantir que o fio acabado obtido tenha as características de baixa -torção exigidas.

2.2 Método de desenho do cadinho

O método de trefilação em cadinho é um método tradicional para preparar fibras de vidro. Este método envolve colocar a matéria-prima do vidro em um cadinho, derretê-la em vidro fundido em alta temperatura e, em seguida, transformar o vidro fundido em filamentos finos manual ou mecanicamente. O método de trefilação de cadinho tem vantagens como equipamento simples e baixo investimento, mas sua baixa eficiência de produção e qualidade instável do produto levaram à sua eliminação gradual por fabricantes de fibra de vidro em grande-escala.

2.2.1 Preparação de Matéria Prima

Semelhante ao método de trefilação do forno tanque, as matérias-primas para o método de trefilação do cadinho também exigem triagem e processamento rigorosos. Pirofilita, areia de quartzo, calcário, borosilicato, carbonato de sódio e outras matérias-primas minerais precisam ser misturadas em uma certa proporção para preparar um lote.

2.2.2 Processo de Fusão

As matérias-primas acima são colocadas em um cadinho e derretidas em um forno-de alta temperatura. A agitação contínua é necessária durante a fusão para evitar que o vidro fundido se separe.

2.2.3 Processo de desenho

O processo de desenho pode ser feito manualmente ou mecanicamente. O vidro fundido estirado mecanicamente é retirado de um perfurador inferior, formando gotículas. Essas gotículas são guiadas para baixo, solidificadas e então agrupadas e enroladas em um tambor de enrolamento girando uniformemente para obter fibras agrupadas. A velocidade de rotação do tambor de enrolamento determina o diâmetro da fibra de vidro; se um perfurador de furo único for usado, fibras monofilamentares podem ser obtidas. Temperatura, velocidade e outros parâmetros precisam ser cuidadosamente controlados durante o processo de trefilação para garantir a qualidade das fibras de vidro.

3. Características da fibra de vidro

3.1 Alta resistência

A fibra de vidro tem uma resistência muito superior à do vidro comum, com resistência à tração atingindo mais de 1000 MPa. É um excelente material estrutural, superando muitos metais. Isto permite que a fibra de vidro resista a maiores tensões em materiais compósitos reforçados, melhorando a resistência e a rigidez. Por exemplo, na fabricação de automóveis, os plásticos reforçados com fibra de vidro podem substituir algumas peças metálicas, reduzindo o peso do veículo e mantendo a resistência estrutural.

3.2 Resistência à Corrosão

A fibra de vidro possui excelente resistência à corrosão, permitindo uso-de longo prazo em ambientes agressivos, como ácidos, álcalis e sais. Isto permite manter um desempenho estável mesmo em condições adversas, prolongando a vida útil do produto. Nas áreas química e ambiental, os produtos de fibra de vidro, como tubos e tanques de armazenamento, podem suportar diversos meios corrosivos, garantindo a segurança e estabilidade dos processos de produção.

3.3 Bom isolamento

A fibra de vidro é um excelente material isolante com alta resistividade e rigidez dielétrica. Isso a torna amplamente utilizada nas áreas elétrica e eletrônica, como na fabricação de camadas de isolamento para fios e cabos e como materiais de encapsulamento para componentes eletrônicos. 3.4 Resistência ao calor: a fibra de vidro possui alta resistência ao calor, mantendo desempenho estável dentro de uma determinada faixa de temperatura. Geralmente, sua temperatura operacional de longo-prazo pode chegar a 200-300 graus, e sua temperatura operacional de curto prazo pode ser ainda mais alta.

Em ambientes-de alta temperatura, como motores-aéreos e fornos industriais, os compósitos reforçados com fibra de vidro podem substituir alguns materiais metálicos, atendendo aos requisitos de condições de trabalho-de alta temperatura.

3.5 Leve

A fibra de vidro tem baixa densidade, aproximadamente 2,5-2,7 g/cm³, muito mais leve que o aço. Isso torna a fibra de vidro mais leve para o mesmo volume, o que ajuda a reduzir o peso do produto e melhora a portabilidade e a eficiência do transporte.

Por exemplo, no campo aeroespacial, o uso de compósitos reforçados com fibra de vidro pode reduzir significativamente o peso das aeronaves, melhorar a eficiência do combustível e melhorar o desempenho do voo.