Como a indústria de papel de fibra de vidro do meu país deveria fazer avanços e planos estratégicos para o futuro?
Nos últimos anos, com o desenvolvimento económico e o progresso social, a procura de novos materiais tanto na produção industrial como na vida quotidiana tem vindo a expandir-se continuamente, tanto em termos de variedade como de funcionalidade. Na indústria papeleira, a gama de matérias-primas para papéis especiais também se ampliou. A fibra de vidro, como representante típico das fibras inorgânicas, tem gradualmente atraído a atenção generalizada na indústria papeleira devido às suas propriedades únicas em comparação com as fibras vegetais e outras fibras sintéticas, tornando-se uma nova matéria-prima para o desenvolvimento e produção de produtos de papel especiais.
1. Características da fibra de vidro
A fibra de vidro é um novo tipo de material funcional e estrutural entre os materiais inorgânicos não-metálicos. Seu principal componente é o dióxido de silício e também contém óxidos de muitos outros macronutrientes, como cálcio, boro, sódio, potássio e alumínio. Atualmente, os principais métodos de fabricação de fibra de vidro são o método do cadinho e o método do forno tanque. Normalmente, a fibra de vidro tem uma aparência cilíndrica transparente e lisa com uma seção transversal-perfeitamente circular. Sua densidade geralmente fica em torno de 2,50–2,70 g/cm³, dependendo principalmente da composição do vidro. A resistência à tração da fibra de vidro excede em muito a de outras fibras naturais, fibras sintéticas e vários materiais de liga, enquanto sua absorção de água é muito menor do que a das fibras naturais e-fabricadas pelo homem. A fibra de vidro também possui alta resistência ao calor, com temperatura de amolecimento de 550–750 graus. Também apresenta excelente isolamento elétrico e propriedades dielétricas, tornando-o adequado para diversos materiais isolantes, radomes, etc. Além disso, suas excelentes propriedades de isolamento e absorção sonora permitem que seus produtos sejam utilizados em diversos dispositivos acústicos. No entanto, a fibra de vidro é um material frágil com alongamento na ruptura muito baixo, resultando em flexibilidade relativamente baixa ou alta fragilidade – uma característica fundamental.
Fibra de vidropode ser classificado de acordo com seu conteúdo alcalino em fibra-sem álcali (comumente conhecida como vidro E-), fibra alcalina média-, fibra alcalina alta-e fibra de vidro especial. Os três primeiros tipos são comumente usados na indústria de papel. A fibra de vidro-sem álcali é adequada para laminados revestidos de cobre epóxi-e produtos de isolamento elétrico; a fibra de vidro-alcalina média é adequada para operação contínua de máquinas ou disposição manual-para produzir folhas, tubos, tanques, recipientes, banheiras, etc.; A fibra de vidro com alto teor-de álcali é adequada para separadores de bateria, materiais de impermeabilização de telhados, etc.
2. Produção de papel de fibra de vidro
2.1 Processo de formação de papel de fibra de vidro
Materiais funcionais finos-à base de fibra de vidro produzidos pela fabricação de papel úmido também podem ser chamados de papel de fibra de vidro. O processo de fabricação deste papel difere um pouco da fabricação de papel comum. Ele usa fibras de vidro, que são levemente afrouxadas, e são adicionados ligantes ou alguma polpa química de madeira. Em seguida, é formado em uma máquina de fabricação de papel fourdrinier ou cilíndrica. Sílica gel ou alumina coloidal também podem ser adicionadas para melhorar a resistência do papel acabado. Normalmente, o papel de fibra de vidro não requer polpação durante a produção; apenas a dispersão é necessária. Devido à natureza relativamente frágil das fibras de vidro, a prensagem geralmente não é necessária após a formação do papel.
Sob um microscópio, as fibras de vidro se assemelham a bastões de vidro; cada fibra é rígida, delgada e tem uma grande proporção de comprimento-por{1}}largura. A superfície dessas fibras também carrega uma carga elétrica. Portanto, antes da fabricação do papel, no preparo da polpa, as fibras se enroscam facilmente, formando um grande número de aglomerados de fibras-difíceis de-dispersar. Mesmo após um curto período de sedimentação, ocorre floculação, afetando a uniformidade do papel de fibra de vidro. Para garantir uma boa dispersão da pasta de fibra de vidro durante a fabricação de papel, geralmente podem ser tomadas as seguintes medidas: (1) Ajustar o pH da suspensão usando ácido diluído, geralmente pH=2.5~3,0 é adequado; (2) Reduzir a concentração da pasta para cerca de 0,2%; (3) Melhorar a condição de umedecimento da superfície da fibra de vidro usando dispersantes ou outros produtos químicos; (4) Ajuste o sistema de circulação de água branca.
A fibra de vidro tem uma superfície lisa, sem fratura da fibra e sem grupos -OH que possam formar ligações de hidrogênio na superfície da fibra. Portanto, não pode gerar resistência natural no papel durante a formação e secagem. Para garantir que a fibra de vidro possa ser firmemente entrelaçada com as fibras mistas durante a fabricação de papel, a fibra de vidro é frequentemente pré-tratada ou a teia de papel formada é pulverizada ou impregnada com cola. A principal função do pré-tratamento é dar ao papel de fibra de vidro boa uniformidade, espessura uniforme e ausência de aglomerados de fibras salientes na superfície. O pós-tratamento, como pulverização ou impregnação, confere principalmente melhor resistência ou outras propriedades especiais ao papel. Liao He et al. estudaram diferentes métodos físicos e químicos para tratamento de superfície de fibras de vidro e, simultaneamente, reforçaram papel de fibra de vidro pela adição de ácido, fibras vegetais despolpadas e agentes de reforço. A adição de fibras vegetais despolpadas e agentes de reforço fortaleceu significativamente o papel de fibra de vidro. Luo Guo et al. explorou o desempenho de misturas de fibra de vidro e fibra vegetal e derivou a relação ideal entre a concentração do agente de tratamento, a proporção de mistura de fibras de vidro e as propriedades físicas do papel acabado.
2.2 Processo de Secagem de Papel de Fibra de Vidro
Como as fibras de vidro são quebradiças e frágeis, o papel de fibra de vidro raramente passa por um processo de prensagem. Isto resulta em uma folha de papel úmida com uma grande quantidade de umidade entrando no processo de secagem. Para resolver o problema do alto teor de umidade durante a secagem, a sucção a vácuo é normalmente usada para remover alguma umidade antes que a folha de papel úmida entre no processo de secagem.
Para melhorar a resistência ou atender a outros requisitos especiais de desempenho de aplicação, o papel de fibra de vidro geralmente requer a adição de aglutinantes durante o processo de fabricação do papel ou impregnação de resina após a formação, tornando a composição da folha de papel úmida mais complexa. Para remover uma grande quantidade de umidade do papel de fibra de vidro em um curto espaço de tempo e, ao mesmo tempo, garantir um papel macio e forte, com distribuição uniforme e alta retenção de aglutinantes ou resinas, são necessários métodos especiais de secagem. A secagem por microondas e a secagem por penetração de ar quente são dois métodos comumente usados para secar papel de fibra de vidro.
A secagem por microondas pode atingir rapidamente um certo grau de secura na folha de papel úmida. Isso ocorre porque durante a secagem por microondas, o gradiente de temperatura e o gradiente de umidade estão na mesma direção, resultando em transferência consistente de calor e massa. Isto promove a rápida evaporação da umidade dentro do papel de fibra de vidro, criando um gradiente de pressão interno que permite que a umidade se difunda rapidamente para a superfície e evapore, encurtando significativamente o tempo de secagem. No entanto, é importante observar que o tempo de secagem por micro-ondas não deve ser muito longo, normalmente dentro de 30 segundos, pois a exposição prolongada às micro-ondas pode causar encolhimento e deformação do papel, causando rugas superficiais e afetando a qualidade do papel acabado. A fibra de vidro é hidrofóbica e o papel resultante é poroso e um mau condutor de calor. Com base nas condições reais do papel de fibra de vidro, aproveitando sua baixa resistência à permeabilidade ao ar, o ar quente pode penetrar na folha de papel e entrar em contato direto com a umidade adsorvida na superfície do papel de fibra de vidro. O ar quente, a uma determinada velocidade, diminui a pressão parcial do vapor na interface, facilitando a evaporação da umidade. O ar quente leva embora imediatamente a umidade evaporada e não há camada de vapor saturado na interface que impeça a evaporação da umidade; isso é conhecido como “secagem por penetração”, resultando em alta eficiência de secagem. A seleção da temperatura do ar quente também é extremamente importante durante a secagem com ar quente. Para garantir o efeito ideal de diferentes ligantes ou resinas de reforço, a temperatura de secagem varia para diferentes tipos de papel de fibra de vidro. Geralmente, a temperatura de secagem do papel de fibra de vidro não é inferior a 130 graus, e alguns até exigem 180-200 graus.
3. Papéis comuns de fibra de vidro
O tapete de fibra de vidro, também conhecido como papel de fibra de vidro, é feito de fios curtos de filamentos de fibra de vidro distribuídos aleatoriamente e uniformemente em folhas contínuas de fibra de vidro usando um processo de fabricação de papel e depois unidos com uma emulsão.
3.1 Papel de filtro de fibra de vidro ultrafino
O papel de filtro de fibra de vidro ultrafino é um novo tipo de papel de filtro de alta-tecnologia. Ao contrário do papel de filtro comum feito principalmente de fibras vegetais, o papel de filtro de fibra de vidro é um papel especial feito principalmente de fibras de vidro ultra-finas usando um processo especial de fabricação de papel e processamento subsequente. É usado principalmente para purificação do ar. O papel de filtro de fibra de vidro apresenta boa isotropia, distribuição uniforme do tamanho dos poros, pequeno desvio de peso básico, resistência ao calor, retardamento de chama, resistência à água e alta capacidade de retenção de sujeira-.
O papel de filtro de ar de fibra de vidro é feito principalmente de fibras de vidro usando um processo de{0}formação úmida, o que o torna um material ideal para filtragem de ar. Os produtos são categorizados em três séries principais com base na eficiência de filtração: ventilação (ASHRAE); média e alta eficiência (HEPA); e eficiência ultra-alta (ULPA). O papel de filtro de fibra de vidro para ventilação geral e o papel de filtro de fibra de vidro de ar de eficiência média são usados principalmente em sistemas gerais de ar condicionado, turbinas a gás e compressores de ar. Este tipo de papel de filtro de fibra de vidro é produzido tratando a superfície da fibra com aditivos químicos e combinando uma formulação precisa de polpa. Os produtos resultantes apresentam alta eficiência, baixa resistência e resistência ao dobramento. Especialmente com baixa resistência, a eficiência de filtração pode chegar a 60%–95%, e também tem um certo grau de resistência à água, tornando-o adequado para ambientes de alta-umidade. O papel de filtro de ar particulado de alta{11}}eficiência (HEPA) é usado principalmente em salas limpas ou bancadas de trabalho que variam da classe 10.000 à classe 100.000, sistemas de exaustão de usinas nucleares,-aspiradores domésticos de última geração, purificadores de ar e respiradores. Este produto possui excelente resistência à umidade e água, com eficiência de filtração de 99,9% a 99,9999%. O papel de filtro de ar particulado de ultra{21}}alta{22}}eficiência (UHEPA) é usado principalmente em fábricas de chips e salas limpas Classe 100, Classe 10 e Classe 1.
O papel de filtro de fibra vegetal comum tem uma eficiência de filtração de apenas 16% a 87%, com uma melhor permeabilidade de 13%. Em contraste, o papel de filtro de fibra de vidro ultra-fino tem uma eficiência de filtração de 99,99995% e uma permeabilidade de 0,00005%. Portanto, a eficiência de filtração do papel de filtro de fibra de vidro ultra{8}}fina é excepcionalmente alta.
3.2 Papel separador de bateria de fibra de vidro
O papel separador de fibra de vidro é composto de fibras de vidro ultra-finas com diâmetro de 0,5 a 4 μm que não contêm ligantes orgânicos. O papel de fibra de vidro não comprimido, produzido pelo processo de fabricação de papel, tem uma estrutura semelhante a feltro-de múltiplas camadas formada por fibras de vidro dispostas aleatoriamente, criando canais relativamente pequenos e sem{6}}torque alto. Este separador apresenta desempenho significativamente superior em comparação aos separadores de bateria comuns em muitos aspectos, como alta capacidade de absorção de líquidos, rápida velocidade de absorção de líquidos, boa hidrofilicidade, absorção e retenção do eletrólito necessário para a capacidade nominal da bateria e manutenção de sua alta taxa de absorção de líquidos ao longo de sua vida útil. Enquanto isso, os separadores de fibra de vidro possuem uma grande área de superfície, alta porosidade, tamanho de poro pequeno, alta pureza química e poucas impurezas prejudiciais, exibindo excelente resistência a ácidos e resistência à oxidação. Patentes relacionadas divulgam o uso de materiais compósitos de fibra de vidro como substrato para papel separador de bateria, aproveitando totalmente a resistência à corrosão da fibra de vidro e o bom tamanho dos poros do substrato de fibra de vidro, permitindo ampla permeação de eletrólitos.
O desempenho do papel separador de fibra de vidro está intimamente relacionado às características da própria fibra de vidro. As fibras de vidro ultrafinas têm diâmetros pequenos, grandes áreas superficiais e alta molhabilidade, resultando em uma alta taxa de absorção de líquidos e pequenos poros no separador, proporcionando forte resistência à penetração de dendritos. No entanto, isto também aumenta a resistividade, necessitando da seleção de uma combinação ideal. O comprimento das fibras de vidro também afeta o desempenho do separador; fibras excessivamente longas são difíceis de dispersar e podem flocular, levando a um separador irregular. Se o diafragma for muito curto, a uniformidade do diafragma melhora, mas a resistência é baixa; portanto, uma faixa de comprimento ideal deve ser selecionada.
3.3 Papel laminado revestido de fibra de vidro e cobre
O papel laminado revestido de fibra de vidro e cobre é usado principalmente como substrato para laminados revestidos de cobre. Possui aparência uniforme, excelentes propriedades elétricas, resistência ao calor, resistência a solventes e excelente compatibilidade com resina epóxi. Os laminados revestidos de cobre produzidos com papel de fibra de vidro podem atingir níveis de desempenho comparáveis aos laminados de tecido de vidro, tornando-os adequados para produtos eletrônicos industriais. Em particular, as propriedades superiores de pós{3}}processamento do papel de fibra de vidro o tornam ainda mais popular no mercado. A impregnação com resina epóxi é um processo crucial na produção de papel laminado revestido de fibra de vidro e cobre. A impregnação envolve duas etapas: primeiro, a resina agrega-se na superfície do papel de fibra de vidro com certo grau de secura; então, a resina agregada na superfície do papel flui gradativamente em direção às fibras de vidro. O processo de colagem envolve a penetração da solução de colagem no papel de fibra de vidro, deslocando a umidade da folha de papel úmida. O processo de penetração tem um impacto significativo nas propriedades de dimensionamento. Experimentos mostraram que a taxa de penetração é inversamente proporcional ao cubo da espessura da fibra; portanto, aumentar a taxa de penetração da solução de colagem no papel de fibra de vidro é o método fundamental para melhorar o efeito de colagem. O "método-de dimensionamento assistido por vácuo" é atualmente uma tecnologia relativamente avançada. A essência desse método está no equipamento especial usado na fase de pré{12}}impregnação. Seu princípio é: durante a pré-impregnação, a sucção a vácuo é usada para penetrar rapidamente a solução de colagem da superfície do papel de fibra de vidro para dentro do papel, ao mesmo tempo em que remove bolhas de ar da solução de colagem e das fibras.
4. Desenvolvimento de novo papel de fibra de vidro
A fibra de vidro é combinada com fibra de madeira macia, com a fibra de vidro atuando como um esqueleto para melhorar as propriedades de resistência do papel acabado. Experimentos mostraram que a adição de 10% de fibra de vidro à polpa de madeira macia pode melhorar significativamente a resistência do papel. Papel de alta-qualidade apresenta excelente resistência à tração e ao rasgo. O processamento posterior, como pulverização de adesivo, impregnação e laminação multicamadas, permite que ele seja usado como material de enchimento de construção.
O papel de fibra de vidro possui boas propriedades de absorção sonora. O revestimento da superfície do papel base de fibra de vidro com pigmentos, adesivos, retardadores de chama e agentes de acoplamento, seguido de secagem e cura, permite que ele seja usado como material-isolante e retardador de chama-de som em paredes de edifícios e decoração de interiores. O papel de fibra de vidro tingido também oferece propriedades decorativas aprimoradas. A pesquisa descobriu que, ao melhorar o modelo Johns On{5}}Allard, o efeito de absorção sonora de esteiras de papel de fibra de vidro com diferentes porosidades e até mesmo diferentes comprimentos de fibra pode ser medido.
Uma empresa japonesa desenvolveu com sucesso um papel de fibra de vidro utilizando um processo de fabricação de papel que pode ser usado como material de vedação em automóveis e equipamentos industriais. Este artigo é composto por bigodes de carbonato de cálcio com diâmetros de 6 μm e 0,16 μm. Composto por fibras de vidro μm, sepiolita, polpa de celulose, etc., e reforçado com borracha de estireno-butadieno e floculantes.
Outra empresa japonesa desenvolveu um tubo de plástico poroso reforçado com fibra de vidro usando um processo de fabricação de papel úmido. O processo de produção envolve dispersar fibras de vidro picadas em resina-contendo água, desidratá-las em folhas, enrolá-las em um tubo, inseri-las em um molde cilíndrico, aquecê-las para expandir e, em seguida, usá-las para obter um tubo de plástico reforçado com fibra de vidro porosa. Este tubo de plástico reforçado com fibra de vidro apresenta excelentes propriedades de resistência e pode ser usado em construção, filtração e outros campos.
Camadas de piso reforçadas com fibra de vidro podem efetivamente evitar que o piso rache ou encolha durante o uso. O vidro formado... Depois de cortado em folhas, o papel de fibra de vidro é colado com um adesivo polimérico. Em aplicações práticas, o papel de fibra de vidro aumenta a resistência, dureza e rigidez da camada do piso, enquanto o adesivo polimérico possui certo grau de elasticidade, evitando deformações causadas por expansão e contração térmica. Isso o torna um material de piso novo e ideal.
Uma patente dos EUA divulga um método para usar placas de gesso-revestidas com papel de fibra de vidro para apoiar a decoração de pisos ou tetos de casas. Este papel de fibra de vidro é feito misturando fibras de vidro com um diâmetro médio de 8–17 μm e outras fibras-fabricadas pelo homem com um diâmetro inferior a 5,5 μm, sendo que a fibra de vidro deve representar mais de 30% da massa total do produto.
A mica é um importante mineral não{0}}metálico. Usando tecnologia de polpação e fabricação de papel, fragmentos de mica podem ser usados como matéria-prima para produzir vários... Vários tipos de papel de mica estão disponíveis. No entanto, o papel de mica produzido atualmente geralmente tem baixa resistência, dificultando a adaptação a ambientes de aplicação de alta-resistência. As patentes revelaram a utilização de fibras precipitadas de aramida, fibras curtas de aramida ou a adição de fibras volumosas entre camadas de papel de mica em pó para reforçá-las. A própria fibra de vidro possui altas propriedades de isolamento e alta resistência, tornando-a um excelente material de reforço e um substituto potencial para fibras de aramida. Estão sendo realizadas pesquisas sobre seu efeito reforçador no papel de mica.
5. Resumo e perspectivas
Na última década, a indústria de fibra de vidro do meu país desenvolveu-se rapidamente e a China manteve consistentemente a sua posição como o maior produtor e utilizador mundial de fibra de vidro. A aplicação de fibra de vidro na indústria de fabricação de papel ganhou gradualmente popularidade com o rápido desenvolvimento da indústria de fibra de vidro. Isso atraiu atenção pública significativa. o "12º Plano Quinquenal-do meu país para o desenvolvimento da indústria de fibra de vidro enfatiza especificamente a necessidade de desenvolver vigorosamente as áreas de aplicação de produtos de fibra de vidro, expandindo continuamente o escopo de aplicação da fibra de vidro, especialmente em áreas como resistência ao fogo, resistência ao calor e reforço. O plano prevê o desenvolvimento de diversas formas de produtos para facilitar o uso, melhorando fundamentalmente a qualidade da indústria de fibra de vidro, expandindo o mercado de aplicações e ampliando e aprofundando os campos de aplicação. Isto facilitará a ligação entre as empresas de fibra de vidro e as indústrias a jusante, promovendo o desenvolvimento e o crescimento da cadeia da indústria de fibra de vidro. Isto impõe maiores exigências ao desenvolvimento e otimização da qualidade dos tipos de papel de fibra de vidro.
Aproveitar funcionalmente as propriedades inerentes da fibra de vidro e explorar sua combinação com diversas matérias-primas para a fabricação de papel permitirá obter maior sucesso em produtos de papel especial.
