Fibra de vidro

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Antecedentes

Fibra de vidro se refere a um grupo de produtos feitos de fibras de vidro individuais combinadas em uma variedade de formas. As fibras de vidro podem ser divididas em dois grupos principais de acordo com sua geometria:fibras contínuas usadas em fios e têxteis e fibras descontínuas (curtas) usadas como mantas, mantas ou placas para isolamento e filtração. A fibra de vidro pode ser transformada em fios muito parecidos com lã ou algodão e tecida em tecidos que às vezes são usados ​​para cortinas. Os têxteis de fibra de vidro são comumente usados ​​como material de reforço para plásticos moldados e laminados. A lã de fibra de vidro, um material espesso e fofo feito de fibras descontínuas, é usada para isolamento térmico e absorção de som. É comumente encontrado em anteparas e cascos de navios e submarinos; compartimentos do motor de automóveis e forros do painel da carroceria; em fornos e unidades de ar condicionado; painéis acústicos de parede e teto; e partições arquitetônicas. A fibra de vidro pode ser adaptada para aplicações específicas, como Tipo E (elétrica), usada como fita isolante elétrica, têxteis e reforço; Tipo C (químico), que tem resistência superior a ácidos, e Tipo T, para isolamento térmico.

Embora o uso comercial de fibra de vidro seja relativamente recente, os artesãos criaram fios de vidro para decorar taças e vasos durante o Renascimento. Um físico francês, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produziu têxteis decorados com fios de vidro finos em 1713, e inventores britânicos duplicaram o feito em 1822. Um tecelão de seda britânico fez um tecido de vidro em 1842, e outro inventor, Edward Libbey, exibiu um vestido tecido de vidro na Exposição Colombiana de 1893 em Chicago.

Lã de vidro, uma massa fofa de fibra descontínua em comprimentos aleatórios, foi produzida pela primeira vez na Europa na virada do século, usando um processo que envolvia puxar fibras de hastes horizontalmente para um tambor giratório. Várias décadas depois, um processo de fiação foi desenvolvido e patenteado. O material isolante de fibra de vidro foi fabricado na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial. A pesquisa e o desenvolvimento voltados para a produção industrial de fibras de vidro progrediram nos Estados Unidos na década de 1930, sob a direção de duas grandes empresas, a Owens-Illinois Glass Company e a Corning Glass Funciona. Essas empresas desenvolveram uma fibra de vidro fina, flexível e de baixo custo, extraindo o vidro fundido através de orifícios muito finos. Em 1938, essas duas empresas se fundiram para formar a Owens-Corning Fiberglas Corp. Agora simplesmente conhecida como Owens-Corning, ela se tornou uma empresa de US $ 3 bilhões por ano e é líder no mercado de fibra de vidro.

Matérias-primas

As matérias-primas básicas para produtos de fibra de vidro são uma variedade de minerais naturais e produtos químicos manufaturados. Os principais ingredientes são areia de sílica, calcário e carbonato de sódio. Outros ingredientes podem incluir alumina calcinada, bórax, feldspato, nefelina sienita, magnesita e argila de caulim, entre outros. A areia de sílica é usada como formador de vidro, e o carbonato de sódio e o calcário ajudam principalmente a reduzir a temperatura de fusão. Outros ingredientes são usados ​​para melhorar certas propriedades, como o bórax para resistência química. O vidro residual, também chamado de casco, também é usado como matéria-prima. As matérias-primas devem ser pesadas cuidadosamente em quantidades exatas e bem misturadas (chamadas de lote) antes de serem derretidas em vidro.

O processo de fabricação

Derretimento

• 1 Uma vez que o lote é preparado, ele é alimentado em um forno para fusão. A fornalha pode ser aquecida por eletricidade, combustível fóssil ou uma combinação dos dois. A temperatura deve ser controlada com precisão para manter um fluxo uniforme e constante de vidro. O vidro fundido deve ser mantido a uma temperatura mais alta (cerca de 2500 ° F [1371 ° C]) do que outros tipos de vidro para ser transformado em fibra. Assim que o vidro derrete, ele é transferido para o equipamento de formação por meio de um canal (anteparo) localizado no final do forno.

Formação em fibras

• 2 Vários processos diferentes são usados ​​para formar fibras, dependendo do tipo de fibra. As fibras têxteis podem ser formadas de vidro fundido diretamente do forno, ou o vidro fundido pode ser alimentado primeiro a uma máquina que forma mármores de vidro com cerca de 0,62 polegadas (1,6 cm) de diâmetro. Esses mármores permitem que o vidro seja inspecionado visualmente quanto a impurezas. Tanto no processo de fusão direta quanto no de fusão de mármore, o vidro ou os mármores de vidro são alimentados por buchas aquecidas eletricamente (também chamadas de fieiras). A bucha é feita de platina ou liga de metal, com cerca de 200 a 3.000 orifícios muito finos. O vidro fundido passa pelos orifícios e sai como filamentos finos.

Processo de filamento contínuo

• 3 Uma fibra longa e contínua pode ser produzida por meio do processo de filamento contínuo. Depois que o vidro flui pelos orifícios na bucha, vários fios são apanhados em um enrolador de alta velocidade. O enrolador gira a cerca de 2 milhas (3 km) por minuto, muito mais rápido do que a vazão das buchas. A tensão puxa os filamentos ainda derretidos, formando fios com uma fração do diâmetro das aberturas na bucha. Um aglutinante químico é aplicado, o que ajuda a evitar que a fibra se quebre durante o processamento posterior. O filamento é então enrolado em tubos. Agora ele pode ser torcido e dobrado em fio.

Processo de fibra descontínua

• 4 Um método alternativo é o processo de grampeador. Conforme o vidro derretido flui pelas buchas, jatos de ar resfriam rapidamente os filamentos. As turbulentas rajadas de ar também quebram os filamentos em comprimentos de 8-15 polegadas (20-38 cm). Esses filamentos caem através de um spray de lubrificante em um tambor giratório, onde formam uma teia fina. A teia é retirada do tambor e puxada em um cordão contínuo de fibras frouxamente montadas. Este fio pode ser processado em fios pelos mesmos processos usados ​​para lã e algodão.

Fibra picada

• 5 Em vez de ser formado em fio, o fio contínuo ou longo pode ser cortado em pedaços curtos. O fio é montado em um conjunto de bobinas, chamado de gaiola, e puxado por uma máquina que o corta em pedaços pequenos. A fibra cortada é formada em esteiras às quais é adicionado um aglutinante. Após a cura no forno, a esteira é enrolada. Vários pesos e espessuras fornecem produtos para telhas, telhados construídos ou esteiras decorativas.

Lã de vidro

• 6 O processo rotativo ou giratório é usado para fazer lã de vidro. Neste processo, o vidro fundido do forno flui para um recipiente cilíndrico com pequenos orifícios. Conforme o recipiente gira rapidamente, fluxos horizontais de vidro fluem para fora dos orifícios. Os fluxos de vidro derretido são convertidos em fibras por uma rajada de ar descendente, gás quente ou ambos. As fibras caem em uma correia transportadora, onde se entrelaçam em uma massa felpuda. Isso pode ser usado para isolamento, ou a lã pode ser borrifada com um aglutinante, comprimida na espessura desejada e curada em um forno. O calor define o aglutinante e o produto resultante pode ser uma placa rígida ou semirrígida, ou uma manta flexível.

Revestimentos de proteção

• 7 Além dos aglutinantes, outros revestimentos são necessários para produtos de fibra de vidro. Lubrificantes são usados ​​para reduzir a abrasão da fibra e são borrifados diretamente na fibra ou adicionados ao aglutinante. Uma composição antiestática também é às vezes pulverizada sobre a superfície das esteiras de isolamento de fibra de vidro durante a etapa de resfriamento. O ar de resfriamento aspirado através do tapete faz com que o agente antiestático penetre em toda a espessura do tapete. O agente antiestático consiste em dois ingredientes - um material que minimiza a geração de eletricidade estática e um material que atua como inibidor de corrosão e estabilizador.
  Dimensionamento é qualquer revestimento aplicado às fibras têxteis na operação de conformação e pode conter um ou mais componentes (lubrificantes, aglutinantes ou agentes de acoplamento). Agentes de acoplamento são usados ​​em fios que serão usados ​​para reforçar plásticos, para fortalecer a ligação ao material reforçado.
  
  Às vezes, uma operação de acabamento é necessária para remover esses revestimentos ou para adicionar outro revestimento. Para reforços de plástico, as dimensões podem ser removidas com calor ou produtos químicos e um agente de acoplamento aplicado. Para aplicações decorativas, os tecidos devem ser tratados termicamente para remover as gomas e endurecer a trama. Os revestimentos de base de tinta são então aplicados antes de tingir ou imprimir.
  

Formando em formas

• 8 Os produtos de fibra de vidro vêm em uma ampla variedade de formatos, feitos por meio de vários processos. Por exemplo, o isolamento de tubos de fibra de vidro é enrolado em formas semelhantes a hastes chamadas mandris diretamente das unidades de formação, antes da cura. As formas de molde, em comprimentos de 3 pés (91 cm) ou menos, são então curadas em um forno. Os comprimentos curados são então desmoldados no sentido do comprimento e serrados nas dimensões especificadas. Revestimentos são aplicados, se necessário, e o produto é embalado para envio.

Controle de qualidade

Durante a produção do isolamento de fibra de vidro, o material é amostrado em vários locais no processo para manter a qualidade. Esses locais incluem:o lote misto alimentado ao aparelho de fusão elétrico; vidro derretido da bucha que alimenta o fibrador; fibra de vidro saindo da máquina de fibra; e o produto final curado emergindo do final da linha de produção. As amostras a granel de vidro e fibra são analisadas quanto à composição química e à presença de falhas, usando analisadores químicos e microscópios sofisticados. A distribuição do tamanho de partícula do material do lote é obtida pela passagem do material por uma série de peneiras de diferentes tamanhos. O produto final é medido quanto à espessura após a embalagem de acordo com as especificações. Uma mudança na espessura indica que a qualidade do vidro está abaixo do padrão.

Os fabricantes de isolamento de fibra de vidro também usam uma variedade de procedimentos de teste padronizados para medir, ajustar e otimizar a resistência acústica do produto, a absorção de som e o desempenho da barreira de som. As propriedades acústicas podem ser controladas ajustando variáveis ​​de produção como diâmetro da fibra, densidade aparente, espessura e teor de ligante. Uma abordagem semelhante é usada para controlar as propriedades térmicas.

O Futuro

A indústria da fibra de vidro enfrenta alguns desafios importantes no resto da década de 1990 e além. O número de produtores de isolamento de fibra de vidro aumentou devido às subsidiárias americanas de empresas estrangeiras e melhorias na produtividade dos fabricantes norte-americanos. Isso resultou em excesso de capacidade, que o mercado atual e talvez futuro não pode acomodar.

Além do excesso de capacidade, outros materiais de isolamento competirão. A lã de rocha tornou-se amplamente utilizada devido a melhorias recentes de processos e produtos. O isolamento de espuma é outra alternativa à fibra de vidro em paredes residenciais e telhados comerciais. Outro material concorrente é a celulose, usada no isolamento de sótãos.

Devido à baixa demanda por isolamento devido a um mercado de habitação frágil, os consumidores estão exigindo preços mais baixos. Essa demanda também é resultado da continuidade da tendência de consolidação de varejistas e terceirizados. Em resposta, a indústria de isolamento de fibra de vidro terá que continuar a cortar custos em duas áreas principais:energia e meio ambiente. Terão de ser utilizados fornos mais eficientes que não dependam de apenas uma fonte de energia.

Com os aterros atingindo a capacidade máxima, os fabricantes de fibra de vidro terão que atingir quase zero produção de resíduos sólidos sem aumentar os custos. Isso exigirá a melhoria dos processos de fabricação para reduzir o desperdício (também para os resíduos líquidos e gasosos) e a reutilização dos resíduos sempre que possível.

Esses resíduos podem exigir reprocessamento e refusão antes de serem reutilizados como matéria-prima. Vários fabricantes já estão tratando desses problemas.