صفحه اصلی در باره ما راهنما تعرفه/پرداخت ثبت‌نام نمایندگی ها نمایشگاه های نساجی کتاب و کاتالوگ اخبار تماس باما

محصولات نساجی خدمات نساجی ماشین آلات نساجی-قطعات استخدام نساجی

بازگشت به لیست اخبار
جزئیات خبر

تاريخ ثبت : ۴ تير ۱۴۰۳ ساعت ۱۳ و ۱۸ دقيقه

تعداد بازدید : ۲۸۵۹ بار

معرفی الیاف شیشه

اخبار و مطالب روز نساجی: الیاف

معرفی الیاف شیشه

Introduction of Glass Fiber

شیشه یک فیبر غیر فلزی است که امروزه به طور گسترده به عنوان ماده صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. هنر ریسندگی نخ های شیشه ای برای ساخت پارچه بسیار قدیمی است و به سال 1713 برمی گردد. در سال 1893، لباس شیشه ای جورجیا کیوان، هنرپیشه زن برادوی در نمایشگاه جهانی کلمبیا در شیکاگو به نمایش گذاشته شد که شامل توده های الیاف شیشه ای بود که با نخ های ابریشم به هم چسبیده بودند. با این حال،این پارچه برای پوشیدن بسیار دست و پا گیر بود، زیرا آنقدر سفت بود که نمی شد پوشید. مواد پایه الیاف شیشه اشکالی از سیلیس، عمدتاً ماسه، سنگ آهک، خاکستر سنگ و بوراکس است.
الیاف شیشه که فایبرگلاس نیز نامیده می شود از الیاف بسیار ظریف شیشه ساخته شده است. فایبرگلاس یک ماده سبک وزن، بسیار قوی و مستحکم است. اگرچه استحکام ان تا حدودی کمتر از فیبر کربن است و سفت تر است ولی معمولاً بسیار کمتر شکننده است و بسیار ارزان ترست. وزن و استحکام آن در مقایسه با فلزات بسیار مطلوب است و می توان آن را به راحتی با استفاده از فرآیندهای قالب گیری شکل داد. شیشه قدیمی ترین و آشناترین فیبر کاربردی است. از دهه 1930 از شیشه الیاف درست می شده. محصولات الیاف شیشه به چهار گروه عمده طبقه بندی می شوند. الیاف چاپد شیشه [chopped strands]، الیاف روینگ شیشه مستقیم [direct draw rovings]، الیاف رووینگ مونتاژ شده و محصولات حصیر[mat]

انواع الیاف شیشه:
در مورد مواد خام شیشه ای که درساخت الیاف شیشه یا منسوجات بی بافت الیاف شیشه بکار می رود، طبقه بندی زیر وجوددارد:

• گرید : A با توجه به ترکیب آن به شیشه پنجره نزدیک است. در جمهوری فدرال آلمان عمدتاً در ساخت تجهیزات فرآیندی استفاده می شود.

• 2- گرید : C این نوع شیشه در برابر ضربه های شیمیایی مقاومت بهتری نشان می دهد.

• 3 - گرید : D یک نوع مهم از الیاف شیشه، نوع D است. بور حاوی ترکیب تری اکسید قوی است. تری اکسید بور به عنوان ماده اولیه برای سنتز سایر ترکیبات بور مانند کاربید بور در تولید مایعات برای شیشه و لعاب و در تولید شیشه های بوروسیلیکات مقاوم در برابر حرارت و شوک حرارتی استفاده می شود.

• 4- گرید : E این نوع شیشه ویژگی های گرید C را دارد باضافه اینکه عایق بسیارخوبی در برابر الکتریسیته است گرید E اساساً یک شیشه آلومینیوم بوروسیلیکات کلسیم است که حاوی کمتر از 1٪ قلیایی است که به صورت Na2O محاسبه می شود.

• 5- گرید : AE مقاوم در برابر قلیایی.

• 6 - گرید : ECR به آن فیبر شیشه الکترونیکی نیز می گویند. ضد اب خوبی است ، استحکام مکانیکی بالا، مقاوم در برابر خوردگی اسیدی و قلیایی. خواص بهتری نسبت به الیاف شیشه گرید E نشان می دهد. بزرگترین مزیت این الیاف شیشه ای سازگاری با محیط زیست است.

• 7- گرید: (AR: Alkali Resistant) ARاین الیاف شیشه ای مخصوص ساخت و ساز بتن طراحی شده اند. آنها حاوی سیلیکات های قلیایی زیرکونیوم هستند و برای جلوگیری از ترک خوردن بتن موثر هستند. این امر باعث افزایش مقاومت و انعطاف پذیری بتن می شود. این الیاف همچنین برای تغییرات آزبست استفاده می شود، قدرت و استحکام قلیایی خوبی دارند. حل شدن آن در آب بسیار دشوار است. تحت تأثیر تغییرات pH قرار نمی گیرد. به راحتی به مخلوط فولاد ضد زنگ و بتن اضافه می شوند. فیبرهای فشرده منیزیم و کلسیم اضافه شده است و ایده آل برای کاربردهایی با استحکام اسیدی و استحکام مکانیکی بالا ایده ال است.
الیاف با گریدهای R, S,T نام های تجاری الیافی هستند که دارای استحکام کششی و مدول بهتری نسبت به الیاف شیشه ای نوع E هستند و استحکام اسیدی و خواص مرطوب کنندگی بالاتر با قطر فیلامنت کمتر به دست می آید.
به طور کلی، شیشه از ماسه کوارتز، سودا، سولفات سدیم، پتاس، فلدسپات و تعدادی از افزودنی های تصفیه و رنگرزی تشکیل شده است. این ویژگی ها و ویژگی هایی که در طبقه بندی انها بیان شد از ترکیب مواد خام انها و نسبت هر کدام حاصل می شود. الیاف شیشه مورد استفاده در نساجی عمدتاً دایره ای را نشان می دهند.

خواص فیزیکی و مکانیکی الیاف شیشه:
الیاف شیشه به دلیل نسبت بالای سطح به وزن مفید هستند. با این حال، افزایش سطح آن ها را در برابر حملات شیمیایی بسیار مستعدتر می کند. بلوک های الیاف شیشه با به دام انداختن هوا عایق حرارتی خوبی با رسانایی حرارتی 0.05 W/(mK) می کنند.
الیاف شیشه دارای خواص مکانیکی برجسته ای مانند شکنندگی کمتر، استحکام شدید، سفتی کمتر و سبک وزنی دارند برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی الیاف شیشه در جدول زیر آورده شده است.

استحکام شیشه معمولاً برای الیاف بکر [ VIRGIN] یا پرایستین [pristine] آزمایش و گزارش می شود. تازه ترین و نازک ترین الیاف، قوی تر هستند زیرا الیاف نازک تر انعطاف پذیرتر هستند. هر چه سطح بیشتر خراشیده شود، مقاومت حاصله کمتر می شود. از آنجایی که شیشه ساختاری بی شکل دارد، خواص آن در امتداد فیبر و در سراسر الیاف یکسان است. رطوبت عامل مهمی در استحکام کششی است. رطوبت به راحتی جذب می شود و می تواند ترک های میکروسکوپی و عیوب سطحی را بدتر کند و مقاومت را کاهش دهد.
در مقایسه با فیبر کربن، شیشه قبل از شکستن می‌تواند متحمل کشیدگی بیشتری شود. بین قطر خمشی فیلامنت و قطر رشته همبستگی وجود دارد. ویسکوزیته شیشه مذاب در موفقیت در ساخت بسیار مهم است. در طول کشش (کشیدن شیشه برای کاهش دور فیبر)، ویسکوزیته باید نسبتاً کم باشد. اگر بیش از حد بالا باشد، فیبر در طول کشیدن شکسته می شود. با این حال، اگر ویسکوزیته خیلی کم باشد، شیشه به جای اینکه به داخل فیبر کشیده شود، تبدیل به قطره می شود.

فرآیندهای تولید الیاف شیشه
ایده تولید الیاف شیشه و نخ قرن ها قدمت دارد. مواد اولیه شیشه در درجه اول ماسه سیلیس و سنگ آهک با مقدار کمی از ترکیبات دیگر مانند هیدروکسید آلومینیوم، کربنات سدیم و بوراکس است. پس از فرآیند اولیه ذوب شیشه و عبور آن از اسپینرها، فیلامنت های پیوسته یا الیاف استیپل شیشه به دو روش مختلف ساخته می شوند.

نمودار فرایند تولید الیاف شیشه

فرآیند فیلامنت پیوسته
در این فرآیند فیلامنت های پیوسته با طول نامحدود تولید می شود. شیشه مذاب از اسپینرت با صدها روزنه کوچک عبور می کند. این رشته ها ی فیلامنت به سمت بوبین پیچ که با سرعت خطی بیش از 2 مایل در کیلومتر در حال چرحش است منتقل می شود . این فرآیند باعث می شود الیاف به موازات روزنه های اسپینرت بیرون کشیده شود. برای تسهیل فرآیند تاب و پیچش و جلوگیری از پارگی نخ ، عملیات چسب زنی و اهارزنی انجام می شود. پس از بوبین پیچی ، فیلامنت ها بیشتر تاب خورده و چند لا می شوند و با روش هایی مشابه تولید دیگر فیلامنت های پیوسته عملیات ادامه می یابد. اهار روی نخ با تبخیر در یک اون از بین می رود . از این نخ ها برای ساخت وسایلی مانند پرده و پرده استفاده می شود.

فرآیند تولید الیاف استیپل
الیاف با کیفیت استیپل از طریق فرآیند الیاف استیپل تولید می شوند. روش های زیادی برای تولید چنین الیافی وجود دارد.
در یکی از این روش‌ها، شیشه مذاب از سوراخ‌های کوچک دارای بوش عبور می‌کند، جایی که جت‌های هوای فشرده جریان‌های نازک شیشه مذاب را به الیاف ریز تبدیل می کند. طول این الیاف از 8 تا 15 اینچ متغیر است. الیاف از طریق اسپری چرب و شعله خشک کننده روی درام گردان می افتند و در آنجا به صورت یک شبکه نازک تشکیل می شوند. این الیاف به صورت تار از درام در یک فیتیله جمع می شوند. سپس با روش‌های مشابهی که برای ساختن نخ‌های پنبه‌ای یا پشمی به کار می‌رود، از این فیتیله نخ درست می شود . این نخ ها برای پارچه هایی برای مصارف صنعتی که عایق مورد نیاز است استفاده می شود.
در روشی دیگر، انتهای میله‌های شیشه‌ای ذوب می‌شوند که از آن قطره‌های شیشه می‌ریزند و رشته‌های شیشه‌ای را پس از آن‌ها روی استوانه‌ای در حال چرخش سریع می‌کشند و به موازات یکدیگر پیچیده می‌شوند. اگر استوانه به طرفین حرکت کند، شبکه ای از فیتیله تشکیل می شود. گاهی اوقات، این الیاف استیپل از روی استوانه روی یک الک ثابت پرتاب می شودو درانجا فیتیله تشکیل می شود. در هر دو حالت این فیتیله به نخ ریسی شده تبدیل می شود.
این الیاف استیپل اگر در فر قرار گیرد، به ضخامت مورد نظر فشرده می شود و به همراه چسبی که قبلا اماده شده پخت می شود. این کارالیاف را برای همیشه به هم متصل می کند.

تولید الیاف شیشه:
ساخت بعدی الیاف شیشه ممکن است به فرآیند ذوب مستقیم انجام شود. با این حال، در بیشتر موارد، ابتدا میله‌ها یا توپ‌های شیشه‌ای ساخته می‌شوند که پس از آن ممکن است تحت فرآیندهای مختلفی قرار گیرند.

تولید مذاب شیشه

نازل کشنده:
همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود، شیشه وارد شده در یک وان مذاب گرم شده در دمای 1250-1400 درجه سانتیگراد ذوب می شود. سپس از سوراخ‌های نازل به قطر 1 تا 25 میلی‌متر در کف وان مذاب بیرون می‌آید و خارج می‌شود و کشیده می‌شود. فیلامنت ها جامد می شوند و تکمیل و سپس پیچیده می شوند. می توان آنها را به عنوان انواع ابریشم شیشه ای در مغازه ها یافت. برای تبدیل آنها به شبکه ، فیلامنت ها در طول (بیشتر بین 6 تا 25 میلی متر) بریده می شوند.

فرایندهای تولید الیاف شیشه

ناز دمنده :
بسته به طراحی نازل، توپ های شیشه ای در وان ذوب می شوند و سپس هوای فشرده این مذاب خارج شده از سوراخ های نازل را می گیرد و شیشه مایع را به گونه ای می کشد که الیافی با قطر 6 تا 10 میکرومتر تولید شود. اثر لرزیدن [ fluttering effect] ناشی از جریان هوای فشرده است که منجر به تولید الیافی با طول 50 تا 300 میلی متر می شود. یک روغن روان کننده روی آن ریخته می شود و الیاف روی یک درام غربالی که آنها را به داخل می مکد قرار می گیرند. تار خشک دریافتی توسط الیاف بلند کنار هم نگه داشته می شود، الیاف کوتاه به عنوان ماده پرکننده در بین آنها قرار می گیرند. سپس فیتیله های مواد الیاف شیشه بریده می شوند.

میله‌کشنده:
با استفاده از یک مشعل، دسته های میله های شیشه ای از قسمت ته خود ذوب می شوند. این منجر به قطراتی می شود که با افتادن به سمت پایین، فیلامنت را تولید می کنند. یک درام چرخان این فیلامنت ها را دریافت می کند، یک اسکاجی [squeegee]که آنها را روی یک تسمه سوراخ شده قرار می دهد. بنابراین، یک وب [Web] خشک دریافت می شود که به عنوان فیتیله های الیاف شیشه ای بوبین پیچی می شود. - عملکرد ماشین با توجه به تعداد میله‌های شیشه‌ای که وارد آن می‌شود محدود می‌شود. درام چرخان ممکن است با نازل کشنده ترکیب شود که منجر به کشیدن درام می‌شود. این کار عملکرد ماشین را چند برابر می کند. تارالیاف خشک دوباره روی یک تسمه سوراخ‌دار گذاشته شده و جامد می‌شود یا پس از بوبین پیچی همانند زمانی که فیتیله را دریافت می‌کند، برای انجام عملیات بیشتر در ماشین‌های تولید بی بافت های مرطوب برش می خورند.
تولید و استفاده از الیاف شیشه بی دردسر نیست به عنوان مثال، اگر محل کار به خوبی برای این هدف آماده نشده باشد، ممکن است تکه های ریز الیاف پاره شده مزاحم شوند. برای استفاده از منسوجات نبافته در تولید پلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه، مهم است که سطح مواد پلاستیکی کاملاً یکنواخت باشد. امکان دارد سرازاد الیاف متمایل به بیرون ، در اثر تنش های خارجی (دما، گازها، مایعات) بیرون کشیده یا شل شوند که ممکن است بر ویژگی های مواد تأثیر بگذارد. در برخی موارد توصیه می شود که چنین لایه هایی از الیاف شیشه را با الیاف شیمیایی مناسب بپوشانید.

کاربرد / کاربردهای نهایی الیاف شیشه و نخ:
الیاف شیشه کاربردهای متعددی دارند که می توان آنها را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد: (الف) عایق ها، (ب) محیط های فیلتراسیون، (ج) تقویت کننده ها و (د) فیبرهای نوری.

الیاف شیشه در دامنه گسترده ای از قطرهای کم تولید می شود. برخی از آنها به قدری ظریفند که فقط بامیکروسکوپ قابل مشاهده هستند. کیفیت ظرافت به انعطاف پذیری الیاف شیشه کمک زیادی می کند. تولید کنندگان مختلف انواع مختلفی از الیاف شیشه را برای مصارف نهایی مختلف تولید می کنند. از الیاف شیشه برای اهداف مختلفی استفاده می شود.
• درتولید پارچه مبلمان منزل.
• درتولید پوشاک و پوشاک. و
• لاستیک ها و پلاستیک های تقویت شده برای این منظور.

الیاف شیشه خاصی وجود دارند که می توانند در برابر گرما تا 7200 درجه سانتیگراد مقاومت کنند و نیروهایی با سرعت 15000 مایل در ساعت را تحمل کنند. از این نوع الیاف شیشه به صورت زیر استفاده می شود:
• پیچیدن فیلامنت در اطراف کلاهک موشک.
• دماغه موشک
• نازل اگزوز. و
• سپرهای حرارتی برای تجهیزات هوانوردی

برخی دیگر از انواع الیاف شیشه برای استحکام در پلاستیک های مختلف تعبیه می شوند. از اینها در موارد زیر استفاده می شوند:
• بدنه و صندلی قایق.
• میله های ماهیگیری. و
• پوشش دیوار
برخی از انواع دیگر الیاف شیشه برای تقویت عایق الکتریکی استفاده می شود و از انواع دیگر به عنوان عایق حرارتی در یخچال و اجاق گاز استفاده می شود. همچنین از الیاف شیشه در مبلمان (مانند اثاثه یا لوازم داخلی و پرده) استفاده می شود. عایق، تسمه نقاله، تخته مدار، لباس محافظ برای نیروهای نظامی، طناب و تور در کشتی سازی و ساخت هواپیما.

نتیجه:
استفاده از الیاف شیشه به عنوان تقویت کننده در صنعت کامپوزیت پیشرفت های چشمگیری داشته زیرا قیمت الیاف شیشه در مقایسه با فیبر کربن یا کولار پایین است. برای کاربردهای عمومی، الیاف شیشه گرید E بهترین انتخاب است و همچنین برای کاربردهای فناوری پیشرفته، انواع مختلفی از الیاف شیشه مانند شیشه S یا شیشه ECR به بازار معرفی شده است. محصولات الیاف شیشه دارای مزایایی هستند که می توان از آن در فرآیندهای تولید کامپوزیت معمول (دست ساز) استفاده کرد یا در تکنیک های تولید کامپوزیت با تکنولوژی بالا مانند RTM استفاده کرد.
در صنایع حمل و نقل و خودرو، ایده خودروهای سبک، موتور محرکه سازندگان کامپوزیت الیاف شیشه است و با توجه به تقاضای مشتریان، الیاف شیشه به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا با در نظر گرفتن هزینه کم و در دسترس بودن در بازار الیاف شیشه، نیاز بازار کامپوزیت را برآورده می کند. با نگاهی به رشد فروش خودروهای سبک تا حدود 50 درصد از سال 2010 تا 2015، می توان افزایش تولید الیاف شیشه را نیز محتمل دانست.

♦ منابع مرتبط :

https://textilelearner.net►

High-Performance Fibres by J W S Hearle
Introduction to Textile Fibres by V. Sreenivasa Murthy
Fibres to Fabrics by Bev Ashford
Hybrid Fiber Composites: Materials, Manufacturing, Process Engineering By Anish Khan, Sanjay Mavinkere Rangappa, Mohammad Jawaid, Suchart Siengchin and Abdullah M. Asiri
Fiber Technology for Fiber-Reinforced Composites Edited by Ozgur Seydibeyoglu, Amar Mohanty, Manjusri Misra
Textile Engineering – An Introduction Edited by Yasir Nawab
Handbook of Textile Fibre Structure | Volume 2: Natural, Regenerated, Inorganic and Specialist Fibres Edited by S.J. Eichhorn, J.W.S. Hearle, M. Jaffe and T. Kikutani