الیاف شیشه

الیاف شیشه طی سالیان متمادی به خاطر نسبت استحکام به وزن بالا، سفتی زیاد، مقاومت در برابر خوردگی، انعطاف پذیری در طراحی و مزایای دیگر، به طور گسترده در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار گرفته اند. الیاف شیشه، موارد استفاده ی فراوانی از جمله در ساخت بدنه خودروها و قایق های تندرو و مسابقه ای، کلاه ایمنی موتورسواران، عایق کاری ساختمان ها و کوره ها و یخچال ها دارند.

ساختمان و اندازه الیاف شیشه بسیار متغیر است. کوچکترین آنها بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمی شود و بسیار ریز هستند.الیاف شیشه از پرکاربردترین و به صرفه‌ترین الیاف در صنعت کامپوزیت‌های FRP می‌باشند. از ‌الیاف شیشه جهت ساخت کامپوزیتهای شیشه استفاده می‌گردد که در مقاوم سازی ساختمان‌ها با GFRP، صنایع خودرو، صنایع کشتی‌سازی، ساخت لوله‌های GPR، تجهیز لوازم ورزشی، عایق کاری ساختمان ها و کوره ها و یخچال ها و … مصارف فراوانی دارند. فیبرهای شیشه مقاومت کششی بسیار بالایی دارند و مناسب فضاهایی هستند که در آن‌ها احتمال خوردگی زیاد وجود دارد. فروشگاه اینترنتی تکنوپل برندهای مختلف فیبرهای شیشه را با قیمت مناسب به فروش می‌رساند.

الیاف شیشه از حرارت دادن مواد معدنی قبل از بلور شدن سرد می شود. الیاف شیشه الیاف ظریف و خمش پذیری هستند که از شیشه ساخته می شوند. الیاف های شیشه با قطر ثابت حدود ۵ تا ۲۵ میکرون و طول نامحدود تولید می شوند. الیاف شیشه ای در محصولات پلاستیکی به عنوان عامل تقویت کننده بکار می رود. پرکاربرد ترین مصرف الیاف های شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت های مقاوم سازی ساختمانی و عمرانی است. الیاف شیشه به صورت شاخه های ۶ و ۱۲ متری عرضه می گردد. الیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی رواج دارند. الیاف شیشه معمولا به دلیل سایش بین الیاف دارای معایب زیادی بر روی سطحشان هستند. هرچه الیاف دراز تر باشد، دارای معایب بیشتری است. برای محافظت در مقابل استحکام الیاف شیشه ای آهارزنی به الیاف اعمال می گردد. این روش از الیاف حین حمل نقل محافظت میکند و الیاف تکی را در کنار هم نگه می دارد. در نتیجه استحکام کششی الیاف شیشه ای وابسته به طول آن ها می باشد. رطوبت اثرات زیان آوری بر استحکام الیاف شیشه ای دارد. انواع الیاف های شیشه ای را می توان به صورت Glass (A، D، E، ECR، AR، R، S-2) نام برد. الیاف های شیشه به دلیل دارا بودن الاستیسیته ی عالی ، دانسیته ی پایین، مقاومت در برابر شوک های ناگهانی، قیمت پایین و عایق الکتریکی در صنایع عایق کاری، صنایع ورزشی، صنایع هوافضا، خودروسازی، نیروگاه های بادی و عایق الکتریکی و صوتی و … مورد استفاده قرار می گیرد. برای ثابت نگه داشتن الیاف در کنار هم می توان از بایندر(binder) استفاده کرد. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد صورت می گیرد. دوام یک قطعه کامپوزیتی متاثر از نوع بایندر است.
هزینه اجرای کامپوزیت‌های GFRP به فاکتورهای متعددی بستگی دارد که از جمله آن می‌توان به قیمت خرید و فروش الیاف شیشه و رزین اپوکسی، محل اجرای پروژه و هزینه اجرای پلیمرهای تقویت شده با فیبرهای شیشه اشاره کرد. در هر صورت باید توجه نمود که قیمت الیاف شیشه و هزینه اجرای کامپوزیت‌های GFRP با توجه به فواید بسیار آن و نسبت به الیاف دیگر مورد استفاده، در مقاوم سازی سازه‌ها بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.

تفاوت الیاف شیشه ای با پشم شیشه:

قطر تار ها در الیاف پشم شیشه غیر یکنواخت و طول آن محدود است. الیاف های شیشه با قطر ثابت حدود ۵ تا ۲۵ میکرون و طول نامحدود تولید می شوند. مصرف الیاف های شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت های مقاوم سازی ساختمانی است و نیزبه عنوان عایق حرارتی رواج دارد. مصرف پشم شیشه تنها در زمینه ی عایق حرارتی است.
شیشه به خودی خود، ماده ای شکننده می باشد، اما وقتی که به شکل الیاف در می آید و در اندازه های بسیار ریز تابیده می شود دارای مقاومت کششی بسیار باالیی می گردد که این امر با توجه به قطر بسیار اندک الیاف، امری منحصربه فرد است. الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت میباشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند.

پنج نوع از محصولات الیاف شیشه در ساخت کامپوزیت ها بکار می‌روند:
۱)شیشه E
۲)شیشه S
۳)شیشهC
۴)شیشهA
۵)شیشهR

الیاف شیشه E: متشکل از کلسیم آمینو بورو سیلیکات و اکسید کلسیم است که وقتی استحکام و مقاومت الکتریکی مورد نیاز باشد، استفاده می شود. رایج ترین الیاف شیشه مورد مصرف در کامپوزیت ها الیاف شیشه E است که نسبت به دیگر فایبرهای شیشه ارزان تر است. الیاف شیشه ی E به عنوان تقویت کننده های فایبر کوتاه برای ترموپلاستیک های مهندسی و برای میله های تقویت شده ی فایبری استفاده در کاربرد های عمرانی مانند قایق ها، نیمکت یا سینی ها استفاده می شود.

الیاف شیشه S : تقریبا %۴۰ از الیاف شیشه ی E مستحکم تر است و حفظ خواص بهتری را در دماهای بالا دارد از این نوع الیاف در کامپوزیت هایی که درآن استحکام یک پارامتر ضروری است استفاده می شود.

الیاف شیشه A: این نوع فیبر شیشه مواد قلیایی بسیار زیادی دارد و مناسب مکان‌هایی است که مقاومت و ماندگاری خوب مورد نیاز نمی‌باشد.

الیاف شیشه R:کامپوزیت‌های شیشه ساخته شده با این نوع فیبر شیشه در برابر خوردگی مقاومت بیشتری دارند.

الیاف شیشه C: به دلیل پایداری ترکیب سودا لیم بورو سیلیکات در محیط های خورنده کاربرد دارد.
الیاف C-Glass دارای آهک سود دار به همره بور و سیلیکات می باشد و در محیط هایی که دارای مواد شیمیایی خورنده می باشد کاربرد فراوان دارد. این نوع الیاف در مقابل خوردگی اسیدی مقاومت بسیار خوبی را فراهم می کند و کاربرد اصلی آن در :

• پوشش سطحی در خطوط لوله
• پوشش سطحی در مخازن

مقایسه ی الیاف شیشه  C و S:

کاهش استحکام مقاومت با افزایش دما در شیشه E بیشتر از شیشه S است .مدول در هر دو شیشه با افزایش دما با نرخ یکنواخت کاهش می‌یابد.

نوع دیگر الیاف شیشه الیاف AR-Glass هستند که به صورت یژه برای استفاده در بتن ها میتوان از این نوع الیاف استفاده کرد. این نوع الیاف از آلکالی – زیرکونیوم سیلیکات تشکیل شده اند و در هنگامی که نیاز به مقاومت در برابر محیط های قلیایی باشد، می‌توان از الیاف شیشه AR-Glass استفاده نمود.

مزایای الیاف شیشه:

از مزایای فیبرهای شیشه می‌توان به قیمت مناسب آن در مقایسه با الیاف کربن و آرامید اشاره کرد. الیاف شیشه وزن بسیار اندکی دارند و و تحت تاثیر مواد شیمیایی، باران اسیدی و نمک‌ها قرار نمی‌گیرند. خرید و فروش الیاف شیشه‌ به دلیل مقرون به صرفه بودن و استفاده فراوان در مقاوم سازی و بهسازی سازه‌ها رونق فراوان دارد. حمل و نقل و اجرای کامپوزیت‌های GFRP به دلیل وزن کم بسیار آسان است. همچنین این نوع از الیاف مقاومت کششی بالا و سازگار با انواع رزین ها(رزین اپوکسی، رزین پلی استر، رزین وینیل استر و فنولیک و…) می باشد.

معایب الیاف شیشه:

۱) به دلیل سایش بین الیاف روی سطحشان معایب زیادی دارند.
۲) در برابر رطوبت مقاومت ندارند و پذیرای اثرات زیان آوری است.

چگونگی اندازه گیری خواص الیاف شیشه:

خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت کششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیما از روی الیاف اندازه گیری می شود. اما ثابت دی الکتریک، ضریب اتلاف مقاومت دی الکتریک، مقاومت حجم، مقاومت سطح و انبساط حرارتی از توده های انباشته ی نمونه ی آنیل شده بدست می آید. خواصی مانند چگالی و ضریب شکست در هر دو حالت اندازه گیری می شود.

روش های تولید الیاف شیشه:

۱) روش ذوب غیر مستقیم یا فرآیند ذوب گلوله Marble Melt Process
۲) روش ذوب مستقیم Direct Melt Process

روش ذوب غیرمستقیم:

مواد مذاب بعد از تولید و کف گیری به قسمت تجهیزات گلوله سازی از طریق راهگاه های منشعب از کوره ی ذوب منتقل می شوند. مواد مذاب الیاف شیشه بعد از عبور از راهگاه با دما ی ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد وارد مرحله گلوله زنی می شوند. جریان مذاب با حرکت رفت و برگشتی و برخورد به صفحه ی کشویی بر روی دو استوانه ی شیار دار مارپیچی دوار با چرخش در جهت خلاف یکدیگر قرار می گیرند. این مواد مذاب معروف به اصطلاح لقمه هستند و وزن مشخصی دارند. خروجی این شیارهای استوانه ای به صورت گلوله ای است. قطر گلوله ها حدود ۱۹ تا ۲۵ میلیمتر و وزن هر گلوله ۱۹ میلیمتری ۱۱ گرم است. نرخ تولید ماشین های گلوله زنی ۴٫۵ تن در روز است.

از جمله عواملی که در حفظ بازدهی تولید الیاف شیشه و تضمین کیفیت آن نقش دارند عبارت اند از :

۱) رعایت یکنواختی در اندازه گلوله های تولیدی
۲) کنترل جریان مذاب
۳) حرکت رفت و برگشتی صفحه تخلیه

گلوله های تولید شده در پالت های مخصوص نگهداری می شوند و در زمان مورد نظر با انتقال به بوشینگ های شکل دهنده الیاف، دوباره ذوب می شوند. بوشینگ ها شامل صفحاتی از جنس فلزاتی با مقاومت به خوردگی زیاد، مقاومت به سایش بالا و حفظ استحکام در دمای زیاد هستند. آلیاژ مناسب برای این بوشینگ ها، آلیاژهای خانواده پلاتین و عموماً آلیاژ پلاتین- رادیم است .پس از ذوب گلوله شیشه ای در سیستم بوشینگ، مذاب تحت تأثیر نیروی وزن خود از سوراخ های ریز متعدد تعبیه شده در کف این سیستم عبور کرده و رشته های پیوسته ای به نام تار(Filament) تشکیل می دهند. این تارها یا رشته های شیشه ای به کمک پاشش آب یا با هوا سرد شده، پوشش محافظ یا سایزینگ بر روی آنها کشیده می شود. این عمل تا زمانی که سیستم کنترل قطر بوبین دستور توقف ندهد، ادامه خواهد یافت و در نهایت بوبین حاوی تارهای جمع و دسته شده که کیک الیاف نام دارد، بر روی پالت های مخصوص قرار گرفته و برای عملیات بعدی و تولید محصولات الیاف شیشه به انبار موقت انتقال داده می شوند.

روش ذوب مستقیم:

در این روش، مذاب شیشه پس از عملیات کف گیری توسط کانال هادی مذاب مستقیماً به راهگاههای منتهی به سیستم بوشینگ انتقال می یابد و پس از آن کلیه مراحل کشش تا تولید کیک الیاف در فرایندی مشابه روش ذوب غیرمستقیم دنبال می شود. بنابراین در این روش، فرایند از ذوب شیشه تا تولید الیاف شیشه به طور پیوسته ادامه می یابد و مرحله تولید گلوله های شیشه ای حذف میشود.

برتری های روش ذوب مستقیم به روش غیرمستقیم:

۱) تولید مستمر و افزایش نرخ تولید
۲) کاهش زمان تولید و افزایش سرعت تولید به علت عدم وجود مرحله گلوله سازی
۳) کاهش مصرف مواد در جریان ساخت و کاهش هزینه های سربار و کاهش هزینه نصب
۴) کاهش هزینه استفاده از فلزات خانواده پلاتین به میزان ۳ الی ۵ بار
۵) تولید اقتصادی تر برای ظرفیت های بالاتر از ۵۰۰۰ تن در سال

برتری روش غیر مستقیم بر روش مستقیم:

۱) مجزا بودن مراحل ذوب شیشه از تولید الیاف و امکان تولید گلوله در یک زمان و انبار کردن آنها و تولید الیاف شیشه در زمانی دیگر
۲) انعطاف پذیری بالا و سهولت در تغییر نوع محصول از الیاف شیشه
۳) امکان فروش گلوله به سایر مجموعه ها یا خرید گلوله از آنها
۴) امکان سرمایه گذاری و راه اندازی واحدهای تولید گلوله و الیاف شیشه
۵) امکان ادامه فعالیت هرکدام از واحدهای گلوله سازی و تولید الیاف به هنگام انجام تعمیرات در واحد دیگر
۶) تولید اقتصادی برای ظرفیت های کمتر از ۵۰۰۰ تن

چنانچه حجم سرمایه اولیه محدود و ظرفیت تولید نیز پایین باشد، استفاده از شیوه غیرمستقیم یا تولید الیاف شیشه یا روش تولید گلوله توصیه می گردد.چنانچه حجم سرمایه گذاری محدود نباشد و ظرفیت طرح بالا باشد، استفاده از شیوه مستقیم به منظور افزایش بازدهی و سرعت تولید توصیه میشود.

کاربرد الیاف شیشه :

فیبرهای شیشه در مقاوم سازی تیرها، ستون‌ها و دیوارها نقش بسزایی دارند. همچنین علاوه بر کاربردهای فوق از الیاف شیشه می‌توان در صنایع الکتریکی، لوازم بهداشتی، صنایع دریایی و مصارف متعدد دیگر استفاده نمود.کامپوزیت‌های شیشه در مقاوم سازی ساختمان‌های بتن مسلح و آجری استفاده بسیار زیادی دارند. این کامپوزیت‌ها مقاومت و شکل‌ پذیری ستون‌هاو دیوارها را به مقدار قابل توجهی افزایش می‌دهند. GFRPها عمر سازه را بالاتر می‌برند و در هنگام تغییر کاربری سازه یا افزایش بارهای وارده بر آن می‌توانند سازه را به میزان قابل توجهی مقاوم سازی نمایند. همین طور یکی ازمصالحی که می تواند جایگزین فولاد در بتن های مسلح گردد، الیاف شیشه می‌باشد. مسلح کردن بتن با الیاف شیشه به جای میلگرد سبب کاهش وزن بتن شده و آسیب های ناشی ازخوردگی و فرسایش فولاد را به طور کامل حذف می‌نماید.

• استفاده در کامپوزیت های ساختمانی برای مقاوم سازی
• برای مصارف الکتریکی
• بدنه هواپیما
• تهیه ی خمیر قالب گیری
• پارچه های ضد آتش

کاربرد الیاف شیشه در صنعت عمران:

•  افزایش مقاومت کششی و سطحی مصالح ساختمانی
• افزایش مقاومت بتن و سایر چسباننده های سازه ای
•  تعمیر سطحی بتن و ترک های آن
• تقویت رویه قیر و سایر روکش های عایق
•  تقویت اتصال دیوارها به ستون و یکدیگر
•  زیرسازی سنگ و کاشی و سرامیک
•  تقویت بافت سنگ در کارخانه
•  جلوگیری از ایجاد ترک در سطوح نما، دیوار، کف و …
•  کاهش ضخامت لایه آستر و پلاستر دیوار و کف
•  کمک به افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله
•  جایگزین توری فلزی و پلیمری (رابیتس و توری سیمی)

مقایسه مش الیاف های شیشه با توری فلزی و رابیتس:

•  مقاومت کششی مش الیاف های شیشه نسبت به توری های فولادی بیشتر است.
• مش الیاف شیشه دارای قابلیت انعطاف بیشتر نسبت به توری های فلزی می باشد.
• هزینه تامین یک متر مربع مش الیاف شیشه کمتر از ۲۵% هزینه رابیتس میباشد.
• امکان خوردگی و فرسایش در الیاف شیشه وجود ندارد اما این مشکل در توری فلزی به وفور یافت می شود.
• الیاف شیشه بر خلاف توری های فلزی به سطح کار چسبیده و نیاز به زیرسازی و آهن کشی ندارند.

سوالات متداول