فایبرگلاس چیست از مزایای فوق العاده آن چه می دانید؟

فایبرگلاس (Fiberglass)  یا الیاف شیشه یکی از غالب ترین الیافی است که در صنعت پلیمرهای تقویت شده مورد استفاده قرار می گیرد. به غیر از فایبرگلاس، فیبر کربن و کولار تقویت کننده هایی دیگری هستند که معمولا در صنایع استفاده می شوند. فایبرگلاس بسیار متنوع است و می تواند به صورت ورق ساخته شود یا به صورت تصادفی به صورت پارچه بافته شود. الیاف شیشه را می توان به انواع مختلفی، بسته به هدف کاربردی، تولید کرد.

فایبرگلاس نوعی الیاف است که در درجه اول از شیشه تشکیل شده است و در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد و عمدتا به عنوان عایق حرارتی مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف شیشه همچنین برای ایجاد محصولات متنوع مانند بدنه خودرو، بدنه قایق، سقف، پرده و ستون های چادر استفاده می شود.

به عنوان یک عایق، انتشار گرما، سرما و صدا را در ساخت محصولاتی مانند سازه ها، خودروها و هواپیماها کاهش می دهد. الیاف شیشه با به دام انداختن محفظه های هوا در خود، اتاق ها را در زمستان گرم و در تابستان خنک نگه می دارد و در نتیجه به عنوان یک روش مناسب برای افزایش بهره وری انرژی عمل می کند. اگر می خواهید بدانید که فایبر گلاس دقیقا چیست و چرا بر صنعت تسلط پیدا کرده است، تا انتهای این مقاله از نشریه جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید.

فایبرگلاس چیست؟

فایبر گلاس یک انتخاب جذاب برای عایق کاری منزل است، زیرا خطری برای آتش سوزی ندارد. قرن هاست که شیشه در مقادیر کم به صورت الیاف درشت حتی توسط مصریان باستانی و فنیقی ها بافته شده است، اما فایبر گلاس تا سال ۱۹۳۲ به شکل امروزی خود وجود نداشت.

یک محقق به نام دیل کلیست در تلاش برای ایجاد یک مهر و موم محکم در خلا بین دو بلوک شیشه ای بود که جت هوای فشار قوی جریان شیشه مذاب را به الیاف ریز تبدیل کرد. او ناخواسته یک روش موثر برای تولید مقادیر زیادی ذرات فایبرگلاس کشف کرد، روشی که در سال های بعد اصلاحات بیشتری روی آن صورت گرفت.

فایبرگلاس در سال ۱۹۳۸ تحت عنوان Fiberglas تجاری شد و در تولید لباس، بدنه قایق ها، میله های ماهیگیری و سرانجام در بدنه خودرو در سال ۱۹۵۳ مورد استفاده قرار گرفت.

بیشتر تخته های فایبر گلاس با برچسب کاغذ یا فویل ساخته می شوند که جهت گرما را نشان می دهد. هنگامی که به درستی نصب شوند، یک غشاء یا پیوسته ایجاد می کنند که از عبور رطوبت جلوگیری می کند و احتمال ورود ذرات فیبری به فضای زندگی را کاهش می دهد.

تاریخچه فایبرگلاس

تولید گسترده الیاف شیشه در اواخر قرن هجدهم آغاز شد. تا سال ۱۹۳۵ این ماده به عنوان یک کامپوزیت نادیده گرفته شده باقی مانده بود و تنها پس از تبدیل فایبرگلاس به نخ، محبوبیت زیادی یافت. الیاف شیشه برای اولین بار در صنعت هوانوردی به عنوان یک ماده کامپوزیت استفاده شد. از آن زمان، در بسیاری از برنامه های تجاری دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

الیاف شیشه یکی از غالب ترین الیافی است که در صنعت پلیمرهای تقویت شده مورد استفاده قرار می گیرد. فایبرگلاس به این دلیل نامگذاری شده است که از شیشه ساخته شده است، همان شیشه ای که برای ساخت پنجره ها استفاده می شود.

با این حال، این روش تولید است که شکلی را که می شناسید به آن می دهد. برای تولید این محصول شیشه ذوب شده و از طریق سوراخ هایی که قطر آن بسیار کوچک است با فشار عبور داده می شود. رشته های شیشه ای که تولید می شوند بسیار نازک هستند و می توان آنها را به صورت ورقه بافته یا به مواد پفکی تبدیل کرد که در عایق صدا و عایق حرارت استفاده می شود.

امروزه  از الیاف تقویت شده با  شیشه یا فایبرگلاس در تولید تعدادی از محصولات استفاده می شود. فایبرگلاس نسبت به فیبر کربن انعطاف پذیرتر و ارزان تر است. همچنین دارای ویژگی متمایزی نسبت به بسیاری از فلزات است. این محصول سبک وزن و بسیار انعطاف پذیر است، به این معنی که می توان آن را به راحتی به اشکال مختلف قالب بندی کرد. درحال حاضر الیاف شیشه به دلایل مختلفی بازار را به طور کامل در اختیار گرفته است.

خواص فایبرگلاس

الیاف شیشه به دلیل داشتن خواص متداول، محبوب ترین پلیمر تقویت کننده است. خواص این محصول عبارتند از.

قدرت مکانیکی

مقاومت خاص الیاف شیشه بیشتر از فولاد است که باعث می شود از آن برای تقویت بسیاری از محصولات استفاده شود.

عایق الکتریکی بودن

الیاف شیشه عایق الکتریکی خوبی دارد حتی اگر ضخامت آن فوق العاده کم باشد.

ثبات ابعادی

یکی از بهترین خواص فایبرگلاس این است که به تغییرات مربوط به رطوبت یا دما حساس نیست. این محصول ضریب انبساط خطی نسبتا کمی دارد.

رسانایی گرمایی

هدایت حرارتی فایبرگلاس بسیار پایین است که آن را به یک ماده بسیار مفید در صنعت ساختمان تبدیل کرده است.

عدم احتراق

ویژگی دیگری که الیاف شیشه ای را به ماده ای همه کاره  تبدیل می کند، ترکیبات معدنی آن است. از آنجا که این محصول یک ماده معدنی است قابل احتراق نیست. به این معنی که آتش نمی گیرد و شعله را منتشر نمی کند. حتی در معرض گرما مواد سمی منتشر نمی کند و دود نمی کند.

سازگاری با مواد آلی

فایبر گلاس در اندازه های مختلف موجود است. این ماده قابلیت ترکیب با تعدادی ماتریس معدنی مانند سیمان و همچنین رزین های مصنوعی متعدد را دارد.

دوام

الیاف شیشه یک ماده بسیار بادوام است و پوسیده نمی شود. این محصول تحت تاثیر حشرات یا جوندگان قرار نمی گیرد. این امر یکپارچگی سازه ای و طول عمر سازه هایی را که با استفاده از فایبر گلاس ساخته می شوند را تضمین می کند.

نفوذپذیری دی الکتریک

فایبرگلاس قابلیت نفوذ پذیری دی الکتریک دارد در نتیجه می توان از آن در ساخت پنجره های الکترومغناطیسی نیز استفاده کرد.

ترکیبات اصلی برای ساخت فایبرگلاس

الیاف شیشه را می توان با ترکیبات متفاوت برای استفاده خاص تولید کرد. انواع مختلفی فایبرگلاس در جهان وجود دارد که منجر به مشخصات متمایز هر نوع فایبر گلاس می شود. ترکیب اصلی انواع مختلف الیاف شیشه به استثنای چند ماده اولیه یکسان است. مقادیر مواد اولیه در هر نوع فایبرگلاس متفاوت است بنابراین به هر نوع از این محصولات خصوصیات منحصر به فردی داده می شود.

مواد خام اولیه مورد استفاده در ساخت فایبرگلاس شامل شن و ماسه سیلیس، خاکستر سودا و سنگ آهک است. سایر ترکیبات شامل بوراکس، آلومینای کلسینه شده، منیزیت، خاک رس کائولن، فلدسپات و غیره است. سایر مواد به بهبود خواص این محصول بسیار کمک می کنند. به عنوان مثال، بوراکس مقاومت شیمیایی الیاف شیشه را بهبود می بخشد.

انواع فایبرگلاس بر اساس خواص آنها

همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت، انواع زیادی از الیاف شیشه بسته به ترکیب مواد اولیه آن در جهان موجود است. انواع اصلی فایبرگلاس عبارتند از:

فایبرگلاس نوع A

این محصول همچنین به عنوان شیشه قلیایی یا شیشه  سودا-آهک نیز شناخته می شود. این محصول رایج ترین نوع فایبرگلاس است. حدود ۹۰ درصد شیشه ای که تولید می شود، شیشه قلیایی است. این محصول رایج ترین نوع الیاف شیشه ای است که در ساخت ظروف شیشه ای مانند شیشه ها و بطری ها برای مصرف مواد غذایی و ساخت پنجره ها استفاده می شود. گاهی اوقات، ظروف پخت و پزی که استفاده می کنید از شیشه سودا و آهک تهیه می شود.

شیشه سودا لیوم از نظر شیمیایی پایدار، نسبتا ارزان، بسیار کارآمد و کاملا سخت است. می توان این محصولات را بارها و بارها ذوب کرد و دوباره شکل داد. به همین دلیل است که الیاف نوع A  بهترین نوع شیشه برای بازیافت است.

مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت فایبرگلاس نوع A

مواد اصلی مورد استفاده برای ساخت این محصول عبارتند از:

• سودا (کربنات سدیم)
• آهک
• سیلیس (دی اکسید سیلیکون)
• دولومیت
• آلومینا (اکسید آلومینیوم)
• عوامل تصفیه کننده مانند کلرید سدیم و سولفات سدیم

تمام مواد اولیه در کوره شیشه پزی در دمای ۱۶۷۵ درجه سانتی گراد ذوب می شوند. به جای مواد شیمیایی خالص از مواد شیمیایی ارزان قیمت مانند ماسه، ترونا و فلدسپات استفاده می شود.

فایبرگلاس نوع C

این نوع از الیاف شیشه، به شیشه  شیمیایی نیز معروف است. این الیاف شیشه بیشترین مقاومت را در برابر مواد شیمیایی از خود نشان می دهد. این خاصیت به دلیل وجود مقادیر زیادی بوروسیلیکات کلسیم است. مقدار pH مواد شیمیایی که در ساخت فایبرگلاس نوع C استفاده می شود، بدون توجه به محیط (اسیدی یا قلیایی) مقاومت نسبتا بالایی در برابر مواد شیمیایی ایجاد می کند. الیاف شیشه ای نوع C در لایه بیرونی ورقه ها برای لوله ها و مخازن نگهداری آب و مواد شیمیایی استفاده می شود.

 فایبر گلاس نوع D

الیاف شیشه ای نوع D یک نوع فایبرگلاس است که به دلیل پایین بودن خواص دی الکتریک معروف است. این خاصیت به دلیل وجود تری اکسید بور در ترکیب این نوع از الیاف شیشه است. با توجه به این ویژگی، الیاف شیشه ای نوع D ، بهترین نوع فایبرگلاس برای استفاده در کابل های نوری است.

این نوع از الیاف شیشه ای همچنین حاوی بوروسیلیکات است که ضریب انبساط حرارتی را برای آن بوجود می آورد. با توجه به این ویژگی ها، الیاف شیشه ای نوع D اغلب در لوازم برقی و ظروف آشپزی استفاده می شود.

فایبرگلاس نوع E

این نوع از الیاف شیشه بیشتر به عنوان شیشه الکترونیکی شناخته می شود. فایبرگلاس نوع E یک ماده کامپوزیت سبک است که در کاربردهای هوافضا، دریایی و صنعتی استفاده می شود. این الیاف شیشه ای یک استاندارد صنعتی است که بین عملکرد و هزینه تعادل ایجاد می کند. ویژگی پوشش دهی این الیاف عالی است و کار با آن نیز بسیار راحت است.

مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت الیاف شیشه ای الکترونیکی

فایبرگلاس نوع E یک نوع شیشه قلیایی است. مواد اولیه مورد برای ساخت این الیاف شیشه ای عبارتند از:

• سیلیس (دی اکسید سیلیکون)
• آلومینا (اکسید آلومینیوم)
• اکسید کلسیم
• اکسید منیزیم
• تری اکسید بور
• اکسید سدیم
• اکسید پتاسیم

خواص ویژه الیاف شیشه ای نوع E که آن را برای استفاده در صنایع مختلف مناسب می کند، عبارتند از:

• کم هزینه بودن
• استحکام بالا
• چگالی کم
• سختی بالا
• مقاومت در برابر حرارت
• غیر قابل اشتعال
• مقاومت خوب در برابر مواد شیمیایی
• مقاومت خوب در مقابله با رطوبت
• عایق الکتریکی خوب
• توانایی حفظ قدرت در شرایط مختلف

کاربردهای فایبرگلاس نوع E

این نوع از الیاف شیشه ای برای استفاده در صنایع الکتریکی توسعه یافته است اما از آن در بسیاری از مناطق دیگر نیز استفاده می شود. این امر منجر به تولید پلاستیک تقویت شده با شیشه همراه با رزین های حرارتی شده است. ورقه ها و پنل های ساخته شده از پلاستیک تقویت شده با شیشه، تقریبا در همه مناطق صنایع مختلف دیده می شود. این الیاف شیشه ای از یکپارچگی سازه در برابر هرگونه ضربه مکانیکی محافظت می کند.

فایبرگلاس Advantex

الیاف شیشه ای Advantex  یک استاندارد صنعتی جدید است که خواص مکانیکی و الکتریکی الیاف شیشه ای نوع E را با مقاومت در برابر خوردگی الیاف شیشه ای نوع ECR ترکیب می کند. این نوع از فایبرگلاس استانداردهای مقاومت در برابر خوردگی اسید الیاف شیشه ای نوع ECR را با هزینه ای مشابه الیاف شیشه ای نوع E برآورده می کند. فایبرگلاس Advantex را در صنایعی کاربرد دارد که نوسانات حرارتی در آن بالا باشد.

الیاف شیشه ای Advantex حاوی اکسید کلسیم در مقادیر زیاد است. این نوع از الیاف شیشه ای در مواردی که سازه ها بیشتر مستعد خوردگی هستند، استفاده می شود. علاوه بر این الیاف شیشه ای Advantex معمولا در صنایع نفت، گاز و معدن، نیروگاه ها و کاربردهای دریایی استفاده می شود.

فایبرگلاس نوع ECR

این الیاف شیشه ای دارای مقاومت مکانیکی بالا، ضد آب و مقاومت در برابر خوردگی قلیایی و اسیدی است. این الیاف شیشه ای دارای ویژگی هایی است که بهتر از الیاف شیشه ای نوع E در صنایع جواب می دهد. بزرگترین مزیت الیاف شیشه ای نوع ECR، نسبت به انواع دیگر فایبرگلاس ها این است که روش ساخت آن سازگار با محیط زیست است.

الیاف شیشه ای نوع ECR در ساخت صفحات GRP شفاف استفاده می شود. این ماده از آلومینوسیلیکات کلسیم ساخته شده است که استحکام، مقاومت در برابر خوردگی اسید و هدایت الکتریکی خوبی را فراهم می کند و برای کاربردهایی که این ویژگی ها مورد نیاز است، مناسب است. عمر مفید الیاف شیشه ای نوع ECR بسیار بالا است.

فایبرگلاس نوع AR

الیاف شیشه ای نوع AR یا الیاف شیشه ای مقاوم در برابر محیط های قلیایی، به طور خاص برای استفاده در ساخت بتن مورد استفاده قرار می گیرد. ترکیب این الیاف شیشه ای به طور خاص با زیرکونیا در سطح مطلوب فرموله شده است. افزودن زیرکونیا به این نوع فایبرگلاس، آن را برای استفاده در بتن مناسب می کند.

الیاف شیشه ای نوع AR با ایجاد مقاومت و انعطاف پذیری زیاد، از ترک خوردگی بتن جلوگیری می کند. حل کردن این نوع از الیاف شیشه ای در آب دشوار است و تحت تأثیر تغییرات pH قرار نمی گیرد. همچنین، می توان آن را به راحتی به مخلوط های بتن و فولاد اضافه کرد.

فایبرگلاس نوع R ، S وT

این سه نوع از الیاف شیشه ای دارای خواص یکسان هستند. آنها در مقایسه با الیاف شیشه ای نوع E از استحکام بیشتری برخوردارند. این نوع از الیاف شیشه برای صنایع دفاعی و هوافضا توسعه یافته است. از این نوع الیاف شیشه ای همچنین در ساخت زره ​​سخت بالستیک استفاده می شود. حجم تولید این نوع از فایبرگلاس کم است، به این معنی که هزینه ساخت آن بسیار زیاد است. این نوع از الیاف شیشه ای عملکرد بالایی در برخی صنایع دارد و فقط در صنایع خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

فایبرگلاس نوع S2

الیاف شیشه ای نوع S2 در مقایسه با سایر انواع فایبرگلاس ها دارای میزان بیشتری سیلیس در ترکیبات خود است. در نتیجه این الیاف شیشه ای دارای خواص افزایش یافته، عملکرد بهتر، مقاومت در برابر درجه حرارت بالاتر، مقاومت فشاری بالا و مقاومت در برابر ضربه هستند

استحکام کششی الیاف شیشه ای نوع S2 تقریبا ۸۵٪ بیشتر از فایبرگلاس معمولی است. این الیاف شیشه ای عملکرد و دوام بالایی دارد. دارای استحکام بهتر و ضریب مقاومت بیشتری است که قابلیت ضربه پذیری بهتری را به قطعات نهایی ارائه می دهد. الیاف شیشه ای نوع S2 بیشتر در صنایع کامپوزیت و نساجی استفاده می شود.

فایبرگلاس نوع M

الیاف شیشه ای نوع M در ترکیبات خود حاوی بریلیوم است. این عنصر کشش سطحی بیشتری به این الیاف شیشه ای می بخشد.

فایبرگلاس نوع  Z

الیاف شیشه ای نوع Z در صنایع متعددی از جمله صنعت آرماتور بندی بتن استفاده می شود. از این الیاف شیشه ای در تولید محصولاتی که شفاف به نظر می رسند، استفاده می شود. از این الیاف شیشه ای همچنین برای ایجاد الیاف چاپگر سه بعدی استفاده می شود. الیاف شیشه ای نوع Z دارای مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر اشعه UV، مقاومت در برابر اسید و باز، ضد خراش و ساییدگی است. این الیاف شیشه ای بسیار مقاوم و قابل اطمینان هستند.

انواع فایبرگلاس بر اساس فرم

الیاف شیشه ای به  اشکال مختلف در دسترس می باشند. برخی از این اشکال عبارتند از:

• نخ و طناب
• پارچه های بافته شده
• حصیر رشته ای

کاربرد فایبرگلاس

فایبرگلاس یکی از متداول ترین مواد مورد استفاده در صنایع مختلف است. با نگاهی به خواص فایبرگلاس، می توان گفت که چرا فایبرگلاس یک ماده ترجیحی در صنایع مختلف است. برخی از برجسته ترین کاربردهای الیاف شیشه ای در صنایع مختلف عبارتند از:

صنایع هواپیمایی و هوافضا

مواد مورد استفاده در صنعت هواپیما و هوافضا باید پایدار و سبک باشد. الیاف شیشه ای نوع E و نوع S از استحکام و مقاومت بالاتری نسبت به سایر الیاف شیشه ای دیگر برخوردار هستند. الیاف شیشه ای نوع S به یک فایبرگلاس ترجیحی در این صنعت تبدیل شده است. علاوه بر این، الیاف شیشه ای نوع S دارای نسبت استحکام به وزن بیشتر و ماندگاری بیشتر در دماهای بالا است.

از الیاف شیشه ای نوع S اغلب برای ساخت زره هلیکوپتر، زره عرشه هواپیما، کف و صندلی هواپیما استفاده می شود. الیاف شیشه ای نوع S نه تنها قدرت مکانیکی بالای دارد، غیر رسانا هم  هست و پروفایل حرارتی رادار کمتری را ارائه می دهد. این قابلیت به ارتش اجازه می دهد بدون دیده شدن عملیات های خود را انجام دهد.

صنعت ساخت و ساز

فایبرگلاس ثبات ابعادی را ارائه می دهد که آن را به یک ماده ایده آل برای استفاده در ساختمان تبدیل می کند. کاهش وزن، اشتعال پذیری کم، مقاومت در برابر ضربه و استحکام بالا، همه ویژگی هایی هستند که هر مصالح ساختمانی باید داشته باشد و فایبرگلاس همه این ویژگی ها را دارد.

الیاف شیشه ای در ساخت اجزای داخلی و خارجی ساختمان های تجاری، مسکونی و صنعتی، از لوازم حمام گرفته تا نرده های استخر و نورگیر ساختمان های صنعتی استفاده می شود.

کالاهای مصرفی

الیاف شیشه ای را می توان به طور گسترده در بسیاری از کالاهای مصرفی مشاهده کرد. از آن ها در ساخت قاب مبلمان و کالاهای آماده مانند سینی های کاربردی و تزئینی، صفحات تقسیم کننده، پلاک های دیواری، تجهیزات ورزشی، تجهیزات استخر و زمین بازی و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. به دلیل داشتن خواصی همچون انعطاف پذیری، وزن سبک، استحکام بالا، دوام، شکل پذیری آسان و مقاومت در برابر سایش و خوردگی از آن به عنوان ماده اولیه در ساخت بسیاری از کالاهای مصرفی استفاده می شود.

تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی

بسیاری از محصولات وجود دارد که باید با موادی مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند. اینها مواردی هستند که قرار است در محیط های اسیدی یا بازی مورد استفاده قرار گیرند و بنابراین باید در برابر خوردگی مقاوم باشند تا بتوانند مدت زیادی دوام بیاورند.

محصولاتی که باید با مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند، عبارتند از لوله های زهکشی و آب، مخازن زیر زمینی بنزین، برج های خنک کننده، سیستم فاضلاب، سازه های کنترل سیلاب مانند دروازه سدها و سازه های مورد استفاده در صنعت تولید انرژی. از آنجا که فایبرگلاس در برابر خوردگی و سایش بسیار مقاوم است یک ماده ایده آل برای ساخت تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی است.

برنامه های کاربردی برق

پایداری دما و استحکام مکانیکی از ویژگی هایی است که فایبرگلاس را به ماده ای مناسب برای استفاده در لوازم الکترونیکی تبدیل می کند. الیاف شیشه ای یکی از رایج ترین موادی است که برای عایق کاری تجهیزات الکتریکی در صنایع مختلف و برای عایق سازی در لوازم الکترونیکی استفاده می شود. پوشش های فایبرگلاس، روی سیم کشی ها انجام می شود تا این محصولات عایق شوند. الیاف شیشه ای همچنین در تابلو برق، ترانسفورماتور، قطعات کامپیوتر و غیره استفاده می شود.

صنعت دریایی

۷۰ درصد قایق ها با فایبرگلاس ساخته می شوند. دوام و استحکام الیاف شیشه ای مهمترین دلایلی است که باعث می شود این ماده در صنعت دریایی غالب باشد. یکی از مزایای اصلی استفاده از الیاف شیشه ای در صنایع دریایی این است که می توان آن را به راحتی به اشکال مختلف قالب بندی کرد.

صنعت خودرو

وزن سبک فایبرگلاس آن را به یک ماده ساختاری ترجیحی در صنعت خودرو تبدیل کرده است. بسیاری از عناصر ساختاری یک وسیله نقلیه از الیاف شیشه ای ساخته شده است.

خطرات مربوط به فایبرگلاس

هنگامی که الیاف شیشه ای دچار مشکل می شوند ذرات معلقی را در هوا منتشر می کنند که ممکن است توسط کسانی که آن را نصب یا حذف می کنند، استنشاق شود. این ذرات معلق برای سلامتی بسیار خطرناک هستند و ممکن است باعث ایجاد سرطان شوند.

اگر با فایبرگلاس کار می کنید، حتما باید از دستکش، پیراهن آستین بلند و عینک استفاده کنید. برای جلوگیری از استنشاق الیاف نیز باید از ماسک استفاده شود.