סִיבֵי זְכוּכִית זהו חומר סיבי המורכב מחוטים גמישים דקים של זכוכית. זה יכול להציג כמה חתכים, מאפיינים ויישומים. בין סיבי הזכוכית העיקריים הקיימים (והממוסחרים ביותר) נמצא סוג E, בעל מוליכות חשמלית נמוכה.
לסיבי זכוכית יש סיליקה כמרכיב העיקרי שלהם, אם כי הם נושאים כמה תחמוצות אחרות בהרכבם, אשר ישפיעו על היישום הסופי של הסיב. סיבי טקסטיל מיוצרים מזכוכית מותכת ומנוצלים מאז מצרים העתיקה. שיא השימוש בו, לעומת זאת, התרחש במאה ה-20, עם שימוש נרחב בתעשיית הטקסטיל וכחיזוק לפולימרים.
קראו גם: פלסטיק PET - אחד הפולימרים הסינתטיים הנפוצים ביותר בעולם
נושאי מאמר זה
- 1 - סיכום על פיברגלס
- 2 - מהו פיברגלס?
- 3 - סוגי פיברגלס
- 4 - למה משמש פיברגלס?
- 5 - כיצד מתקבל פיברגלס?
- 6 - איך נוצר פיברגלס?
סיכום על פיברגלס
- פיברגלס הוא חומר העשוי מחוטי זכוכית דקים וגמישים.
- סוגי סיבי הזכוכית נקראים על פי תכונותיהם.
- הפיברגלס הנמכר ביותר הוא מסוג E.
- המרכיב העיקרי של פיברגלס הוא סיליקה, SiO2.
- פיברגלס יכול לשמש בתעשיית הטקסטיל, כמבודד תרמי וכחיזוק לפולימרים.
- חומר זה היה בשימוש מאז מצרים העתיקה, שהגיע לשיאו במאה ה-20.
מה זה פיברגלס?
את הפיברגלס זהו חומר העשוי על ידי חוטים גמישים דקים
מזכוכית. ישנם מספר סוגים של פיברגלס, בעלי מאפיינים, חיתוכים ויישומים שונים. המרכיב העיקרי של פיברגלס הוא סיליקה, SiO2, אם כי גם אלמנטים אחרים יכולים להיות חשובים מאוד בהרכב הפיברגלס המתקבל.אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)
סוגי פיברגלס
סוגים של פיברגלס נקראים לפי המאפיינים הספציפיים שלהם:
- ו (חַשׁמַלִי) – מוליכות חשמלית נמוכה;
- ס (כוח) - התנגדות מכנית גדולה;
- W (כִּימִי) - עמידות כימית גדולה;
- M (מודול) - גמישות גבוהה;
- א (אַלקָלִי) – הרכב מתכת אלקלי גבוה;
- ד (דיאלקטרי) - קבוע דיאלקטרי נמוך;
- אוויר (עמיד בפני אלקלי) - עמידות בסיסית גבוהה.
רוב סיבי הזכוכית המיוצרים כיום, כ-90%, הוא סוג E. להלן טבלה המכילה את ההרכב הכימי המשוער של הסוגים העיקריים של סיבי זכוכית.
הרכב כימי משוער של סיבי זכוכית (לפי סוגים) | |||||||
מַרכִּיב |
ו |
ס |
W |
M |
א |
ד |
אוויר |
SiO2 |
52-56 |
60-65 |
65 |
53,5 |
71,8 |
72-75 |
58,3-60,6 |
ב2O3 |
4-6 |
- |
5 |
- |
- |
21-24 |
- |
אל2O3 |
12-15 |
23-35 |
4 |
- |
1 |
0-1 |
0,2 |
כֶּלֶב |
21-23 |
0-9 |
14 |
13 |
8,8 |
0-1 |
- |
MgO |
0,4-4 |
6-11 |
3 |
9 |
3,8 |
0,5-0,6 |
- |
ZnO |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
דוֹד2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0-2,8 |
ZrO2 |
0,2-0,5 |
0-1 |
- |
2,0 |
- |
- |
18,1-21,2 |
בְּ2O |
0-1 |
0-0,1 |
8,5 |
- |
13,6 |
0,4 |
13,0-14,1 |
ק2O |
0-0,2 |
- |
- |
- |
0,6 |
0,4 |
0-2,8 |
לקרוא2O |
- |
- |
- |
3,0 |
- |
- |
- |
אֱמוּנָה2O3 |
0,2-0,5 |
0-0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,3 |
- |
ו2 |
0,2-0,7 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
ראה גם: סיליקון - המרכיב העיקרי של זכוכית, קרמיקה וסיליקון
למה משמש פיברגלס?
באשר ליישומים שלהם, סיבי זכוכית יכול לשמש בתחומי תעשייה שונים. אחד מהיישומים העיקריים שלו הוא בייצור חומרים מרוכבים, בהם נעשה שימוש בפיברגלס. לחיזוק פולימרים.
נתונים מצביעים על כך שבשנת 2017, יותר ממיליון טון של פלסטיק מחוזק פיברגלס יוצר באירופה, שם הם נמצאים בדרך כלל. מיועד לבנייה והובלה. סיבי זכוכית יכולים להתנהג כמו חומרים עמידים, כגון פלדה, בנוסף להיותם קלים (צפיפות בטווח של 2.5 גרם ס"מ-3) ויש עמידות בפני קורוזיה.
גם לסיבי זכוכית יש תפקיד חשוב עבור סינון ובידוד (תרמית או אקוסטי). הביצועים התרמיים של פיברגלס קשורים לא רק למוליכות התרמית הנמוכה של הזכוכית אלא גם לרמה הנמוכה. צפיפות החומר, המאפשרת לכלוא את מסת האוויר, ובכך מספקת תכונות בידוד, כאשר הסיבים מספקים את מִבְנֶה.
עבור סינון, שטח הפנים של הסיבים כמו גם גודל המרווחים ביניהם הם גורמים חשובים. הדרך לייצור הסיב בקוטר הנכון יכולה לשפר את היבטי הסינון והבידוד של חומר זה.
איך משיגים פיברגלס?
הם קיימים שני תהליכים מקורות עיקריים לייצור פיברגלס. אחד מהם הוא ייצור צמר פיברגלס., משמש לבידוד תרמי. בתהליך זה מייבשים זרם של זכוכית מותכת במכונה מסתובבת, המורכבת מא מיכל מתכתי עגול עם חורים בקיר, מסתובב במהירות של 2000-3000 סל"ד ובטמפרטורה של 900-1100 מעלות צלזיוס.
זרמי הזכוכית היוצאים מהמסתובב נעצרים על ידי זרמי אוויר מהירים ההופכים אותם לסיבים עדינים (בקוטר של פחות מ-10 מיקרומטר), באורך של כמה סנטימטרים.
דרך נוספת לייצור פיברגלס היאדרך התהליך המתמשך. כאן, המטרה היא לייצר חוטים במטרה של חיזוק, בקוטר קטן (בין 9-25 מיקרומטר). לגבי אורך, סיבים מיוצרים בדרך כלל בצרורות עם חוטים (אוסף של מאות עד אלפי סיבים) באורך של כ-10 ק"מ.
בתהליך זה, זכוכית מותכת עוברת דרך חורים עדינים מאוד בצלחת פלטינה (או רודיום) באמצעות שחול. זכוכית יוצאת מהחורים עם טמפרטורה בטווח של 1150-1300 מעלות צלזיוס, בהתאם להרכב הכימי של החומר. מקובל להשתמש באדי מים ובאוויר טהור לקירור הזכוכית שיוצאת מהחורים. הסיבים נמשכים במהירות של 1000 מ' לדקה או אפילו יותר.
יודע יותר: קוולר - הסיב הסינטטי חזק יותר מפלדה
איך נוצר פיברגלס?
אפשרות להשיג סיבי זכוכית ידוע עוד מימי קדם, עוד לפני שנודע על טכניקות ניפוח זכוכית. אגרטלים מצריים רבים נוצרו על ידי עטיפת סיבי זכוכית בחימר כראוי.
העניין של תעשיית הטקסטיל בפיברגלס התעורר הרבה יותר מאוחר. הפיזיקאי הצרפתי רנה-אנטואן פרשו דה ראומור ייצר בשנת 1713 בדים מעוטרים בחוטי זכוכית עדינים. שימוש מפורסם אך נדיר בפיברגלס בתחילת מערכת היחסים שלו עם תעשיית הטקסטיל היה כאשר הוא שימש עבור ייצור שמלה שלבשה שחקנית, בשנת 1893, בתערוכה הקולומביאנית בשיקגו כדי למשוך תשומת לב בתערוכה של משקפיים.
תהליכי ייצור פיברגלס בתבניות הנוכחיות החלו במחצית הראשונה של המאה ה-20. ייצור סיבי טקסטיל מזכוכית בשיטה בה הם מועברים דרך חורים עדינים החל בשנות ה-30 בארצות הברית, החל ב-1939 בגרמניה. כבר ב-1939, הודות למאמצים של חברת אוונס-אילינוי לזכוכית, בניוארק, אוהיו, ארה"ב, תהליך ייצור הפיברגלס שופר, מה שהופך אותו לקיים באופן משמעותי במונחים כלכליים.
למרות ההתרחבות במהלך שאר המאה ה-20, בשנות ה-90, התעשייה החלה לרדת, הדורשים דרכי רציונליזציה של המגזר, היפטרות ממכונות ומתקנים מיושנים, שגרמו ליצרנים קטנים להיעלם כמעט לחלוטין.
נכון לעכשיו, תעשיית הפיברגלס מחפשת מיכון רב יותר, הפחתת עלויות העבודה ושימוש בפחות אנרגיה. רוב חברות קטנות מוזגו לחלקם של יצרנים גדולים.
קרדיט תמונה
[1] humphery/ Shutterstock
מקורות
MARTYNOVA, E.; CEBULLA, H. סיבי זכוכית. בתוך: סיבים אנאורגניים ומרוכבים: ייצור, מאפיינים ויישומים. כובע. 7. פ. 131-163. בריטניה: Elsevier, 2018.
ג'ונס, פ. ר.; HUFF, N. ט. מבנה ותכונות של סיבי זכוכית. בתוך: מדריך למאפייני מתיחה של סיבים טקסטיל וטכני. כובע. 15. פ. 529-573. קיימברידג', בריטניה: Woodhead Publishing Limited, 2009.
ג'ונס, פ. ר. סיבי זכוכית. ב: סיבים בעלי ביצועים גבוהים. כובע. 6. פ. 191-238. קיימברידג', בריטניה: Woodhead Publishing Limited, 2001.
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה
לחץ ולמד הכל על החומר עמיד עד פי שבעה מפלדה, Kevlar!
הבינו מהי זכוכית, כלומר ההרכב הכימי ומצב הצבירה שלה.
קרא את הטקסט הזה כדי לגלות אם זכוכית היא מוצקה או נוזלית, בנוסף להבנת ההגדרה של טמפרטורת מעבר של מוצק אמורפי וזכוכית.
לחץ כאן, למד על המאפיינים העיקריים של פלסטיק PET, למד על יישומיו וגלה כיצד הוא מיוצר וכיצד הוא ממוחזר.
הכירו את הפלסטיק הירוק, ביופולימר שמבטיח לסייע בהפחתת בעיית הצטברות האשפה על ידי פלסטיק.
למד הכל על פולימרים, מהשגה ועד למגוון השימושים.
השפעת הטמפרטורה על חומרים פלסטיים.
שמעת פעם על היסוד הכימי סיליקון? לחץ כאן ולמד על תכונותיו, מאפייניו, דרכי ההשגה, יישומים והיסטורייתו.
סיווג זכוכית לפי אופי והרכב.
