Thủy tinh là vật liệu giòn và dễ vỡ nhưng khi ở dạng sợi lại hoàn toàn linh hoạt. Sợi thủy tinh có phạm vi ứng dụng đa dạng và mang nhiều đặc tính ưu việc về độ bền, khả năng chống cháy, chống nhiệt… nên dần chiếm ưu thế trong ngành sản xuất vật liệu. Để hiểu hơn về sợi thủy tinh và ứng dụng của nó Havico đã tổng hợp được những thông tin quan trọng ngay bài viết dưới đây!

Sợi thủy tinh là gì?

Sợi thủy tinh là vật liệu gồm nhiều sợi thủy tinh cực kỳ mỏng, mịn và nhẹ được tạo thành từ việc gia nhiệt từ Silicat hay thủy tinh tái chế ở nhiệt độ 1500oC – 1700oC và kéo thành từng sợi với đường kính chỉ từ 4 – 34 μm.

Sợi thủy tinh là gì?

Sợi thủy tinh là dạng chất dẻo được gia cố, sử dụng nhiều trong ngành sản xuất vật liệu. Một trong số đó là sợi thủy tinh gia cường cho nhựa để tạo thành vật liệu nhựa tổng hợp composite.

Những sợi thủy tinh rất mịn được làm thành từng tấm, dạng vải, lưới hoặc có thể đúc khuôn thành nhiều hình dạng kiểu dáng nên nó có tính ứng dụng rất cao.

Nên xem: Giới thiệu về vật liệu composite và những tính năng vượt trội của vật liệu composite

Phân loại

Theo nguyên liệu thủy tinh thô:

Sợi thủy tinh được phân loại dựa vào các nguyên liệu thủy tinh thô. Mỗi sự kết hợp và tỉ lệ của thành phần trong thủy tinh mang lại loại sợi có đặc tính khác nhau.

  • Thủy tinh loại A (A Glass): Có thành phần tương tự với kính được dùng làm cửa sổ với 72% silica, 25% soda và vôi. Đặc trưng của loại này là tính kiềm và chống hóa chất.
  • Thủy tinh loại C (C Glass): Đây là loại thủy tinh hóa học có tính kiềm – vôi, được làm từ natri borosilicate, hàm lượng oxit cao giúp tăng độ bền, chống ăn mòn, chống chịu sự tác động của hóa chất.
  • Thủy tinh loại D (D Glass): Có thành phần borosilicate, thủy tinh D có đặc trưng về độ bền điện môi được ứng dụng cho việc cải thiện hiệu suất của điện.
  • Thủy tinh loại E (E Glass): Thủy tinh được làm từ nhôm-canxi-borosilicate, có đặc tính cách điện.
  • Thủy tinh loại ECR ( ECR Glass): Thủy tinh nhôm silicat canxi có ưu điểm vượt trội về khả năng chống ăn mòn vết nứt xảy ra do sự biến dạng trong môi trường axit.
  • Thủy tinh AR (AR Glass): Thủy tinh có cấu tạo từ silicat zirconium kiềm có đặc tính chống kiềm cao được sử dụng nhiều trong bê tông sợi thủy tinh hay nền xi măng.
  • Thủy tinh loại S (S1 và S2 Glass): Loại thủy tinh có cấu tạo từ nhôm silicat magie, độ bền rất cao được dùng trong các ứng dụng ngành hàng không và vũ trụ.

Phân loại sợi thủy tinh

Phân loại theo dạng sản phẩm:

  • Dạng thô
  • Sợi chỉ
  • Dạng bện

Đặc điểm – tính chất

  • Tính ổn định về kích thước: Sợi thủy tinh rất ổn định về kích thước. Nó không bị co lại hay giãn ra khi tiếp xúc với điều kiện nhiệt độ.
  • Khả năng chống ẩm: Sợi thủy tinh không bị thấm nước vào trong nên đặc tính của nó không bị thay đổi cả về cấu trúc hóa học hay vật lý.
  • Độ bền cao: Tỉ lệ độ bền trên khối lượng của vật liệu cao nên sợi fiberglass rất phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu trọng lượng tối thiểu và độ bền cao.
  • Tính chống cháy: Bản chất sợi thủy tinh là vô cơ nên có đặc tính chống cháy. Vật liệu không bắt lửa và cũng không là chất xúc tác để cho lửa bùng mạnh hơn. Ở nhiệt độ 1000°C, fiberglass vẫn giữ được khoảng 25% sức mạnh ban đầu.
  • Tính kháng với hóa chất: Sợi thủy tinh chống chịu tốt với đa số các hóa chất nhưng có thể bị ảnh hưởng bởi axit flohydric, axit photphoric nóng và các chất kiềm mạnh.
  • Cách điện: Vật liệu có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt, điện môi thấp, độ hút ẩm thấp nên được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị cách điện.
  • Dẫn nhiệt: Sợi thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt thấp nên chúng có khả năng tản nhiệt nhanh.
  • Khả năng tương thích với nền hữu cơ: Sợi thủy tinh có thể kết hợp với những vật liệu khác để tạo ra một vật liệu mới mang những ưu điểm tổng hợp. Fiberglass có thể là chất gia cường cho nhựa để tạo thành nhựa composite cốt sợi thủy tinh hoặc gia cường cho vật liệu nền là khoáng chất (xi măng)…

Quy trình sản xuất sợi thủy tinh

Nguyên vật liệu

Sợi thủy tinh được nấu chảy trực tiếp hoặc nấu lại từ đá cẩm thạch. Các thành phần của thủy tinh từ silica và những thành phần khác có thể được thêm vào với một tỉ lệ nhất định để thành phẩm sợi mang những đặc tính của loại thủy tinh (E Glass, S Glass…), phù hợp với những ứng dụng cụ thể.

Ở giai đoạn này, các vật liệu thô này cần được đo với lượng chính xác và trộn theo mẻ một cách kỹ càng. Trong các nhà máy sản xuất sợi thủy tinh, việc trộn được thực hiện một cách tự động hóa nhằm mang lại hiệu quả chính xác về lượng và thời gian như vi tính hóa đơn vị cân, vận chuyển theo băng tải, và hệ thống cấp lượng thành phần vật liệu chính xác.

Nấu chảy

nấu chảy sợi thủy tinh

Dùng khí nén để đưa hỗn hợp đến lò đốt nóng với nhiệt độ xấp xỉ 1400oC để nấu chảy nguyên vật liệu. Lò nấu chảy trải qua 3 phần:

  • Nơi nhận mẻ thủy tinh, nóng chảy ở nhiệt độ đồng nhất và loại bỏ bong bóng không khí
  • Thủy tinh nóng chảy được chảy vào máy tinh chế và nhiệt độ lúc này giảm còn 1370ºC
  • Các ống lót dùng để đùn thủy tinh nóng chảy thành dạng sợi

Fiberite hóa – Sợi hóa

Thủy tinh nóng chảy được ép đùn qua các tấm ống lót được nung nóng. Chúng có từ 200 đến 8000 lỗ hay vòi phun với đường kính cực kỳ nhỏ. Một máy đánh gió quay với tốc độ nhanh hơn nhiều so với tốc độ thủy tinh nóng chảy thoát ra khỏi ống lót, lực căng xuất hiện có tác dụng kéo chúng thành các sợi mỏng.

Làm mát các sợi tơ khi chúng vừa thoát ra khỏi ống lót bằng các tia nước hoặc phun sương ở nhiệt độ 1204ºC. Các sợi được đùn ra với đường kính rất nhỏ chỉ từ 4 đến 34 micromet, tức là chỉ mảnh bằng 1/10 đường kính sợi tóc người.

Phủ/ làm khô và đóng gói

Lớp phủ sizing được thêm vào có thể là chất bôi trơn, chất kết dính hay chất kết nối giúp các sợi không bị mài mòn hay đứt gãy trong quá trình vận chuyển, quấn định hình hay chuyển đổi thành các dạng gia cố khác.

thành phẩm sợi thủy tinh

Các tác nhân này giúp sợi có một ái lực và sự thương thích hóa học với một số chất khác như nhựa và tăng cường kết dính trong một vật liệu tổng hợp.

Các sợi nhỏ được rút ra và tập hợp lại với nhau thành bó. Một sợi thủy tinh gồm 51 đến 1624 sợi nhỏ. Sau đó làm khô trong lò trước khi chuyển đi cho các giai đoạn định hình khác như cuộn, cắt nhỏ, sợi hay dệt…

Sợi thủy tinh có ưu điểm gì?

Ưu điểm:

  • Sợi thủy tinh dần trở thành giải pháp thay thế cho nhiều loại vật liệu truyền thống như thép, nhôm, gỗ, bê tông… Ngoài ra khi sợi thủy tinh kết hợp với những vật liệu khác sẽ tạo ra sản phẩm mới có độ bền lý tưởng.
  • Nếu như nguyên liệu thủy tinh rắn vốn giòn và dễ vỡ thì khi kéo thành sợi, sợi thủy tinh hoàn toàn không mang những hạn chế đó nữa. Thay vào đó, chúng linh hoạt hơn với tính dẻo, mềm, độ bền cao.
  • Trọng lượng nhẹ
  • Cách nhiệt, không thu hút côn trùng, mối mọt, không bị ảnh hưởng hay hư hại bởi các loài gặm nhấm.
  • Chống nước và axit.
  • Có thể được dùng làm vật liệu cách âm cho nhà ở, văn phòng, quán karaoke…
  • Dễ gia công, tạo hình, kéo, uốn nhờ độ bền kéo cao và độ mềm dẻo linh hoạt.
  • Khi làm chất gia cố cho vật liệu nền, sợi thủy tinh làm tăng độ bền, cứng cáp và khả năng chịu tác động lực cho vật liệu.
  • Độ bền của sợi cao gần như thép

Hạn chế:

  • Những vật liệu cách nhiệt bằng sợi thủy tinh khi bị ẩm sẽ mất đi đặc tính cách nhiệt cho đến khi chúng khô lại. Do đó, người ta ít khi sử dụng vật liệu cách nhiệt bằng thủy tinh cho mái nhà vì đây là nơi dễ bị dột hay dễ ngưng tụ nước mưa.

Sợi thủy tinh có độc hại không?

Sợi thủy tinh mỏng, nhẹ và lơ lửng trong không khí, khi tiếp xúc với da hoặc hít phải có thể gây ra một số phản ứng của cơ thể, gọi chung là “phơi nhiễm sợi thủy tinh”.

  • Khi tiếp xúc với da có thể gây ra tình trạng ngứa ngáy
  • Khi hít phải sợi thủy tinh có thể gây kích ứng đến đường hô hấp (ho, nghẹt mũi, đau họng…)

Tuy nhiên, những triệu chứng này không kéo dài và cũng chưa có nghiên cứu khoa học nào cho thấy sợi thủy tinh nguy hiểm với sức khỏe hay là gây bệnh ung thư. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đánh giá rằng không có bằng chứng nào về sợi thủy tinh dùng làm vật liệu cách điện có thể làm tăng nguy cơ gây ung thư da của người tiếp xúc nó trong quá trình sản xuất.

Để phòng tránh những triệu chứng phơi nhiễm sợi thủy tinh gây khó chịu cho da và đường hô hấp, các công nhân, người sản xuất trực tiếp với sợi thủy tinh hoặc nhân viên thi công sửa chữa nhà cửa cần được trang bị đồ bảo hộ như quần áo rộng, dài tay, dài chân, khăn che đầu, găng tay, mắt kính…

Ứng dụng của sợi thủy tinh

Nhờ những đặc tính cơ học tuyệt vời, sợi thủy tinh dưới dạng vật liệu chính hay dưới dạng thành phần trong các vật liệu composite đều đóng vai trò quan trọng và ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp và các lĩnh vực khác của cuộc sống.

Ghế hồ bơi Composite GHB03

Trong đời sống

  • Làm chất gia cường cho nhựa để tạo ra vật liệu tổng hợp composite làm đồ trang trí, bàn ghế, vật dụng treo tường, tranh ảnh, mô hình composite
  • Sợi thủy tinh được sử dụng để làm tường, vách, ống khói.
  • Dùng làm vật liệu cách điện cho các thiết bị điện như dây điện, cáp điện…
  • Ở dạng sợi, nỉ, tấm ép cứng, sợi thủy tinh có tác dụng làm vật liệu cách âm cho nhà ở, văn phòng…
  • Nhờ đặc tính chống ẩm mốc, độ bền cao, thời gian sử dụng lâu dài, sợi thủy tinh được dùng để làm các bao bì đựng hàng hóa.
  • Dùng để làm vải may mặc.
  • Gia cố để làm lốp xe và các phương tiện giao thông khác.

Trong công nghiệp sản xuất

  • Trong công nghiệp sản xuất đồ uống/ thực phẩm, sử dụng lưới sợi thủy tinh trong các băng tải, dây chuyền đóng chai của nhà máy bia, nhà máy nước giải khát. Lưới fiberglass cũng có chức năng chống trơn trượt cho nhà máy chế biến thịt.
  • Trong công nghiệp hóa chất, lưới sợi thủy tinh được dùng để chống trượt của bề mặt các loại đá nhúng. Sợi thủy tinh chịu được sự ăn mòn của các chất hóa học như axit, kiềm… nên được ứng dụng làm vải lọc trong các nhà máy hóa chất.
  • Làm bồn chứa hóa chất, dung dịch, các bể sơn…
  • Dùng sợi thủy tinh để gia cố cho các vật liệu khác ứng dụng làm các bộ phận của ô tô như thân ô tô, vỏ, khung xương…
  • Vải sợi thủy tinh giúp giảm ồn trong các hệ thống nhà máy lọc dầu, đóng tàu, trong các hệ thống ống dẫn hay máy phát điện.

Ngành xây dựng

  • Fiberglass được ứng dụng làm vải lưới để gia cố mặt tiền, chống các vết nứt trên bề mặt tường.
  • Dùng sợi thủy tinh kết hợp với những vật liệu khác để gia tăng đặc tính cách nhiệt.
  • Băng keo dán tường bằng sợi thủy tinh được dùng để dán tăng cường các khớp, vách thạch cao trong các hoạt động xây dựng sửa chữa phòng ốc, nhà cửa.
  • Sợi thủy tinh được dùng để làm tấm phủ sơn tường như một chấy chống cháy.
  • Fiberglass được dùng để làm chất gia cố cho các loại tấm trải sàn nhằm tăng độ bền, khả năng chịu kéo và hạn chế việc bị đâm thủng bởi những dịch chuyển có trọng lượng nặng.
  • Cửa sổ sợi thủy tinh được lắp đặt trong các tòa nhà ở dạng cửa sổ mái hiên, cửa sổ đôi hay cửa sổ trượt.
  • Là chất gia cố cho bê tông để tăng độ bền cho vật liệu xây dựng.
  • Lưới sợi thủy tinh dệt được sử dụng để gia cô cho mặt đường để tăng độ bền, hạn chế các vết nứt, chống co giãn…

ứng dụng của sợi thủy tinh

Hàng không vũ trụ

  • Tham gia vào chất liệu làm vỏ tên lửa, vòi phun xả, dây tóc
  • Tấm chắn nhiệt cho các thiết bị ngành hàng không

Các ứng dụng khác của sợi thủy tinh

  • Ngoài ra, sợi thủy tinh còn được ứng dụng trong các tháp giải nhiệt để hạn chế tình trạng ăn mòn, rỉ sét và được sử dụng như một cách để đảm bảo cho con người và con vật và đồ vật bên trong tháp.
  • Sợi thủy tinh có đặc trưng về chống ăn mòn nên được ứng dụng ở các bến tàu thuyền hoặc làm vỏ thuyền để ngăn chặn sự ăn mòn của nước biển và hơi muối mặn.
  • Trong y tế, sợi thủy tinh được dùng làm các ống nội soi để quan sát các nội tạng bên trong cơ thể và dùng để làm chất bó bột.
  • Dây dẫn quang trong ngành truyền thông cũng sử dụng vật liệu này mang hiệu quả như tiết kiệm chi phí, hạn chế sự nhiễu của điện từ…
  • Các ứng dụng đa dạng từ sợi thủy tinh như băng keo, ống, vải sợi, dùng làm bể cá, tổ ong giấy, thân ô tô, các tấm lợp, các loại vải chống nóng, các dụng cụ thể thao như gậy, ván lướt sóng…

Xem thêm: Một số sản phẩm chậu composite được làm từ sợi thủy tinh tại đây

Ban biên tập: Havico

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *