Fibra de vidrio

INTRODUCCIÓN.

A lo largo de la historia, el ser humano ha indagado en el descubrimiento de distintos materiales que le sean útiles para llevar a cabo la realización de distintas tareas, desde la piedra, el bronce y el metal, hasta compuestos y materiales de ingeniería que forman parte de nuestro presente y son resultado del continuo avance científico y tecnológico.

Un compuesto se forma a partir de un material de refuerzo y una matriz; unidos a partir de una interfaz; uno de los materiales más utilizados como fibras de refuerzo en la actualidad, es la fibra de vidrio, la que como lo indica su nombre, es un material que consiste en numerosos y extremadamente finas fibras de vidrio. [15]

Su origen se remonta a dos mil años al menos; los primeros registros de su aparición son de Egipto, donde moradores del desierto calentaban su alimento con fuego sobre piedra y tras ello hallaban filamentos de vidrio, producto de la fusión de la arena y el fuego. [16]

La fibra de vidrió está compuesta principalmente de sílice (SiO2), dentro de las más utilizadas son la fibra tipo E que posee importantes propiedades eléctricas y la fibra S caracterizada por su alta resistencia, éstas serán explicadas a detalle durante el desarrollo del presente documento.

La fibra de vidrio hoy en día es más conocida y usada que otros materiales; puede parecer extraño que el vidrio sea usado como refuerzo, cuando sin lugar a duda es tan fácil de romper, sin embargo, cuando éste se transforma a modo de fibras, se comporta de modo muy distinto, ya que estas fibras de vidrio se vuelven más reistentes y flexibles. [16]

La resistencia del hilo de vidrio es 3 veces mayor que el acero, resiste naturalmente el fuego, brinda estabilidad dimensional, posee alta durabilidad y además tiene baja conductividad térmica. [17]

Mediante lo anterior, hemos establecido parte de la magnánima importancia que juega este material; parte medular del presente proyecto de investigación. En las subsecuentes páginas hablaremos de cuanto respecta a la composición y propiedades de los principales tipos de fibras, los procesos de manufactura que son requeridos para su fabricación, las aplicaciones del material en cuestión, así como la relevancia y el impacto ambiental del mismo, éste último es un factor elemental, ya que si bien presenta excelentes propiedades, lo cual posibilita una amplia gama de aplicaciones, también es necesario el considerar los aspectos negativos que conicernen al uso y fabricación del material, tales como emisiones a la atmósfera, aguas residuales, residuos sólidos, y posibles daños a la salud; permitiendonos así no solo dotarnos de conocimiento referente al tema en cuestión, si no desarrollar una conciencia ética que sea facilitadora de la toma de desiciones en cuanto al uso responsable de la fibra de vidrio.

FIBRA DE VIDRIO

La fibra de vidrio es un material cerámico creado de filamentos o tiras de vidrio muy delgadas. Son las fibras más comúnmente utilizadas, en principio porque su  costo es menor a las de carbono o aramídicas.

Las aplicaciones más comunes son: carrocerías de automóviles y barcos, recipientes de almacenaje y principalmente la industria del transporte en general. [4]

Microestructura y Propiedades[pic 1]

La fibra de vidrió está compuesto principalmente de sílice (SiO2), ya que la sílice requiere de altas temperaturas para trabajarlo se le agregan otros materiales los cuales proporcionan otras propiedades a la fibra de vidrio.

TIPOS DE FIBRA DE VIDRIO

Las fibras de vidrio se clasifican con una letra dependiendo de la propiedad o característica que posea. Entre las más utilizadas actualmente se encuentra la fibra de vidrio E (eléctrico) y la fibra de vidrio S (alta resistencia).

La fibra de vidrio E se emplea como fibra de uso general para materiales compuestos. La cualidad de eléctrico se lo da el óxido de boro (B2O3), el cual hace que tenga cierta conductividad eléctrica. Se compone de 55% de Si02, 15% Al2O3, 20% CaO, 10% B2O3. Su densidad es de 2.58 g/cm^3. Algunas de sus es la resistencia a la tensión de 3.44 GPa y el módulo de elasticidad de 72.3 GPa. [5,14]

La fibra de vidrio S se utiliza para producir fibras de alta resistencia para materiales compuestos. Está compuesto de 65% de SiO2, 25% de Al2O3 y 10% MgO. Su densidad es de 2.46 g/cm^3. Su resistencia a la tensión mayor a 4.48 GPa y su módulo de elasticidad es de 85.4 GPa. [5,14]

A lo largo del tiempo, se han estado creando y modificando varias fibras de vidrio como lo son:

• Vidrio C: Contiene entre 64 y 78% de SiO2, 3-5% de Al2O3 y 4-6% de B2O3. Es resistente a la corrosión.
• Vidrio D: Su composición se basa en un 72 a 75% de SiO2, 0-1% de Al2O3 y 21-24% de B2O3. Es un vidrio dieléctrico, o sea, tiene baja conductividad eléctrica.
• Vidrio ECR: Es una modificación del vidrio E. Está compuesto de 54-62% de SiO2 y 9-15% de Al2O3. Tiene mejor resistencia a la corrosión en condiciones acida que su antecesor.
• Vidrio AR: Su composición se basa de 55 a 75% de SiO2 y 1 a 18% de ZrO2. Se utiliza en sustratos de cemento y concreto. Tiene resistencia alcalina.
• Vidrio R: Contiene de 55 a 60% de SiO2 y 23 a 28% de Al2O3. Tiene alta resistencia y alto modulo a un costo más bajo que el vidrio S. [5]

PROCESOS DE PRODUCCIÓN.

FUSIÓN

La fibra de vidrio puede elaborarse mediante un proceso de fusión directa y un proceso de refundición. En el proceso de refundición, el material ya fundido es cortado, envuelto en bolitas y enfriado, para posteriormente ser envasado y transportado a donde será maquinado en forma de fibra de vidrio. En el lugar, es refundido y extruido mediante una maquina denominada Bushing, que lo ha de conformar en filamentos, en el proceso de fusión directa, el vidrio fundido se lleva de forma directa al buje de conformación. [1]

Proceso de fundición directa                                 Proceso de fundición indirecta

[pic 2]                                                                                 [pic 3][2]

CONFORMACIÓN.

Esta fundamental etapa del proceso, es llevada a cabo a partir de una máquina denominada Bushing, la cual consiste en un cabezal metálico calefaccionado, fabricado en platino aleado con rodio,  el cual dispone las boquillas para que los filamentos se formen a través de éstas.

Si se trata del proceso de fusión directa, el cabezal ha de fungir como colector directo, mientras que en el proceso de refundición Bushing resulta ser un horno que derrite más el material, es en demasía importante el considerar el tamaño de la boquilla, pues el espesor de las paredes de éstas en la región de salida es crítico para la fabricación de filamentos continuos. El número de boquillas oscilará entre 200 a 4000, por lo general, en múltiplos de 200.

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