2.1.1.1 Khái niệm
Sợi thủy tinh là một trong những vật liệu đƣợc ứng dụng nhiều trong công nghệ mới ở những ngành công nghiệp khác nhau, đƣợc sản xuất từ một nguồn nguyên liệu sẵn có. Tất cả các loại sợi thủy tinh đều có nguồn gốc từ silica. Ở dạng tinh khiết, sợi tồn tại dƣới dạng chuỗi polyme (SiO2)n. Thủy tinh dƣới dạng sợi sẽ mất đi những nhƣợc điểm của thủy tinh khối nhƣ giòn, dễ nứt gãy mà trở nên có nhiều ƣu điểm cơ học hơn. Là một chất vô cơ dẻo hơn sợi thực vật hoặc động vật, sợi thủy tinh không thể thắt nút, không đàn hồi hay dãn rộng ra, không cháy, không dẫn điện. Chúng kém mềm dẻo hơn sợi dệt có nguồn gốc thực vật hoặc động vật, chúng bền vững (bền vững hơn bất kỳ sợi dệt nào), không mục nát, không thấm nƣớc và bền với hầu hết các axit. Chúng là một vật dẫn điện kém và trong một số trƣờng hợp là vật dẫn nhiệt và âm kém, không hút ẩm [23].
- Gia cƣờng cho các vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau nhƣ trang trí nội thất: màn, cửa, ghế, đồ treo tƣờng…;
- Cách nhiệt: Tƣờng vách, ống khói, lò hơi, tủ cách nhiệt, ống nƣớc…;
- Cách âm (nhà ở, văn phòng, cabin tàu thuyền, nhà hát) ở dạng sợi, dạ nỉ, đệm hoặc các tấm ép cứng;
- Cách điện (dây điện, cáp điện, hoặc các thiết bị tải dòng khác) ở các dạng sợi, chỉ, băng, vải, dây tết hoặc vải có hoặc không đƣợc tẩm nhựa tự nhiên, chất dẻo hay nhựa đƣờng.
- Làm vật liệu gia cố đối với các sản phẩm tƣờng, trần và vách thạch cao trong xây dựng nội thất nhƣ: làm lõi trong quá trình sản xuất tấm thach cao để tạo ra các tính năng chống cháy, chịu nhiệt, chống ẩm mốc, chống co giãn…
- Làm vật liệu gia cƣờng cho bê tông asphalt mặt đƣờng dƣới dạng sợi phân tán hoặc đan dạng lƣới sợi.
2.1.1.2 Quá trình hình thành sợi
Nguyên tố chủ đạo của công nghiệp chế tạo thủy tinh là Silic, chiếm tỷ lệ lớn trong cát trắng. Những phân tử chất lạ trong nguyên liệu sẽ làm thủy tinh có những màu sắc và tính chất khác nhau, có lợi cũng nhƣ có hại tùy mục đích sử dụng. Vì thế để chủ động, nhà sản xuất phải lọc thủy tinh thành thủy tinh siêu sạch bằng ly tâm hay bằng cách nung nguyên liệu với chất hấp phụ là Creolite hay Diatomic. Khi đã có nguyên liệu sạch giàu Silic, ngƣời ta nung nóng thủy tinh, làm lạnh nhanh để ngăn chặn quá trình kết tinh và tạo ra sợi thủy tinh bằng quá trình tạo sợi. Trong quá trình này, sợi thủy tinh đƣợc tạo ra liên tục bằng cách đùn thủy tinh nóng chảy qua một ống lót mạ bằng bạch kim nhiều lỗ, mỗi lỗ có đƣờng kính từ 0,793 – 3,175 mm. Trong khi vẫn có độ nhớt cao, các sợi này tiếp tục đƣợc đùn qua lƣới có đƣờng kính nhỏ hơn rất nhiều từ 3 – 20 µm. Những sợi riêng lẻ đƣợc kéo với vận tốc 61m/s và đƣợc quấn vào ống (xem Hình 2-1 . Đây là một cách tạo sợi điển hình, ngoài ra còn một số cách tạo sợi khác bằng bi quay ly tâm với thủy tinh đã nóng chảy.
Hình 2-1 Quá trình sản xuất sợi thủy tinh [23]
2.1.1.3 Phân loại sợi thủy tinh
Sợi thủy tinh đƣợc chia làm hai loại chính: sợi thủy tinh thông thƣờng có giá thành thấp và sợi thủy tinh đặc biệt. Hơn 90% sợi thủy tinh đƣợc sử dụng là sợi thủy tinh thông thƣờng. Loại này đƣợc chia thành nhiều loại sợi tùy theo đặc tính kỹ thuật của nó. Theo phân loại của [23] sợi thủy tinh đƣợc chia nhƣ Bảng 2-1:
Bảng 2-1 Phân loại sợi thủy tinh
Loại sợi Đặc tính cơ bản
E - Glass Dẫn điện kém
S - Glass Độ bền cơ học cao
C - Glass Ổn định với các chất hóa học
M - Glass Độ cứng cao
A - Glass Hàm lƣợng alkali lớn
D - Glass Cách điện bền vững
Sợi thủy tinh thông thƣờng chủ yếu là loại E – Glass, C-Glass đƣợc ứng dụng nhiều trong công nghệ lọc, cách nhiệt, gia cƣờng trong vải công nghiệp v.v… (xem Hình 2-2)
.
Hình 2-2 Sợi Thủy tinh loại C-Glass
Sợi thủy tinh đặc biệt đƣợc chia thành một số loại điển hình nhƣ S - Glass, D - Glass, A- Glass, ECR – Glass, sợi siêu tinh khiết silic, sợi rỗng và sợi trilobal. Các loại sợi thủy tinh đặc biệt này đƣợc lựa chọn sử dụng cho những mục đích đặc biệt có xét đến hiệu quả kinh tế.