فایبرگلاس Fiberglass کامپوزیتی از الیاف شیشه با مواد پلیمری است که از پشم شیشه به عنوان ماده تقویت کننده و از مواد پلیمری به عنوان مواد زمینه استفاده میشود. فایبرگلاس یا الیاف شیشه یکی از غالب‌ترین انواع فیبرها است که در صنایع پلیمر تقویت شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. به جز فایبرگلاس، میتوان به فیبر کربنی و کِولار به عنوان مواد تقویت کننده‌ای اشاره کرد که به صورت رایج مورد استفاده میشوند. فایبرگلاس بسیار انعطاف پذیر بوده و میتوان آن را به صفحات یا پارچه هایی که به صورت تصادفی به هم بافته شده اند، تبدیل کرد.
فایبرگلاس چیست؟
از ترکیب الیاف پشم شیشه با مواد پلیمری، فایبرگلاس ساخته میشود. الیاف پشم شیشه برای تقویت‌کنندگی فایبرگلاس به‌کار می‌روند و مواد پلیمری مثل رزین هم به‌عنوان چسباننده‌ی پایه استفاده میشوند. درواقع رزین کمک می‌کند تا نیرو و تنش واردشده به قطعه در سراسر سطح آن پخش شود. ورق فایبرگلاس بسیار سبک هستند و به همین دلیل در دنیای صنعت کاربردهای خیلی زیادی دارند و می‌توانند جایگزین خوبی برای خیلی از مواد مصرفی قبلی باشند. در ادامه در مورد کاربردهای فایبرگلاس توضیح خواهیم داد.
ترکیب پایه فایبرگلاس
فایبرگلاس را میتوان در انواع مختلفی بسته به کاربرد خاص آن تولید نمود. انواع مختلف فایبرگلاس دارای ترکیب‌های متفاوتی است که تولید ویژگیهای متمایز هر نوع از فایبرگلاس را در پی دارد. ترکیب اصلی همه انواع فایبرگلاس به استثنای چند ماده خام، یکسان است. مقادیر مواد خام در هر نوع فایبرگلاس متفاوت است و از این رو، هر نوع دارای مجموعه منحصربفردی از ویژگیها است. مواد خام پایه‌ای که در تولید فایبرگلاس استفاده میشود عبارت است از ماسه سیلیکا، خاکستر سودا و آهک. سایر محتویات شامل بوراکس، آلومینای کلسینه شده، مگنزیت، کائولین، خاک رس، فلدسپار و مانند آن است. ماسه سیلیکا شکل دهنده شیشه بوده و خاکستر سودا و آهک، نقطه ذوب را پایین می آورند. سایر محتویات به بهبود ویژگیهای مختلف کمک می‌کنند.
ویژگیهای اصلی فایبرگلاس
فایبرگلاس به خاطر ویژگیهای خاص خود، محبوب‌ترین پلیمر استحکام دهنده است. فایبرگلاس به واسطه شایستگی‌های خود در صنایع مختلفی رواج یافته است. اجازه دهید نگاهی به ویژگیهای آن داشته باشیم.
- ویژگیهای الکتریکی: فایبرگلاس یک عایق قوی الکتریکی است و در عین حال ضخامت آن بسیار اندک است.
- پایداری ابعاد: یکی از بهترین ویژگیهای فایبرگلاس آن است که حساسیتی به تفاوت‌های دما یا رطوبت ندارد.
- استحکام مکانیکی: مقاومت ویژه فایبرگلاس بیشتر از فولاد است که باعث میشود ماده‌ای تقویتی با عملکرد بسیار بالا باشد.
- رسانایی گرمایی: رسانایی گرمایی فایبرگلاس کم است و این امر، آن را به ماده‌ای بسیار مفید برای صنایع ساخت و ساز تبدیل می‌کند.
- نفوذپذیری دی الکتریک: فایبرگلاس یک ماده نفوذپذیر دی الکتریک است و در نتیجه میتوان از آن برای تولید پنجره‌های الکترومغناطیسی استفاده کرد.
- سازگاری با مواد آلی: فایبرگلاس در اندازه‌های مختلفی موجود است. و این توانایی را دارد که با تعدادی از ماتریس معدنی مثل سیمان و همین طور رزین‌های متعدد؛ مصنوعی ترکیب شود.
- دوام: فایبرگلاس ماده‌ای بسیار بادوام است چرا که پوسیده نمی‌شود. همین طور، از حشرات یا موجودات جونده نیز در امان است. این امر یکپارچگی ساختاری و دوام سازه‌هایی که با استفاده از فایبرگلاس تولید شده‌اند را تضمین می‌کند.
- عدم اشتعال پذیری: یک ویژگی دیگر که باعث میشود فایبرگلاس ماده‌ای محبوب برای استفاده باشد، ترکیب معدنی آن است. با توجه به این که فایبرگلاس یک ماده معدنی است، غیرقابل اشتعال است، بدین معنی که به تقویت و گسترش آتش کمک نمی‌کند. همین طور فایبرگلاس در صورت قرار گرفتن در معرض حرارت، دود یا مواد سمی از خود منتشر نمی‌کند.
کاربرد مواد اولیه فایبرگلاس
از مهمترین کاربرد مواد اولیه فایبرگلاس میتوان در ساخت و تولید سپر انواع خودروها، انواع ایرانیتها، اتاقک‌ها، سیلوهای ذخیره سیمان، انواع مخازن ذخیره مایعات مختلف از جمله مخزن آب، مخزن مواد شیمیایی، مخزن اسید، سپتیک تانک، چربی گیر فایبرگلاس و مهمتر در ساخت بدنه برج خنک کننده؛ از آن جا که برج‌های خنک‌کننده همیشه مرطوب هستند، باید از آنها در برابر زنگ زدگی، خوردگی و سایر موارد ایمنی محافظت شود. به دلیل خواص عالی فایبرگلاس، در این برج‌ها به عنوان غربالگری استفاده میشود تا مردم و حیوانات را از مناطق خطر دور نگه دارد.
ترکیبات مهم در فایبرگلاس
یکی از ترکیبات فایبرگلاس رزین میباشد؛ این ماده کمک می‌کند تا نیروهای وارد شده به قطعه، در سرتاسر آن پخش شود و کل فشار نیرو روی یک بخش قطعه متمرکز نباشد. رزین که نام دیگر آن صمغ است؛ در واقع نوعی مایع غلیظ میباشد که انعطاف پذیری بالایی دارد و از آن در فایبرگلاس برای محافظت در برابر آسیب‌های شیمیایی و فیزیکی استفاده می‌کنند. امروزه برای ریختن سیلیس فیلترشنی در مخازن جهت تصفیه آب و فاضلاب، از مخزن فایبرگلاس استفاده می‌کنند. از عمده ویژگیهای فایبرگلاس میتوان به مقاومت و پایداری آنها در مقابل اشعه UV نسبت به سایر ماده‌ها اشاره نمود. مواد اولیه‌ای که در ساختار فایبرگلاس وجود دارد باعث میشود تا سختی و مقاومت این ماده بالا باشد.
نقش رزین در فایبرگلاس
به انواع رزین‌ها که در ساخت مخازن فایبرگلاس از آنها استفاده میشوند عبارتند از: پلی استر، ونیل استر، اپوکسی اشاره کرد. پلی استرها ضعیف در برابر خوردگی بوده و ونیل استر مقاومت خوب در برابر خوردگی داشته و اپوکسی مقاوم در برابر خوردگی و دما میباشد.
در یک کامپوزیت رزین سهم بیشتری را در مقایسه با مواد دیگر به خود اختصاص می‌دهد که در ضمن دارای دونقش میباشد؛ اول به عنوان نگهدارنده یا تثبیت کننده محل الیاف تقویتی ودوم اینکه در صورت اعمال نیرو به قطعه باعث تغییر شکل و توزیع تنش در کل سطح میگردد. متداولترین رزین مصرفی در صنایع فایبرگلاس رزین پلی استر غیر اشباع است و از انواع دیگر میتوان به اپوکسی‌ها؛ وینیل استرها ؛ فنولیک ها و غیره اشاره نمود.
چگالی فایبرگلاس
چگالی فایبرگلاس در حدود ۲۰۰۰-۱۸۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب است. کامپوزیتها یا قطعات فایبرگلاس حاوی یک نوع یا بیشتر از الیاف تقویت کننده بوده که توسط یک رزین احاطه میگردند. در بسیاری از کاربردها استفاده از مواد مغزی (مانند فوم‌ها و …) باعث افزایش قابل توجه مدول مقطعی در قطعات کامپوزیت میگردد.
استفاده از مواد مغزی باعث افزایش سفتی و سختی قطعات فایبرگلاس یا کامپوزیت میگردد. قطعات کامپوزیتی دارای مواد مغزی می‌توانند یک طرف و یا دو طرف سطح صاف و صیقلی به شکل ساندویچ تولید شوند. الیاف تقویتی نقش اصلی را در استحکام و مقاومت قطعات کامپوزیت را دارا می‌باشند، که تعدادی از انواع آن شامل الیاف شیشه، الیاف کربن، الیاف آرامید، کولار و غیره هستند. که الیاف های فوق الذکر خود دارای اشکال و انواع مختلفی می‌باشند.
مزایای فایبرگلاس و کامپوزیت
از مزایای مهم آن میتوان به وزن سبک، استحکام بالا، دوام قابل توجه، پایداری نسبی دربرابر اشعه UV و مقاومت شیمیائی اشاره کرد. کامپوزیتها یا قطعات فایبرگلاس دارای رتبه اول گسترش کاربرد در صنایع مختلف هستند. در حال حاضر در سراسر دنیا مقاوم‌ترین مخازن دربرابر حرارت و اسید از جنس فایبرگلاس ساخته میشوند. بطور مثال سینک‌های آزمایشگاهی ضد اسید پلیمری را نمی‌توان از پلی اتیلن ساخت چرا که اسید به سرعت با پلی اتیلن واکنش نشان داده و سبب خوردگی مخزن میگردد و در این موارد حتما می باید از فایبرگلاس جهت مخازن نگهداری اسید استفاده نمود.