1. Aplicação principal
A fibra de vidro não torcida com a qual as pessoas entram em contato no dia a dia possui uma estrutura simples, composta por monofilamentos paralelos agrupados em feixes. Essa fibra pode ser dividida em dois tipos: isenta de álcalis e com álcalis médios, diferenciando-se principalmente pela composição do vidro. Para a produção de fibras de vidro de qualidade, o diâmetro das fibras deve estar entre 12 e 23 μm. Devido às suas características, ela pode ser utilizada diretamente na formação de alguns materiais compósitos, como em processos de enrolamento e pultrusão. Além disso, pode ser tecida em tecidos de fibra de vidro, principalmente devido à sua tensão uniforme. A fibra de vidro picada também possui uma ampla gama de aplicações.
1.1.1Rolamento sem torção para jateamento
No processo de moldagem por injeção de FRP, o roving sem torção deve apresentar as seguintes propriedades:
(1) Como o corte contínuo é necessário na produção, é preciso garantir que menos eletricidade estática seja gerada durante o corte, o que requer um bom desempenho de corte.
(2) Após o corte, garante-se a produção da maior quantidade possível de seda bruta, garantindo assim uma alta eficiência na formação da seda. A eficiência na dispersão da mecha em fios após o corte é maior.
(3) Após o corte, para garantir que o fio bruto possa ser totalmente coberto no molde, o fio bruto deve ter um bom revestimento de filme.
(4) Como é necessário que seja fácil de estender para eliminar as bolhas de ar, é necessário infiltrar a resina muito rapidamente.
(5)Devido aos diferentes modelos de várias pistolas de pulverização, para se adequar a diferentes pistolas de pulverização, assegure-se de que a espessura do fio bruto seja moderada.
1.1.2Roving sem torção para SMC
O SMC, também conhecido como composto de moldagem em folha, está presente em diversos aspectos da vida, como em peças automotivas, banheiras e assentos que utilizam roving de SMC. Na produção, o roving para SMC possui muitos requisitos. É necessário garantir boa aderência, boas propriedades antiestáticas e baixa quantidade de fibras para que a folha de SMC produzida seja qualificada. Para SMC colorido, os requisitos para o roving são diferentes, sendo essencial que ele permita fácil penetração na resina com pigmento. Geralmente, o roving de fibra de vidro para SMC tem gramatura de 2400 tex, embora existam alguns casos com gramatura de 4800 tex.
1.1.3Fio de mecha não torcido para enrolamento
Para fabricar tubos de PRFV com diferentes espessuras, surgiu o método de enrolamento em tanques de armazenamento. Para que o roving seja utilizado no enrolamento, ele deve apresentar as seguintes características.
(1) Deve ser fácil de colar, geralmente na forma de uma fita plana.
(2) Como o fio não torcido geral tende a sair do laço quando é retirado da bobina, deve-se garantir que sua degradabilidade seja relativamente boa e que a seda resultante não seja tão desordenada quanto um ninho de pássaro.
(3) A tensão não pode ser repentinamente grande ou pequena, e o fenômeno de saliência não pode ocorrer.
(4) O requisito de densidade linear para o roving não torcido é que seja uniforme e inferior ao valor especificado.
(5) Para garantir que seja fácil de molhar ao passar pelo tanque de resina, a permeabilidade do roving deve ser boa.
1.1.4Fibra para pultrusão
O processo de pultrusão é amplamente utilizado na fabricação de diversos perfis com seções transversais consistentes. O roving para pultrusão deve garantir um alto teor de fibra de vidro e resistência unidirecional. O roving utilizado na produção de pultrusão é uma combinação de múltiplos filamentos de seda crua, podendo também ser roving direto, sendo ambas as opções possíveis. Seus demais requisitos de desempenho são semelhantes aos dos rovings para bobinagem.
1.1.5 Fibra sem torção para tecelagem
No dia a dia, vemos tecidos xadrez com diferentes espessuras ou tecidos de roving na mesma direção, que representam outro uso importante do roving: a tecelagem. O roving utilizado também é chamado de roving para tecelagem. A maioria desses tecidos é utilizada na moldagem de FRP (plástico reforçado com fibra de vidro) por laminação manual. Para a tecelagem de rovings, os seguintes requisitos devem ser atendidos:
(1) É relativamente resistente ao desgaste.
(2) Fácil de colar.
(3) Como é usado principalmente para tecelagem, deve haver uma etapa de secagem antes da tecelagem.
(4) Em termos de tensão, é principalmente garantido que ela não seja repentinamente grande ou pequena, e deve ser mantida uniforme. E atender a certas condições em termos de balanço.
(5) A degradabilidade é melhor.
(6) É fácil ser infiltrado por resina ao passar pelo tanque de resina, portanto a permeabilidade deve ser boa.
1.1.6 Fibra sem torção para pré-formas
O chamado processo de pré-formação, em termos gerais, consiste na pré-conformação, e o produto é obtido após etapas apropriadas. Na produção, primeiro cortamos o fio de fibra de vidro e o espalhamos sobre uma tela, que deve ter um formato predeterminado. Em seguida, aplicamos resina para moldar o fio. Finalmente, o produto moldado é colocado no molde, a resina é injetada e, em seguida, prensado a quente para obter o produto final. Os requisitos de desempenho para fios de fibra de vidro pré-formados são semelhantes aos dos fios de fibra de vidro moldados a jato.
1.2 Tecido de fibra de vidro
Existem muitos tecidos de fibra de vidro, e o xadrez vichy é um deles. No processo de laminação manual de FRP (plástico reforçado com fibra de vidro), o xadrez vichy é amplamente utilizado como substrato principal. Para aumentar a resistência do xadrez vichy, é necessário inverter a direção da trama e da urdidura do tecido, transformando-o em um xadrez vichy unidirecional. Para garantir a qualidade do tecido xadrez, as seguintes características devem ser observadas.
(1) Para o tecido, é necessário que seja plano como um todo, sem protuberâncias, as bordas e cantos devem ser retos e não deve haver marcas de sujeira.
(2) O comprimento, a largura, a qualidade, o peso e a densidade do tecido devem atender a determinados padrões.
(3) Os filamentos de fibra de vidro devem ser enrolados cuidadosamente.
(4) Para poder ser rapidamente infiltrado por resina.
(5) A secura e a humidade dos tecidos utilizados na produção de diversos produtos devem cumprir determinados requisitos.
1.3 Manta de fibra de vidro
Primeiro, pique as fibras de vidro e espalhe-as sobre a tela preparada. Em seguida, polvilhe o aglutinante, aqueça até derreter e, por fim, resfrie para solidificar, formando assim a manta de fibras picadas. As mantas de fibras picadas são utilizadas no processo de laminação manual e na tecelagem de membranas SMC. Para obter o melhor aproveitamento da manta de fibras picadas na produção, os requisitos para a manta são os seguintes:
(1) Toda a manta de fibra picada é plana e uniforme.
(2) Os orifícios da manta de fibra picada são pequenos e de tamanho uniforme.
(4) Cumprir determinados padrões.
(5) Pode ser rapidamente saturado com resina.
1.3.2 Manta de filamentos contínuos
As fibras de vidro são dispostas horizontalmente sobre a tela de acordo com certos requisitos. Geralmente, estipula-se que devem ser dispostas em forma de oito. Em seguida, aplica-se adesivo em pó sobre elas e aquece-se para curar. As mantas de fibras contínuas são muito superiores às mantas de fibras picadas no reforço de materiais compósitos, principalmente porque as fibras de vidro nas mantas de fibras contínuas são contínuas. Devido ao seu melhor efeito de reforço, elas têm sido utilizadas em diversos processos.
1.3.3Tapete de superfície
A aplicação de mantas de superfície também é comum no dia a dia, como na camada de resina de produtos de PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro), que é uma manta de superfície de vidro com álcali médio. Tomando o PRFV como exemplo, por sua manta de superfície ser feita de vidro com álcali médio, o PRFV apresenta estabilidade química. Ao mesmo tempo, como a manta de superfície é muito leve e fina, ela consegue absorver mais resina, o que não só desempenha um papel protetor, como também estético.
1.3.4Tapete de agulhas
A manta agulhada divide-se principalmente em duas categorias. A primeira é a manta agulhada de fibra picada. O processo de produção é relativamente simples: primeiro, a fibra de vidro é cortada em pedaços de cerca de 5 cm e espalhada aleatoriamente sobre o material de base. Em seguida, o substrato é colocado na esteira transportadora e perfurado com uma agulha de crochê. Devido ao efeito da agulha, as fibras penetram no substrato, formando uma estrutura tridimensional. O substrato selecionado também deve atender a certos requisitos e apresentar um toque macio. As mantas agulhadas são amplamente utilizadas em materiais de isolamento acústico e térmico devido às suas propriedades. Embora também possam ser utilizadas em PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro), seu uso ainda não é tão difundido devido à baixa resistência e fragilidade do produto final. O outro tipo é a manta agulhada de filamento contínuo, cujo processo de produção também é bastante simples. Primeiro, o filamento é lançado aleatoriamente sobre uma esteira de malha previamente preparada com um dispositivo de lançamento de fios. Da mesma forma, uma agulha de crochê é utilizada para perfurar o material, formando uma estrutura tridimensional de fibra. Em termoplásticos reforçados com fibra de vidro, as mantas de agulhas de filamento contínuo são amplamente utilizadas.
As fibras de vidro picadas podem ser transformadas em dois formatos diferentes dentro de uma determinada faixa de comprimento através da ação de costura da máquina de colagem. O primeiro é a manta de fibras picadas, que substitui eficazmente a manta de fibras picadas coladas com aglutinante. O segundo é a manta de fibras longas, que substitui a manta de fibras contínuas. Esses dois formatos diferentes têm uma vantagem em comum: não utilizam adesivos no processo de produção, evitando poluição e desperdício, e atendendo à busca por economia de recursos e proteção ambiental.
1.4 Fibras moídas
O processo de produção de fibra moída é muito simples. Basta utilizar um moinho de martelos ou um moinho de bolas e colocar as fibras picadas dentro dele. A moagem de fibras também tem diversas aplicações na produção. No processo de injeção reativa, a fibra moída atua como material de reforço, apresentando desempenho significativamente superior ao de outras fibras. Para evitar fissuras e reduzir a contração na fabricação de produtos fundidos e moldados, as fibras moídas podem ser utilizadas como cargas.
1.5 Tecido de fibra de vidro
1.5.1Tecido de vidro
Pertence a um tipo de tecido de fibra de vidro. O tecido de vidro produzido em diferentes locais possui padrões diferentes. No meu país, no setor de tecidos de vidro, eles são divididos principalmente em dois tipos: tecido de vidro isento de álcalis e tecido de vidro com álcalis médios. A aplicação do tecido de vidro é bastante ampla, podendo ser vista na carroceria de veículos, cascos de navios, tanques de armazenamento comuns, etc., utilizando tecido de vidro isento de álcalis. Já o tecido de vidro com álcalis médios apresenta melhor resistência à corrosão, sendo amplamente utilizado na produção de embalagens e produtos resistentes à corrosão. Para avaliar as características dos tecidos de fibra de vidro, é necessário considerar quatro aspectos principais: as propriedades da própria fibra, a estrutura do fio de fibra de vidro, a direção da trama e do urdume e o padrão do tecido. Na direção da trama e do urdume, a densidade depende da estrutura do fio e do padrão do tecido. As propriedades físicas do tecido dependem da densidade da trama e do urdume e da estrutura do fio de fibra de vidro.
1.5.2 Fita de Vidro
A fita de vidro divide-se principalmente em duas categorias: a primeira com ourela e a segunda sem ourela, tecida segundo um padrão de trama plana. As fitas de vidro podem ser utilizadas em componentes elétricos que requerem elevadas propriedades dielétricas, bem como em peças de equipamentos elétricos de alta resistência.
1.5.3 Tecido unidirecional
Os tecidos unidirecionais do dia a dia são tecidos a partir de dois fios de espessuras diferentes, e os tecidos resultantes têm alta resistência na direção principal.
1.5.4 Tecido tridimensional
O tecido tridimensional difere da estrutura do tecido plano, pois, por ser tridimensional, seu efeito é superior ao da fibra plana comum. O material compósito reforçado com fibra tridimensional apresenta vantagens que outros materiais compósitos reforçados com fibra não possuem. Devido à tridimensionalidade da fibra, o efeito geral é melhor e a resistência a danos torna-se maior. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a crescente demanda por esse material nas áreas aeroespacial, automotiva e naval tornou essa tecnologia cada vez mais madura, e agora ela também ocupa espaço no campo de equipamentos esportivos e médicos. Os tipos de tecido tridimensional são divididos principalmente em cinco categorias, e existem inúmeras formas. Percebe-se, portanto, que o campo de desenvolvimento dos tecidos tridimensionais é enorme.
1.5.5 Tecido moldado
Os tecidos moldados são usados para reforçar materiais compósitos, e seu formato depende principalmente do formato do objeto a ser reforçado. Para garantir a conformidade, devem ser tecidos em uma máquina específica. Na produção, podemos fabricar formatos simétricos ou assimétricos com poucas limitações e boas perspectivas.
1.5.6 Tecido com núcleo ranhurado
A fabricação do tecido com núcleo ranhurado também é relativamente simples. Duas camadas de tecido são colocadas em paralelo e, em seguida, conectadas por barras verticais, garantindo que suas áreas de seção transversal sejam triângulos ou retângulos regulares.
1.5.7 Tecido de fibra de vidro costurado
É um tecido muito especial, também chamado de tapete tricotado ou tapete tecido, mas não se trata do tecido ou tapete como os conhecemos no sentido usual. Vale mencionar que existe um tecido costurado, que não é tecido com urdidura e trama unidas, mas sim com urdidura e trama sobrepostas alternadamente.
1.5.8 Manga isolante de fibra de vidro
O processo de produção é relativamente simples. Primeiro, alguns fios de fibra de vidro são selecionados e, em seguida, tecidos em formato tubular. Depois, de acordo com os diferentes requisitos de isolamento, os produtos desejados são fabricados revestindo-os com resina.
1.6 Combinação de fibra de vidro
Com o rápido desenvolvimento das exposições de ciência e tecnologia, a tecnologia da fibra de vidro também fez progressos significativos, e diversos produtos de fibra de vidro surgiram desde 1970 até o presente. De forma geral, podemos citar os seguintes:
(1) Manta de fibra cortada + mecha não torcida + manta de fibra cortada
(2) Tecido de mecha não torcida + manta de fibra cortada
(3) Tapete de fios picados + tapete de fios contínuos + tapete de fios picados
(4) Tapete de proporção original de mechas aleatórias + picado
(5) Fibra de carbono unidirecional + manta ou tecido de fibra de carbono picada
(6) Tapete de superfície + fios picados
(7) Tecido de vidro + haste fina de vidro ou fio unidirecional + tecido de vidro
1.7 Tecido não tecido de fibra de vidro
Essa tecnologia não foi descoberta inicialmente no meu país. Os primeiros protótipos foram produzidos na Europa. Posteriormente, devido à migração humana, essa tecnologia foi levada para os Estados Unidos, Coreia do Sul e outros países. Para impulsionar o desenvolvimento da indústria de fibra de vidro, meu país estabeleceu diversas fábricas de grande porte e investiu fortemente na criação de várias linhas de produção de alta tecnologia. No meu país, as mantas de fibra de vidro moldadas por via úmida são divididas principalmente nas seguintes categorias:
(1) A manta de cobertura desempenha um papel fundamental na melhoria das propriedades das membranas asfálticas e das telhas asfálticas coloridas, tornando-as mais excelentes.
(2) Manta para tubulação: Como o próprio nome indica, este produto é usado principalmente em tubulações. Como a fibra de vidro é resistente à corrosão, ela pode proteger bem a tubulação da corrosão.
(3) O tapete de superfície é usado principalmente na superfície de produtos FRP para protegê-los.
(4) O revestimento de madeira é usado principalmente em paredes e tetos porque pode prevenir eficazmente o aparecimento de rachaduras na pintura. Ele pode deixar as paredes mais planas e não precisa ser aparado por muitos anos.
(5) O tapete de piso é usado principalmente como material de base em pisos de PVC
(6) Tapete de carpete; como material base em carpetes.
(7) A manta laminada revestida de cobre fixada ao laminado revestido de cobre pode melhorar seu desempenho de puncionamento e perfuração.
2. Aplicações específicas da fibra de vidro
2.1 Princípio de reforço do concreto reforçado com fibra de vidro
O princípio do concreto reforçado com fibra de vidro é muito semelhante ao dos materiais compósitos reforçados com fibra de vidro. Primeiramente, ao adicionar fibra de vidro ao concreto, esta suporta a tensão interna do material, retardando ou impedindo a propagação de microfissuras. Durante a formação de fissuras no concreto, o material atuando como agregado impede o surgimento de novas fissuras. Se o efeito do agregado for suficientemente bom, as fissuras não conseguirão se propagar e penetrar. A fibra de vidro no concreto tem o papel de agregado, prevenindo eficazmente a geração e a propagação de fissuras. Quando a fissura se propaga para a proximidade da fibra de vidro, esta bloqueia sua progressão, forçando-a a fazer um desvio. Consequentemente, a área de propagação da fissura aumenta, elevando também a energia necessária para causar danos.
2.2 Mecanismo de destruição do concreto reforçado com fibra de vidro
Antes da ruptura do concreto reforçado com fibra de vidro, a força de tração que ele suporta é compartilhada principalmente entre o concreto e a fibra de vidro. Durante o processo de fissuração, a tensão é transmitida do concreto para a fibra de vidro adjacente. Se a força de tração continuar aumentando, a fibra de vidro será danificada, principalmente por cisalhamento, tração e arrancamento.
2.2.1 Falha por cisalhamento
A tensão de cisalhamento suportada pelo concreto reforçado com fibra de vidro é compartilhada entre a fibra de vidro e o concreto, e essa tensão é transmitida para a fibra de vidro através do concreto, o que pode danificar sua estrutura. No entanto, a fibra de vidro possui vantagens próprias. Ela tem um comprimento longo e uma pequena área de resistência ao cisalhamento, portanto, a melhoria da resistência ao cisalhamento proporcionada pela fibra de vidro é limitada.
2.2.2 Falha por tensão
Quando a força de tração da fibra de vidro ultrapassa um determinado nível, ela se rompe. Se o concreto apresentar fissuras, a fibra de vidro, devido à deformação por tração, alongará excessivamente, seu volume lateral diminuirá e a força de tração fará com que ela se rompa mais rapidamente.
2.2.3 Danos de desengate
Uma vez que o concreto se rompe, a força de tração da fibra de vidro aumenta consideravelmente, sendo maior que a força entre a fibra de vidro e o concreto, o que causa danos e, consequentemente, o desprendimento da fibra de vidro.
2.3 Propriedades de flexão do concreto reforçado com fibra de vidro
Quando o concreto armado suporta a carga, sua curva tensão-deformação é dividida em três estágios distintos, conforme ilustrado na figura. Primeiro estágio: ocorre a deformação elástica até o surgimento da primeira fissura. A principal característica deste estágio é o aumento linear da deformação até o ponto A, que representa a resistência inicial à fissuração do concreto reforçado com fibra de vidro. Segundo estágio: após a fissuração do concreto, a carga suportada é transferida para as fibras adjacentes, cuja capacidade de carga é determinada pela própria fibra de vidro e pela força de aderência com o concreto. O ponto B representa a resistência máxima à flexão do concreto reforçado com fibra de vidro. Terceiro estágio: ao atingir a resistência máxima, a fibra de vidro se rompe ou se desprende, mas as fibras remanescentes ainda conseguem suportar parte da carga, garantindo que não ocorra fratura frágil.
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Data da publicação: 06/07/2022
