الیاف شیشه چیست ؟

الیاف شیشه به انگلیسی: Glass fiber مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است. برخلاف سایر مواد پلیمری که از ساختمانی زنجیره ای برخوردارند شیشه از ساختمان شبکه ای برخوردار می باشد با وجود این مقاومت شیشه ای بسیار زیاد حدودا” دو برابر مقاومت و استحکام دیگر الیاف غیر فلزی است. شیشه ی مذاب به صورت رشته هایی نخی شکل رشته رشته می شود الیاف شیشه الیاف ظریف و خمش پذیری هستند که از شیشه ساخته میشوند. الیاف شیشه (glass fiber) تارهای بسیار باریک از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود می باشد. الیاف شیشه با قطری از ۵ تا ۲۵ میکرون تولید می گردد. از نظر ساختاری تفاوت الیاف شیشه با پشم شیشه (glass wool) در این است که قطر تارها در پشم شیشه غیر یکنواخت و طول آن محدود است. همچنین در پروسه تولید پشم شیشه به خاطر تفاوت در نوع سرد شدن، ساختمان شیشه شکننده است و پشم شیشه را با هم متفاوت می سازد به طوریکه از الیاف شیشه در بالا بردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیتها استفاده میگردد ولی پشم شیشه را به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می دهند. البته استفاده ازالیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی نیز رواج دارد. از الیاف شیشه دربسیاری از محصولات پلاستیکی به عنوان عامل تقویت کننده استفاده می شود. مواد کامپوزیتی که تحت عنوان (Glass- Reinforced Plastics(GRP شناخته می شوند، ازموارد مصرفی معروف الیاف شیشه می باشد.

الیاف شیشه ای که امروزه می شناسیم، در سال ۱۹۳۸ توسط شرکت اونزکورنینگ به شکل انبوه تولید شد. خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت کششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیماً از روی الیاف اندازه گیری می شود. خواصی از جمله چگالی و ضریب شکست در هر دو حالت اندازه گیری می گردد. کاربرد برای مصارف الکتریکی بدنه هواپیما تهیه ی خمیر قالبگیری پارچه های ضد آتش ترکیبات شیمیایی الیاف شیشه تفاوت ترکیبات شیمیایی در انواع شیشه ناشی از تفاوت در مواد خام اولیه می باشد. این نوسانات شیمیایی تغییر قابل توجهی در خواص شیمیایی و فیزیکی انواع شیشه ایجاد میکند. موارد استفاده تقریباً ۹۰ درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می‌باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاً ارزان است. تقسیم‌بندی شش نوع الیاف شیشه و ترکیب درصدهای آن در زیر نشان داده شده‌است: glass- Eمصارف عمومی glass- Rخواص مکانیکی بالاتر glass-S خواص مکانیکی بالاتر glass-c مقاومت شیمیایی مناسب glass-ECR مقاومت اسید و باز خوب glass-AR مقاومت اسید و باز خوب

 

کاربردهای الیاف شیشه در صنایع

الیاف شیشه به دلیل ویژگی‌های خاص فیزیکی و شیمیایی و یا عدم جذب رطوبت و عایق بودن در برابر حرارت، الکتریسیته و صوت از کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف نظیر شیمیایی، نظامی، هوایی، کشتی‌سازی، خودروسازی و الکترونیک برخوردار است. بیشترین کاربرد الیاف شیشه در ساخت لوله‌های GRP و قطعات فایبرگلاس (کامپوزیت‌ها بر پایه انواع رزین با تقویت کننده الیاف شیشه)، شناورهای دریایی و عایق‌های حرارتی ـ رطوبتی است. این محصولات از اختلاط الیاف شیشه با انواع رزین به کمک کاتالیزورهای شیمیایی در دمای اتاق یا تحت شرایط حرارتی و فشارهای خاص تولید شده که پلاستیک‌های تقویت شده نیز نامیده می‌شوند. رزین‌های مصرفی در این محصولات شامل انواع رزین‌های ترموست، پلی استر، اپوکسی، فنولیک، وینیل استر و … می‌باشند ..

از دیدگاه صنعتی، الیاف شیشه معمولا به عنوان تقویت کننده پلاستیک‌ها مطرح می‌باشد و همراه با این مواد پلاستیکی به صورت انواع کامپوزیت‌ها و در قالب محصولات مختلف و متنوع در صنایع گوناگون به کاربرده می‌شود.

الیاف شیشه و موارد مصرف در کامپوزیت

الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

E، S،C،ECR،AR. ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است.

تقریباَ ۹۰ درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می‌باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاَ ارزان است .

الیاف شیشه بدلیل دارا بودن الاستیسیته عالی، دانسیته پایین، مقاومت در برابر شوکهای حرارتی، قیمت پایین و عایق الکتریکی در موارد ذیل مورد استفاده قرار میگیرد:

صنایع عایق کاری، الکتریکی و صوتی، صنایع ورزشی، صنایع هوافضا، خودروسازی، ساخت نیروگاههای بادی، کشتی سازی، صنایع نظامی، صنایع ساختمان و شیمیایی را میتوان نام برد.

با توجه به کاربرد این الیاف میتوان از انواع مختلف آن نیز استفاده نمود:

الیاف نوع E جهت کاربردهای الکتریکی و تقویت مکانیکی Reinforced

الیاف نوع S جهت کاربردهای با خواص مکانیکی بالا High strength reinforcing

الیاف نوع C جهت کاربردهای شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی

الیاف نوع R جهت کاربردهای با خواص مکانیکی بالا

ECR مقاومت اسید و باز خوب

AR-glassمقاومت اسید و باز بسیارخوب

اشکال مختلف الیاف شیشه

دسته (strand): یک دسته از چند تاو (tow) تشکیل شده است و هر تاو بیانگر تعداد لیفهایی (fiber) است که از یک بوش ریسیده می‌شوند به عنوان مثال می‌تواند دویست  لیف باشد. مجموعه‌ای از دسته‌ها، یک رشته (roving) نامیده می‌شود. یک تاب مختصر به رشته داده می‌شود تا کار کردن با آن آسانتر شود. برای کامپوزیتهای الیاف پیوسته، انتخاب نوع الیاف، بستگی به فرآیند شکل دهی و میزان آرایش یافتگی الیاف دارد.

می‌توان رشته‌ها را خرد کرد (chopped) و برای تولید نمد شیشه (strand mat chopped) استفاده کرد. در این حالت از یک بایندر (binder) برای ثابت نگاه شدن الیاف در کنار هم استفاده می کنند. بایندر فوق به هنگام آغشته سازی الیاف با رزین خیس خوردگی (wet-out) را کنترل می‌کند و بنابراین آرایش اتفاقی الیاف در نمد حفظ می‌شود. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد انجام می گیرد و دوام یک قطعه کامپوزیتی می‌تواند متأثر از نوع بایندر باشد.

نمدهای الیاف پیوسته ( continuous random mat ) شکل دیگری از الیاف مورد استفاده می‌باشند که در آنها الیاف پیوسته با آرایش اتفاقی نمد درست می‌شود. این شکل از الیاف برای قرار گرفتن در قسمتهای تیز و کنج قالب مناسبند و در این حالت الیاف آن نمی‌شکنند.

نقش الیاف شیشه در بتن

مزایا و نقش مهم الیاف در بتن الیافی باعث شده که مورد علاقه اکثر مهندسین و طراحان قرار بگیرد.امکان بکارگیری دراکثر مناطق جغرافیایی،استفاده از متریال طبیعی وارزان ، دارای هزینه کم در مقایسه با حجم زیاد عملیات و شکل پذیری آن با توجه به اشکال هندسی طرح وكارايي مناسب و مقاومت بسيار بالا و مقاوم در برابر نيروهاي فشاري وکششی وقابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن از ویژگی های بارز این نوع بتن می باشد.

مزایای این محصولات عبارتند از :

  1. كاهش ضخامت دال بتنی با حفظ استحكام آن.
  2. استحكام دال بتنی در گوشه ها و زوایای قائم دال بتنی.
  3. كنترل تركهای مویی در محدوده ی انقباض پلاستیك بتن.
  4. بهتر شدن خصوصیات فیزیكی ، شیمیایی و مكانیكی بتن- كاهش تركهای انقباضی در زمان اولیه بتن ریزی.
  5. جلوگیری از خرد شدن بتن در اثر مواجهه با ضربه و بارهای دینامیكی.
  6. افزایش مقاومت فشاری بتن تا ۱۰۰۰ كیلوگرم بر سانتی مترمربع در آزمایش تك محوری.

از بتن الیافی در کجاها استفاده می شود؟

بتن تقویت شده با الیاف کاربردهای مختلف دارد. ازانواع الیاف بتن در ساخت پل‌های بتنی، فرودگاه‌ها، سازه‌های نظامی، جاده‌سازی و سنگ‌فرش پیاده ‌رو‌ها، ساخت بتن سد، تونل، نیروگاه ها ، پالایشگاه ها، مخازن آب، دیوارهای حائل، فونداسیون، ساخت کف سوله های صنعتی و کفسازی صنعتی، انبارهای نگهداری مواد دارویی و غذایی، کف پارکینگ های طبقاتی، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی و… استفاده میشود.

بتن الیافی چه مزایایی دارد؟

قابلیت انعطافی که بتن الیافی دارد همانند خواص مواد پلاستیکی باعث شده که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف در جسم بتن در همه جهت ها پراکنده شده، در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را به وجود می آورد و از گسترش ترک جلوگیری می‌نماید. بنابراین رشته‌های الیاف به‌ طور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و با تشکیل ریز ترک‌های زیاد قابلیت بهره برداری بتن را افزایش می‌دهند.

بتن الیافی دارای ویژگی‌های مکانیکی برتری از جمله مقاومت فشاری بیش از ۱۵۰ مگاپاسکال، مدول الاستیسیته بالا، حد الاستیک بالا ، سخت شدن کشش در تنش، انرژی شکست چندین برابر از مقادیر بتن سنتی و ظرفیت بالا پس از ترک‌خوردگی می‌باشد.

در پایین به ذکر موردی برخی دیگر از مزایای بتن الیافی پرداخته شده است:

  • افزایش در میزان جذب انرژی
  • مقاومت بالا در مقابل سایش
  • ظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی
  • مقاومت عالی در مقابل ضربه
  • نحوه عملکرد الیاف در بتن به چه صورت است؟
  • الیاف هاسنگدانه ها را در بر می گیرند و از جدا شدن سنگدانه های درشت به دلیل لرزاندن و نیروی جاذبه زمین جلوگیری می کنند و پیوستگی بهتر را تضمین می کنند. در نتیجه یک مخلوط یکنواختی که از بتن و الیاف تولید می شود که در هنگام گیرش انتقال آهسته آب به سطح به آرامی صورت می گیرد و در نتیجه ترک ها در بتن کمتر می شوند.
  • روش استفاده از الیاف در بتن و میزان مصرف آن چگونه است؟
  • میتوان الیاف را در هر زمان به میکسر اضافه نمود. همچنین می‌توان الیاف را در انتها به آب طرح اختلاط اضافه کرد و داخل میکسر ریخت که در این صورت باید برای رسیدن به مخلوط یکنواخت، ۳ تا ۴ دقیقه دیگر هم زدن ادامه یابد. در صورتی که میخواهید از بتن آماده استفاده کنید، می‌توانید الیاف را به تدریج داخل تراک میکسر بریزید و هم زدن در دور تند باید به قدری ادامه داشته باشد که از پخش کامل الیاف داخل بتن مطمئن شوید. مقدار مصرف الیاف با توجه به عملکرد مورد نظر، از ۰٫۶ تا ۳ کیلوگرم در مترمکعب متغیر خواهد بود.
  • بهبود یافتن خواص مکانیکی بتن با استفاده از بتن های الیافی
  • با استفاده از ۴ درصد الیاف استحکام خمشی بتن به میزان ۲٫۵ برابر افزایش می یابد. بتن حاوی مواد الیاف ، دارای مقاومت در برابر شکست در اثر اعمال تنش حدود ۱۰ تا ۴۰ برابر نسبت به بتن ساده میباشد. استحکام ضربه بتن الیافی به طور کلی ۵ تا۱۰ برابر بیشتر از بتن ساده است که بسته به میزان الیاف مورد استفاده در بتن های مختلف متفاوت میباشد.
  • آیا استفاده از بتن الیافی توجیه اقتصادی دارد؟
  • استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی مقرون به صرفه نمی باشد. اما بر اساس برآوردهایی که توسط بعضی از متخصصین کشور صورت گرفته،در جاهایی که سرعت اجرای بالا مدنظر میباشد و یا نیاز به پاشش بتن(شاتکریت) روی سطوحی است که شبکه‌بندی‌‌های سنتی مشکل و زمان‌بر بوده یا جواب‌گوی کار نیست، هزینه استفاده از بتن الیافی نسبت به بتن سنتی کمتر می‌باشد.
  • اما اگر ما از روی‌ آوردن به فناوری جدید به علت ریسکی که در سرمایه‌گذاری وجود دارد پرهیز کنیم، خواهیم دید که تکنولوژی سنتی در غیاب بهره‌گیری از فناوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه‌های ما را به هدر خواهد داد. به طور مثال، ریزدانه‌هایی که به روش‌های قدیمی غیراستاندارد تولید می‌شوند، باعث میشود که درصد سیمان به کار رفته در بنا افزایش پیدا کند و همین امر موجب ظهور ترک و ضایعات در بتن حاصل شده می گردد.

فایبر مش ها ( مش های فایبرگلاس)

فایبرمش ها (مش های فایبر گلاس)  برحسب وزن و سایز شبکه ها دارای تنوع بسیاری هستند. این توری ها از الیاف شیشه به عنوان تقویت کننده و از مواد پلیمر به عنوان زمینه استفاده می شود. که این تنوع امکان استفاده از این محصول را  در مکان های مختلف امکان پذیر می سازد.

ویژگیهای الیاف شیشه به کار گرفته شده در تولید :Glass Mesh

مقامت شیمیایی: الیاف شیشه در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مانند اسیدها مقاوم بوده و از بین نمی­رود، همچنین قارچها باکتریها و جانوران موزی نمی توانند بر آن تاثیر بگذارند.

مقاومت در برابر رطوبت: الیاف شیشه رطوبت را جذب نمی کند، بنابراین متورم نمی شود و کش نمی­آید این الیاف در محیط های مرطوب نیروی مکانیکی خود را حفظ می کنند .

خواص الکتریکی: الیاف شیشه عایق الکتریستیه هستند .

الیاف شیشه استحکام کششی بالای دارند و الاستیسیته کاملی نیز دارند یعنی ازدیاد طول آنها متناسب با نیروی اعمال شده می باشد و با برداشتن نیرو به حالت اولیه خود باز می گردند .

الیاف شیشه مقاومت حرارتی خوبی دارد به دلیل طبیعت غیر عالی خود قابل احتراق نبوده و انبساط حرارتی پایین و هدایت حرارتی بالای دارند.

کاربردهای توری الیاف شیشه ای :

تسلیح سطح دیوار: فایبر مش ها جهت تسلیح گچ و سیمان جهت آماده سازی سطح دیوار (نازک کاری) کاربرد داشته و به دلیل انعطاف پذیری بالا و مقاومت کششی مطلوب جایگزین مناسبی برای محصولات مشابه فلزی (رابیتس، توری مرغی) می باشد. تسلیح عایق های رطوبتی: فایبرمش ها بهترین گزینه جهت استفاده به همراه عایق های رطوبتی در

پشت بام ،استخرها، کف و دیوارهای سرویس های بهداشتی و غیره می باشد.این محصول با انعطاف پذیری و مقاومت کششی بالا و چسبندگی مطلوب مجموعه مناسبی را برای عایق بندی ایجاد می نماید. تقویت سنگهای ساختمانی: یکی از کاربردهای فایبرمش ها تقویت سنگ های ساختمانی می باشد. پس از برش قله های سنگ در کارخانه های سنگ بری و تبدیل شدن آنها به ورق مسطح یک لایه از این مش ها با رزین مخصوص به پشت سنگ نصب می شود.این مش کمک می کند تا به هنگام پولیش و حمل و نصب در صورتیکه سنگ دچار ترک شد از هم جدا نشده و به همان صورت کار گذاشته شود.

عایق های سرد: از فایبر مش ها در عایق کاری سرد لوله ها و تاسیسات در ساختمانها ، کارخانه ها و پالایشگاهها نیز استفاده می گردد.

از دیگر کاربردهای مش های فایبرگلاس

تقویت نما های سنگ مرمر .

تعمیر سطحی بتن و شکافها .

مقاوم سازی مصالح ساختمانی .

تقویت و تثبیت مواد ، عایق و قیر .

تقویت بافت طبیعی سنگ در سنگبری .

جهت تقویت اتصالات و محل تلاقی دیوارها .

ضد زلزله نمودن سازه ها با مصالح قیر یکپارچه.

زیر سازی برای نصب سنگ، کاشی و سرامیک .

جهت استفاده در زیر سقف سوله ها به جای توری فلزی .

بالابردن مقاومت کششی و استحکام مصالح ساختمانی .

ایجاد بافت یک پارچه در دیوارها  و کف جهت جلوگیری از ترک .

تقویت سقف و دیوارهای گچی و سیمانی و بتونی پیش ساخته .

قابل استفاده بر روی کلیه سطوح قبل از عملیات  بتن کاری و گچ کاری .

جهت تعمیر ترکها و سایر ضایعات در انواع سطوح و پیشگیری بوجودآمد مجدد آنها ..