1. Aplicación principal
La mecha sin torsión con la que entramos en contacto a diario tiene una estructura simple y está compuesta por monofilamentos paralelos agrupados en haces. La mecha sin torsión se puede dividir en dos tipos: sin álcalis y con álcalis medios, que se distinguen principalmente por la diferencia en la composición del vidrio. Para producir mechas de vidrio de calidad, el diámetro de las fibras de vidrio utilizadas debe estar entre 12 y 23 μm. Debido a sus características, se puede utilizar directamente en la formación de algunos materiales compuestos, como en los procesos de bobinado y pultrusión. También se puede tejer para formar telas de mecha, principalmente debido a su tensión muy uniforme. Además, el campo de aplicación de la mecha cortada es muy amplio.
1.1.1Mecanismo de roving sin torsión para chorro
En el proceso de moldeo por inyección de FRP, la fibra sin torsión debe tener las siguientes propiedades:
(1) Dado que en la producción se requiere un corte continuo, es necesario asegurar que se genere menos electricidad estática durante el corte, lo que requiere un buen rendimiento de corte.
(2) Después del corte, se garantiza la producción de la mayor cantidad posible de seda cruda, por lo que se garantiza una alta eficiencia en la formación de la seda. La eficiencia de dispersión de la mecha en hebras después del corte es mayor.
(3) Después de cortar, para asegurar que el hilo crudo pueda cubrir completamente el molde, el hilo crudo debe tener un buen recubrimiento de película.
(4) Debido a que se requiere que sea fácil de extender para eliminar las burbujas de aire, se requiere que la resina se infiltre muy rápidamente.
(5) Debido a los diferentes modelos de pistolas pulverizadoras, para que se adapten a las distintas pistolas pulverizadoras, asegúrese de que el grosor del alambre crudo sea moderado.
1.1.2Mecha sin torsión para SMC
El SMC, también conocido como compuesto de moldeo en láminas, se encuentra presente en muchos aspectos de la vida cotidiana, como en las conocidas piezas de automóviles, bañeras y diversos asientos que utilizan fibra de SMC. En la producción, la fibra de SMC debe cumplir con numerosos requisitos. Es necesario garantizar una buena textura, buenas propiedades antiestáticas y un bajo contenido de fibras para asegurar que la lámina de SMC producida sea de calidad. Para el SMC de color, los requisitos de la fibra son diferentes, y debe penetrar fácilmente en la resina con el pigmento. Generalmente, la fibra de SMC de fibra de vidrio común tiene un peso molecular de 2400 tex, aunque también existen algunos casos con un peso molecular de 4800 tex.
1.1.3Mecha sin torcer para bobinado
Para fabricar tuberías de PRFV con diferentes espesores, se creó el método de bobinado de tanques de almacenamiento. Para que la fibra utilizada en el bobinado tenga las siguientes características:
(1) Debe ser fácil de pegar, generalmente en forma de cinta plana.
(2) Dado que la mecha general sin torsión es propensa a salirse del bucle cuando se retira de la bobina, debe asegurarse que su degradabilidad sea relativamente buena y que la seda resultante no sea tan desordenada como un nido de pájaro.
(3) La tensión no puede ser repentinamente grande o pequeña, y no puede ocurrir el fenómeno de voladizo.
(4) El requisito de densidad lineal para la mecha sin torsión debe ser uniforme y menor que el valor especificado.
(5) Para asegurar que se humedezca fácilmente al pasar por el tanque de resina, se requiere que la permeabilidad de la mecha sea buena.
El proceso de pultrusión se utiliza ampliamente en la fabricación de diversos perfiles con secciones transversales uniformes. La mecha para pultrusión debe garantizar un alto contenido de fibra de vidrio y una elevada resistencia unidireccional. La mecha utilizada en la producción es una combinación de múltiples hebras de seda cruda, aunque también puede ser una mecha directa. Sus demás requisitos de rendimiento son similares a los de las mechas para bobinado.
1.1.5 Mecha sin torsión para tejer
En la vida cotidiana, vemos telas de cuadros vichy con diferentes grosores o telas de roving en la misma dirección, que representan otro uso importante del roving: el tejido. El roving utilizado también se denomina roving para tejer. La mayoría de estas telas se destacan en el moldeo de FRP mediante laminado manual. Para tejer rovings, se deben cumplir los siguientes requisitos:
(1) Es relativamente resistente al desgaste.
(2) Fácil de pegar con cinta adhesiva.
(3) Debido a que se utiliza principalmente para tejer, debe haber un paso de secado antes de tejer.
(4) En términos de tensión, se asegura principalmente que no pueda ser repentinamente grande o pequeña, y debe mantenerse uniforme. Y cumplir ciertas condiciones en términos de voladizo.
(5) La degradabilidad es mejor.
(6) Es fácil que la resina se infiltre al pasar por el tanque de resina, por lo que la permeabilidad debe ser buena.
1.1.6 Mecha sin torsión para preformas
El proceso de preformado, en términos generales, consiste en la preformación del producto tras seguir los pasos adecuados. En la producción, primero se corta la mecha y se rocía sobre la malla, la cual debe tener una forma predeterminada. A continuación, se aplica resina para darle forma. Finalmente, el producto moldeado se coloca en el molde, se inyecta la resina y se prensa en caliente para obtener el producto final. Los requisitos de rendimiento para las mechas de preformado son similares a los de las mechas de chorro.
1.2 Tejido de roving de fibra de vidrio
Existen muchos tejidos de roving, y el guinga es uno de ellos. En el proceso de laminado manual de FRP, el guinga se utiliza ampliamente como sustrato principal. Si se desea aumentar la resistencia del guinga, es necesario cambiar la dirección de la urdimbre y la trama del tejido, lo que permite obtener un guinga unidireccional. Para garantizar la calidad de la tela a cuadros, se deben asegurar las siguientes características.
(1) Para la tela, se requiere que sea plana en su totalidad, sin abultamientos, los bordes y las esquinas deben ser rectos y no debe haber manchas de suciedad.
(2) La longitud, el ancho, la calidad, el peso y la densidad de la tela deben cumplir con ciertos estándares.
(3) Los filamentos de fibra de vidrio deben enrollarse ordenadamente.
(4) Poder infiltrarse rápidamente con resina.
(5) La sequedad y la humedad de los tejidos elaborados en diversos productos deben cumplir ciertos requisitos.
1.3 Estera de fibra de vidrio
1.3.1Estera de hebras cortadas
Primero, corte las hebras de vidrio y espárzalas sobre la cinta de malla preparada. Luego, espolvoree el aglutinante, caliéntelo hasta que se derrita y, finalmente, enfríelo hasta que se solidifique, formando así la estera de hebras cortadas. Las esteras de fibra de hebras cortadas se utilizan en el proceso de laminado manual y en el tejido de membranas SMC. Para lograr el mejor efecto de uso de la estera de hebras cortadas en la producción, los requisitos para la misma son los siguientes.
(1) Toda la estera de hebras cortadas es plana y uniforme.
(2) Los agujeros de la estera de hebras cortadas son pequeños y de tamaño uniforme.
(4) Cumplir con ciertos estándares.
(5) Se puede saturar rápidamente con resina.
1.3.2 Estera de filamento continuo
Las hebras de vidrio se colocan planas sobre la cinta transportadora de malla según ciertos requisitos. Generalmente, se estipula que deben colocarse planas formando un ocho. Luego, se espolvorea adhesivo en polvo y se aplica calor para su curado. Las esteras de hebras continuas son muy superiores a las de hebras cortadas para reforzar el material compuesto, principalmente porque las fibras de vidrio en las esteras de hebras continuas son continuas. Debido a su mejor efecto de refuerzo, se ha utilizado en diversos procesos.
1.3.3Alfombrilla de superficie
La aplicación de una capa superficial es común en la vida cotidiana, como la capa de resina de los productos de FRP, que consiste en una capa superficial de vidrio alcalino medio. En el caso del FRP, gracias a que su capa superficial está hecha de vidrio alcalino medio, el material es químicamente estable. Además, debido a su ligereza y delgadez, esta capa superficial puede absorber más resina, lo que no solo cumple una función protectora, sino que también aporta un aspecto estético.
1.3.4Tapete de agujas
La estera de agujas se divide principalmente en dos categorías. La primera es la de punzonado de agujas de fibra cortada. El proceso de producción es relativamente simple: primero se corta la fibra de vidrio en trozos de aproximadamente 5 cm, se esparce aleatoriamente sobre el material base, luego se coloca el sustrato en la cinta transportadora y se perfora con una aguja de ganchillo. Debido al efecto de la aguja, las fibras se insertan en el sustrato y forman una estructura tridimensional. El sustrato seleccionado también tiene ciertos requisitos y debe tener una textura esponjosa. Los productos de estera de agujas se utilizan ampliamente como materiales de aislamiento acústico y térmico debido a sus propiedades. Por supuesto, también se puede utilizar en FRP, pero no se ha popularizado porque el producto obtenido tiene poca resistencia y es propenso a romperse. El otro tipo es la estera de punzonado de agujas de filamento continuo, y el proceso de producción también es bastante simple. Primero, el filamento se lanza aleatoriamente sobre la cinta transportadora de malla preparada previamente con un dispositivo de lanzamiento de alambre. De manera similar, se utiliza una aguja de ganchillo para punzonar y formar una estructura de fibra tridimensional. En los termoplásticos reforzados con fibra de vidrio, se utilizan ampliamente las esteras de agujas de filamento continuo.
Mediante la costura en la máquina de unión por costura, las fibras de vidrio cortadas pueden transformarse en dos formas distintas dentro de un rango de longitud determinado. La primera consiste en una estera de filamentos cortados, que sustituye eficazmente a la estera de filamentos cortados unida con aglutinante. La segunda es una estera de fibras largas, que sustituye a la estera de filamentos continuos. Ambas formas comparten una ventaja: no utilizan adhesivos en su producción, evitando así la contaminación y los residuos, y contribuyendo al ahorro de recursos y la protección del medio ambiente.
1.4 Fibras molidas
El proceso de producción de fibra molida es muy sencillo. Basta con utilizar un molino de martillos o un molino de bolas e introducir las fibras picadas. La molienda de fibras tiene numerosas aplicaciones en la producción. En el proceso de inyección reactiva, la fibra molida actúa como material de refuerzo, con un rendimiento significativamente superior al de otras fibras. Para evitar grietas y mejorar la contracción en la fabricación de productos fundidos y moldeados, las fibras molidas pueden utilizarse como relleno.
1.5 Tejido de fibra de vidrio
1.5.1Paño de vidrio
Pertenece a un tipo de tejido de fibra de vidrio. El tejido de vidrio producido en diferentes lugares tiene diferentes estándares. En el campo del tejido de vidrio en mi país, se divide principalmente en dos tipos: tejido de vidrio libre de álcalis y tejido de vidrio de álcalis medios. Se puede decir que la aplicación del tejido de vidrio es muy extensa, y en la figura del tejido de vidrio libre de álcalis se puede ver la carrocería de vehículos, el casco, los tanques de almacenamiento comunes, etc. para el tejido de vidrio libre de álcalis. Para el tejido de vidrio de álcalis medios, su resistencia a la corrosión es mejor, por lo que se utiliza ampliamente en la producción de embalajes y productos resistentes a la corrosión. Para evaluar las características de los tejidos de fibra de vidrio es necesario principalmente partir de cuatro aspectos: las propiedades de la fibra en sí, la estructura del hilo de fibra de vidrio, la dirección de la urdimbre y la trama y el patrón del tejido. En la dirección de la urdimbre y la trama, la densidad depende de la diferente estructura del hilo y el patrón del tejido. Las propiedades físicas del tejido dependen de la densidad de la urdimbre y la trama y la estructura del hilo de fibra de vidrio.
1.5.2 Cinta de vidrio
La cinta de vidrio se divide principalmente en dos categorías: la primera es de orillo y la segunda es de orillo no tejido, que se teje según el patrón de ligamento tafetán. Las cintas de vidrio se pueden utilizar para componentes eléctricos que requieren altas propiedades dieléctricas y para componentes de equipos eléctricos de alta resistencia.
1.5.3 Tejido unidireccional
Los tejidos unidireccionales que se utilizan en la vida cotidiana se tejen con dos hilos de diferente grosor, y los tejidos resultantes tienen una gran resistencia en la dirección principal.
1.5.4 Tejido tridimensional
El tejido tridimensional se diferencia de la estructura del tejido plano, ya que su tridimensionalidad le confiere un mejor rendimiento que la fibra plana convencional. El material compuesto reforzado con fibra tridimensional presenta ventajas que otros materiales compuestos reforzados con fibra no poseen. Gracias a la tridimensionalidad de la fibra, el efecto general es superior y la resistencia al daño es mayor. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la creciente demanda en los sectores aeroespacial, automotriz y naval ha impulsado la madurez de esta tecnología, que ahora incluso se utiliza en el ámbito de los equipos deportivos y médicos. Los tejidos tridimensionales se dividen principalmente en cinco categorías y presentan diversas formas. Esto demuestra el enorme potencial de desarrollo de los tejidos tridimensionales.
1.5.5 Tela con forma
Los tejidos con formas específicas se utilizan para reforzar materiales compuestos, y su forma depende principalmente de la del objeto a reforzar. Para garantizar su adaptabilidad, deben tejerse en una máquina especializada. En producción, podemos crear formas simétricas o asimétricas con pocas limitaciones y buenas perspectivas.
1.5.6 Tejido con núcleo ranurado
La fabricación del tejido con núcleo ranurado también es relativamente sencilla. Se colocan dos capas de tejido en paralelo y luego se conectan mediante barras verticales, garantizando que sus secciones transversales sean triángulos o rectángulos regulares.
1.5.7 Tejido cosido de fibra de vidrio
Es un tejido muy especial; también se le llama estera tejida o alfombra de punto, pero no es el tejido ni la estera que conocemos habitualmente. Cabe mencionar que se trata de un tejido cosido, que no está tejido con urdimbre y trama, sino que estas se superponen alternativamente.
1.5.8 Funda aislante de fibra de vidrio
El proceso de producción es relativamente sencillo. Primero, se seleccionan algunos hilos de fibra de vidrio y luego se tejen dándoles forma tubular. A continuación, según los diferentes requisitos de grado de aislamiento, se fabrican los productos deseados recubriéndolos con resina.
1.6 Combinación de fibra de vidrio
Con el rápido desarrollo de las exposiciones de ciencia y tecnología, la tecnología de la fibra de vidrio también ha experimentado un progreso significativo, y desde 1970 hasta la actualidad han aparecido diversos productos de fibra de vidrio. En general, se encuentran los siguientes:
(1) Estera de hebras cortadas + mecha sin torcer + estera de hebras cortadas
(2) Tejido de roving sin torcer + estera de hebras cortadas
(3) Estera de hebras cortadas + estera de hebras continuas + estera de hebras cortadas
(4) Mecha aleatoria + estera de proporción original cortada
(5) Estera o tela de fibra de carbono unidireccional + hebra cortada
(6) Estera de superficie + hebras cortadas
(7) Tela de vidrio + varilla delgada de vidrio o mecha unidireccional + tela de vidrio
1.7 Tejido no tejido de fibra de vidrio
Esta tecnología no se descubrió primero en mi país. La tecnología más antigua se produjo en Europa. Posteriormente, debido a las migraciones humanas, esta tecnología se llevó a Estados Unidos, Corea del Sur y otros países. Para promover el desarrollo de la industria de la fibra de vidrio, mi país ha establecido varias fábricas relativamente grandes y ha invertido fuertemente en la creación de varias líneas de producción de alto nivel. En mi país, las esteras de fibra de vidrio húmedas se dividen principalmente en las siguientes categorías:
(1) La malla para techos juega un papel clave en la mejora de las propiedades de las membranas asfálticas y las tejas asfálticas coloreadas, haciéndolas más excelentes.
(2) Manta para tuberías: Como su nombre lo indica, este producto se utiliza principalmente en tuberías. Debido a que la fibra de vidrio es resistente a la corrosión, puede proteger bien la tubería de la corrosión.
(3) La estera superficial se utiliza principalmente en la superficie de los productos de FRP para protegerlos.
(4) La lámina de chapa se usa principalmente para paredes y techos porque puede prevenir eficazmente que la pintura se agriete. Puede hacer que las paredes sean más planas y no necesita ser recortada durante muchos años.
(5) La estera se utiliza principalmente como material base en pisos de PVC.
(6) Tapete de moqueta; como material base en alfombras.
(7) La estera de laminado revestido de cobre adherida al laminado revestido de cobre puede mejorar su rendimiento de punzonado y perforación.
2 Aplicaciones específicas de la fibra de vidrio
2.1 Principio de refuerzo del hormigón reforzado con fibra de vidrio
El principio del hormigón reforzado con fibra de vidrio es muy similar al de los materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio. En primer lugar, al añadir fibra de vidrio al hormigón, esta soporta la tensión interna del material, retrasando o impidiendo así la propagación de microfisuras. Durante la formación de fisuras en el hormigón, el material, actuando como árido, previene su aparición. Si el efecto del árido es suficientemente bueno, las fisuras no podrán propagarse. La fibra de vidrio en el hormigón actúa como árido, previniendo eficazmente la generación y propagación de fisuras. Cuando una fisura se extiende hasta las proximidades de la fibra de vidrio, esta bloquea su avance, obligándola a desviarse. En consecuencia, aumenta el área de propagación de la fisura, incrementando así la energía necesaria para el daño.
2.2 Mecanismo de destrucción del hormigón reforzado con fibra de vidrio
Antes de que el hormigón reforzado con fibra de vidrio se rompa, la fuerza de tracción que soporta se reparte principalmente entre el hormigón y la fibra de vidrio. Durante el proceso de fisuración, la tensión se transmite del hormigón a la fibra de vidrio adyacente. Si la fuerza de tracción sigue aumentando, la fibra de vidrio se dañará, principalmente por cizallamiento, tensión y desprendimiento.
2.2.1 Falla por cizallamiento
La tensión cortante que soporta el hormigón reforzado con fibra de vidrio se reparte entre la fibra y el hormigón, y se transmite a la fibra a través del hormigón, dañando así la estructura de fibra. Sin embargo, la fibra de vidrio presenta ciertas ventajas: su gran longitud y su reducida superficie de contacto con el suelo, por lo que la mejora de su resistencia al corte es limitada.
2.2.2 Fallo por tensión
Cuando la fuerza de tracción de la fibra de vidrio supera cierto nivel, esta se rompe. Si el hormigón se agrieta, la fibra de vidrio se alargará demasiado debido a la deformación por tracción, su volumen lateral se reducirá y la fuerza de tracción la romperá con mayor rapidez.
2.2.3 Daños por desprendimiento
Una vez que el hormigón se rompa, la fuerza de tracción de la fibra de vidrio aumentará considerablemente, y esta fuerza será mayor que la fuerza entre la fibra de vidrio y el hormigón, de modo que la fibra de vidrio se dañará y posteriormente se desprenderá.
2.3 Propiedades de flexión del hormigón reforzado con fibra de vidrio
Cuando el hormigón armado soporta la carga, su curva tensión-deformación se divide en tres etapas distintas según el análisis mecánico, como se muestra en la figura. La primera etapa: primero se produce la deformación elástica hasta que aparece la fisura inicial. La característica principal de esta etapa es que la deformación aumenta linealmente hasta el punto A, que representa la resistencia a la fisura inicial del hormigón reforzado con fibra de vidrio. La segunda etapa: una vez que el hormigón se fisura, la carga que soporta se transfiere a las fibras adyacentes, y la capacidad de carga se determina según la propia fibra de vidrio y la fuerza de unión con el hormigón. El punto B es la resistencia máxima a la flexión del hormigón reforzado con fibra de vidrio. La tercera etapa: al alcanzar la resistencia máxima, la fibra de vidrio se rompe o se desprende, y las fibras restantes aún pueden soportar parte de la carga para asegurar que no se produzca una fractura frágil.
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Fecha de publicación: 6 de julio de 2022
