در ادامه مقاله “الیاف شیشه” که به تفضیل به بررسی ساختار شیمیایی، خواص و انواع الیاف شیشه پرداختیم، در این مقاله از نگاه کاربردی و صنعتی موارد زیر را بررسی خواهیم کرد:
آشنایی با الیاف شیشه و انواع متداول آن
اشکال متداول الیاف شیشه در بازار
آشنایی با ظرفیت جهانی تولید الیاف شیشه و شرکت‌های تولید کننده
معرفی کاربرد الیاف شیشه در صنایع مختلف:
- توربین‌های بادی
- برق و الکترونیک
- هوافضا و نظامی
- صنایع شیمیایی
- عمران و زیرساخت
- ساختمان‌سازی
- خودروسازی
- قایق سازی
- کالاهای مصرفی و تسهیلات تجاری
- وسایل ورزشی
1- آشنایی با الیاف شیشه و انواع آن:
صنعت الیاف شیشه از نظر وزن و ارزشمندی ماده، در همه بخش‌های صنعت شیشه، تجارت خوبی به شمار می‌آید. غیر از بخش الیاف، سایر بخش‌های این صنعت عبارتند از ظروف شیشه‌ای، شیشه‌های تخت (صنعت خودرو و ساختمان)، وسایل شیشه‌ای (میز و مانند آن) و شیشه‌های صنعتی (چراغ، الکترونیک و…).
طی سالیان گذشته، تولیدکنندگان الیاف شیشه با بهینه کردن فرآیندهای تولید و ترکیب درصد اجزاء به عنوان یکی از عوامل تعیین کننده استحکام الیاف در کنار بهینه‌سازی مواد سایزینگ (تامین کننده کیفیت چسبندگی به رزین)، محصولات جدیدی تولید کرده‌اند. از جمله پارامترهای موثر در خواص نهایی الیاف می توان به تجمع فیلامنت‌ها، جهت‌گیری آن‌ها و فرمولاسیون سایزینگ اشاره کرد. معمولاً سایزینگ‌ها بر اساس فرآیندی که الیاف در آن استفاده می‌شود (مانند پالتروژن، .فیلامنت وایندینگ، بافت و…)، و نیز سازگاری با رزین (گرمانرم مانند پلی‌پروپیلن و پلی‌آمید یا گرماسخت مانند پلی‌استر و فنولیک) طراحی می‌شوند
1-1- انواع الیاف شیشه:
بر اساس تنوع ساخت و تغییر پارامترهای فوق محصولات شیشه در انواع مختلف، محدوده وسیعی از بازار را به خود اختصاص می‌دهد که لزوماً کارایی آن‌ها مانند هم نیست. تقسیم‌بندی‌های متعددی برای الیاف شیشه وجود دارد که می توانید در مقاله “الیاف شیشه” مطالعه نمایید ولی امروزه آن‌ها را به چهار گروه تقسیم می‌کنند که شامل انواع E، ECR، Advantex و HP (کارایی بالا) هستند.
شرکت پیشروی اونس کورنینگ (OCV فعلی) تولید انواع الیاف شیشه نوع E را در سال 1938، S-2 را در سال 1968، ECR را در سال 1980، Advantex را در سال 1997 و HP را در سال 2007 آغاز نموده است. الیاف E که الیاف مرجع محسوب می‌شوند، شامل:
- 53 تا 60% SiO2
- 20 تا 24% اکسیدهای فلزات قلیایی
- 5 تا 10% B2O3
- 5 تا 10% Al2O3
همچنین مواد دیگری با مقادیر کمتر نیز در آن وجود دارد. البته به دلایل زیست محیطی، روند صنعت در جهت کاهش هر چه بیشتر B2O3 است. در صنعت کامپوزیت ایران این نوع الیاف، متداول‌ترین نوع مصرف است و اغلب الیاف شیشه ارائه شده در فروشگاه ایران کامپوزیت کاویان در اشکال مختلف نیز از این نوع است.
الیاف مقاوم به خوردگی (ECR) برای کاربردهایی که مقاوم به مواد شیمیایی، اسیدها و بازها هستند، مانند مخازن نگهداری مواد اهمیت دارد و استفاده می‌شود.
الیاف Advantex همان نوع E بدون بُراست که خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی آن نسبت به نوع E بهبود قابل ملاحظه‌ای یافته است. الیاف با کارایی بالا که فرمولاسیون جدیدی در این صنعت محسوب می‌شود، نه تنها بُر ندارد، بلکه خواص مکانیکی-دینامیکی (استحکام، مدول، کرنش و خستگی) عالی‌تری را تامین می‌کند. همچنین این الیاف نسبت به انواع E، به میزان قابل توجهی از مقاومت حرارتی و شیمیایی بالاتری برخوردار است.
2-1-اشکال متداول الیاف شیشه در بازار:
الیاف شیشه در اصل به دو شکل نخ (yarn) و رشته (roving) مصرف می‌شود. معمولاً نخ به الیاف با تکس کمتر از 300 که فیلامنت‌های آن قطری برابر با 5 تا 9 میکرون دارد اطلاق می‌شود که در بافت پارچه‌های مورد استفاده در تولید برد، مدار چاپی و پارچه‌های شیشه دارای روکش تفلون، PVC، سیلیکون یا کاغذ استفاده می‌شود.
به منظور تسهیل بافت این الیاف، ابتدا بر نخ‌های اولیه، سایزینگ پارچه اعمال می‌کنند که در نهایت باید این سایزینگ شسته شود و یا با حرارت برداشته شود تا متناسب با کاربرد، عوامل جفت کننده (coupling agent) مناسب، بر پارچه اعمال گردد.
عنوان روینگ به الیاف با تکس 300 تا 4000 و بالاتر اختصاص دارد و قطر فیلامنت‌های آن بین 10 تا 24 میکرون و حتی بالاتر است و سایزینگ آن متناسب با فرآیند و نوع رزین مورد استفاده انتخاب می‌شود. روینگ به شکل‌های تک رشته (direct)، چند رشته (assembled)، نمد الیاف پیوسته (CFM) و نمد الیاف خرد شده (CSM) استفاده می‌شود.
برای کاربردهایی مانند پره توربین بادی یا قایق، که خواص مکانیکی اهمیت زیادی دارد، شرکت‌های تولید کننده الیاف مانند 3B (با محصول Hiper-Tex)، OC (با محصول Xstrand)، Sinoma (با محصول HS2 و HS4)، CPIC و Jushi، محصولات با کارایی بالا را توسعه می‌دهند.
2- آشنایی با ظرفیت جهانی تولید الیاف شیشه و شرکت‌های تولیدکننده:
به دلیل آنکه در سال‌های اخیر، برخی تولیدکنندگان درصدی از کوره‌های خود را خاموش کرده‌اند تا از وضعیت دشوار اقتصادی عبور کنند، تعیین دقیق ظرفیت جهانی تولید الیاف شیشه کار آسانی نیست. بحران اقتصادی اخیر، برخی پروژه‌های توسعه‌ای را نیز به تاخیر انداخته است. با این حال در جدول 1 و 2، فهرستی از تولیدکنندگان اصلی نخ و روینگ شیشه به همراه ظرفیت تولیدشان آورده شده است. نکته جالب در این فهرست آن که، نام تنها 5 تولید کننده در هر دو جدول به چشم می‌خورد که نشان از تخصصی بودن تولید و کاربرد این دو محصول است.
ظرفیت جهانی تولید نخ 910.000 تن است که آسیا 69%، آمریکای شمالی 21%، اروپا و ژاپن هرکدام 5% از این ظرفیت را به خود اختصاص داده‌اند. رشد تولید این محصول در مقایسه با سال 2010، 4% پیش بینی شده است.
تولید جهانی روینگ نیز برای سال 2011، با 7% رشد نسبت به سال قبل از آن، 4.100.000 تن ذکر شده که آسیا (بخصوص چین) با بیشترین رشد، سهم خود را به 59% رسانده است. اروپا با سهم 21% و آمریکای شمالی با سهم 20%، پس از آن قرار می‌گیرند.
پیش‌بینی شده رشد چشمگیر تقاضا در کشوهای آسیایی شامل چین، سرمایه‌گذاری برای تولید الیاف شیشه در این کشورها را کماکان افزایش خواهد داد. در حالیکه در سال 2010 80-70% ظرفیت تولید الیاف شیشه در جهان بکار گرفته شده بود، تخمین زده شده در سال جاری 90-80% ظرفیت تولید بکار گرفته شده باشد و از این رو، آینده صنعت کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه پیش بینی می‌شود.
3-معرفی کاربرد الیاف شیشه در صنایع مختلف:
الیاف شیشه معمولاً به عنوان مواد تقویت‌کننده در ساخت قطعات کامپوزیتی جهت ایجاد خواصی چون عایق الکتریکی و عایق حرارتی، در انواع صنایع سازنده اقتصاد ملی استفاده می شود و در اصطلاح به آن‌ها GFRP گفته می شود. GR یا Glass fibers یکی از محصولات پر مصرف به شمار می رود به طوریکه مصرف جهانی الیاف شیشه در سال 2010، 3.960.000 تن تخمین زده شده که توزیع آن در قاره‌های مختلف و نیز سهم هر صنعت در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1- سهم بازار صنایع مختلف (%) و مناطق مختلف (بر حسب میلیون تن) در مصرف الیاف شیشه است.
در این بخش جهت آشنایی شما با کاربردهای الیاف شیشه، ده مورد از بزرگترین این صنایع به صورت اجمالی معرفی خواهد شد:
1-3-صنعت ساخت بادگیرهای ذخیره کننده انرژی بادی
توربین‌های بادی با هدف تبدیل انرژی جنبشی به انرژی بادی ساخته می‌شوند و بر خلاف ظاهر ساده ای که از خود نشان می دهند طراحی پیچیده ای دارند. تیغه توربین‌های بادی مهمترین جزء این سازه است که علاوه بر استحکام مکانیکی بالا برای مقاومت در برابر طوفان و عوامل آسیب‌زای ناشی از محیط و شرایط جوی باید تا حد امکان دارای وزن و چگالی کمی باشد. در ساخت این سازه کامپوزیتی غالبا از رزین اپوکسی به عنوان جزء ماتریس و الیاف شیشه به عنوان جزء تقویت کننده استفاده می شود. ساخت کامپوزیت از این مواد کمک می کند تا تیغه تحت فشار باد نشکند و میان امواج قوی الکترومغناطیس و بازتاب نور تداخلی صورت نگیرد.
2-3-صنعت برق و الکترونیک
در صنعت برق و الکترونیک غالبا از الیاف شیشه برای ایجاد خاصیت مقاومت الکتریکی و مقاومت خوردگی در ساخت قطعات کامپوزیتی استفاده می‌شود و کاربرد آن عمدتا شامل سه مورد زیر خواهد بود:
محفظه‌های برق از جمله: جعبه‌های کلید برق، جعبه‌های سیم کشی برق یا پوشش‌های تابلو برق یا ساخت بدنه قطعات الکتریکی است.
اجزاء الکتریکی مانند: ابزارهای عایق و درپوش‌های انتهایی موتور و…
خطوط انتقال شامل براکت‌های کامپوزیتی کابل، براکت‌های ترانچ کابل و…
3-3-هوافضا و صنایع نظامی
الیاف شیشه بخاطر وزن کم و ایجاد قابلیت‌های خوبی چون: استحکام بالا و مقاومت خوب در برابر ضربه و شعله آتش یکی از تقویت‌های پرمصرف در صنایع هوافضا و نظامی است. به عنوان مثال در صنایع هوایی از این محصول در ساخت کامپوزیت‌های مصرفی به عنوان بدنه هواپیما،هلی‌کوپتر و اتاقک موتور هواپیما، پره‌های روتور، اجزای ساختاری ثانویه هواپیما (کف، درها، صندلی‌ها، مخازن سوخت کمکی)، اتاقک چمدان و اتاقک آنتن استفاده می‌شود.
4-3- صنایع شیمیایی
مواد کامپوزیت الیاف شیشه دارای ویژگی‌های مقاومت در برابر خوردگی خوب و اثر تقویت‌کنندگی عالی هستند لذا به‌طور گسترده در صنایع شیمیایی برای ساخت مخازن و لوله‌های شیمیایی (مانند مخازن ذخیره‌سازی) و توری‌های ضد خوردگی استفاده می‌شود. به عنوان مثال با تقویت لوله‌های بتنی فاضلاب با الیاف دو جهته شیشه می‌توان آن‌ها را در برابر خوردگی اکسیژن، رطوبت و سولفید هیدروژن محافظت نمود.
5-3- عمران و زیرساخت
همانطور که در موارد بالا اشاره شد الیاف شیشه بخاطر چگالی کم و خاصیت تقویت کنندگی عالی در کنار ایجاد مقاومت ضربه و خوردگی یکی از بهترین تقویت کننده‌های موادی چون فولاد و بتن به شمار می رودند که این مواد خود از پر مصرف‌ترین متریال‌های صنعت عمران و زیرساخت‌های شهری به شمار می آید. به عنوان مثال کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه در ساخت اسکله‌ها، پل‌ها وساختمان‌های کنار آب جهت جلوگیری از خوردگی و فرسایش حاصل از تماس با آب و در روسازی بزرگراهها، پایه پل‌ها به جهت تقویت سازه استفاده می شود.
6-3- ساختمان‌سازی
در ساختمان‌سازی مدرن، ساخت سازه‌های سبک و ایمن در برابر حوادث طبیعی و داشتن خواصی چون مقاومت در برابر شعله آتش و عایق بودن دیوارها در برابر صدا و حرارت دغدغه اصلی به شمار می‌رود. و همه این آیتم‌ها سازندگان مصالح ساختمانی را به سوی ساخت بتن کامپوزیتی، دیوارهای کامپوزیت، صفحات و تزئینات عایق حرارتی، میلگردهای فولادی FRP، حمام استخرهای شنا با بدنه کامپوزیتی، سقف‌ها، پانل‌های روشنایی، کاشی های FRP، پنل‌های درب و برج‌های خنک‌کننده تقویت شده با الیاف شیشه هدایت کرده است.
7-3- خودرو سازی
از آنجایی که کامپوزیت‌های الیاف شیشه (GFRP) در مقایسه با مواد سنتی از نظر چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر دما، مزایای آشکاری دارند و الزامات وسایل نقلیه حمل و نقل را برای وزن سبک و استحکام بالا برآورده می‌کنند، کاربرد آن‌ها در زمینه خودرو روز به روز گسترده‌تر می‌شود. . کاربردهای متداول آن عبارتند از:
- سپر جلو و عقب خودرو، گلگیر، روکش موتور، سقف کامیون
- داشبورد خودرو، صندلی، کابین خلبان، تزئینات
- قطعات الکتریکی و الکترونیکی خودرو
8-3- قایق سازی
در ساخت قایق‌ها و سازه‌های شناور در گذشته غالبا از چوب یا فلزات و آلومینیوم استفاده می‌شد اما این مواد در طول زمان دچار سایش و خوردگی می‌شدند به خصوص چوب توسط برخی از موجودات آب شیرین به مرور خورده می‌شود. اما امروزه با پیشرفت مصرف کامپوزیت‌ها در صنایع قایق و کشتی‌سازی شاهد کاهش سرعت خوردگی و افزایش طول عمر قایق‌ها در کنار افزایش استحکام و سبکی بیشترشان هستیم. یکی از متداول‌ترین تقویت کننده‌های این سازه‌های کامپوزیتی الیاف شیشه (حصیری/نمد) و متداول‌ترین روش ساخت “لایه گذاری دستی” به کمک قالب‌های آماده است هر چند امروزه استفاده از روش “ساخت با استفاده از وکیوم بگ” نیز استقبال زیادی شده است. الیاف شیشه در ساخت قایق‌ها و وسایل شناورغیر از سازندگان جزء و بومی توجه شرکت‌های بزرگی چون کبرا اینترنشنال (واقع در کشور تایلند) و کوئیک بوتس (که در سراسر جهان شعبه دارد) را به خود جلب کرده است. به طوری که خبر همکاری این دو شرکت با یکدیگر در ساخت قایق‌های تاشو در جهان مورد توجه افراد زیادی قرار گرفته است.
9-3-کالاهای مصرفی و تسهیلات تجاری
در مقایسه با مواد سنتی مانند آلومینیوم و فولاد، مواد تقویت‌شده با الیاف شیشه باعث عملکرد بهتر و وزن سبک‌تر مواد کامپوزیت می‌شود. کاربردهای مواد کامپوزیت در این زمینه عبارتند از:
- تجهیزات صنعتی
- بطری های فشار هوا صنعتی
- قاب لپ تاپ، موبایل
- لوازم خانگی
10-3- وسایل ورزشی
مواد کامپوزیت دارای ویژگی های وزن سبک، استحکام بالا، آزادی طراحی بزرگ، پردازش و شکل دهی آسان، ضریب اصطکاک کم، مقاومت در برابر خستگی خوب و … هستند و به طور گسترده در تجهیزات ورزشی استفاده می شوند. کاربردهای آن عبارتند از:
- تخته اسکی
- راکت تنیس، راکت بدمینتون
- پارو زدن
- دوچرخه
- قایق موتوری
در بررسی سهم هر یک از این صنایع در مقیاس جهانی نکته جالب این است که سهم بازار هر صنعت در نواحی مختلف، متفاوت است و در حالیکه بخش حمل و نقل نزدیک به یک سوم کل مصرف الیاف شیشه در قاره اروپا و آمریکا را تشکیل می‌دهد، در آسیا همین میزان به بخش ساخت و ساز و عمران تعلق دارد. البته برای تحلیل بازار بخش‌های خاص باید به نکات ظریفی که در آن بخش‌ها وجود دارد نیز توجه نمود. به عنوان مثال با اینکه صنایع برق و الکترونیک آسیا 20% مصرف الیاف شیشه را به خود اختصاص داده‌اند، ولی بسیاری از محصولات این صنایع در کشور خودشان مصرف نمی‌شود و به دیگر کشورها صادر می‌گردد.
در پایان این بخش باید افزود که گرچه ظرفیت کنونی تولید الیاف شیشه بیش از میزان تقاضای آن است ولی این اضافه ظرفیت در مقیاس درصد، زیاد نیست و سرمایه‌گذاری در این بخش یکبار دیگر در حال رونق است.
4- خرید الیاف اپوکسی:
مجموعه ایران کامپوزیت کاویان به عنوان مرجع تخصصی فروش مواد اولیه صنعت الیاف و کامپوزیت انواع الیاف شیشه را در اشکال مختلف برای کاربردهای متنوع به صورت جزئی و عمده ارائه می کند، جهت اطلاع از خواص، کاربرد و اطلاعات خرید هریک از انواع الیاف مورد نیاز خود می توانید به صفحه فروشگاه، دسته الیاف شیشه و سلیکا رجوع کنید.