الألياف الزجاجية (الفيبر جلاس): الاستخدامات | الخصائص | مزايا - عيوب

الألياف الزجاجية هي اسم الفيبر جلاس (غلاس) أو اللدائن المسلحة بالزجاج وهي، مادة مصنوعة من ألياف زجاجية دقيقة للغاية. الألياف الزجاجية مادة خفيفة الوزن ومتينة وقوية للغاية. على الرغم من أن خصائص القوة أقل بكثير وأقل صلابة من ألياف الكربون (كربون فيبر)، إلا أن المادة بشكل عام أقل هشاشة (قصافة).

بالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة المواد الخام أقل بكثير مقارنة بألياف الكربون. بالمقارنة مع المعادن، فإن خصائص قوتها ووزنها مناسبة للغاية، وبالتالي يمكن تشكيلها بسهولة باستخدام عمليات التشكيل. بالنظر إلى فائدتها وخصائصها الفريدة، يتم استخدام الألياف الزجاجية في العديد من الصناعات مثل المشروبات والتصنيع والفضاء وغيرها الكثير. وبالتالي، في هذه المدونة، سنناقش موضوع "الألياف الزجاجية" بالتفصيل.

ما هي الألياف الزجاجية (الفيبر جلاس)؟

الألياف الزجاجية هي مادة بلاستيكية مقواة تتكون من ألياف زجاجية مدمجة في مصفوفة أو خلطة من الراتنج. بمعنى آخر، إنها نسيج نسيج مصنوع من خيوط زجاجية منسوجة. يُعرف باسم البلاستيك المقوى بالزجاج (GRP) أو البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP).

تشتهر الألياف الزجاجية بخصائصها ذات القوة العالية مقارنة بالوزن الخفيف نسبيًا. الألياف الزجاجية في الواقع مصنوعة من الزجاج، على غرار النوافذ أو أكواب الشرب. يسخن الزجاج حتى يتحول إلى شكل منصهر. بعد أن يصل إلى الشكل المنصهر، يتم تمريره من خلال ثقوب فائقة الدقة، مكونًا خيوطًا زجاجية رفيعة للغاية - رقيقة جدًا بحيث يمكن قياسها بشكل أفضل بالميكرونات.

يعود تاريخ الألياف الزجاجية إلى أكثر من 50 عامًا. الألياف الزجاجية هي مادة مقاومة للتآكل وخفيفة الوزن واقتصادية وسهلة المعالجة. لديها بعض الخصائص الميكانيكية الجيدة. إنها مهيمنة تمامًا في صناعات معدات بناء قوارب المقاومة للتآكل وما إلى ذلك. كما أنها تلعب دورًا بارزًا في الصناعات الأخرى مثل الصناعات الطبية والترفيهية والمعمارية وصناعة السيارات.

خصائص الألياف الزجاجية

• استقرار الأبعاد:

الألياف الزجاجية مادة مستقرة الأبعاد. الجزء الأكثر فائدة من هذه المادة هو أنها لا تتقلص أو تتمدد بعد التعرض لدرجات حرارة منخفضة جدًا أو عالية.

• مقاومة الرطوبة:

عند تعرضها للماء، فإنها لا تمتص الرطوبة ولا تتغير كيميائيًا أو فيزيائيًا. لا يتأثر تكوينها تحت أي ظروف معينة.

• القوة العالية:

نسبة القوة إلى الوزن العالية للألياف الزجاجية تجعلها مادة مفضلة في التطبيقات التي يكون فيها الحد الأدنى من الوزن والقوة العالية أمرًا حيويًا.

• مقاومة النيران:

الألياف الزجاجية مادة غير عضوية. لا تحترق ولا تدعم الاحتراق. تحتفظ بما يقرب من ٢٥٪ من قوتها الأولية عند درجة حرارة ١٠٠٠ درجة فهرنهايت (٥٤٠ درجة مئوية).

• المقاومة الكيميائية:

معظم المواد الكيميائية لها تأثير ضئيل أو معدوم على الألياف الزجاجية، لكن الألياف الزجاجية تتأثر بحمض الهيدروفلوريك وأحماض الفوسفوريك الساخنة والمواد القلوية القوية. عادة لا تتعفن أو تتدهور.

• الخواص الكهربائية:

ثبت أن الألياف الزجاجية (الفيبر جلاس) مادة ممتازة في تطبيقات العزل الكهربائي. إن الجمع بين الخصائص مثل القوة العالية، وامتصاص الرطوبة المنخفض، ومقاومة الحرارة، وثابت العزل الكهربائي المنخفض يجعلها مثالية للوحات الدوائر المطبوعة والورنيش العازل.

• التوصيل الحراري:

إن الجمع بين الخصائص مثل معامل التمدد الحراري المنخفض والتوصيل الحراري المنخفض يجعل الألياف الزجاجية مادة ثابتة الأبعاد تبدد الحرارة بسرعة مقارنة بالأسبستوس والألياف العضوية.

• التوافق مع المصفوفات (الخلطات) العضوية:

يتم الحصول على الألياف الزجاجية بأحجام مختلفة. عند الحديث عن عامل التوافق، تتمتع الألياف الزجاجية بالقدرة على الاندماج مع العديد من الراتنجات الاصطناعية وحتى مع بعض المصفوفات المعدنية مثل الأسمنت.

• التعفن:

الألياف الزجاجية لا تتعفن أو تتحلل. تظل غير متأثرة تمامًا بفعل القوارض والحشرات.

 التركيب الكيميائي للألياف الزجاجية

• السيليكا: تزيد القوة ومقاومة الأحماض
• أكاسيد الصوديوم والكالسيوم: تزيد السيولة والتدفق وتقلل الموصلية الكهربائية
• أوكسيد البورون: يقلل التمدد بالحرارة
• أوكسيد المغنسيوم: يبطئ معدل تبلور الزجاج
• أكاسيد الألمنيوم والزنك: تزيد المتانة ومقاومة الرطوبة

حجم وسمك الألياف الزجاجية

• سمك الفايبر جلاس يختلف من ١.٥٠ ملم إلى 75 ملم.
• حجم الفيبر جلاس - ٨٥٤ × ٢٠٨٢ ملم

استخدامات الألياف الزجاجية

• استخدام الألياف الزجاجية في صناعة البناء:

١. الأقمشة الشبكية:

تستخدم الأقمشة الشبكية المصنوعة من الألياف الزجاجية لتقوية الواجهات. كما أنها تستخدم لمنع التشققات في الجدران الداخلية. تعتبر عنصر مهم في أنظمة العزل.

٢. أشرطة الألياف الزجاجية للحوائط الجافة:

تُستخدم الأشرطة ذاتية اللصق المصنوعة من الألياف الزجاجية لتعزيز قوة المفصل، ولحوائط جافة سريعة وسهلة بالإضافة إلى حلول الإصلاح.

٣. أغطية الجدران المصنوعة من الألياف الزجاجية:

تُستخدم أغطية الجدران المصنوعة من الألياف الزجاجية في تشطيب الجدران وتزيينها وكذلك لتجديد الجدران. كما أنها تستخدم في الأسقف. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يعمل أيضًا كمانع للحريق. يمكن أيضًا تطبيق الطلاء عليها.

٤. الألياف الزجاجية ليد سكريم (ستائر):

سكريم هو نسيج مقوى أو ستائر مصنوعة من خيوط خيوط مستمرة من الألياف الزجاجية في بنية شبكية مفتوحة. تقوم عملية تصنيع السكريم بربط الخيوط غير المنسوجة كيميائياً مع بعضها مما يعطي للسكريم خصائص فريدة. يمكن استخدام Scrims في العديد من التطبيقات والمنتجات.

٥. أرضيات من الألياف الزجاجية:

تستخدم خيوط الألياف الزجاجية كتعزيز لأغطية الأرضيات المختلفة. المزايا هي مقاومة الشد والثقب العالية لمنتجات المرور الثقيل وكذلك ثبات الأبعاد لـ PVC و TPO (البولي أوليفين الحراري) وغيرها من المواد.

٦. الكسوة المصنوعة من الألياف الزجاجية (كلادنج):

إذا تم خلط الألياف الزجاجية مع المواد المركبة أو الخرسانة أو البوليستر، فيمكن أيضًا استخدامها ككسوة. يأتي هذا الإصدار من الألياف الزجاجية في ألواح، ويمكن تثبيته مثل ألواح الكسوة الأخرى. الميزة الإضافية المرتبطة به، في حالة حدوث ضرر معين، يمكن استبداله بسهولة. الألواح المصنوعة من الألياف الزجاجية النقية متوفرة أيضًا في السوق.

٧. نوافذ من الألياف الزجاجية:

تكتسب نوافذ (الفيبر غلاس) الألياف الزجاجية شعبية هذه الأيام مع زيادة الطلب على المنتجات الصديقة للبيئة وتضع معايير جديدة من حيث الكفاءة والقوة. تستخدم نوافذ الألياف الزجاجية على نطاق واسع في المباني التجارية والسكنية. تتكون قطاعات النوافذ المصنوعة من الألياف الزجاجية من نواة مملوءة بالرغوة أو لب مجوف. وهي متوفرة بشكل عام في شكل تعليق مزدوج، وباب، ونوافذ مظلة ونوافذ منزلقة أفقية.

اقرأ: أساسيات الخرسانة المسلحة بالألياف (الخرسانة الليفية)

• استخدامات في غير صناعة البناء:

تستخدم الألياف الزجاجية في مجموعة واسعة من الاستخدامات. بصرف النظر عن صناعة البناء، يتم استخدام الألياف الزجاجية في تغليف المشروبات والصناعات الكيماوية وأبراج التبريد وأرصفة السفن ومشاة البحرية ومعالجة الأغذية والنوافير وأحواض السمك والتصنيع والمعادن والتعدين وتوليد الطاقة ومصانع الطلاء وصناعة اللب والورق والسيارات والفضاء و الصناعات الدفاعية.

اقرأ: البوليمرات المسلحة بالألياف (FRP) في البناء وأنواعها واستخداماتها

أنواع الفيبرجلاس (الألياف الزجاجية)

اعتمادًا على المواد الخام المستخدمة ونسبها لصنع الألياف الزجاجية، يمكن تصنيفها إلى الأنواع التالية.

A Glass - يحتوي هذا الزجاج على ٧٢٪ سيليكا ويحتوي على نسبة عالية من الألياف الزجاجية القلوية (٢٥٪ صودا وجير). فهي شفافة وسهلة التشكيل والأكثر ملاءمة لزجاج النوافذ. لكن عيب هذا الزجاج هو ضعف مقاومته للحرارة (٥٠٠-٦٠٠ درجة مئوية). يتم استخدامها للنوافذ والحاويات والمصابيح وأدوات المائدة.

C Glass - هذا زجاج كيميائي مصنوع من بوروسيليكات الصوديوم (زجاج الجير القلوي) مع نسبة عالية من أكسيد البورون الذي يحسن المتانة، مما يجعله تركيبة مفضلة للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل.

D Glass - عبارة عن زجاج بوروسيليكات ذو قوة عازلة محسنة وكثافة منخفضة، تم تطويره خصيصًا لتحسين الأداء الكهربائي.

E Glass - ألياف زجاجية مقاومة للكهرباء. يتكون هذا الزجاج من الألومينا والكالسيوم والبوروسيليكات. يتم استخدامه كبلاستيك مقوى بالزجاج كألياف للأغراض العامة حيث تكون القوة والمقاومة الكهربائية العالية ضرورية.

ECR Glass - هذا عبارة عن زجاج سيليكات ألومينو الكالسيوم. لديه جودة عالية من المقاومة طويلة الأجل للتآكل وشروخ الانفعال في الظروف الحمضية.

AR Glass - عبارة عن زجاج عالي الجودة مقاوم للقلويات ويتكون من سيليكات الزركونيوم القلوية المستخدمة في الركائز الأسمنتية والخرسانية.

R Glass - عبارة عن زجاج سيليكات ألومينو الكالسيوم وهو زجاج عالي القوة وعالي المعامل بتكلفة أقل من "S".

S & S2 Glass - هذا عبارة عن زجاج سيليكات ألومينو المغنيسيوم يتم تصنيعه لتطبيقات الفضاء بشكل خاص.

أشكال الألياف الزجاجية

تأتي الألياف الزجاجية بأشكال مختلفة لتطبيقات مختلفة:

شريط الألياف الزجاجية:

تتكون أشرطة الألياف الزجاجية من خيوط الألياف الزجاجية. تشتهر خيوط الألياف هذه بخصائصها العازلة للحرارة. يجد لهذا النوع من الألياف الزجاجية تطبيقات واسعة في خطوط الأنابيب الساخنة وأوعية التغليف.

قماش الألياف الزجاجية:

قماش الألياف الزجاجية عبارة عن مادة ناعمة متوفرة في أشكال مختلفة مثل غزل خيوط الزجاج وخيوط الألياف الزجاجية. يتم استخدامها على نطاق واسع كدروع واقية من الحرارة في ستائر مقاومة النيران وغيرها.

حبال الألياف الزجاجية:

الحبال المضفرة من خيوط الألياف الزجاجية. تستخدم هذه الحبال لأغراض التعبئة.

مزايا الألياف الزجاجية

• ناعمة الملمس ومرنة بطبيعتها.
• لها مقاومة شد عالية.
• مقاومة للحريق والحشرات والمياه والأحماض.
• عازل حراري وصوتي.
• تزيد من مقاومة الصدم في الخرسانة وتحد من الزحف والانكماش.

عيوب الألياف الزجاجية

• إشكالية الرطوبة:

يكون عزل الألياف الزجاجية عرضة بشكل خاص للرطوبة. على عكس المواد الأخرى مثل عازل الرغوة المرشوشة أو لوح الرغوة، فإن عزل الألياف الزجاجية الرطبة يفقد كل قيمة R ولا يحتوي على أي خصائص عازلة حتى تجف. يمكن أن تضر الرطوبة بالعزل في السندرات كموقع أساسي للعوارض المصنوعة من الألياف الزجاجية بسبب تسربات السقف أو من التكثيف البسيط.

• إشكالية العفن:

يحدث نمو العفن عند وجود الرطوبة في عزل الألياف الزجاجية. وهو أكثر شيوعًا في الألياف الزجاجية مقارنة بمواد العزل الأخرى مثل السليلوز السائب لأن السليلوز لا يسمح بحركة الهواء الحرة التي تحمل العفن وتوفر الرطوبة. تنمو جراثيم العفن المحمولة بالهواء التي تستقر في ألياف عزل الألياف الزجاجية حتى عند تعرضها للرطوبة من بخار الماء في الهواء أو بسبب التكثيف. يعد العفن أحد أسباب جودة الهواء الداخلي غير الصحية، كما أنه يتسبب في ظهور أعراض حساسية لدى الأفراد المصابين.

• إشكالية التغطية:

تتوفر عوارض الألياف الزجاجية بعرض ١٦ بوصة أو ٢٤ بوصة مقطوعة مسبقًا. تحتوي البنايات السكنية على العديد من الزوايا النتوءات ذات الشكل الفردي والأشكال الشاذة الأخرى التي لا يتم استيعابها من خلال تنسيق الحجم القياسي لعوارض التغطية بالألياف الزجاجية. علاوة على ذلك، تحتوي الجدران الداخلية على قنوات أو دكتات وصناديق مأخذ كهربائي والعديد من العوائق الأخرى. حتى وجود فجوة صغيرة في العزل تسمح بالتدفق غير المقيد للطاقة الحرارية يمكن أن تقلل من المقاومة الحرارية الإجمالية للسقف أو الجدار.

• إشكالية تبادل الهواء:

بالإضافة إلى التوصيل المباشر عبر الجدران والأسقف، فإن الطاقة الحرارية تنتقل أيضًا من خلال تبادل الهواء المباشر، مثل تسرب الهواء عبر السقف إلى السندرة. مواد العزل الأخرى مثل الرغوة المرشوشة أو السليلوز السائب هي أكثر كثافة وتوفر حماية أكثر فعالية ضد تسرب الهواء من الألياف الزجاجية. يمر الهواء عبر الألياف الزجاجية بسهولة لأنها منخفضة الكثافة وتأتي أيضًا في شكل منفوش. عندما تقوم بتركيب الألياف الزجاجية في العلية أو السندرة، فإنك تدقق وتهتم مسبقًا بإغلاق ومنع تسرب الهواء من أماكن المعيشة أدناها - قبل أن يتم تغطيتها بشكل دائم بطبقة من هذا العزل. يتضمن ذلك الشقوق والفجوات الهيكلية الطفيفة حول أي تركيبات إضاءة في السقف، والمواسير الكهربائية وقنوات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التي تخترق العلية.

عملية تصنيع الألياف الزجاجية

• تتكون من قضبان زجاجية دقيقة وكل قضيب زجاجي يمثل المادة الأم من جميع النواحي.
• مصنوعة من زجاج السيليكا بطريقة خاصة، عن طريق دفع الزجاج المصهور من خلال فتحات دقيقة تحت ضغط عالٍ، عند الحصول على كتلة مثل الخيط.
• مصنوعة إما في شكل خيوط متواصلة على مثل الحرير أو في شكل تيل مثل الصوف.

الخلاصة:

باختصار، تعتبر الألياف الزجاجية مادة أساسية لها استخدامها في مجموعة من الصناعات بما في ذلك محطات معالجة مياه الصرف الصحي، والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء، ومقاومة الحريق، وصناعة المشروبات وحقول النفط. إنها ليست مادة تم اختراعها حديثًا. تم استخدامها منذ عام ١٩٣٠. وفقًا لـ "كوروين إدسون" (عالم كبير) ، يوجد اليوم أكثر من ٤٠٠٠٠ تطبيق كتسليح أو تقوية. الألياف الزجاجية مادة متعددة الاستخدامات للغاية اكتسبت شعبية في العقود الأخيرة وتستخدم بطرق عديدة في حياتنا اليومية.