Com hauria de fer avenços i plans estratègics la indústria del paper de fibra de vidre del meu país?
En els darrers anys, amb el desenvolupament econòmic i el progrés social, la demanda de nous materials tant en la producció industrial com en la vida diària ha anat creixent contínuament, tant pel que fa a varietat com a funcionalitat. A la indústria paperera, la gamma de matèries primeres per a paper especial també s'ha ampliat. La fibra de vidre, com a representant típic de les fibres inorgàniques, ha atret gradualment l'atenció generalitzada a la indústria paperera a causa de les seves propietats úniques en comparació amb les fibres vegetals i altres fibres sintètiques, convertint-se en una nova matèria primera per desenvolupar i produir productes de paper especialitzat.
1. Característiques de la fibra de vidre
La fibra de vidre és un nou tipus de material funcional i estructural entre els materials inorgànics no metàl·lics. El seu component principal és el diòxid de silici, i també conté òxids de molts altres macronutrients, com ara calci, bor, sodi, potassi i alumini. Actualment, els principals mètodes de fabricació de fibra de vidre són el mètode del gresol i el mètode del forn de tanc. Normalment, la fibra de vidre té un aspecte cilíndric transparent i llis amb una secció transversal perfectament circular-. La seva densitat és generalment al voltant de 2,50–2,70 g/cm³, depenent principalment de la composició del vidre. La resistència a la tracció de la fibra de vidre supera amb escreix la d'altres fibres naturals, fibres sintètiques i diversos materials d'aliatge, mentre que la seva absorció d'aigua és molt inferior a la de les fibres naturals i artificials-. La fibra de vidre també té una alta resistència a la calor, amb una temperatura de suavització de 550-750 graus. També presenta excel·lents propietats d'aïllament elèctric i dielèctrics, la qual cosa la fa apta per a diversos materials aïllants, radomes, etc. A més, les seves excel·lents propietats d'aïllament acústic i d'absorció permeten que els seus productes s'utilitzin en diversos dispositius acústics. No obstant això, la fibra de vidre és un material trencadís amb un allargament molt baix a la ruptura, el que resulta en una flexibilitat relativament baixa o una gran fragilitat, una característica clau.
Fibra de vidrees pot classificar segons el seu contingut d'àlcali en fibra lliure d'àlcali-(coneguda habitualment com a E-vidre), fibra-alcalina mitjana, fibra-alcalina alta i fibra de vidre especial. Els tres primers tipus s'utilitzen habitualment a la indústria paperera. La fibra de vidre lliure d'àlcali- és adequada per a laminats revestits de coure epoxi- i productes d'aïllament elèctric; La fibra de vidre-alcalina mitjana és adequada per a un funcionament continu de la màquina o per a la col·locació manual-per produir làmines, canonades, dipòsits, recipients, banyeres, etc.; La fibra de vidre-alta alcalina és adequada per a separadors de bateries, materials d'impermeabilització de cobertes, etc.
2. Producció de paper de fibra de vidre
2.1 Procés de conformació del paper de fibra de vidre
Els materials funcionals prims a base de fibra de vidre-produïts per la fabricació de paper humit també es poden anomenar paper de fibra de vidre. El procés de fabricació d'aquest paper difereix una mica de la fabricació de paper normal. Utilitza fibres de vidre, que s'aflueixen lleugerament, i s'hi afegeixen aglutinants, o s'hi afegeix una mica de pasta de fusta química. Després es forma en una màquina de fabricació de paper de quatre driniers o cilindres. També es pot afegir gel de sílice o alúmina col·loïdal per millorar la resistència del paper acabat. Normalment, el paper de fibra de vidre no requereix pasta durant la producció; només cal la dispersió. A causa de la naturalesa relativament fràgil de les fibres de vidre, normalment no es requereix premsar després de formar el paper.
Sota un microscopi, les fibres de vidre s'assemblen a les barres de vidre; cada fibra és rígida, esvelta i té una gran relació longitud{0}}a{1}}amplada. La superfície d'aquestes fibres també porta una càrrega elèctrica. Per tant, abans de la fabricació del paper, quan es prepara la pasta, les fibres s'enreden fàcilment, formant un gran nombre de grumolls de fibres de difícil--dispersió. Fins i tot després d'un curt període de sedimentació, es produeix una floculació, que afecta la uniformitat del paper de fibra de vidre. Per garantir una bona dispersió de la suspensió de fibra de vidre durant la fabricació del paper, generalment es poden prendre les mesures següents: (1) Ajusteu el pH de la suspensió amb àcid diluït, generalment és adequat pH =2.5~3,0; (2) Reduïu la concentració de purins a uns 0,2%; (3) Millorar la condició d'humectació de la superfície de la fibra de vidre mitjançant dispersants o altres productes químics; (4) Ajusteu el sistema de circulació d'aigua blanca.
La fibra de vidre té una superfície llisa, no es fractura la fibra i no té grups -OH que puguin formar ponts d'hidrogen a la superfície de la fibra. Per tant, no pot generar força naturalment al paper durant la formació i l'assecat. Per assegurar-se que la fibra de vidre es pot entreteixir fermament amb les fibres barrejades durant la fabricació del paper, la fibra de vidre sovint es tracta prèviament, o la tela de paper formada s'escaixa o s'impregna amb cola. La funció principal del pretractament és donar al paper de fibra de vidre una bona uniformitat, un gruix uniforme i cap cúmul de fibres que sobresurten a la superfície. El post-tractament, com ara la polvorització o la impregnació, imparteix principalment una millor resistència o altres propietats especials al paper. Liao He et al. va estudiar diferents mètodes físics i químics per al tractament de superfícies de fibres de vidre, i simultàniament va reforçar el paper de fibra de vidre afegint àcid, fibres vegetals en pasta i agents de reforç. L'addició de fibres vegetals en pasta i agents de reforç va reforçar significativament el paper de fibra de vidre. Luo Guo et al. va explorar el rendiment de les barreges de fibra de vidre i fibra vegetal i va derivar la relació òptima entre la concentració de l'agent de tractament, la proporció de barreja de fibres de vidre i les propietats físiques del paper acabat.
2.2 Procés d'assecat del paper de fibra de vidre
Com que les fibres de vidre són fràgils i fràgils, el paper de fibra de vidre rarament se sotmet a un procés de premsat. Això resulta en una banda de paper humida amb una gran quantitat d'humitat que entra al procés d'assecat. Per abordar el problema de l'alt contingut d'humitat durant l'assecat, normalment s'utilitza la succió al buit per eliminar una mica d'humitat abans que la banda de paper humit entri al procés d'assecat.
Per millorar la resistència o complir amb altres requisits especials de rendiment de l'aplicació, el paper de fibra de vidre sovint requereix l'addició d'aglutinants durant el procés de fabricació del paper o la impregnació de resina després de la formació, fent que la composició de la banda de paper humit sigui més complexa. Per eliminar una gran quantitat d'humitat del paper de fibra de vidre en poc temps i alhora garantir un paper llis i fort amb una distribució uniforme i una alta retenció d'aglutinants o resines, es requereixen mètodes especials d'assecat. L'assecat per microones i l'assecat per penetració d'aire calent són dos mètodes comuns per assecar paper de fibra de vidre.
L'assecat al microones pot aconseguir ràpidament un cert grau de sequedat dins de la xarxa de paper humit. Això es deu al fet que durant l'assecat al microones, el gradient de temperatura i el gradient d'humitat es troben en la mateixa direcció, donant lloc a una transferència constant de calor i massa. Això afavoreix una ràpida evaporació de la humitat dins del paper de fibra de vidre, creant un gradient de pressió intern que permet que la humitat es difongui ràpidament a la superfície i s'evapori, reduint significativament el temps d'assecat. Tanmateix, és important tenir en compte que el temps d'assecat al microones no ha de ser massa llarg, normalment en 30 segons, ja que l'exposició prolongada al microones pot provocar la contracció i la deformació del paper, provocant arrugues superficials i afectant la qualitat del paper acabat. La fibra de vidre és hidròfoba i el paper resultant és porós i un mal conductor de la calor. A partir de les condicions reals del paper de fibra de vidre, aprofitant la seva baixa resistència a la permeabilitat a l'aire, es permet que l'aire calent penetri a la xarxa de paper i contacti directament amb la humitat adsorbida a la superfície del paper de fibra de vidre. L'aire calent, a una certa velocitat, redueix la pressió parcial de vapor a la interfície, facilitant l'evaporació de la humitat. L'aire calent s'emporta immediatament la humitat evaporada i no hi ha cap capa de vapor saturat a la interfície que dificulti l'evaporació de la humitat; això es coneix com "assecat per penetració", que resulta en una alta eficiència d'assecat. La selecció de la temperatura de l'aire calent també és extremadament important durant l'assecat amb aire calent. Per garantir l'efecte òptim de diferents aglutinants o resines de reforç, la temperatura d'assecat varia per a diferents tipus de paper de fibra de vidre. En general, la temperatura d'assecat del paper de fibra de vidre no és inferior a 130 graus, i alguns fins i tot requereixen 180-200 graus.
3. Papers comuns de fibra de vidre
La catifa de fibra de vidre, també coneguda com a paper de fibra de vidre, està feta de fils curts de filaments de fibra de vidre distribuïts de manera aleatòria i uniforme en làmines contínues de fibra de vidre mitjançant un procés de fabricació de paper, i després s'uneixen amb una emulsió.
3.1 Paper de filtre de fibra de vidre ultrafina
El paper de filtre de fibra de vidre ultrafina és un nou tipus de paper de filtre d'alta-tecnologia. A diferència del paper de filtre normal fet principalment de fibres vegetals, el paper de filtre de fibra de vidre és un paper especial fet principalment de fibres de vidre ultra-que utilitzen un procés especial de fabricació de paper i un processament posterior. S'utilitza principalment per a la purificació de l'aire. El paper de filtre de fibra de vidre presenta una bona isotropia, una distribució uniforme de la mida dels porus, una petita desviació del pes base, resistència a la calor, retard de flama, resistència a l'aigua i una gran capacitat de retenció de la brutícia-.
El paper de filtre d'aire de fibra de vidre està fet principalment de fibres de vidre mitjançant un procés de conformació-humit, el que el converteix en un material de filtració d'aire ideal. Els productes es classifiquen en tres sèries principals basades en l'eficiència de filtració: ventilació (ASHRAE); eficiència mitjana i alta (HEPA); i ultra-eficiència (ULPA). El paper de filtre de fibra de vidre de ventilació general i el paper de filtre de fibra de vidre d'aire d'eficiència mitjana s'utilitzen principalment en sistemes generals d'aire condicionat, turbines de gas i compressors d'aire. Aquest tipus de paper de filtre de fibra de vidre es produeix tractant la superfície de la fibra amb additius químics i combinant una formulació precisa de pasta. Els productes resultants presenten una alta eficiència, baixa resistència i resistència al plegat. Especialment a baixa resistència, l'eficiència de filtració pot arribar al 60%-95% i també té un cert grau de resistència a l'aigua, la qual cosa la fa apta per a entorns d'alta-humitat. El paper de filtre d'aire de partícules d'aire-alta eficiència (HEPA) s'utilitza principalment en sales netes o bancs de treball que van des de la classe 10.000 fins a la classe 100.000, sistemes d'escapament de centrals nuclears, aspiradores domèstiques d'alta gamma, purificadors d'aire i respiradors. Aquest producte té una excel·lent resistència a la humitat i l'aigua, amb una eficiència de filtració del 99,9% al 99,9999%. El paper de filtre d'aire de partícules d'aire d'ultra{21}}alta{{22} eficiència (UHEPA) s'utilitza principalment a les fàbriques de xips i a les sales netes de classe 100, 10 i classe 1.
El paper de filtre de fibra vegetal ordinari té una eficiència de filtració només del 16% al 87%, amb una millor permeabilitat del 13%. En canvi, el paper de filtre ultra-de fibra de vidre té una eficiència de filtració del 99,99995% i una permeabilitat del 0,00005%. Per tant, l'eficiència de filtració del paper de filtre ultra-de fibra de vidre és excepcionalment alta.
3.2 Paper separador de bateria de fibra de vidre
El paper separador de fibra de vidre està format per fibres de vidre ultra-fines amb un diàmetre de 0,5 a 4 μm que no contenen cap aglutinant orgànic. El paper de fibra de vidre no comprimit, produït pel procés de fabricació del paper, té una estructura semblant a un feltre-de diverses capes-formada per fibres de vidre disposades aleatòriament que creen canals relativament petits i sense parell elevat-. Aquest separador presenta un rendiment significativament superior en comparació amb els separadors de bateries ordinaris en molts aspectes, com ara una gran capacitat d'absorció de líquids, velocitat ràpida d'absorció de líquids, bona hidrofilicitat, absorció i retenció de l'electròlit necessari per a la capacitat nominal de la bateria i manteniment de la seva alta taxa d'absorció de líquids durant tota la seva vida útil. Mentrestant, els separadors de fibra de vidre tenen una gran superfície, alta porositat, mida de porus petita, alta puresa química i poques impureses nocives, amb una excel·lent resistència a l'àcid i resistència a l'oxidació. Les patents relacionades revelen l'ús de materials compostos de fibra de vidre com a substrat per al paper separador de bateries, aprofitant plenament la resistència a la corrosió de la fibra de vidre i la bona mida dels porus del substrat de fibra de vidre, permetent una àmplia penetració d'electròlits.
El rendiment del paper separador de fibra de vidre està estretament relacionat amb les característiques de la pròpia fibra de vidre. Les fibres de vidre ultrafines tenen diàmetres reduïts, grans superfícies i gran humectabilitat, el que resulta en una alta taxa d'absorció de líquids i una petita mida de porus al separador, proporcionant una forta resistència a la penetració de les dendrites. Tanmateix, això també augmenta la resistivitat, la qual cosa requereix la selecció d'una combinació òptima. La longitud de les fibres de vidre també afecta el rendiment del separador; les fibres excessivament llargues són difícils de dispersar i poden flocular, donant lloc a un separador desigual. Si el diafragma és massa curt, la uniformitat del diafragma es millora, però la força és baixa; per tant, s'ha de seleccionar un rang de longitud òptim.
3.3 Paper laminat revestit de coure de fibra de vidre
El paper laminat revestit de coure de fibra de vidre s'utilitza principalment com a substrat per als laminats revestits de coure. Té un aspecte uniforme, excel·lents propietats elèctriques, resistència a la calor, resistència als dissolvents i una excel·lent compatibilitat amb la resina epoxi. Els laminats revestits de coure produïts amb paper de fibra de vidre poden assolir nivells de rendiment comparables als laminats de tela de vidre, cosa que els fa adequats per a productes electrònics industrials. En particular, les propietats superiors de post-processament del paper de fibra de vidre el fan encara més popular al mercat. La impregnació amb resina epoxi és un procés crucial en la producció de paper laminat revestit de coure de fibra de vidre. La impregnació comporta dos passos: primer, la resina s'agrega a la superfície del paper de fibra de vidre amb un cert grau de sequedat; després, la resina agregada a la superfície del paper flueix gradualment cap a les fibres de vidre. El procés de dimensionament implica la penetració de la solució d'encolat al paper de fibra de vidre, desplaçant la humitat de la banda de paper humida. El procés de penetració té un impacte significatiu en les propietats de dimensionament. Els experiments han demostrat que la velocitat de penetració és inversament proporcional al cub del gruix de la fibra; per tant, augmentar la taxa de penetració de la solució de mida al paper de fibra de vidre és el mètode fonamental per millorar l'efecte de mida. El "mètode de dimensionament assistit-al buit" és actualment una tecnologia relativament avançada. El nucli d'aquest mètode rau en l'equip especial utilitzat en l'etapa de pre-impregnació. El seu principi és: durant la pre-impregnació, la succió al buit s'utilitza per penetrar ràpidament la solució d'encolat des de la superfície del paper de fibra de vidre al paper, alhora que s'eliminen les bombolles d'aire de la solució d'encolat i les fibres.
4. Desenvolupament de nou paper de fibra de vidre
La fibra de vidre es combina amb la fibra de fusta tova, amb la fibra de vidre actuant com un esquelet per millorar les propietats de resistència del paper acabat. Els experiments han demostrat que afegir un 10% de fibra de vidre a la pasta de fusta tova pot millorar significativament la resistència del paper. El paper-d'alta qualitat presenta una excel·lent resistència a la tracció i al trencament. El processament posterior, com ara la polvorització d'adhesius, la impregnació i la laminació multicapa, permet que s'utilitzi com a material de farciment de construcció.
El paper de fibra de vidre té bones propietats d'absorció acústica. El recobriment de la superfície del paper de fibra de vidre base amb pigments, adhesius, retardants de flama i agents d'acoblament, seguit d'assecat i curat, permet que s'utilitzi com a material aïllant acústic i retardant de flama- en parets d'edificis i decoració d'interiors. El paper de fibra de vidre tenyit també ofereix propietats decoratives millorades. La investigació ha descobert que millorant el model Johns On-Allard, es pot mesurar l'efecte d'absorció del so de les estores de paper de fibra de vidre amb diferents porositats i fins i tot diferents longituds de fibra.
Una empresa japonesa ha desenvolupat amb èxit un paper de fibra de vidre mitjançant un procés de fabricació de paper que es pot utilitzar com a material de segellat en automòbils i equips industrials. Aquest paper està format per bigotis de carbonat de calci amb diàmetres de 6 μm i 0,16 μm. Compost per fibres de vidre de μm, sepiolita, polpa de cel·lulosa, etc., i reforçat amb cautxú d'estirè-butadiè i floculants.
Una altra empresa japonesa ha desenvolupat un tub de plàstic porós reforçat amb fibra de vidre mitjançant un procés de fabricació de paper humit. El procés de producció consisteix a dispersar fibres de vidre trossejades en resina-que conté aigua, deshidratar-les en làmines, enrotllar-les en un tub, introduir-les en un motlle cilíndric, escalfar-les per expandir-les i després utilitzar-les per obtenir un tub de plàstic reforçat amb fibra de vidre porosa. Aquest tub de plàstic reforçat amb fibra de vidre presenta excel·lents propietats de resistència i es pot utilitzar en construcció, filtració i altres camps.
Les capes de sòl reforçades amb fibra de vidre poden evitar eficaçment que el sòl s'esquerdi o s'encongeix durant l'ús. El vidre format... Després de ser tallat en làmines, el paper de fibra de vidre s'uneix amb un adhesiu de polímer. En aplicacions pràctiques, el paper de fibra de vidre augmenta la resistència, la duresa i la rigidesa de la capa del sòl, mentre que l'adhesiu de polímer té un cert grau d'elasticitat, evitant la deformació causada per l'expansió i la contracció tèrmica. Això el converteix en un material de sòl nou i ideal.
Una patent dels EUA revela un mètode per utilitzar plaques de guix amb paper de fibra de vidre-per donar suport a la decoració de terres o sostres de la casa. Aquest paper de fibra de vidre es fa combinant fibres de vidre amb un diàmetre mitjà de 8-17 μm i altres fibres artificials-de menys de 5,5 μm, amb la fibra de vidre necessària per representar més del 30% de la massa total del producte.
La mica és un mineral no-metàl·lic important. Mitjançant la tecnologia de fabricació de pasta i paper, els fragments de mica es poden utilitzar com a matèries primeres per produir diverses... Hi ha diversos tipus de paper de mica disponibles. Tanmateix, el paper de mica produït actualment té una resistència baixa, cosa que dificulta l'adaptació a entorns d'aplicació-de gran resistència. Les patents han revelat l'ús de fibres precipitades d'aramida, fibres d'aramida curtes o l'addició de fibres a granel entre les capes de paper de mica en pols per reforçar-lo. La fibra de vidre en si té altes propietats d'aïllament i una gran resistència, la qual cosa la converteix en un excel·lent material de reforç i un potencial substitut de les fibres d'aramida. S'està duent a terme investigacions sobre el seu efecte de reforç sobre el paper de mica.
5. Resum i perspectives
Durant l'última dècada, la indústria de la fibra de vidre del meu país s'ha desenvolupat ràpidament i la Xina ha mantingut constantment la seva posició com a major productor i usuari de fibra de vidre del món. L'aplicació de la fibra de vidre a la indústria paperera ha guanyat popularitat gradualment amb el ràpid desenvolupament de la indústria de la fibra de vidre. Això ha cridat una gran atenció pública. El "12è Pla quinquennal" del meu país per al desenvolupament de la indústria de la fibra de vidre emfatitza específicament la necessitat de desenvolupar enèrgicament les àrees d'aplicació dels productes de fibra de vidre, ampliant contínuament l'àmbit d'aplicació de la fibra de vidre, especialment en àrees com la resistència al foc, la resistència a la calor i el reforç. El pla demana desenvolupar diverses formes de productes per facilitar-ne l'ús, millorant fonamentalment la qualitat de la indústria de la fibra de vidre ampliant el mercat d'aplicacions i ampliant i aprofundint els camps d'aplicació. Això facilitarà la connexió entre les empreses de fibra de vidre i les indústries aigües avall, promovent el desenvolupament i el creixement de la cadena de la indústria de la fibra de vidre. Això suposa més exigències en el desenvolupament i l'optimització de la qualitat dels tipus de paper de fibra de vidre.
L'aprofitament funcional de les propietats inherents de la fibra de vidre i l'exploració de la seva combinació amb diverses matèries primeres per a la fabricació de paper li permetran assolir un major èxit en productes de paper especialitzat.
