Glasvezels in versterkt plastic onder de loep

Zoals we in onze vorige post hebben besproken, worden versterkende vezels toegevoegd aan plastic harsen om de treksterkte te vergroten  sterkte en buigmodulus van het composiet en de warmteafbuigingstemperatuur van het plastic. In deze blogpost gaan we dieper in op glasvezels.

Glasvezels worden gebruikt als versterkingsmiddel voor veel kunststofcomposieten. Deze materialen, GVK's of glasvezelversterkte kunststoffen genoemd, zijn opgebouwd uit vele fijne glasvezels in combinatie met een kunststofmatrix. Deze vezels worden geproduceerd met behulp van een proces van vijf stappen: 

1)      Batchverwerking

De materialen die worden gebruikt om glasvezel te maken, zijn silica, kalksteen en natriumcarbonaat. Silica is het belangrijkste materiaal dat wordt gebruikt om het glas te vormen, terwijl natriumcarbonaat en kalksteen worden gebruikt om de smelttemperatuur te verlagen. Andere materialen worden gebruikt om verschillende eigenschappen te verbeteren. Zo wordt borax gebruikt om het glas chemicaliënbestendiger te maken. Afhankelijk van het specifieke glas dat wordt gemaakt, kan de verwerking ook gecalcineerd aluminiumoxide, veldspaat, nefeliensyeniet, magnesium, kaolienklei en boor omvatten. Het wegen van de grondstoffen bij elkaar in exacte hoeveelheden wordt een batch genoemd.

2)      Smelten

De partij wordt verwarmd in een oven, een voorhaard genaamd, op een temperatuur van ongeveer 2500 ° F. De temperatuur moet zorgvuldig worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat glasvezel van goede kwaliteit wordt geproduceerd.

3)      Vervezeling

Eerst wordt het glas geëxtrudeerd en vervolgens verzwakt. Tijdens het extrusieproces gaat het gesmolten glas uit de voorhaard en door een bus met tussen de 200 en 8.000 zeer fijne openingen. Het wordt elektronisch verwarmd en gekoeld door waterstralen wanneer de filamenten de bus verlaten bij ongeveer 1204°C/2200°F. Verzwakking is het proces waarbij de geëxtrudeerde stromen gesmolten glas mechanisch worden getrokken tot vezelachtige elementen die filamenten worden genoemd, elk met een diameter van minder dan een mensenhaar.

4)      Coating

In de laatste verwerkingsfase wordt een chemische coating of sizing aangebracht.

5)      Verpakking 

Ten slotte worden de gecoate filamenten verzameld in een bundel van 51 tot 1.624 filamenten die op een trommel worden gewikkeld en iets vormen dat eruitziet als een draadspoel.   Deze vaten worden vervolgens gedroogd in een oven waarna ze worden verzonden zoals ze zijn of verder worden verwerkt, bijvoorbeeld tot gehakte vezels, roving of garen.

Er zijn verschillende soorten glasvezels. De meest voorkomende is E-glas, "E" genoemd omdat het oorspronkelijk werd gebruikt voor elektrische toepassingen. Het is alumino-borosilicaatglas met minder dan 1 gew.% alkalioxiden. Het wordt nu vooral gebruikt om kunststoffen te versterken. E-glass was de eerste glasformule die werd gebruikt om continu filament te maken en vertegenwoordigt het grootste deel van de glasvezelproductie ter wereld. E-glas is alkalivrij en de productie ervan vertegenwoordigt het grootste gebruik van boor ter wereld. Het is gevoelig voor aantasting door chloride-ionen en daarom is het een slechte keuze voor maritieme toepassingen. Andere soorten zijn A-glas of alkali-kalkglas met weinig of geen booroxide, E-CR-glas betekent elektrisch/chemisch bestendig met alumino-kalksilicaat en minder dan 1 gew.% alkaioxiden. E-CR glasvezels vertonen een hoge zuurbestendigheid. Een ander type is C-glas, waarbij “C” staat voor “chemische bestendigheid”. C-glas is samengesteld uit alkali-kalkglas met een hoog booroxidegehalte dat wordt gebruikt voor glasvezels en isolatie. In T-glas staat de "T" voor "thermische isolator" en is een Noord-Amerikaanse versie van C-Glass. Het wordt gebruikt als geblazen glas van isolatiekwaliteit. Daarnaast is er D-glas of borosilicaatglas met een lage diëlektrische constante, R-glas (“R” voor wapening), dit is aluminosilicaatglas zonder MgO en CaO met hoge mechanische eisen. Ten slotte bevat S-glas of stijf glas aluminosilicaatglas zonder CaO maar met MgO-gehalte en heeft het een hoge treksterkte. Het wordt gebruikt om gebouwen te bouwen en als epoxycomposiet voor vliegtuigen.

Glasvezels zijn niet-geleidend in tegenstelling tot koolstofvezels. Hoewel ze niet zo sterk of stijf zijn als koolstofvezel, zijn ze veel goedkoper en veel minder broos. Glasvezel verhoogt de treksterkte en buigmodulus van het composiet.

Glasvezelcomposieten worden gebruikt om badkuipen, boten, water- en septic tanks, surfplanken, hengels, onderdelen van auto's, ski's, surfplanken, golfclubs, zwembaden, vliegtuigen, roeispanen, meubels, de bedden van röntgenmachines en zelfs de auto's op kermisattracties.

Vragen? Laat het ons weten in de reacties hieronder.

Op zoek naar meer informatie over FRP? Download onze gratis gids over hoogwaardige kunststoffen.