Sợi thủy tinh là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng phổ biến

Sợi thủy tinh là gì?

Là một loại vật liệu mềm dẻo và dễ vỡ, thủy tinh khi được chế tạo thành sợi trở nên rất linh hoạt. Sợi thủy tinh có nhiều ứng dụng khác nhau và mang trong mình những đặc tính vượt trội như độ bền, khả năng chống cháy, chống nhiệt,… Bởi vậy, nó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp, trường học, bệnh viện và nhà dân dụng. Để hiểu rõ hơn về loại sợi này, chúng ta cùng tìm hiểu các thông tin quan trọng trong bài viết dưới đây.

Phân loại và ứng dụng phổ biến

Sợi thủy tinh được sản xuất từ việc gia nhiệt silicat hoặc tái chế thủy tinh ở nhiệt độ từ 1500 – 1700 độ C. Đường kính của sợi thủy tinh chỉ khoảng từ 4 – 34 micromet. Sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất vật liệu, như sợi thủy tinh gia cường nhựa composite.

Các loại sợi thủy tinh được phân loại dựa trên nguyên liệu thủy tinh thô và mỗi loại sợi có đặc tính khác nhau. Các loại sợi thủy tinh phổ biến bao gồm:

• Thủy tinh loại A (A Glass): Loại sợi này có tính chống hóa chất và tính kiềm. Thành phần chủ yếu là 72% silica, 25% soda và vôi, được sử dụng để làm cửa sổ.

• Thủy tinh loại C (C Glass): Loại sợi thủy tinh này có tính kiềm – vôi và được làm từ natri borosilicate. Thành phần oxit cao trong thủy tinh loại C tăng độ bền, chống ăn mòn và chịu được tác động của hóa chất.

• Thủy tinh loại D (D Glass): Thủy tinh loại D chủ yếu được chế tạo từ borosilicate và có đặc tính bền điện môi, được ứng dụng để cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện.

• Thủy tinh loại E (E Glass): Loại thủy tinh này được sản xuất từ nhôm-canxi-borosilicate và có tính cách điện.

• Thủy tinh loại ECR (ECR Glass): Sợi thủy tinh loại ECR có khả năng chống ăn mòn vết nứt do biến dạng trong môi trường axit.

• Thủy tinh AR (AR Glass): Sợi thủy tinh AR làm từ silicat zirconium kiềm và có tính chống kiềm cao, thường được sử dụng trong bê tông sợi thủy tinh hoặc nền xi măng.

• Thủy tinh loại S (S1 và S2 Glass): Thủy tinh loại S có độ bền cao do cấu tạo từ nhôm silicat magiê. Loại thủy tinh này được sử dụng trong ngành hàng không và vũ trụ.

Ngoài phân loại theo nguyên liệu thủy tinh thô, sợi thủy tinh còn được phân loại theo dạng sản phẩm như dạng thô, sợi chỉ và dạng bện.

Quy trình sản xuất sợi thủy tinh

Chuẩn bị nguyên vật liệu

Sợi thủy tinh được sản xuất bằng cách nấu chảy trực tiếp thủy tinh hoặc nấu lại từ đá cẩm thạch. Trong giai đoạn chuẩn bị, các vật liệu thô được đo và trộn kỹ lưỡng theo tỷ lệ chính xác. Việc trộn nguyên liệu thô thường được thực hiện tự động hóa để đảm bảo hiệu quả.

Nấu chảy

Sau chuẩn bị nguyên vật liệu, hỗn hợp được đưa vào lò và đốt nóng với nhiệt độ xấp xỉ 1400 độ C để nấu chảy. Quá trình nấu chảy thủy tinh diễn ra qua 3 phần. Đầu tiên, nơi nhận mẻ thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ đồng nhất và loại trừ bọt khí. Sau đó, thủy tinh được đổ vào máy tinh chế và nhiệt độ giảm xuống còn 1370 độ C. Cuối cùng, thủy tinh được đùn qua ống lót và trở thành sợi thủy tinh.

Sợi hóa – Fiberite hóa

Thủy tinh nóng chảy được ép đùn qua các tấm ống lót có nhiều lỗ hay vòi phun với đường kính rất nhỏ. Sau khi thoát ra khỏi ống lót, sợi thủy tinh được làm lạnh bằng tia nước hoặc phun sương ở nhiệt độ 1204 độ C. Các sợi thủy tinh có đường kính từ 4 – 34 micromet, chỉ bằng 1/10 đường kính sợi tóc.

Phủ hoặc làm khô và đóng gói

Sợi thủy tinh sau quá trình hóa được phủ một lớp hóa chất để làm chất kết dính. Lớp phủ này giúp bảo vệ sợi khỏi mài mòn, đứt gãy trong quá trình đóng gói, vận chuyển hoặc sử dụng. Sợi thủy tinh sau đó được tập hợp lại thành một bó, mỗi bó có từ 51 – 1624 sợi thủy tinh. Trước khi được định hình, sợi thủy tinh cần được làm khô trong lò.

Ưu nhược điểm của sợi thủy tinh

Ưu điểm

Sợi thủy tinh composite có nhiều ưu điểm so với các vật liệu khác, đặc biệt là trọng lượng nhẹ hơn nhiều. Chúng có khả năng chống ăn mòn, đàn hồi và chống lõm. Do đó, sợi thủy tinh thường được sử dụng trong việc sản xuất ô tô để tiết kiệm nhiên liệu, tăng cường khả năng chống đạn và độ bền của cánh tuabin trong điều kiện gió mạnh. Sợi thủy tinh ít đòi hỏi bảo trì và có tuổi thọ cao hơn so với các vật liệu truyền thống.

Ngoài ra, sợi thủy tinh còn có khả năng cách điện và cách nhiệt tốt. Vật liệu bông thủy tinh giảm đến 30% độ nhiệt từ bên ngoài và giảm tiếng ồn đáng kể. Quá trình lắp đặt và thi công dễ dàng do trọng lượng nhẹ của sợi. Vì sợi thủy tinh dễ cắt, uốn nắn trong quá trình thi công xây dựng.

Vật liệu này cũng an toàn vì tính kiềm rất nhỏ. Bông thủy tinh mềm mại, không góc cạnh sắc nhọn, không gây trầy xước hoặc cắt da. Sợi composite có khả năng kháng nấm mốc và vi khuẩn, không bị ăn mòn, vì vậy có thể sử dụng trong thời gian dài.

Nhược điểm

Bên cạnh các ưu điểm, sợi thủy tinh cũng tồn tại một số nhược điểm. Khi thi công hoặc phá dỡ công trình, sợi thủy tinh có khả năng phân tán trong không khí và gây tác động đến sức khỏe con người. Mảnh sợi hoặc bụi thủy tinh có thể gây tổn thương cho mắt và gây ngứa ngáy khi tiếp xúc trực tiếp với da. Tuy nhiên, những triệu chứng này thường không kéo dài và không gây hại nghiêm trọng cho con người.

Ứng dụng phổ biến của sợi thủy tinh composite

Nhờ vào những đặc tính ưu việt của mình, sợi thủy tinh composite được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất. Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm:

Ứng dụng trong sản xuất tấm lấy sáng

Tấm nhựa lấy sáng được sử dụng rất nhiều trong thời gian gần đây để trang trí, làm vách thay thế cho kính. Tấm nhựa này là sản phẩm của sự kết hợp giữa sợi thủy tinh và nhựa composite. Vật liệu composite này có cấu trúc vững chắc, chống chịu thời tiết tốt. Tấm lấy sáng làm từ sợi thủy tinh composite cung cấp đầy đủ đặc điểm của thủy tinh nhưng có trọng lượng nhẹ hơn, giảm bớt sức nặng cho cấu trúc của nhà.

Ứng dụng trong dệt vải

Sợi thủy tinh có khả năng chịu axit, chống cháy và kháng ăn mòn, vì vậy được sử dụng trong dệt vải. Vải từ sợi thủy tinh rất dễ vệ sinh, hạn chế bám bẩn và tiện lợi cho việc giặt rửa.

Ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng

Ngoài việc làm tấm lợp lấy sáng, sợi thủy tinh còn được sử dụng trong sản xuất cánh cửa nhựa, tấm cách nhiệt, đệm cách âm, vải chống thấm,… Vật liệu này có độ bền cao và phù hợp với các yêu cầu trong ngành xây dựng.

Ứng dụng trong thiết bị bể bơi

Sợi thủy tinh được sử dụng trong việc gia cố vỏ thiết bị bể bơi để chống ăn mòn từ clo. Bề mặt thiết bị làm từ sợi thủy tinh dễ dàng vệ sinh và bảo trì, đảm bảo môi trường nước và thiết bị bể bơi luôn ở trạng thái tốt.

Ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử

Sợi thủy tinh có tính trong suốt và phản quang cao, điều này giúp nó được sử dụng trong sản xuất linh kiện điện tử và các thiết bị truyền thông. Sợi thủy tinh dễ dàng truyền tải lượng lớn dữ liệu mà không gây nhiễu điện.

Nhờ vào giá thành hợp lý, sợi thủy tinh composite cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế.

Sợi thủy tinh có độc hại không?

Sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu cách điện, cách nhiệt, chống cháy,… Trong quá trình thi công hoặc phá dỡ công trình, sợi thủy tinh có thể khuếch tán vào không khí và ảnh hưởng tới sức khỏe. Sợi thủy tinh có thể gây ngứa ngáy hoặc kích ứng đường hô hấp, tuy nhiên những triệu chứng này thường không kéo dài và không gây hại nghiêm trọng cho con người.

Chưa có bằng chứng nào cho thấy sợi thủy tinh gây hại đến sức khỏe hay gây ra bệnh ung thư. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đánh giá rằng không có bằng chứng cho thấy sợi thủy tinh dùng làm vật liệu cách điện có nguy cơ gây ung thư da ở người.

Những lưu ý khi tiếp xúc với sợi thủy tinh

Dù sợi thủy tinh không quá nguy hiểm cho sức khỏe, chúng ta vẫn cần cẩn trọng và áp dụng biện pháp phòng ngừa để bảo vệ bản thân. Khi làm việc với sợi thủy tinh, cần đảm bảo an toàn bằng cách sửa chữa và thay thế những khu vực bị mục, nứt để không làm phân tán bụi thủy tinh vào không khí. Ngoài ra, khi làm việc với sợi thủy tinh, cần đảm bảo mặc đồ bảo hộ đúng quy định.

Đặc biệt, công nhân sản xuất, thi công cần đối tượng phải chuẩn bị và sử dụng đồ bảo hộ. Cần mặc quần áo bảo hộ, găng tay, kính che mặt và ủng chuyên dụng. Sau khi hoàn thành công việc, cần vệ sinh sạch sẽ để không có bụi thủy tinh dính vào da. Ngoài ra, cần xử lý bông thủy tinh đúng nơi quy định, không xả bừa bãi ra môi trường.

Với những thông tin đã được chia sẻ, chúng ta hiểu rõ hơn về sợi thủy tinh và các ứng dụng phổ biến của vật liệu này. Sợi thủy tinh đã mang lại nhiều tiến bộ lớn cho sự phát triển của xã hội.

Xem thêm:

• Hợp kim nhôm: Định nghĩa, ưu điểm và ứng dụng
• Nhựa nguyên sinh: Định nghĩa, đặc điểm và phân loại