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

Thủy tinh là một loại vật liệu có độ giòn và dễ vỡ, nhưng khi ở dạng sợi nó lại hoàn toàn linh hoạt. Sợi thủy tinh có phạm vi ứng dụng đa dạng, mang trong mình nhiều đặc tính ưu việt về độ bền, khả năng chống cháy, chống nhiệt,… Chính vì thế, nó ứng dụng ngày một rộng rãi trong các khu công nghiệp, trường học, bệnh viện hay nhà dân dụng. Để hiểu rõ hơn về loại sợi này, chúng ta cùng đi tìm hiểu các thông tin quan trọng trong bài viết dưới đây.

Sợi thủy tinh là gì?

Là vật liệu gồm nhiều sợi thủy tinh cực kỳ mỏng, nhẹ và mịn được tạo thành từ việc gia nhiệt Silicat hay thủy tinh tái chế ở nhiệt độ 1500 – 1700 độ C, đường kính chỉ từ 4 – 34 micromet. Sợi thủy tinh thuộc dạng chất dẻo được gia cố, sử dụng nhiều ở trong ngành sản xuất vật liệu. Một trong số đó là sợi thủy tinh gia cường cho nhựa để tại thành vật liệu nhựa tổng hợp composite.

Các sợi thủy tinh rất mịn thường được làm thành từng tấm, dạng lưới, vải hoặc đúc khuôn thành nhiều hình dạng nên có tính ứng dụng cao. Loại vật liệu này được phân loại dựa vào các nguyên liệu thủy tinh thô. Mỗi sự kết hợp và tỷ lệ của thành phần trong thủy tinh lại mang đến một loại sợi có đặc tính khác nhau. Các loại sợi phải kể đến như:

+ Thủy tinh loại A (A Glass): Đặc trưng của loại này là chống hóa chất và tính kiềm. Thành phần với 72% silica, 25% soda và vôi tương tự như kinh được dùng làm cửa sổ.

+ Thủy tinh loại C (C Glass): Loại thủy tinh này có tính kiềm – vôi, được làm từ natri borosilicate. Hàm lượng oxit trong thủy tinh loại C cao giúp tăng độ bền, chống ăn mòn, chống chịu sự tác động của hóa chất.

+ Thủy tinh loại D (D Glass): Thành phần chủ yếu là borosilicate, thủy tinh loại D có đặc trưng về độ bền điện môi nên được ứng dụng cho việc cải thiện hiệu suất của điện.

+ Thủy tinh loại E (E Glass): Được làm từ nhôm-canxi-borosilicate, thủy tinh có đặc tính cách điện.

+ Thủy tinh loại ECR (ECR Glass): Loại thủy tinh này có ưu điểm vượt trội về khả năng chống ăn mòn vết nứt xảy ra do sự biến dạng trong môi trường axit.

+ Thủy tinh AR (AR Glass): Được cấu tạo từ silicat zirconium kiềm, thủy tinh AR có đặc tính chống kiềm cao nên sử dụng nhiều trong bê tông sợi thủy tinh hay nền xi măng.

+ Thủy tinh loại S (S1 và S2 Glass): Độ bền của loại thủy tinh này rất cao do cấu tạo từ nhôm silicat magie. Chính vì đặc tính này nên dùng trong các ứng dụng ngành hàng không và vũ trụ.

Ngoài phân loại theo nguyên liệu thủy tinh thô thì sợi thủy tinh còn phân loại theo dạng sản phẩm. Đó là dạng thô, sợi chỉ và dạng bện.

Quy trình để sản xuất ra sợi thủy tinh

Chuẩn bị nguyên vật liệu

Sản xuất sợi thủy tinh bằng cách nấu chảy trực tiếp thủy tinh hoặc nấu lại từ đá cẩm thạch. Thành phần từ silica và những nguyên liệu khác có thể được thêm vào với một tỷ lệ nhất định để thành phẩm cho ra mang những đặc tính phù hợp với ứng dụng cụ thể. Trong giai đoạn chuẩn bị này, các vật liệu thô cần được đo với trọng lượng chính xác và trộn theo một mẻ kỹ càng. Trong các nhà máy sản xuất, việc trộn các nguyên liệu được thực hiện tự động hóa nhằm mang lại hiệu quả chính xác.

Nấu chảy

Người ta dùng khí nén để đưa hỗn hợp đến lò và đốt nóng với nhiệt độ xấp xỉ 1400 độ C để nấu chảy nguyên vật liệu. Lò nấu chảy sẽ trải qua 3 phần. Đầu tiên nơi nhận mẻ thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ đồng nhất và loại bỏ bong bóng không khí. Thủy tinh sau khi nấu chảy được đổ vào máy tinh chế và nhiệt độ lúc này giảm còn 1370 độ C. Sau đó, các ống lót đùn thủy tinh nóng chảy thành dạng sợi.

Sợi hóa – Fiberite hóa

Thủy tinh nóng chảy được ép đùn qua các tấm ống lót và chúng có từ 200 – 8000 lỗ hay vòi phun với các đường kính cực kỳ nhỏ. Các sợi tơ sau khi vừa thoát ra khỏi ống lót sẽ được làm lạnh bằng các tia nước hoặc phun sương ở nhiệt độ 1204 độ C. Các sợi đùn ra có đường kính rất nhỏ chỉ từ 4 – 34 micromet, nghĩa là chỉ bằng 1/10 đường kính sợi tóc.

Phủ hoặc làm khô và đóng gói

Lớp phủ hóa chất được thêm vào có thể coi như một chất bôi trơn, chất kết dính hay kết nối giúp các sợi thủy tinh composite không bị mài mòn hay đứt gãy trong quá trình đóng gói, vận chuyển hay chuyển đổi thành dạng gia cố khác. Nó giúp sợi thủy tinh có sự tương thích hóa học với một số chất khác như nhựa, gia tăng kết dính trong vật liệu tổng hợp.

Các sợi nhỏ được rút ra và tập hợp lại thành một bó. Một sợi thủy tinh bao gồm 51 – 1624 sợi nhỏ. Sau đó các sợi được làm khô trong lò trước khi chuyển đến các giai đoạn định hình khác như cuộn, cắt nhỏ, sợi hay dệt.

Ưu nhược điểm của sợi thủy tinh

Ưu điểm

Sợi composite có một số ưu điểm nổi trội hơn so với các vật liệu khác, điển hình là có trọng lượng nhẹ hơn nhiều. Chúng có khả năng chống ăn mòn, mềm dẻo và chống vết lõm. Do đó người ta thường ứng dụng trong làm ô tô giúp tiết kiệm nhiên liệu, làm cho thân xe có khả năng chống đạn tốt hơn. Và khiến cánh tuabin có thể chịu được sức căng của tốc độ gió lớn hơn. Với đặc tính này, chúng ít cần bảo trì hơn và tuổi thọ cũng cao hơn so với các vật liệu truyền thống.

Ngoài ra, nó còn có khả năng cách điện, cách nhiệt rất tốt. Những sản phẩm như trần nhà, tường được làm từ bông thủy tinh có thể giảm đến 30% độ nóng từ bên ngoài và ngăn cách tiếng ồn một cách đáng kể. Quy trình thi công, lắp đặt khá dễ dàng vì trọng lượng của vật liệu nhẹ. Những người thợ có thể di chuyển, lắp đặt và thi công dễ dàng. Đồng thời độ dày nhỏ giúp dễ cắt xén, tạo hình trong quá trình xây dựng.

Đây cũng là vật liệu khá an toàn vì tính kiềm rất nhỏ. Cấu tạo của bông thủy tinh mềm mại, không có góc nhọn nên không gây ra vết xước, cắt cho người tiếp xúc. Sợi composite có khả năng kháng nấm mốc và vi khuẩn, không bị ăn mòn nên yên tâm sử dụng trong một thời gian dài.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì loại sợi này vẫn tồn tại một số nhược điểm. Các sợi, bụi thủy tinh bay vào không khí khi thi công nếu rơi vào mắt sẽ làm mắt bị cộm. Còn nếu dính vào do có thể gây ra tình trạng ngứa ngáy, khó chịu. Một nhược điểm nữa của bông thủy tinh là khi bị phân hủy sau một khoảng thời gian sử dụng có thể làm ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người.

Những ứng dụng phổ biến của sợi composite

Nhờ vào những đặc tính ưu việt mà sợi composite được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và sản xuất. Một số ứng dụng tiêu biểu không thể không kể đến của loại vật liệu này là:

Ứng dụng trong sản xuất tấm lấy sáng

Tấm nhựa lấy sáng được ứng dụng rất nhiều trong thời gian gần đây khi dùng để trang trí tường, lợp mái, làm vách thay thế cho kính. Và tấm nhựa này được làm từ hỗn hợp sợi thủy tinh và nhựa composite. Cấu trúc của hỗn hợp rất vững chắc, chống chịu thời tiết tốt. Do đó thành phẩm tạo ra là những tấm lợp sáng mang đầy đủ tính chất, đặc điểm của thủy tinh nhưng bền chắc và trọng lượng tương đối nhẹ.

Sử dụng tấm lấy sáng này sẽ giúp giảm bớt sức nặng cho dầm nhà, cột nhà khi lợp mái so với kính cường lực. Đồng thời nó vẫn đáp ứng được nhu cầu về lấy ánh sáng hiệu quả. Không những thế, tấm lấy sáng làm bằng vật liệu composite kết hợp sợi thủy tinh còn tạo hình, thêm màu được giúp người tiêu dùng có nhiều lựa chọn hơn.

Ứng dụng trong dệt vải

Nhờ vào đặc tính nổi bật của mình là kháng axit, chịu nhiệt và chống cháy tốt mà sợi thủy tinh còn được ứng dụng trong dệt vải. Ngoài ra người ta còn dùng nó để làm bao bì, tấm lọc tại nhà máy hóa chất,… Vải dệt từ loại vật liệu này rất dễ dàng vệ sinh, lau chùi đồ vật và hạn chế bám bẩn hiệu quả.

Ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng

Ngoài việc trở thành một trong những nguyên liệu vô cùng quan trọng của quá trình sản xuất tấm lợp lấy sáng thì sợi làm từ thủy tinh còn được ứng dụng trong làm vật liệu của lĩnh vực xây dựng. Một số sản phẩm phải kể đến như cánh cửa nhựa, tấm cách nhiệt, đệm cách âm, vải chống thấm,…

Ứng dụng trong thiết bị bể bơi

Nước ở trong bể bơi bao giờ cũng chứa thành phần clo. Và thành phần này có khả năng ăn mòn, làm hoen gỉ các thiết bị bể bơi. Chính vì thế việc sử dụng bông thủy tinh để gia cố vỏ của các thiết bị là điều vô cùng cần thiết. Bề mặt thiết bị được làm từ loại sợi này cũng dễ dàng lau chùi, vệ sinh định kỳ. Điều đó đảm bảo cho môi trường nước và thiết bị bể bơi luôn ở tình trạng tốt nhất.

Ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử

Chắc hẳn nhiều người sẽ thắc mắc về vấn đề “sợi thủy tinh ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử như thế nào?”. Đó là nhờ vào độ bền, tính trong suốt và phản quang tốt của sợi thủy tinh. Ngoài ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử, nó còn được ứng dụng trong sản xuất thiết bị, dây dẫn giúp truyền thông tin cáp, điện thoại, internet. Các sợi này có khả năng truyền tải lượng lớn nội dung, không gây nhiễu điện tử.

Giá thành của vật liệu khá rẻ giúp chi phí sản xuất, vận hành được giảm xuống đáng kể so với các loại vật liệu khác. Bên cạnh đó, sợi composite cũng ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất khác như công nghiệp nhằm mục đích phục vụ hiệu quả cho các hoạt động của con người.

Sợi thủy tinh composite có độc hại không?

Sợi thủy tinh ứng dụng rất nhiều trong các loại vật liệu cách điện, cách nhiệt, cách âm, chống cháy,… Trong quá trình thi công hoặc phá dỡ công trình, nó có khả năng bị khuếch tán ra ngoài không khí gây tác động tới sức khỏe. Do đặc tính mỏng, nhẹ bay lơ lửng được trong không khí nên dễ tác động đến thân thể con người gây ra tình trạng ngứa ngáy. Ngoài ra, nó cũng có thể gây kích ứng đường hô hấp làm đau họng, tắc mũi, ho.

Các triệu chứng này thường không kéo dài, sau đó dần biến mất và không gây hại gì nghiêm trọng cho con người. Các triệu chứng trên chỉ xảy ra đối với những người không cẩn trọng trong quá trình làm việc. Vì thế, cần có sự chuẩn bị về đồ bảo hộ để đảm bảo không bị tiếp xúc với bụi thủy tinh.

Bên cạnh đó cũng chưa có một nghiên cứu nào cho thấy đây là vật liệu nguy hiểm với sức khỏe hay gây bệnh ung thư. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đánh giá rằng không có bằng chứng nào về sợi thủy tinh dùng làm vật liệu cách điện có thể làm tăng nguy cơ gây ung thư da của người tiếp xúc với nó trong quá trình sản xuất.

Những lưu ý khi tiếp xúc với sợi thủy tinh

Người ta vẫn thường hay nói câu “Phòng bệnh hơn chữa bệnh”. Vậy nên dù các loại sợi thủy tinh không quá nguy hiểm với con người nhưng chúng ta vẫn cần cẩn trọng và có những biện pháp phòng ngừa để bảo vệ sức khỏe bản thân. Đối với hộ gia đình có nhà thi công bằng bông thủy tinh thì cần chú ý sửa chữa, thay thế những khu vực bị mục, nứt khiến bụi thủy tinh bay ra không khí. Đồng thời cần chú ý mặc đồ bảo hộ trong quá trình sửa chữa.

Điểm đặc biệt, nhóm đối tượng dễ bị ảnh hưởng và phơi nhiễm thủy tinh nhất chính là các công nhân sản xuất, thi công tại nhà máy, công xưởng, công trình. Để bảo vệ sức khỏe, các đối tượng này cần trang bị cho mình đầy đủ đồ bảo hộ khi thi công. Các đồ bảo hộ cần chuẩn bị như quần áo bảo hộ, găng tay, kính che mặt, ủng chuyên dụng. Sau khi thi công xong cần vệ sinh sạch sẽ để đảm bảo không có bụi thủy tinh bám trên da. Ngoài ra, cần xử lý bông thủy tinh đúng nơi quy định, không vứt bừa bãi ra môi trường.

Với những thông tin được chia sẻ trong bài viết, chắc hẳn các bạn đã hiểu rõ hơn sợi thủy tinh là gì cũng như các đặc tính, ứng dụng của vật liệu này. Sợi thủy tinh sở hữu nhiều ưu điểm nên được mọi người dùng trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Sự ra đời của vật liệu này đã góp phần mang lại nhiều thành tựu to lớn trong sự phát triển chung của xã hội.

Xem thêm:

• Hợp kim nhôm là gì? Ưu điểm và những ứng dụng phổ biến
• Nhựa nguyên sinh là gì, đặc điểm và phân loại ra sao?