تولید الیاف شیشه : پایداری سایزینگ، عاملی کلیدی (قسمت دوم)

تولید الیاف شیشه :: فرمول برای یک سایزینگ پایدار

پایداری سایزینگ عبارتست از: قابلیت فرمولاسیون برای باقی ماندن در حالت همگن، از لحظه ای که آمیخته میشود تا زمانی که بر روی الیاف اعمال میشود. ساده ترین سایزینگ الیاف شیشه، آب و یک عامل اتصال است.

به دلیل طبیعت غیرآلی شیشه، عوامل اتصال برای پیوند ماتریس رزین ( آلی) به سطح شیشه ( غیرآلی) به کار میروند. اُرگانوسیلان ها، عوامل اتصال بهتری در صنعت الیاف شیشه میباشند. این مولکول ها، وقتی کوچک باشند، اثربخش هستند. به هر حال، اگر صرفاً اُرگانوسیلان ها به کار روند، سایزینگ، الیاف را ترد و برای کاربرد در فرایند مرکب سازی تقریباً غیر قابل استفاده می سازد. بنابراین سایزینگ معمولاً مخلوطی از چندین جزء بوده که اجزاء بر اساس عملکردشان می توانند در گروه های زیر طبقه بندی شوند:
– عوامل اتصال
– مواد تشکیل دهنده فیلم (لایه روکش)
– افزودنیها و
– آب.

عامل اتصال، همانطور که در بالا ذکر شد، سطوح غیرآلی (شیشه) و آلی (ماتریس رزین و لایه روکش) را به هم پیوند میدهد. اُرگانوسیلانها، عوامل اتصال مطلوبی بوده و میتوانند به تنهایی یا به صورت مخلوطی از دو یا سه ترکیب به کار روند. برای تقویت کننده های گرمانرم، γ-آمینوپروپیل¬تری¬اتوکسی¬سیلان، NH2-(CH2)3-Si(OCH2CH3)3 (شکل۲) بسیار مفید و حدود ۹۵% مواقع به¬کار می¬رود. علاوه¬بر کارایی، دلایل دیگر برای استفاده از این آمینوسیلان خاص، قیمت و در دسترس بودن ماده می باشد.

دیگر آمینوسیلان های مورد استفاده در محصول الیاف شیشه-رزین گرمانرم شامل:
N-β (آمینواتیل)- γ- آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان
NH2-(CH2)2-NH-(CH2)3-Si(OCH3)3 (شکل ۳)، و
سیلان با عاملیت تری¬آمینو
NH2-(CH2)2-NH-(CH2)3-Si(OCH3)3 (شکل ۴).

فیلم ایجاد شده (لایه روکش) از الیاف در حین ساخت و فراوری حفاظت می نماید. زمانی که الیاف تولید میشود، هر “نقطه تماس”، یک نقطه ی شکست احتمالی برای الیاف است، چون این نقاط تماس اجتناب ناپذیرند. بنابراین لایه روکش برای حفاظت از الیاف به کار می رود، تا الیاف بدون آسیب باقی بمانند.

شکلهای ۲ – ۳ – ۴

برخی از این نقاط تماس در حین خرد کردن، دوک پیچی، خشک کردن و بسته بندی الیاف ایجاد می شوند. هنگامیکه الیاف با مخلوط کُن ها و با بافنده ها، فراوری میشوند، نقاط تماس بیشتری ایجاد میشود، و الیاف خشک نیز نیاز به محفاظت در برابر این نقاط دارند.

لایه روکش در سایزینگ با بیش از ۷۰% جامد حضور دارد. نتیجتاً، انتخاب نوع لایه روکش، اندازه ی کل ذره ی آمیزه ی سایزینگ را معین می کند. لایه روکش بر روی سطح الیاف نقش مهمی در تعیین خواص کامپوزیت نهایی از قبیل ایجاد چسبندگی بهتر بین الیاف و ماتریس رزین، خواص مکانیکی، مقاومت شیمیایی یا مقاومت به آب، پایداری حرارتی و غیره ایفا می کند.

در بازار، صدها نوع فیلم لایه روکش با محتوی آب از قبیل اپوکسی، پلی اورتان (PU)، پلی پروپیلن (PP)، آکریلیک، پلی-اتیلن (PE)، پلی آمید (PA)، پلی کربنات (PC)، پلی وینیل استات (PVAC) و غیره وجود دارد. بنابراین شیمی مناسبی برای تمام سیستم های رزین گرمانرم و گرماسخت مختلف از قبیل پلی آمیدها، پلی پروپیلن ها، پلی اتیلن ها، پلی استرها، وینیل استرها، اپوکسی ها، و غیره وجود دارد. از منظر تاریخی، صنعت الیاف شیشه اغلب از لایه روکش ساخته شده برای صنایع رنگ و پوشش، صنایع چسب و نساجی استفاده کرده است. به این دلیل، تحقیق و تلاش کمی برای پیشرفت تکنولوژی فیلم ساز در صنعت الیاف صورت پذیرفته است.

افزودنیها برای اهداف زیادی از قبیل پایداری سایزینگ، بهبود در بسته بندی، بهبود روانکاری الیاف، عدم تغییر رنگ کامپوزیت، از بین بردن الکتریسته ساکن در حین فراوری، بهبود فرایندپذیری الیاف، جلوگیری از سایش و برش تجهیزات، و حفاظت سایزینگ در برابر تخریب به کار میروند. به هر حال، افزودنی ها تنها درصد کوچکی از فرمولاسیون کل سایزینگ (۱۰-۵%) به شمار می آیند.

امروزه، افزودنی های بسیار معدودی به طور خاص برای الیاف شیشه ساخته میشوند. اغلب افزودنی ها از صنایع رنگ، پوشش، نساجی و پلیمر حاصل می شوند. افزودنی ها میتوانند به عنوان مواد فعال سطحی (Surfactant)، روانسازها، آنتی استاتیکها، آنتی اُکسیدان ها و غیره طبقه بندی شوند.

میشلمَن خانواده ای از روانسازها را همانند محصولات لایه روکش، به طور خاص برای استفاده در سایزینگ الیاف، همانطور که در جدول ۳ نشان داده شده است، توسعه داده است.

آب، حامل تمام اجزاء سازنده سطح الیاف بوده و ۸۰% فرمولاسیون سایزینگ تَر به حساب می آید. به علاوه، در سرتاسر فرایند تولید الیاف، پاشیده شده و نقاط تماس را در حین تولید الیاف روانکاری میکند.

جدول شماره ۳

مرجع:
McMican R.,“Sizing stability is a key element for glass fibre manufacturing”, Research Applications Chemist in Michelman, Reinforced Plastics, pp. 29-32, 2012.

مترجم: آقای مهندس علی اصغر نجف زاده خوئی- عضو انجمن کامپوزیت ایران

————————————————————————————