Fibra de vidro

Fibra de vidro é um material fibroso que consiste em finos filamentos flexíveis de vidro. Pode apresentar diversos cortes, características e aplicações. Entre as principais fibras de vidro existentes (e a mais comercializada) está a do tipo E, que possui baixa condutividade elétrica.

Fibras de vidro possuem como principal constituinte a sílica, embora levem diversos outros óxidos em sua composição, os quais terão impacto na aplicação final da fibra. As fibras têxteis são produzidas de vidro fundido e são exploradas desde o Egito Antigo. Seu pico de utilização, entretanto, seu deu no século XX, com a ampla utilização na indústria têxtil e como reforço para polímeros.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre fibra de vidro
• 2 - O que é fibra de vidro?
• 3 - Tipos de fibra de vidro
• 4 - Para que serve a fibra de vidro?
• 5 - Como a fibra de vidro é obtida?
• 6 - Como surgiu a fibra de vidro?

Resumo sobre fibra de vidro

• Fibra de vidro é um material feito de finos filamentos flexíveis de vidro.
• Os tipos de fibras de vidro são nomeados segundo as suas propriedades.
• A fibra de vidro mais vendida é a do tipo E.
• O principal constituinte da fibra de vidro é a sílica, SiO₂.
• A fibra de vidro pode ser usada na indústria têxtil, como isolante térmico e como reforço para polímeros.
• Esse material é utilizado desde o Egito Antigo, atingindo pico de utilização no século XX.

O que é fibra de vidro?

A fibra de vidro é um material feito por finos filamentos flexíveis de vidro. Existem diversos tipos de fibra de vidro, os quais possuem características, cortes e aplicações diferentes. O principal constituinte da fibra de vidro é a sílica, SiO₂, embora outros elementos também possam ser muito importantes na composição da fibra de vidro resultante.

Tipos de fibra de vidro

Os tipos de fibra de vidro são nomeados de acordo com suas propriedades específicas:

• E (electrical) – baixa condutividade elétrica;
• S (strenght) – grande resistência mecânica;
• C (chemical) – grande resistência química;
• M (modulus) – alta elasticidade;
• A (alkali) – alta composição de metais alcalinos;
• D (dielectric) – baixa constante dielétrica;
• AR (alkali resistant) – grande resistência alcalina.

Boa parte das fibras de vidro produzidas atualmente, cerca de 90%, é do tipo E. A seguir, uma tabela contendo a composição química aproximada dos principais tipos de fibras de vidro.

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Para que serve a fibra de vidro?

Quanto as suas aplicações, as fibras de vidro podem ser usadas em diversos campos industriais. Uma das suas principais aplicações é na produção de materiais compósitos, em que a fibra de vidro é utilizada para reforçar polímeros.

Dados apontam que, em 2017, mais de 1 milhão de toneladas de plástico reforçado com fibra de vidro foi produzido na Europa, onde são geralmente destinados para construção e transportes. As fibras de vidro podem se comportar como materiais resistentes, como o aço, além de serem leves (densidade na faixa de 2,5 g.cm^-3) e possuírem resistência à corrosão.

Fibras de vidro também possuem importante papel para a filtração e o isolamento (térmico ou acústico). A performance térmica da fibra de vidro tem relação não só com a baixa condutividade térmica do vidro mas também com a baixa densidade do material, o que permite que a massa de ar fique presa, provendo-se assim propriedades isolantes, com a fibra provendo a estrutura.

Já para a filtração, a área superficial das fibras bem como o tamanho dos espaços entre elas são os fatores importantes. A forma de fabricação da fibra com o diâmetro certo pode potencializar os aspectos filtrantes e isolantes desse material.

Como a fibra de vidro é obtida?

Existem dois processos principais para a produção de fibra de vidro. Um deles é a fabricação da lã de fibra de vidro, utilizada para isolamento térmico. Nesse processo, ocorre a secagem de uma corrente de vidro fundido em uma máquina giratória, que consiste em um contêiner metálico circular com furos na parede, girando numa velocidade de 2000-3000 RPM e em uma temperatura de 900-1100 °C.

As correntes de vidro que saem da giratória são freadas por correntes de ar em alta velocidade que as transformam em finas fibras (com diâmetro menor que 10 µm), com comprimento de vários centímetros.

Outra forma de produção de fibra de vidro é por meio do processo contínuo. Aqui, o objetivo é produzir filamentos com propósito para reforço, com diâmetro pequeno (entre 9-25 µm). No que diz respeito ao comprimento, as fibras são produzidas, geralmente, em pacotes com fios (uma coleção de centenas a milhares de fibras) de cerca de 10 km de comprimento.

Nesse processo, o vidro fundido passa por orifícios bem finos de um prato de platina (ou ródio) por meio de extrusão. O vidro sai dos orifícios com uma temperatura na faixa de 1150-1300 °C, a depender da composição química do material. É comum a utilização de vapor d’água e ar puro para fazer o resfriamento do vidro que sai dos orifícios. As fibras são retiradas em uma velocidade 1000 m/min ou até mais.

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Como surgiu a fibra de vidro?

A possibilidade de se obter fibras de vidro é conhecida desde tempos antigos, mesmo antes de se conhecer as técnicas de soprar vidro. Muitos vasos egípcios foram feitos enrolando-se fibras de vidro em argila de forma adequada.

Os interesses da indústria têxtil pela fibra de vidro surgiram muito tempo depois. O físico francês René-Antoine Ferchault de Réaumur produziu, em 1713, tecidos decorados com finos fios de vidro. Um uso famoso, porém raro, da fibra de vidro nesse começo de sua relação com a indústria têxtil foi quando ela foi utilizada para a fabricação de um vestido usado por uma atriz, em 1893, na Columbian Exposition in Chicago para chamar atenção em uma exposição de vidros.

Os processos de fabricação de fibra de vidro nos moldes atuais se iniciaram na primeira metade do século XX. A fabricação de fibras têxteis de vidro pelo método em que elas passam por finos orifícios se iniciou na década de 1930, nos Estados Unidos, começando em 1939, na Alemanha. Já em 1939, graças aos esforços da Owens-Illinois Glass Co., de Newark, Ohio, EUA, o processo de fabricação de fibra de vidro foi aprimorado, tornando-se significativamente mais viável em termos econômicos.

Apesar da expansão durante o restante do século XX, já na década de 1990, a indústria começou a declinar, necessitando-se de formas de racionalização por parte do setor, desfazendo-se de maquinário e instalações obsoletos, o que fez desaparecer, quase por completo, pequenos produtores.

Atualmente a indústria de fibra de vidro busca maior mecanização, reduzir os custos com mão de obra e gastar menos energia. Boa parte das pequenas empresas tem sido fundida na parcela de grandes produtores.

Crédito da imagem

[1] humphery/ Shutterstock

Fontes

MARTYNOVA, E.; CEBULLA, H. Glass Fibers. In: Inorganic and Composite Fibers: Production, properties, and applications. Cap. 7. P. 131-163. Reino Unido: Elsevier, 2018.

JONES, F. R.; HUFF, N. T. Structure and properties of glass fibres. In: Handbook of Tensile Properties of Textile and Technical Fibres. Cap. 15. P. 529-573. Cambridge, Reino Unido: Woodhead Publishing Limited, 2009.

JONES, F. R. Glass fibres. In: High-performance Fibres. Cap. 6. P. 191-238. Cambridge, Reino Unido: Woodhead Publishing Limited, 2001.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química