¿Cómo debería la industria del papel de fibra de vidrio de mi país lograr avances y planes estratégicos para el futuro?
En los últimos años, con el desarrollo económico y el progreso social, la demanda de nuevos materiales tanto en la producción industrial como en la vida diaria se ha ido expandiendo continuamente, tanto en términos de variedad como de funcionalidad. En la industria papelera también se ha ampliado la gama de materias primas para los papeles especiales. La fibra de vidrio, como representante típico de las fibras inorgánicas, ha ido atrayendo gradualmente una amplia atención en la industria del papel debido a sus propiedades únicas en comparación con las fibras vegetales y otras fibras sintéticas, convirtiéndose en una nueva materia prima para el desarrollo y la producción de productos de papel especiales.
1. Características de la Fibra de Vidrio
La fibra de vidrio es un nuevo tipo de material funcional y estructural entre los materiales inorgánicos no-metálicos. Su componente principal es el dióxido de silicio y también contiene óxidos de muchos otros macronutrientes, como calcio, boro, sodio, potasio y aluminio. Actualmente, los principales métodos de fabricación de fibra de vidrio son el método de crisol y el método de horno de tanque. Normalmente, la fibra de vidrio tiene una apariencia cilíndrica transparente y suave con una sección transversal-perfectamente circular. Su densidad suele rondar los 2,50-2,70 g/cm³, dependiendo principalmente de la composición del vidrio. La resistencia a la tracción de la fibra de vidrio supera con creces la de otras fibras naturales, fibras sintéticas y diversos materiales de aleaciones, mientras que su absorción de agua es mucho menor que la de las fibras naturales y-artificiales. La fibra de vidrio también posee una alta resistencia al calor, con una temperatura de ablandamiento de 550 a 750 grados. También exhibe excelentes propiedades dieléctricas y de aislamiento eléctrico, lo que lo hace adecuado para diversos materiales aislantes, radomos, etc. Además, sus excelentes propiedades de aislamiento y absorción acústica permiten que sus productos se utilicen en diversos dispositivos acústicos. Sin embargo, la fibra de vidrio es un material frágil con un alargamiento de rotura muy bajo, lo que da como resultado una flexibilidad relativamente baja o una alta fragilidad, una característica clave.
Fibra de vidrioSe puede clasificar según su contenido de álcali en fibra libre de álcali-(comúnmente conocida como vidrio E-), fibra de álcali-media, fibra de álcali-alta y fibra de vidrio especial. Los tres primeros tipos se utilizan habitualmente en la industria del papel. La fibra de vidrio libre de álcali-es adecuada para laminados revestidos de cobre epoxi-y productos de aislamiento eléctrico; la fibra de vidrio alcalina-media es adecuada para operación continua a máquina o colocación manual-para producir láminas, tuberías, tanques, recipientes, bañeras, etc.; La fibra de vidrio con alto contenido de álcali-es adecuada para separadores de baterías, materiales impermeabilizantes para techos, etc.
2. Producción de papel de fibra de vidrio
2.1 Proceso de formación del papel de fibra de vidrio
Los materiales funcionales finos a base de fibra de vidrio- producidos mediante la fabricación de papel húmedo también pueden denominarse papel de fibra de vidrio. El proceso de fabricación de este papel difiere algo de la fabricación de papel normal. Utiliza fibras de vidrio, que se aflojan ligeramente y se añaden aglutinantes o algo de pulpa química de madera. Luego se forma en una máquina de fabricación de papel de cuatro cilindros o cuatro driniers. También se puede agregar gel de sílice o alúmina coloidal para mejorar la resistencia del papel terminado. Por lo general, el papel de fibra de vidrio no requiere despulpado durante la producción; sólo se necesita dispersión. Debido a la naturaleza relativamente quebradiza de las fibras de vidrio, normalmente no es necesario prensar después de formar el papel.
Bajo el microscopio, las fibras de vidrio se parecen a varillas de vidrio; cada fibra es rígida, delgada y tiene una gran relación entre longitud-y-ancho. La superficie de estas fibras también lleva una carga eléctrica. Por lo tanto, antes de fabricar el papel, al preparar la pulpa, las fibras se enredan fácilmente, formando una gran cantidad de grumos de fibras difíciles-de-dispersar. Incluso después de un breve periodo de sedimentación, se produce floculación, lo que afecta a la uniformidad del papel de fibra de vidrio. Para asegurar una buena dispersión de la suspensión de fibra de vidrio durante la fabricación de papel, generalmente se pueden tomar las siguientes medidas: (1) Ajustar el pH de la suspensión usando ácido diluido, generalmente un pH=2.5~3,0 es adecuado; (2) Reducir la concentración de la suspensión a aproximadamente 0,2%; (3) Mejorar la condición de humectación de la superficie de fibra de vidrio usando dispersantes u otros químicos; (4) Ajuste el sistema de circulación de agua blanca.
La fibra de vidrio tiene una superficie lisa, no se fractura y no tiene grupos -OH que puedan formar enlaces de hidrógeno en la superficie de la fibra. Por lo tanto, no puede generar naturalmente resistencia en el papel durante el conformado y el secado. Para garantizar que la fibra de vidrio pueda entretejerse firmemente con las fibras mezcladas durante la fabricación del papel, la fibra de vidrio a menudo se trata previamente o la banda de papel formada se pulveriza o impregna con pegamento. La función principal del pretratamiento es darle al papel de fibra de vidrio buena uniformidad, espesor uniforme y que no sobresalgan grupos de fibras en la superficie. El post-tratamiento, como la pulverización o la impregnación, imparte principalmente una mejor resistencia u otras propiedades especiales al papel. Liao He et al. estudiaron diferentes métodos físicos y químicos para el tratamiento superficial de fibras de vidrio y, simultáneamente, reforzaron papel de fibra de vidrio mediante la adición de ácido, fibras vegetales despulpadas y agentes reforzantes. La adición de fibras vegetales despulpadas y agentes reforzantes fortaleció significativamente el papel de fibra de vidrio. Luo Guo et al. exploraron el rendimiento de las mezclas de fibra de vidrio y fibras vegetales y derivaron la relación óptima entre la concentración del agente de tratamiento, la proporción de mezcla de fibras de vidrio y las propiedades físicas del papel terminado.
2.2 Proceso de secado del papel de fibra de vidrio
Debido a que las fibras de vidrio son quebradizas y frágiles, el papel de fibra de vidrio rara vez se somete a un proceso de prensado. Esto da como resultado una banda de papel húmeda con una gran cantidad de humedad que ingresa al proceso de secado. Para abordar el problema del alto contenido de humedad durante el secado, normalmente se utiliza succión al vacío para eliminar algo de humedad antes de que la banda de papel húmeda entre en el proceso de secado.
Para mejorar la resistencia o cumplir con otros requisitos de rendimiento de aplicaciones especiales, el papel de fibra de vidrio a menudo requiere la adición de aglutinantes durante el proceso de fabricación del papel o la impregnación de resina después de su formación, lo que hace que la composición de la banda de papel húmeda sea más compleja. Para eliminar una gran cantidad de humedad del papel de fibra de vidrio en poco tiempo y al mismo tiempo garantizar un papel suave y resistente con una distribución uniforme y una alta retención de aglutinantes o resinas, se requieren métodos de secado especiales. El secado por microondas y el secado por penetración de aire caliente son dos métodos comúnmente utilizados para secar papel de fibra de vidrio.
El secado por microondas puede alcanzar rápidamente un cierto grado de sequedad dentro de la banda de papel húmeda. Esto se debe a que durante el secado por microondas, el gradiente de temperatura y el gradiente de humedad están en la misma dirección, lo que da como resultado una transferencia constante de calor y masa. Esto promueve la rápida evaporación de la humedad dentro del papel de fibra de vidrio, creando un gradiente de presión interna que permite que la humedad se difunda rápidamente a la superficie y se evapore, acortando significativamente el tiempo de secado. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el tiempo de secado en microondas no debe ser demasiado largo, generalmente dentro de los 30 segundos, ya que la exposición prolongada al microondas puede provocar la contracción y deformación del papel, lo que provoca arrugas en la superficie y afecta la calidad del papel terminado. La fibra de vidrio es hidrófoba y el papel resultante es poroso y mal conductor del calor. Según las condiciones reales del papel de fibra de vidrio, aprovechando su baja resistencia a la permeabilidad al aire, se permite que el aire caliente penetre en la banda de papel y entre en contacto directamente con la humedad adsorbida en la superficie del papel de fibra de vidrio. El aire caliente, a cierta velocidad, reduce la presión parcial del vapor en la interfaz, facilitando la evaporación de la humedad. El aire caliente se lleva inmediatamente la humedad evaporada y no hay una capa de vapor saturado en la interfaz que dificulte la evaporación de la humedad; esto se conoce como "secado por penetración", lo que da como resultado una alta eficiencia de secado. La selección de la temperatura del aire caliente también es muy importante durante el secado con aire caliente. Para garantizar el efecto óptimo de diferentes aglutinantes o resinas de refuerzo, la temperatura de secado varía para los diferentes tipos de papel de fibra de vidrio. Generalmente, la temperatura de secado del papel de fibra de vidrio no es inferior a 130 grados, y algunos incluso requieren 180-200 grados.
3. Papeles comunes de fibra de vidrio
La estera de fibra de vidrio, también conocida como papel de fibra de vidrio, está hecha de hebras cortas de filamentos de fibra de vidrio distribuidas aleatoria y uniformemente en láminas continuas de fibra de vidrio mediante un proceso de fabricación de papel, y luego unidas con una emulsión.
3.1 Papel de filtro de fibra de vidrio ultrafino
El papel de filtro de fibra de vidrio ultrafino es un nuevo tipo de papel de filtro de alta-tecnología. A diferencia del papel de filtro ordinario elaborado principalmente a partir de fibras vegetales, el papel de filtro de fibra de vidrio es un papel especial elaborado principalmente a partir de fibras de vidrio ultra-finas mediante un proceso especial de fabricación de papel y un procesamiento posterior. Se utiliza principalmente para la purificación del aire. El papel de filtro de fibra de vidrio presenta buena isotropía, distribución uniforme del tamaño de los poros, pequeña desviación del peso base, resistencia al calor, retardo de llama, resistencia al agua y alta capacidad de retención de suciedad.
El papel de filtro de aire de fibra de vidrio se fabrica principalmente a partir de fibras de vidrio mediante un proceso de formación en húmedo-, lo que lo convierte en un material de filtración de aire ideal. Los productos se clasifican en tres series principales según la eficiencia de filtración: ventilación (ASHRAE); eficiencia media y alta (HEPA); y eficiencia ultra-alta (ULPA). El papel de filtro de fibra de vidrio para ventilación general y el papel de filtro de fibra de vidrio para aire de eficiencia media se utilizan principalmente en sistemas de aire acondicionado generales, turbinas de gas y compresores de aire. Este tipo de papel de filtro de fibra de vidrio se produce tratando la superficie de la fibra con aditivos químicos y combinando una formulación de pulpa precisa. Los productos resultantes exhiben alta eficiencia, baja resistencia y resistencia al plegado. Especialmente con una resistencia baja, la eficiencia de filtración puede alcanzar entre el 60% y el 95%, y también tiene un cierto grado de resistencia al agua, lo que lo hace adecuado para ambientes de alta-humedad. El papel de filtro de aire para partículas de aire de alta eficiencia (HEPA) se utiliza principalmente en salas limpias o bancos de trabajo de clase 10 000 a 100 000, sistemas de escape de plantas de energía nuclear, aspiradoras domésticas de alta gama, purificadores de aire y respiradores. Este producto tiene una excelente resistencia a la humedad y al agua, con una eficiencia de filtración del 99,9% al 99,9999%. El papel de filtro de aire para partículas de aire de ultra-alta-eficiencia (UHEPA) se utiliza principalmente en fábricas de chips y salas limpias de Clase 100, Clase 10 y Clase 1.
El papel de filtro de fibra vegetal común tiene una eficiencia de filtración de sólo del 16% al 87%, con una permeabilidad óptima del 13%. Por el contrario, el papel de filtro de fibra de vidrio ultra-fino tiene una eficiencia de filtración del 99,99995 % y una permeabilidad del 0,00005 %. Por lo tanto, la eficiencia de filtración del papel de filtro de fibra de vidrio ultra-fina es excepcionalmente alta.
3.2 Papel separador de baterías de fibra de vidrio
El papel separador de fibra de vidrio está compuesto de fibras de vidrio ultra-fibras con un diámetro de 0,5 a 4 μm que no contienen aglutinantes orgánicos. El papel de fibra de vidrio sin comprimir, producido mediante el proceso de fabricación de papel, tiene una estructura multi-similar al fieltro-formada por fibras de vidrio dispuestas aleatoriamente que crean canales relativamente pequeños y libres de torsión-alta. Este separador exhibe un rendimiento significativamente superior en comparación con los separadores de baterías comunes en muchos aspectos, como alta capacidad de absorción de líquidos, rápida velocidad de absorción de líquidos, buena hidrofilicidad, absorción y retención del electrolito requerido para la capacidad nominal de la batería y mantenimiento de su alta tasa de absorción de líquidos durante toda su vida útil. Mientras tanto, los separadores de fibra de vidrio poseen una gran superficie, alta porosidad, tamaño de poro pequeño, alta pureza química y pocas impurezas nocivas, lo que exhibe una excelente resistencia a los ácidos y a la oxidación. Las patentes relacionadas describen el uso de materiales compuestos de fibra de vidrio como sustrato para papel separador de baterías, aprovechando al máximo la resistencia a la corrosión de la fibra de vidrio y el buen tamaño de poro del sustrato de fibra de vidrio, lo que permite una amplia permeación de electrolitos.
El rendimiento del papel separador de fibra de vidrio está estrechamente relacionado con las características de la propia fibra de vidrio. Las fibras de vidrio ultrafinas tienen diámetros pequeños, grandes superficies y alta humectabilidad, lo que da como resultado una alta tasa de absorción de líquido y un tamaño de poro pequeño en el separador, lo que proporciona una fuerte resistencia a la penetración de las dendritas. Sin embargo, esto también aumenta la resistividad, por lo que es necesario seleccionar una combinación óptima. La longitud de las fibras de vidrio también afecta el rendimiento del separador; Las fibras excesivamente largas son difíciles de dispersar y pueden flocular, dando lugar a un separador desigual. Si el diafragma es demasiado corto, se mejora la uniformidad del diafragma, pero la resistencia es baja; por lo tanto, se debe seleccionar un rango de longitud óptimo.
3.3 Papel laminado revestido de cobre y fibra de vidrio
El papel laminado revestido de cobre de fibra de vidrio se utiliza principalmente como sustrato para laminados revestidos de cobre. Tiene una apariencia uniforme, excelentes propiedades eléctricas, resistencia al calor, resistencia a los solventes y excelente compatibilidad con la resina epoxi. Los laminados revestidos de cobre producidos con papel de fibra de vidrio pueden alcanzar niveles de rendimiento comparables a los laminados de tela de vidrio, lo que los hace adecuados para productos electrónicos industriales. En particular, las propiedades superiores de pos-procesamiento del papel de fibra de vidrio lo hacen aún más popular en el mercado. La impregnación con resina epoxi es un proceso crucial en la producción de papel laminado revestido de cobre con fibra de vidrio. La impregnación consta de dos pasos: primero, la resina se agrega sobre la superficie del papel de fibra de vidrio con un cierto grado de sequedad; luego, la resina agregada sobre la superficie del papel fluye gradualmente hacia las fibras de vidrio. El proceso de encolado implica la penetración de la solución de encolado en el papel de fibra de vidrio, desplazando la humedad de la banda de papel húmeda. El proceso de penetración tiene un impacto significativo en las propiedades de apresto. Los experimentos han demostrado que la tasa de penetración es inversamente proporcional al cubo del espesor de la fibra; por lo tanto, aumentar la tasa de penetración de la solución de apresto en el papel de fibra de vidrio es el método fundamental para mejorar el efecto de apresto. El "método de dimensionamiento asistido por vacío-" es actualmente una tecnología relativamente avanzada. El núcleo de este método reside en el equipo especial utilizado en la etapa de pre-impregnación. Su principio es: durante la pre-impregnación, se utiliza succión al vacío para penetrar rápidamente la solución de apresto desde la superficie del papel de fibra de vidrio hacia el papel, al mismo tiempo que se eliminan las burbujas de aire de la solución de apresto y las fibras.
4. Desarrollo de nuevo papel de fibra de vidrio
La fibra de vidrio se combina con fibra de madera blanda, actuando la fibra de vidrio como esqueleto para mejorar las propiedades de resistencia del papel acabado. Los experimentos han demostrado que agregar un 10% de fibra de vidrio a la pulpa de madera blanda puede mejorar significativamente la resistencia del papel. El papel de alta-calidad exhibe una excelente resistencia a la tracción y al desgarro. Los procesos posteriores, como la pulverización de adhesivo, la impregnación y la laminación multicapa, permiten su uso como material de relleno para la construcción.
El papel de fibra de vidrio posee buenas propiedades de absorción acústica. Recubrir la superficie del papel de fibra de vidrio base con pigmentos, adhesivos, retardantes de llama y agentes de acoplamiento, seguido de secado y curado, permite que se utilice como material-aislante del sonido e ignífugo-en paredes de edificios y decoración de interiores. El papel de fibra de vidrio teñido también ofrece propiedades decorativas mejoradas. Las investigaciones han descubierto que al mejorar el modelo de Johns On-Allard, se puede medir el efecto de absorción acústica de esteras de papel de fibra de vidrio con diferentes porosidades e incluso diferentes longitudes de fibra.
Una empresa japonesa ha desarrollado con éxito un papel de fibra de vidrio mediante un proceso de fabricación de papel que puede utilizarse como material sellador en automóviles y equipos industriales. Este papel está compuesto por bigotes de carbonato de calcio con diámetros de 6 μm y 0,16 μm. Compuesto por fibras de vidrio de μm, sepiolita, pulpa de celulosa, etc., y reforzado con caucho de estireno-butadieno y floculantes.
Otra empresa japonesa ha desarrollado un tubo de plástico poroso reforzado con fibra de vidrio mediante un proceso de fabricación de papel húmedo. El proceso de producción implica dispersar fibras de vidrio picadas en resina-que contiene agua, deshidratarlas en láminas, enrollarlas en un tubo, insertarlo en un molde cilíndrico, calentarlo para expandirlo y luego usarlo para obtener un tubo de plástico poroso reforzado con fibra de vidrio. Este tubo de plástico reforzado con fibra de vidrio exhibe excelentes propiedades de resistencia y puede usarse en construcción, filtración y otros campos.
Las capas de pisos reforzados con fibra de vidrio pueden prevenir eficazmente que el piso se agriete o se encoja durante el uso. El vidrio formado... Después de cortarlo en láminas, el papel de fibra de vidrio se une con un adhesivo polimérico. En aplicaciones prácticas, el papel de fibra de vidrio aumenta la resistencia, dureza y rigidez de la capa del piso, mientras que el adhesivo polimérico tiene cierto grado de elasticidad, evitando la deformación causada por la expansión y contracción térmica. Esto lo convierte en un material para pisos novedoso e ideal.
Una patente estadounidense describe un método para utilizar paneles de yeso revestidos con papel-de fibra de vidrio para soportar la decoración de pisos o techos de casas. Este papel de fibra de vidrio se fabrica mezclando fibras de vidrio con un diámetro promedio de 8 a 17 μm y otras fibras artificiales con un diámetro de menos de 5,5 μm; la fibra de vidrio debe representar más del 30 % de la masa total del producto.
La mica es un importante mineral no-metálico. Utilizando tecnología de fabricación de pulpa y papel, los fragmentos de mica se pueden utilizar como materia prima para producir varios... Hay varios tipos de papel de mica disponibles. Sin embargo, el papel de mica que se produce actualmente generalmente tiene poca resistencia, lo que dificulta su adaptación a entornos de aplicación de alta-resistencia. Las patentes han descrito el uso de fibras precipitadas de aramida, fibras de aramida cortas o la adición de fibras a granel entre capas de papel de mica en polvo para reforzarlo. La propia fibra de vidrio tiene altas propiedades de aislamiento y alta resistencia, lo que la convierte en un excelente material de refuerzo y un posible sustituto de las fibras de aramida. Se están realizando investigaciones sobre su efecto reforzante sobre el papel de mica.
5. Resumen y perspectivas
En la última década, la industria de fibra de vidrio de mi país se ha desarrollado rápidamente y China ha mantenido constantemente su posición como el mayor productor y usuario de fibra de vidrio del mundo. La aplicación de fibra de vidrio en la industria papelera ha ido ganando popularidad gradualmente con el rápido desarrollo de la industria de la fibra de vidrio. Esto ha atraído una importante atención pública. El "12º Plan Quinque-Anal" de mi país para el desarrollo de la industria de la fibra de vidrio enfatiza específicamente la necesidad de desarrollar vigorosamente las áreas de aplicación de los productos de fibra de vidrio, expandiendo continuamente el alcance de aplicación de la fibra de vidrio, especialmente en áreas como resistencia al fuego, resistencia al calor y refuerzo. El plan exige el desarrollo de diversas formas de productos para facilitar su uso, mejorando fundamentalmente la calidad de la industria de la fibra de vidrio mediante la expansión del mercado de aplicaciones y ampliando y profundizando los campos de aplicación. Esto facilitará la conexión entre las empresas de fibra de vidrio y las industrias transformadoras, promoviendo el desarrollo y crecimiento de la cadena industrial de fibra de vidrio. Esto impone mayores exigencias al desarrollo y optimización de la calidad de los tipos de papel de fibra de vidrio.
Aprovechar funcionalmente las propiedades inherentes de la fibra de vidrio y explorar su combinación con diversas materias primas para la fabricación de papel le permitirá lograr un mayor éxito en productos de papel especiales.
