Υαλοβάμβακας

Ο υαλοβάμβακας είναι μονωτικό υλικό που αποτελείται από λεπτές ίνες γυαλιού. Χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό υλικό για πολυμερή προϊόντα, δημιουργώντας σύνθετα υλικά γνωστά ως «πολυμερή ενισχυμένα με ίνες» (fiber-reinforced polymers FRP) ή «πλαστικά ενισχυμένα με γυαλί» (glass-reinforced plastic GRP). Οι παραγωγοί γυαλιού είχαν πειραματιστεί από παλαιά με ίνες γυαλιού, αλλά η μαζική παρασκευή υαλοβάμβακα έγινε δυνατή μόνο με την εμφάνιση ιδιαίτερα λεπτών εργαλειομηχανών. Το 1893 ο Edward Drummond Libbey παρουσίασε ένα φόρεμα στην Παγκόσμια Κολομβιανή Έκθεση με ίνες γυαλιού διαμέτρου και υφής μεταξιού. Το υλικό όμως που σήμερα είναι γνωστό ως υαλοβάμβακας εφευρέθηκε το 1938 από τον Russell Games Slayter της εταιρείας Όουενς-Κόρνιν (Owens-Corning) ως μονωτικό υλικό. Η αγγλική λέξη για τον υαλοβάμβακα Fiberglas είναι εμπορικό σήμα της Όουενς-Κόρνιν που σήμερα είναι ένα από τα ονόματα που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν το προϊόν ανεξάρτητα από τον κατασκευαστή, αν και η κυρίως χρησιμοποιούμενη λέξη είναι το «glasswool».

 Οι ίνες του υαλοβάμβακα διαμορφώνονται όταν λεπτές λωρίδες πυριτικού (ή άλλης σύστασης) γυαλιού εξωθούνται παράγοντας πολλές ίνες με μικρή διάμετρο κατάλληλες για ύφανση. Το γυαλί, ακόμη και ως ίνα, είναι άμορφο στερεό (χωρίς κρυσταλλική δομή). Οι ιδιότητες της δομής του γυαλιού όταν αυτό μαλακώνει και έχει αρχίσει να λιώνει είναι παρόμοιες με τις ιδιότητές του όταν γνέθεται σε ίνες. Η τεχνική της τήξης και επεξεργασίας του γυαλιού σε λεπτές ίνες ήταν γνωστή για χιλιετίες, εντούτοις η χρήση αυτών των ινών για παραγωγή υφασμάτων είναι πιο πρόσφατη. Η πρώτη εμπορική παραγωγή του υαλοβάμβακα ήταν το 1936. Το 1938, η Owens-Illinois Glass Company και Corning Glass Works ενώθηκαν για να σχηματίσουν την εταιρεία Owens-Corning Fiberglas Corporation. Μέχρι τότε όλος ο υαλοβάμβακας παραγόταν σε ίνες ορισμένου μεγέθους. Όταν οι δύο επιχειρήσεις ενώθηκαν για να παράγουν και να προάγουν τον υαλοβάμβακα, εισήγαγαν ένα νέο προϊόν με συνεχή ίνα γυαλιού (πολύ μεγάλου μήκους). Η εταιρεία Owens-Corning είναι μέχρι σήμερα ο μεγαλύτερος παραγωγός υαλοβάμβακα παγκοσμίως. Οι ίνες γυαλιού βαθμού έχουν βάση το πυριτικό (SiO2). Στην καθαρή του μορφή του υπάρχει ως πολυμερές, (SiO2)n. Δεν έχει πραγματικό σημείο τήξεως, αλλά μαλακώνει μέχρι τους 2000 °C, όπου αρχίζει χάνει τη δομή του. Στους 1713 °C, το μεγαλύτερο μέρος των μορίων μπορούν να κινούνται ελεύθερα. Εάν το γυαλί κρυώσει γρήγορα, τα μόρια δεν προλαβαίνουν να διαμορφώσουν μια διαταγμένη δομή. Ως πολυμερές, σχηματίζει ομάδες SiO4 οι οποίες έχουν τη μορφή τετραέδρου με το άτομο του πυριτίου στο κέντρο τους και τέσσερα άτομα οξυγόνου στις γωνίες. Αυτά τα τετράεδρα στη συνέχεια δημιουργούν ένα δίκτυο τετραέδρων τα οποία είναι ενωμένα στις γωνίες με το να μοιράζονται άτομα οξυγόνου. Η υαλώδης και η κρυσταλλική κατάσταση του πυριτίου (γυαλί και χαλαζίας) έχουν παρόμοια ενεργειακά επίπεδα σε μοριακή βάση, κάτι που σημαίνει ότι η υαλώδης μορφή είναι εξαιρετικά σταθερή όπως και η κρυσταλλική μορφή του πυριτικού. Προκειμένου να προκληθεί κρυστάλλωση πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασίες πάνω από 1200 °C για μακρές χρονικές περιόδους Αν και το καθαρό πυρίτιο δίνει ένα πολύ καλό γυαλί καθώς και καλές ίνες γυαλιού, η κατεργασία του πρέπει να γίνει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, κάτι που είναι ένα ενεργειακό μειονέκτημα εκτός αν υπάρχει συγκεκριμένη απαίτηση για τις χημικές ιδιότητές του. Για την ταπείνωση της απαιτούμενης θερμοκρασίας επεξεργασίας, γίνεται προσθήκη άλλων υλικών στο γυαλί, κάτι που έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή και διαφόρων ιδιοτήτων του γυαλιού. Το πρώτο είδος γυαλιού που χρησιμοποιήθηκε για ίνες γυαλιού ήταν γυαλί Νατρίου-Ασβεστίου ή «Γυαλί τύπου Α», το οποίο όμως δεν είχε αρκετή αντοχή στα αλκάλια. Ένα νέο αλούμινο-βόριο-πυριτικό γυαλί, το «γυαλί τύπου Ε», το οποίο δεν είχε σχεδόν καθόλου αλκάλια (< 2%) , ήταν το πρώτο γυαλί που χρησιμοποιήθηκε για παραγωγή συνεχούς νήματος. Ακόμη και σήμερα, το γυαλί τύπου Ε αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοσστό παραγωγής υαλοβάμβακα παγκοσμίως. Η σύσταση του γυαλιού μπορεί να διαφέρει μεν, αλλά πρέπει να βρίσκεται μέσα σε συγκεκριμένα όρια. Το γράμμα Ε είχε αρχικά την έννοια του γυαλιού κατάλληλου για ηλεκτρικές εφαρμογές (Ε από το Electrical). Η εταιρεία Owens-Corning Υαλοβάμβακας και υγεία