Sợi thuỷ tinh là gì? Ứng dụng và ưu nhược điểm của sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh là vật liệu tổng hợp bền, nhẹ, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Với đặc tính chống ăn mòn, cách nhiệt và độ bền cao, sợi thủy tinh xuất hiện trong xây dựng, ô tô, hàng không và sản xuất đồ gia dụng. Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm, nó cũng tồn tại một số nhược điểm như khó tái chế và tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe nếu không xử lý đúng cách. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ sợi thủy tinh là gì, các ứng dụng nổi bật và những ưu, nhược điểm cần biết để sử dụng hiệu quả.

Ứng dụng của sợi thủy tinh khi thành thành phẩm

Sợi thủy tinh là gì?

Sợi thủy tinh là loại vật liệu được kéo từ thủy tinh nóng chảy thành những sợi mảnh có độ dẻo cao, tuy giòn khi ở dạng khối nhưng lại rất linh hoạt khi ở dạng sợi. Nhờ độ bền cơ học lớn, khả năng chịu nhiệt, chống cháy và kháng ăn mòn tốt, sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi để gia cường vật liệu polymer, chế tạo nhựa GRP, vật liệu FRP (vật liệu composite cốt sợi thủy tinh). 

Sợi thủy tinh được sản xuất thành từ quá trình gia nhiệt từ hợp chất silicat, aluminum, ít loại oxit kim loại và canxi. Quy trình này được làm ở nhiệt độ 1500 độ C – 1700 độ C và kéo thành nhiều sợi thủy tinh rất mỏng, nhẹ, mịn với đường kính chỉ từ 4 – 34 μm. Với ưu điểm mỏng mịn, sợi thủy tinh có thể đúc khuôn thành các hình dạng kiểu dáng khác nhau như dạng vải, lưới…

Đặc tính nổi bật của sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh sở hữu nhiều đặc tính cơ học và hóa học vượt trội, giúp nó trở thành vật liệu gia cường quan trọng trong vật liệu composite cốt sợi thủy tinh và nhiều ứng dụng kỹ thuật khác:

• Hệ số giãn nở thấp: Sợi thủy tinh có độ ổn định kích thước cao, không bị co giãn dưới tác động của nhiệt độ hay độ ẩm. Sợi càng mảnh, độ bền và khả năng uốn cong càng tốt, dễ dàng tạo hình theo thiết kế.

• Chống ăn mòn và chống ẩm: Không bị oxy hóa hay thấm nước, giúp duy trì ổn định các đặc tính hóa – lý theo thời gian.

• Độ bền cơ học cao: Có khả năng chịu uốn, kéo, nén và va đập lớn, đồng thời nhẹ hơn kim loại, nên được dùng nhiều trong các kết cấu cần độ bền cao nhưng trọng lượng nhẹ.

• Khả năng chịu nhiệt, chống cháy: Là vật liệu vô cơ có độ dẫn nhiệt thấp, sợi thủy tinh vẫn giữ được khoảng 25% tính chất ban đầu ở 1000°C và không sinh ra khói độc khi gặp nhiệt. Vì vậy, sợi thủy tinh chống cháy được ứng dụng trong vải hoặc rèm chống cháy.

• Kháng hóa chất tốt: Bền vững trước hầu hết các loại hóa chất, trừ axit flohydric, axit photphoric nóng và dung dịch kiềm mạnh.

• Cách điện hiệu quả: Có điện trở riêng cao và độ hút ẩm thấp, đảm bảo khả năng cách điện tốt ngay cả khi ở độ dày nhỏ.

• Dễ kết hợp vật liệu khác: Có thể phối trộn với nhựa tổng hợp, xi măng hoặc các polymer để tạo nên vật liệu mới có tính năng tổng hợp ưu việt.

• Độ bền sinh học: Không bị thối rữa, không bị côn trùng hay động vật gặm nhấm gây hại.

Sợi thủy tinh là gì? Quy trình sản xuất sợi thủy tinh ra sao?

Xem thêm:

• Hướng dẫn pha chế nhựa composite lỏng đúng tỷ lệ chuẩn
• Báo giá sợi thủy tinh MAT 300, 450, 250 trong công nghiệp

Các loại sợi thủy tinh phổ biến hiện nay

Hiện nay, sợi thủy tinh được sản xuất và phân loại thành các loại chính sau đây:

Phân loại sợi thủy tinh theo các nguyên liệu thô

• Tùy vào tỉ lệ thành phần và sự kết hợp khác nhau, các loại sợi thủy tinh sẽ có đặc trưng khác nhau.
• Sợi thủy tinh loại A: Được biết là loại thủy tinh có thành phần gần giống với kính cửa sổ nhất với 25% soda, 72% silica và vôi. Loại này có đặc tính kiềm cũng như khả năng kháng hóa chất tốt. Tại cộng hòa Liên Bang Đức, nó được sử dụng phổ biến trong sản xuất thiết bị điện tử. 
• Sợi thủy tinh loại C có khả năng kháng hóa chất rất tốt, còn được biết đến với tên gọi thủy tinh hóa học có tính kiềm – vôi.
• Sợi thủy tinh loại D: Sợi thủy tinh quan trọng và thường được dùng để cải thiện hiệu suất của điện nhờ đặc tính về độ bền điện môi và thành phần borosilicate. Loại sợi này thường được ứng dụng trong sản xuất thủy tinh borosilicate chống sốc nhiệt, trong sản xuất tráng men…
• Sợi thủy tinh loại E: Giống loại sợi thủy tinh loại C, loại sợi này là chất cách điện tốt với thành phần từ nhôm – canxi – borosilicate và chứa kiềm ít hơn 1% theo Na20.
• Sợi thủy tinh AR (Alkali Resistant – kháng kiềm): Với khả năng chống kiềm cao, loại sợi thủy tinh này được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng nền xi măng hay bê tông. Thành phần silicat zirconium kiềm trong loại sợi này không những giúp chống nứt bê tông cũng như tăng độ vững chắc và linh hoạt cho bê tông.
• Sợi thủy tinh loại ECR (sợi thủy tinh điện tử): Ưu điểm vượt trội của loại sợi này là khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit, chống thấm tốt, độ bền cơ học cao và tính kiềm điện. Loại ECR thân thiện với môi trường hơn so với các loại sợi thủy tinh khác.
• Sợi thủy tinh loại AE: Vật liệu này là kính chống kiềm.
• Sợi thủy tinh loại S (loại S1 và S2): Loại sợi này còn gọi là thủy tinh cấu trúc và thường được dùng trong lĩnh vực hàng không, vũ trụ. Với cấu tạo từ nhôm silicat magie, loại sợi này được biết đến với các đặc tính cơ học nổi bật, độ bền rất cao
• Sợi thủy tinh loại R, loại T hoặc loại S đều là những loại sợi có đặc điểm tương đương nhau như độ bền axit cao hơn và tính thấm nước thu được khi đường kính của sợi nhỏ hơn. và có mô đun, độ bền kéo tốt hơn so với loại E.

Phân loại sợi thủy tinh theo dạng sản phẩm

Tùy theo mục đích sử dụng và phương pháp gia công, sợi thủy tinh được chia thành các dạng sản phẩm chính sau:

• Dạng chỉ sợi: Là những sợi thủy tinh mảnh, được kéo thành chỉ liên tục. Dạng này thường dùng để sản xuất bao đựng hàng hóa, vải dán tường, vải lau công nghiệp hoặc thay thế cho vải gai và vải bông nhờ độ bền và khả năng chống cháy cao.
• Dạng bện: Gồm các sợi thủy tinh được bện hoặc xoắn lại với nhau, thích hợp để chế tạo cáp bện, dây chão buộc tàu, dây kéo thuyền, với ưu điểm chịu nhiệt và chịu lực tốt.
• Dạng thô: Là dạng sợi chưa qua xử lý hoặc gia công, được dùng làm nguyên liệu đầu vào cho các quy trình sản xuất vật liệu composite cốt sợi thủy tinh hoặc các sản phẩm kỹ thuật khác.

Các ưu điểm và nhược điểm của sợi thủy tinh

Ưu điểm của sợi thủy tinh 

Vật liệu sợi thủy tinh là giải pháp hữu hiệu và có thể thay thế cho nhiều nguyên vật liệu truyền thống như nhôm, gỗ, thép, bê tông…, với các ưu điểm nổi bật gồm:

• Sợi thủy tính có trọng lượng riêng rất nhẹ. 
• Độ bền kéo sợi lớn gần tương đương thép.
• Hiệu suất nhiệt, điện tốt, sợi thủy tinh có độ dẫn nhiệt thấp (tấm sợi thủy tinh cách nhiệt)
• Chống ăn mòn bởi các tác nhân không khí, nước, axit, môi trường kiềm, môi trường muối.
• Khi dùng làm chất gia cố trong vật liệu composite cốt sợi thủy tinh, sợi thủy tinh giúp tăng độ cứng, độ bền và khả năng chịu tải của sản phẩm.
• Sự kết hợp giữa sợi thủy tinh và những vật liệu khác sẽ tạo ra các sản phẩm mới có độ bền chắc chắn.
• Khi kéo thành sợi, sợi thủy tinh sẽ linh hoạt hơn so với các nguyên vật liệu khác với đặc tính mềm mại, dẻo và độ bền cao. Điều đó giúp dễ tạo hình, dễ gia công, kéo, uốn…
• Sợi thủy tinh không bị hư hại gì bởi các loài côn trùng, gặm nhấm, mối mọt
• Có khả năng chống thấm nước và axit (sợi thủy tinh chống thấm)
• Có khả năng cách âm hiệu quả, thường được dùng để chống ồn cho nhà ở, quán karaoke, văn phòng…

Tàu xuồng ghe thuyền nhựa composite là một trong các sản phẩm phổ biến ứng dụng sợi thủy tinh.

Nhược điểm của sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh có điểm hạn chế nhỏ đó là mô đun đàn hồi thấp. Mô đun đàn hồi của FRP (Fibeglass Reinfored Plastic – nhựa cốt sợi thủy tinh) lớn hơn gỗ hai lần nhưng nhỏ hơn thép 10 lần (E = 2,1 x 105). Khi bị ẩm ướt, các vật liệu cách nhiệt bằng sợi thủy tinh sẽ mất đi đặc tính của nó cho đến khi khô lại. Điều đó khiến kết cấu của sản phẩm thường có cảm giác không đủ độ cứng và dễ biến dạng. Do đó, người ta không dùng sợi thủy tinh để làm vật liệu cho những nơi dễ bị dột hay dễ tụ nước như mái nhà…

Sợi thủy tinh có độc hại không?

Về cơ bản, sợi thủy tinh không được xem là chất độc hại. Tuy nhiên, do cấu trúc gồm các sợi mảnh, nhẹ và dễ phát tán trong không khí, việc tiếp xúc trực tiếp có thể gây kích ứng tạm thời cho da và đường hô hấp. Người tiếp xúc có thể cảm thấy ngứa da, đau họng, ho hoặc nghẹt mũi, nhưng các triệu chứng này thường nhẹ và không kéo dài.

Để hạn chế ảnh hưởng, những người làm việc trong môi trường có bụi sợi thủy tinh như công nhân sản xuất, lắp đặt hay sửa chữa nên trang bị đồ bảo hộ gồm quần áo dài tay, găng tay, kính, khẩu trang và khăn che đầu.

Theo Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC), hiện chưa có bằng chứng cho thấy sợi thủy tinh gây ung thư da hoặc ung thư phổi ở người khi tiếp xúc thông thường. Vì vậy, nếu được sử dụng và bảo hộ đúng cách, sợi thủy tinh an toàn cho sức khỏe và có thể dùng lâu dài trong sản xuất cũng như đời sống.

Quy trình sản xuất sợi thủy tinh

Bước 1: Trộn nguyên vật liệu

Các nguyên liệu thô để tạo ra sợi thủy tinh bao gồm đá vôi, silica, cát, dolomit và đất sét cao lanh. Tùy vào tỉ lệ pha trộn nguyên liệu nhất định, thành phẩm sợi thủy tinh mang những đặc trưng phù hợp với những ứng dụng cụ thể. Vì thế, người ta phải cân đo chính xác, cẩn thận và trộn kỹ nguyên liệu theo từng mẻ. Nhờ công nghệ máy móc ngày càng phát triển, quá trình trộn nguyên liệu cũng trở nên đơn giản và tự động hóa từ khâu cân đo nguyên liệu đến khâu vận chuyển vật liệu kèm theo để mang lại hiệu quả hơn về lượng và thời gian.

Bước 2: Nấu chảy nguyên vật liệu

Sau khâu pha trộn, nguyên vật liệu được đưa vào lò đang được đốt nóng (nhiệt độ xấp xỉ 1400oC). Hỗn hợp này được tiến hành nấu nóng chảy ở nhiệt độ cố định và loại bỏ bong bóng không khí. Sau đó, hỗn hợp này được đưa vào máy tinh chế với nhiệt độ lúc này giảm còn 1370ºC. Tiếp theo, hỗn hợp này được ép định hình và bó lại thành các đùn nhỏ (sợi).

Bước 3: Fiberite hóa – Sợi hóa

Sau khi nấu nóng chảy, hỗn hợp được ép đùn qua các tấm ống lót nóng. Các tấm ống lót này được làm bằng hợp kim platin/ rhodi chống ăn mòn với 200 – 8000 lỗ rất mịn có đường kính từ 4 – 34 micromet. Tốc độ quay của một máy đánh gió nhanh hơn nhiều so với tốc độ thoát ra khỏi ống lót của hỗn hợp. Lực căng này giúp kéo hỗn hợp này thành các sợi mỏng. Sau khi thoát khỏi ống lót, các sợi thủy tinh được làm mát bởi các tia nước và phun sương tại nhiệt độ 1204ºC.

Bước 4: Quá trình phủ/làm khô và đóng gói

Tiếp đến là quá trình tạo lớp phủ sợi thủy tinh. Việc sử dụng một lớp phủ sizing giúp bôi trơn, kết dính các sợi thủy tinh không bị ăn mòn, đứt gãy lúc vận chuyển hoặc quấn định hình khi chuyển thành các dạng gia cố khác.

Tùy vào các quy trình làm khác nhau, các sản phẩm sợi thủy tinh lại mang nhiều hình dạng nhau. Các sợi nhỏ được rút ra và tổng hợp lại thành từng bó. Một sợi thủy tinh đơn bao gồm 51 đến 1624 sợi nhỏ. Sau đó, nó được làm khô trong lò và sau đó chuyển sang các công đoạn tạo hình khác như cuộn, cắt nhỏ, sợi hoặc dệt.

Ứng dụng của sợi thủy tinh trong đời sống và sản xuất

Nhờ đặc tính nhẹ, bền, chống ăn mòn và cách nhiệt tốt, sợi thủy tinh được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và công nghiệp:

Ứng dụng của sợi thủy tinh trong đời sống

• Gia cường cho nhựa: Sợi thủy tinh được sử dụng như chất gia cường trong nhựa để sản xuất bàn ghế, đồ trang trí, vật dụng treo tường, tranh ảnh…
• Sàn nhựa: Thành phần sợi thủy tinh trong sàn nhựa giúp chống thấm nước, tăng độ chắc chắn và kéo dài tuổi thọ cho sàn.
• Vật liệu xây dựng – công nghiệp: Được dùng để làm vách, tường, ống khói, cũng như bao bì đựng hàng hóa và tấm lọc trong các nhà máy hóa chất.
• Cách âm, cách nhiệt: Ở dạng nỉ, sợi hoặc tấm ép cứng, sợi thủy tinh được dùng làm vật liệu cách âm cho văn phòng, nhà ở và cách nhiệt cho dây điện, cáp điện.
• Vệ sinh: Ứng dụng trong vải lau, khăn giấy vệ sinh nhờ đặc tính mềm và bền.
• Bảo dưỡng xe: Sợi thủy tinh được dùng để chống gỉ, tạo màu tương phản, làm mới bề mặt xe và gia cố cho lốp xe.
• Thiết bị hồ bơi: Dùng để gia cố vỏ và phụ kiện bể bơi, giúp chống ăn mòn, chống gỉ do nước clo.

Ứng dụng của sợi thủy tinh trong công nghiệp sản xuất

• Lưới sợi thủy tinh: Được sử dụng trong băng tải dây chuyền của các nhà máy sản xuất thực phẩm và đồ uống, giúp chống trơn trượt hàng hóa và đảm bảo an toàn vận hành.
• Ngành công nghiệp hóa chất: Sợi thủy tinh có khả năng chống ăn mòn bởi axit, kiềm và hóa chất mạnh, đồng thời được dùng để tăng độ bám, chống trượt cho bề mặt các loại đá nhúng công nghiệp.
• Ngành ô tô: Được dùng để gia cố vật liệu composite chế tạo thân xe, khung xương và vỏ ô tô, giúp sản phẩm nhẹ hơn nhưng vẫn bền chắc và chịu lực tốt.
• Cách âm, cách nhiệt trong công nghiệp nặng: Sợi thủy tinh cách âm được ứng dụng trong nhà máy lọc dầu, sản xuất vỏ tàu thủy, máy bay, hệ thống máy phát điện và ống dẫn điện, giúp giảm tiếng ồn, hạn chế rung và chịu nhiệt cao.
• Công nghệ truyền dẫn quang: Sợi thủy tinh quang học được dùng làm dây dẫn quang trong mạng viễn thông và truyền hình, có ưu điểm truyền tải dung lượng lớn, không nhiễm điện từ và chi phí thấp hơn kim loại dẫn điện.

Sợi thủy tinh được dệt thành vải, ứng dụng của sợi thủy tinh làm rèm, màn cửa.

Ứng dụng của sợi thủy tinh trong ngành xây dựng

• Sản xuất gioăng công nghiệp đem lại hiệu quả cách nhiệt cao.
• Dùng để gia cố cho bê tông, các vết nứt trên bề mặt tường hay cho các loại tấm trải sàn cũng như dán vách thạch cao trong việc sửa chữa nhà cửa.
• Dùng để làm tấm phủ sơn tương như một chất cách nhiệt chống cháy.
• Lắp đặt cửa sổ sợi thủy tinh trong các tòa nhà ở dạng cửa sổ đôi, cửa sổ mái hiên, cửa sổ trượt.

Những ứng ụng khác của sợi thủy tinh

• Dùng trong các tháp giải nhiệt giúp hạn chế ăn mòn, rỉ sét và đảm bảo an toàn cho con người, con vật và đồ vật bên trong.
• Ứng dụng trong lĩnh vực y tế: Ứng dụng trong chất bó bột y khoa nhờ trọng lượng nhẹ và độ cứng cao; ngoài ra, ống nội soi bằng sợi thủy tinh giúp quan sát rõ các cơ quan nội tạng trong quá trình chẩn đoán và phẫu thuật.
• Dùng làm bể cá, các tấm lợp, tổ ong giấy, các loại vải chống nóng, băng keo, ống sợi thủy tinh hay các dụng cụ thể thao như ván lướt sóng, gậy…

Công ty TNHH Thương Mại Và Dịch Vụ Tân Trường Thịnh là đơn vị chuyên bán sợi thủy tinh chất lượng và uy tín nhất tại TP. HCM. Không những thế công ty này còn chuyên sản xuất và bán lẻ các sản phẩm liên quan đến nhựa composite như: thùng rác nhựa composite, nhựa polyester, sợi thủy tinh, sáp chống dính khuôn wax 8, nhựa composite, Gelcoat… Nếu quý khách có nhu cầu mua sợi thủy tinh chất lượng thì hãy liên hệ ngay Tân Trường Thịnh qua số hotline: 0378.478.494 – 0907.811.577 hoặc truy cập website tantruongthinh.vn để được tư vấn chi tiết và báo giá. Ngoài ra, quý khách cũng có thể đến trực tiếp cửa hàng tại số 23, Phố Thanh Lân, Thanh Trì, Hoàng Mai, TP.Hà Nội.