الیاف شیشه از مواد ذوب شده ساخته میشوند و با تغییر میزان مواد اولیه مانند سیلیس برای ساختن سیلیس، خاک رس برای آلومینیوم، کلسیت برای کلسیم اکسید و کلمانیت برای بور اکسید در ترکیبهای مختلف تولید میشوند. از الیاف شیشه ای در ساختار توری فایبر گلاس استفاده میشود.
بنابراین، انواع مختلف الیاف شیشه ویژگیهای مختلفی مثل مقاومت در برابر بازیابی باز و یا ویژگیهای مکانیکی بالا با تغییر مقادیر مختلف سیلیس یا منابع دیگر نشان میدهند. محصولات الیاف شیشه بر اساس نوع کامپوزیت مورد استفاده در آنها دستهبندی میشوند.
علاوه بر این، رشتههای مورد خرد شده، رووینگهای کشش مستقیم، رووینگهای مونتاژ شده و تشکها از مهمترین محصولاتی هستند که در فرآیندهای قالبگیری تزریقی، سیمپیچ فیلامنت، پالتروژن، قالبگیری ورق، و چیدمان دستی برای تولید کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف شیشه مورد استفاده قرار میگیرند.
حفاظت از رشتههای الیاف شیشه در برابر شکستگی یا جداشدگی مهمی در طول تولید الیاف شیشه یا کامپوزیتها است. استفاده از مادهای که اندازه رشتههای الیاف شیشه را در زمان تولید کنترل میکند، به علاوه از جلوگیری از تجمع الکتریکی ساکن، باعث چسبندگی بهتر بین رشتههای الیاف و چسبندگی به ماتریس پلیمری کامپوزیتها میشود.
در مرحله ساخت کامپوزیتها، یک لایه مرزی تشکیل میشود که در آن انتقال متقابل اندازه به ماتریس یا توزیع پلیمر ماتریس رخ میدهد. لایه مرزی میتواند عملکرد کامپوزیت را با توجه به هماهنگی بین اندازههای مختلف و پلیمر ماتریس بهبود یا تضعیف کند.
سازگاری بین اندازه و پلیمر ماتریس باعث افزایش ویژگیهای مکانیکی بالا میشود، در حالی که عدم سازگاری باعث ضعف ویژگیهای مکانیکی میشود. از نظر انرژی، کاهش وزن خودروها اصلیترین دلیل صرفهجویی در مصرف انرژی در صنعت حمل و نقل است، و رشد تولید خودروهای سبک وزن با استفاده از کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف شیشه تا 50 درصد اهمیت آن را نشان میدهد. بنابراین، رشد تولید الیاف شیشه در حال حاضر و در آینده ادامه خواهد داشت.
توانایی تولید الیاف شیشه نازک در دوران باستان حتی قبل از ارتقاء تکنولوژی تهیه شیشه شناخته شده بود. در واقع، بسیاری از ظروف مصری با پیچیدن الیاف شیشه روی لبه گل رس به شکل مناسب ساخته میشدند. پس از ظهور شیشه در قرن اول قبل از میلاد، این تکنیک توسط صنعتیهای شیشه سازی ونیزی در قرنهای 16 و 17 برای تزئین ظروف استفاده میشد. در این روش، الیاف سفید مات روی سطح یک ظرف شفاف نظیر یک جام پیچیده میشدند و سپس با استفاده از حرارت شدید به هم چسبیدند. این نوع تزئینات مشابه همچنان در تولید عینکها در انگلستان به کار میرفت.
علاقه به استفاده از فایبرگلاس در صنعت نساجی افزایش پیدا کرده است. در سال 1713، فيزيكدان فرانسوي Rene-Antoine Ferho de Reumur (1683-1757) منسوجاتی که با استفاده از رشتههای شیشهای باریک تزئین شده بود را تولید نمود. او پیشبینی کرد که اگر تنها الیاف شیشه را با دقتی مشابه تار عنکبوت کشید، آنها به اندازه کافی انعطافپذیر خواهند بود که بتوانند در هم تنیده شوند. همچنین به نظر میرسد که او از حوضچهای شیشهای ذوب شده به جای میلهای شیشهای الیاف را کشیده است.
مخترعان بریتانیایی در سال 1822 این آزمایش را انجام دادند. ابریشم باف بریتانیایی پارچههای شیشهای را در سال 1842 ساخت و ادوارد لیبی، یک مخترع دیگر، شیشه را در نمایشگاهی در سال 1893 در شیکاگو به نمایش گذاشت و لباسهایی از پارچههای شیشهای را در همان نمایشگاه به نمایش گذاشت.
در اوایل قرن نوزدهم، برخی از کلم بروادهای مجلل در فرانسه با تنیدن فایبرگلاس با ابریشم بافته شدند. الیاف شیشهای در زمینهی تیره مانند یک الگوی نقرهای روشن به نظر میآمد. در دهه 1890، ادوارد دراموند لیبی از تولدو، اوهایو، لباسها و پارچههایی با ترکیبی از ابریشم و فایبرگلاس ساخت. همچنین یک کارگاه کوچک در پاریس وجود داشت که منسوجات ابریشم یا پنبه را با الیاف شیشه ترکیب کرده و آنها را با قیمت 100 فرانک برای هر متر میفروخت. این نشان داد که میتوان فایبرگلاس را تولید کرد و احتمالاً از آن استفاده کرد.
روش تولید الیاف شیشه به عنوان ابزار بوشینگ برای اولین بار در سال 1908 توسط W. von Paczinsky در هامبورگ نمایش داده شد. ساخت الیاف شیشهای در صنعت نساجی با استفاده از تکنیک کشیدن الیاف از طریق روزنههای بسیار نازک در دهه 1930 در ایالات متحده توسعه یافت و در سال 1939 در آلمان آغاز شد.
در دهه 1930، شرکت شیشهای Owens-Illinois از نیوآرک، اوهایو، ایالات متحده، بهبود چشمگیری در روند تولید فایبرگلاس داد که آن را اقتصادیتر کرد. بعداً این شرکت به Corning Glass Works of Corning نیویورک ملحق شد که در این زمینه نیز فعالیت کرد تا یک شرکت تخصصی به نام Owens-Corning Fiberglas Corporation را تشکیل دهد.
این شرکت پیشرو در توسعه، بازاریابی و فناوری این صنعت بوده و همچنان فعالیت دارد. نفوذ این شرکت به سراسر جهان با مجوزهایی که به آنها در خارج از کشور داده میشود یا با ایجاد شرکتهای تولیدی خود، گاهاً همراه با دیگران، گسترش یافته است. شرکتهایی که بدون وابستگی به Owens-Corning واحدهای تولیدی خود را ایجاد کردند، در بیشتر موارد از تکنولوژی این شرکت استفاده میکردند.
تا کنون، تولید الیاف در مقیاس صنعتی به صورت متناوب انجام می شده است، به عبارت دیگر، الیاف پشم شیشه بودند. اولین نیاز بزرگی که پیش آمد، اتصال الکتریکی برای سیمهای نازک مورد استفاده در دماهای بالا بود. برای این منظور، نیاز به تولید شیشهای جدید بود که خواص الکتریکی مورد نیاز را داشته باشد و همچنین بتواند به داخل الیاف کشیده شود. این نوع شیشه به نام “شیشه E” شناخته میشد، که به معنای مناسب بودن برای عایق الکتریکی است.
این نوع شیشه به منظور تولید الیاف پیوسته به طور گسترده در سرتاسر جهان به کار گرفته شده است، زیرا به خوبی عمل میکند و حتی میتوان از آن در کاربردهای الکتریکی اولیه بیشتری استفاده نمود. تغییرات متفاوتی در ترکیبات این شیشه در سالهای متمادی رخ داده است، که به دلیل مشکلات خاصی از جمله مسائل آبزدایی، تبلور اجزا یا مواد حل شده از دیرگدازهای موجود و یا حتی قوانین جدید در زمینه کنترل آلودگی هوا به وجود آمده است.
همچنین، ترکیبات این شیشه به نظر میآید که حتی در کشورها و کارخانههای مختلف به صورت کمی متفاوت باشد، زیرا تا حد زیادی به دسترسی، هزینهها و مواد خام موجود وابسته است. شیشه E اکنون به عنوان نوعی شیشه مورد توجه قرار میگیرد که خواص الکتریکی آن تعیین کننده است و در صورت مورد نیاز، با محتوای قلیایی تنظیم میشود.
در سال ۱۹۳۵، اولین حق ثبت اختراعی به نام حاوی رزینهای ترموست ظاهر شد که در دمای اتاق نصب میشوند، به عنوان مثال پلی استر. این رزینها میتوانند به خوبی با فایبرگلاس تقویت شده و برای ایجاد ساختارهای مختلفی استفاده شوند و منجر به تقویت صنعت پلاستیک میشوند. اولین کاربرد مهم این تکنولوژی تولید رادوم برای هواپیماها در دوران جنگ جهانی دوم بود.
از آن زمان، این صنعت با نرخ ۱۰٪ تا ۱۵٪ در هر سال رشد کرده است. در سال ۱۹۴۹، شرکتهای Pittsburgh Platinum Glass و Libbey-Owens-Ford مجوزهایی از شرکت Owens-Corning دریافت کردند. در سالهای ۱۹۵۱ و ۱۹۵۲، اولین مجوزهای خارجی به شرکت Saint-Gobain Vetrotex International در فرانسه و Pilkington در بریتانیا اختصاص یافت. رشد و توسعه فناوری در این صنعت بسیار سریع بوده و فناوریهای تولید بهبود و گسترش یافتهاند.
این صنعت اکنون زمینههای جدیدی از کاربرد الیاف شیشه را در تقویت ترموپلاستیکها و سایر موارد مانند خودروها، کشتیهای بزرگ (سوپر) برای بهرهگیری از ویژگیهای غیرمغناطیسی پلاستیکهای تقویتشده و ترکیب شیشه با الیاف دیگر در کاربردهای مهندسی دقیق شامل میشود. مفهوم ماتریسهای تقویتکننده الیافی اکنون انواع مواد تقویتکننده (از جمله کربن، شیشه، آرامید، سیم و …) و ماتریسهای آلی و غیرآلی (از جمله سیمان و گچ) را در بر میگیرد.
در کاربردهای پیچیده، انواع و مقادیر الیاف تقویت کننده در ماتریسها در مکانهای خاصی قرار میگیرند تا با حداقل وزن یا هزینه بهینه شود. طراحی و استفاده از پلیمرهای تقویتشده به فصل جدیدی از فناوری تبدیل شده است. همچنین تلاشها برای تقویت لاستیکها و سایر مواد الاستومری نیز انجام شده است، اما برخی اوقات کامپوزیتهای تقویتشده با فایبرگلاس به علت سفتی و سختی زیاد در برخی موارد موفق نبوده و یا نمیتوانند به خوبی مواد تقویتکننده دیگر در صنعت و بازار جایگزین شوند، به عنوان مثال در لاستیکهای خودرو.
رشد و توسعه فناوری در این زمینه به سرعت پیش رفت و تکنولوژیهای تولید بهبود یافت و گسترش یافت. زمینههای جدیدی برای استفاده از الیاف شیشه در تقویت ترموپلاستیکها و کاربردهای خودروها، ساخت کشتیهای بزرگ (سویپر) جهت بهرهگیری از ویژگیهای غیرمغناطیسی پلاستیکهای تقویت شده و ترکیب الیاف شیشه با مواد دیگر در کاربردهای مهندسی دقیق ایجاد شد. مفهوم ماتریسهای تقویتکننده الیافی در حال حاضر شامل طیف گستردهای از مواد تقویتکننده مانند کربن، شیشه، آرامید، سیم و غیره، و همچنین ماتریسهای آلی و غیرآلی مانند سیمان و گچ میشود.
در کاربردهای پیچیده، انواع و مقادیر مختلفی از آرماتورهای الیافی در ماتریسها به منظور بهینهسازی تأثیرات با حداقل وزن یا هزینه در نظر گرفته میشوند. طراحی و استفاده از پلیمرهای تقویت شده به عنوان یک فصل جدید در فناوری مطرح شده است. با این حال، این صنعت نیز با چالشها و مشکلاتی روبرو بوده و عقبنشینیهایی نیز داشته است.
تلاشها برای تقویت لاستیکها و دیگر مواد الاستومری موفقیتآمیز نبوده و در بسیاری از موارد، کامپوزیتهای تقویتشده با فایبر گلاس به دلیل سفتی و سختی زیاد در برخی موارد به خوبی نتوانستهاند مواد تقویتکننده دیگر در صنعت و بازار جایگزین شوند، بهعنوان مثال در لاستیکهای خودرو.
در دهههای بعدی، فایبرگلاس به عنوان یک ماده تقویتکننده برای مواد کامپوزیت به کار گرفته شد. رزینهای مصنوعی، به عنوان مثال فنلها، نقش مهمی در تقویت پلاستیکهای تقویت شده با توجه به هزینه کم و مقاومت در برابر آتش ایفا کردند. بهعلاوه، صنعت فایبرگلاس با چالشها و مشکلات اقتصادی مشترکی روبرو بوده و تغییرات زیادی در آن رخ داده است. افزایش هزینههای انرژی منجر به افزایش قابل توجه هزینههای مواد و نیروی کار شده است.
همچنین، تأثیرات زیست محیطی ناشی از رشد پایدار فعالیتهای صنعتی به مرور زمان، نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانهای به محیط زیست و کاهش آلودگی فاضلابها را ایجاب کرده است. این نیاز به سرمایهگذاری بزرگ و در برخی موارد تغییر تکنولوژی را در پی داشته است. در دهه 1990، تولید کاهش یافته و صنعت باید به دنبال راههای منطقیسازی بیشتر بود.
تجهیزات و تاسیسات منسوخ شده دور ریخته شد و تولیدکنندگان کوچکتر در کشورهای صنعتی به طور عملی ناپدید شدند. واکنش این صنعت شامل افزایش کارایی به وسیله صرفهجویی در مصرف سوخت از طریق اتوماسیون و کاهش اشتغال و همچنین تغییرات چشمگیر در ساختار صنعت در سراسر جهان بود. در چند سال گذشته، تقریباً تمام تولیدکنندگان کوچکتر در اروپای غربی به عنوان واحدهای مستقل ناپدید شده و توسط تولیدکنندگان بزرگتر ادغام شدهاند.