2 1. MENCIN HISTRICA Aunque se desconoce cundo, cmo, ni por quin fue descu-bierto el vidrio, se sabe con certeza que se trata de un elemento de origen antiqusimo. Distintos objetos hallados testimonian, que ya 3800 aos antes de J. C. 105 egipcios saban manipular el vidrio en estado semifluido. Otros objetos. presumiblemente reali-zados por los fenicios unos 2500 aos antes de nuestra era, han sido tambin hallados en distintas regiones de Asia, India, la Mesopotamia, Asiria, etc. Pero, es a partir de los aos 1500 a 1200 antes de J C. que lo~ egipcios logran desarrollar los primeros mtodos propios para manufacturar el vidrio en cierta escala; pudindose observar, en el Museum de Londres, algunos adornos confecciona-dos en Egipto con fibras de vidrio, hace aproximadamente 3500 anos. El soplado del vidrio es descubierto en Siria unos 250 aos antes de J. C., y pronto el arte de trabajar y tallar el vidrio se extiende por todo el mundo conocido, empezando por Roma. La manufactura del vidrio adquiere verdadero esplendor a partir del siglo xii de nuestra era, por obra, especialmente, de los ve-necianos, quienes logran dar al producto movimientos areos de encajes, con un lujo de formas y coloridos extraordinariamente bellos. Con todo, slo en 1713 se tiene la primera referencia precisa sobre fibras de vidrio, cuando en el transcurso de una conferencia dada por Raumur en la Academia de las Ciencias de Pars, ste exhibe algunas muestras de un tejido de vidrio. Aproximadamente un siglo y medio ms tarde, en 1893, Edward Drummond Libbey presenta, en la Exposicin C~ombiana de Chicago, un tosco vestido y otros artculos obtenidos con tejidos de vidrio, sin que ello logre despertar mayor inters debido al grosor, la fragilidad y a la escasa flexibilidad de las fibras, obte-nidas por rudimentarios procedimientos. En 1931, finalmente, empiezan a producirse en escala indus-trial las primeras partidas de fibras de vidrio de pequeo di-metro, aptas para ser tejidas, como resultado de las intensas investigaciones iniciadas algunos aos antes por ~a OwensIlinois Glass en Norteamrica, Modigliani en Italia, la SaintGobain en Francia y otros en Alemania, Inglaterra, etc. A poco de terminar la segunda guerra mundial, su fabrica-cin se extendi a las principales naciones del mundo. 2.2. COMPOSICIN El vidrio, bajo la forma de lminas tipo ventana, envases, artculos de bazar, etc., no posee ninguna caracterstica mec-nica extraordInaria, sino ms bien una fragilidad oue constItu-ye tal vez su rasgo ms tpico: sin embargo, estirado en hilos delgados sus propiedades cambian considerablemente. A m~ dida que el dimetro de las fibras disminuye, el vidrio, antes r~gido. se vuelve flexible, y su resistencia. muy escasa inic~al-mente. aumenta con rapidez hasta sobrepasar a todas las dems fibras conocidas, siendo en esta forma que se usa como ~iate-rial de refuerzo. Tcnicamente, el vidrio puede definlrse como un producto inorgnico de fusin, enfriado al estado slido sin presentar cristalizacin; y desde el punto de vista fsico, como un lquIdo subenfriado, ya que presenta la caracterstica e~tructura amor-fa de los lquidos. Sus propiedades se hallan relacionadas con su composicin y, por lo tanto, las variaciones cu~itativas v cuantitativas de sus componentes influyen directamente sobre su curva de vis-cosidad en caliente, sobre su temperatura de fusin, su coefi-ciente de dilatacin, su resistencia superficial y profunda al ataque de la humedad, sobre su resistencia qumica en gene-ral, etc. 1

Como es sabido, los vidrios comunes son obtenidos a partir de determinados xidos inorgnicos formadores de retculo, sien-do normalmente el bixido de slhcio (SI 02), bajo forma de arena, su ms importante componente. Otros xidos fluidifi-cantes alcalinos, como el carbonato de sodio (Na~. O) y el car-bonato de potasio (K.. O), se emplean para bajar el punto de fusin de la slice; en efecto, el agregado del 25 de Na. O al Si O en una comb~acin binaria solamente, reduce el punto de fusin de la sllice de 1700'C a unos 7750C, aproximadamente. Un tercer grupo de xidos, llamados estabilizadores o correcto-res, tales como el xido de calcio (Ca O), el xido de alumi-nio (Al.. O.), de magnesio (Mg O), etc., tienen nalmente la misin de corregir ciertos factores negativos, eventualmente pre-sentes en la mezcla. Una composicin bastante representativa de un vidrio comn tipo ventana (vidrio sdico o vidrio "A"), que se elabora alre-dedor de los 11000C, est dada por la siguiente frmula sim-plificada: SI O Na2 O # K O Ca O, Al O.. etc. 75 15 lo Aun cuando cualquier tipo de vidrio suficientemente malea-ble se presta para la produccin de fibras ms o menos finas, en el caso de filamentos de muy exiguo dimetro, su extremada delgadez acarrea un serio problema como consecuencia de la enorme desproporcin entre su masa infinitsima y la extensa superficie expuesta a las importantes acciones que sobre sta se ej ercen. En particular, los lcal:s como la sosa y la potasa que se usan para bajar la temperatura de fusin del bixido de silicio, vu,el-ven al vidrio soluble en agua y atacable por la humedad, por cuyo motivo conviene oue sean eliminados de la composicin destinada a la fabricacin de fibras textiles. En su reemplazo se recurre a xidos alca.~inoterroso~ como el anhdrido brico (B. O..,), tambin formrd9r de retculo, y una mayor propor-cin de xidos estabilizantes. que evitan la formacin y extrac-cin de sales solubles, ass~urando la estabilidad y buena resis-tencia de la fibra a los agentes atmosfricos y al agua. Aunque pueda pasar inadvertida, la solubilidad del vidrio comn alcalino constituye un fenmeno bien conocido que afecta a todos los objetos realizados con este material. SIfl embargo, la elevada relacin entre el peso del objeto y la superf:. ce expuesta al ataque de la humedad es tal que ~a accin d'solvente slo puede ser puesta en evidencia por medio de un an1~sis de laboratorio y no altera, por lo general, la vida til del producto. En el vidrio hilado es muy diferente la relacin "superfici~ peso . En efecto, mientras un vidrio doble comn de 2.8 mm para ventanas pesa ms de 7 Kg por m2, o sea que cada m2 de su superficie est respaldado por unos 3 Kg de material. 1 Kg de f2bra de v4dr':o textil presenta, en cambio la formidable su-per~ce de 180 a '300 rn2, segn ddmetro. En la prctica, las composiciones que se usan para ello tra-tan de satisfacer, asimismo, otras exigencias, relacionadas no slo con la especial tecnologa de ilabricacin de los fi.~amentos extremadamente deigados, sino tambin con sus necesidades funcionales, mejorando su estabilidad y su inercia qumica o, por ejemplo, aumentando su resistencia al choque. etc. Estos tipos de vidrios de la clase de los "borosilicatos", uni-versalmente conocidos como vidrios "E" por liabrselos emplea-do desde el inicio, principalmente en el sector de la electricidad, responden de manera aproximada a la frmula:

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Como podr apreciarse, se hallan esencialmente caracterizados por un tenor en alcalis siempre inferior al 1 %, contrariamente al ~idro comn que los contiene en una proporcin normalmen-te mayor del lo + 12 %. Cuanto se ha expuesto sobre la composicin del vidrio puede ahora complementarse con la representacin esquemtica, se-gn las teoras ms modernas, de su estructura molecular, carac-terizada, tambin en el estado llamado slido, por una dispo-sidn reticular bidimensional (propia de un lquido), constituida principalmente pr un retculo Si O en el que, mientras se hallan respetadas las distancias recprocas entre tomos vecinos, estos ltimos no se encuentran dispuestos de manera Tegular y ni siquiera bajo la forma de una cadena totalmente continua (fig. 1). En el interior de las mallas del retculo se colocan los tomos metlicos de los grupos Na, K y Ca, Al, etc., que actan como modificadores del retculo mismo. La menor movilidad de los tomos del grupo Ca, que reemplazan casi totalmente dentro del retculo a 4os del grupo Na, proporciona al vidrio "E" sus exc~ lentes caractersticas y su gran estabilidad; siendo ste el nico tipo de vidrio, que en la Argentina como en todas partes, se usa para la produccin de fibras textiles destinadas a usos elctricos y plstcos reforzados. 2.3. FABRICACIN Varios son los procedimientos que conducen a la produccin de tales fibras pero, en general, el principio sobre el cual se basan es siempre el mismo, o sea el estiramiento a mu~ alta tempera-tura por traccin mecnica o por la accin de fluidos en movi-miento. Anlogamente a otras clases de fibras, el vidrio textil se pre-senta asimismo de dos maneras distintas: bajo forma de un, hilado formado por filamentos elementales continuos, de cons-titucin similar a la del rayn de celulosa y denominado SILIONNE, o como un hilado formado por hebras discontinuas, con una estructura anloga a la fibrana artificial (en frances: Fibranne), denominado VERRANNE o STAPLE. Puesto que entre nosotros no se fabrican hilados del tipo Ve-rranne, cuya aplicacin en los plsticos reforzados es, por otra parte, sumamente reducida. ya que la produccin total de estas fibras en el mundo no alcanza al 10 ~,,< del total, nos referire-mos a continuacin, nicamente, a las fibras de vidrio de tipo continuo o Silionne. Bsicamente, la fabricacin de estas fibras se lleva a cabo en un hornito de caractersticas rnuy especiales, equipado en su parte inferior con una hilera confeccionada con una aleacin de metales preciosos (platinorodio), que sirve a la vez como ele-mento calefactor por efecto Joule, para lo cual se halla inser-tada en el circuito secundario de un transformador elctrico de tensin automtica variable. El dispositivo de estiramiento est, a su vez, formado por una horouilla en la que se renen los filamentos elementales para recibir el ensimaae correspondiente, y por una devanadera de aJta velocidad (7000 RPM), sobre la cual se envuelve el haz de fibras a una velocidad del orden de los 6Q m/seg. (fig. 2). Dichos hornitos pueden alimentarse ya sea con la mezcla for-mada por los distintos componentes del vidrio debidamente ho-mogeneizada y refinada ser compatibles con las resinas de cualquier tipo, usadas para la obtencin de los estrati~cados, y 1) adherir a la superficie de lo& filamentos simples, 2) impedir el efecto abrasivo derivado del roce de los fila mentos elemen~tales entre s, 3) mantener unidos los filamentos que forman el hilo bsico, pero sin permitir que 105 hilos mismos se adhieran entre s durante el bobinado, 4) facilitar las ulteriores operaciones de doblado, retorcido, etc., de los hilados y las de teledura, 5) ser compatibles con las resinas de cualquier tipo~ usdas para la obtencin de los estratiticados y 6) crear una adhesin o una especie de ligazn qumica defi-nitiva, entre la fibra de vidrio y las resinas mismas. Puesto que un apresto universal de esta clase no existe, se usan dos tipos distintos de ensimages: a) aprestos textiles, que satisfacen los puntos 1 a 4, b) aprestos para plsticos, que satisfacen los puntos 5 y 6. Los primeros, que como puede fcilmente deducirse de los puntos arriba mencionados se aplican exclusivamente a los hila-dos destinados a sufrir ulteriores operaciones de hilandera y tejedura, tienen la misin nica y fundamental de proteger los filamentos simples y proporcionar a los hilados mismos las me-jores propiedades textiles. Pueden, por lo tanto, estar constitui-dos por un aceite mineral o un agente tensoactivo para facilitar su eliminacin durante las operaciones de aesensimaqe, o bien por un compuesto orgnico apropiado, como asimismo por pro-ductos conglutinantes amilceos (dextrina) y productos grasos vegetales. La proporcin de residuo seco de estos aPrestos 'tenominados tipo T que oueda en los hilados, es normalmente del orden del 2 al 4 en peso. Si los aprestos textiles resltan incompatibles con las resinas de uso ms corrielite, por su parte los ensimages del segundo grupo tipo P no cumplen sati(Jfactoriamente ~ ~ nuntos 1 a 4 antes mencionados, especialmente con este ltimo; por lo tanto slo pueden ser empleados en fihras no retorcidas, desti-nadas a 8

usarse directamente en forma de roving, d~ mats. de esteras, etc., salvo escasas excepciones de hilados a dbil torsin, que tambin se utilizan en la manufactura de ~gunos tipos de tejidos para pa sticos reforzados, de a~licacin directa. La formulacin de tales aprestos plsticos se hace flindamen-talmente sobre la base de emulsiones de poliacetato de v~ilo que contengan algn derivado del silano, o bien de comnuestos orgnicos del cromo, que mientras aseguran un buen puente para la unin vidrioresina. proporcionan a los fila~~entos los in-dispensables elementos adhesivos y lubricantes, dndoles tam-bin propiedades hidrfu~as oue contribuven a melorar las caractersticas de los estratificados al estado hmedo La propor-cin de estos ensimages que queda normalmente sobre la super-ficie del vidrio, vara entre un 0,6 y 2,5 + 3% en peso. Por lo tanto, todos los telidos obtenidos a partir de hilados con anresto textil y destinados a usarse en estratificados plsti-cos, debern someterse a un doble tratamiento: primero, a una oteracin de desensimage y luego, a la aplicacin de un agente de terminacin (acabado o finish), capaz de cumplir con los puntos 5 y 6 arriba mencionados. El desensimage puede hacerse ya sea por va trmica como por va qumica, o mediante una combinacin de ambos procedimientos La caramelizacin, que representa el primer sistema utilizado para tal fin, se concreta a mantener el tejido en un horno a una temperatura no mayor de unos 300 3200C, hasta conseguir que el residuo del apresto original no sobrepase un nivel prefijado (0,5 % mx.). Los tejidos adquieren en este caso un leve tinte de color tostado o caramelo, que ha dado origen al nombre del sistema El desensimage por va quimica, que es seguramente el mejor procedimiento, consiste en un prolongado lavado en agua, adicio-nada con algn detergente apropiado, y sucesivo secado a baja temn0rat~~~, c'uitndose de esta i~a~~~ ~ parte de las subs-tancias orgnicas del apresto teXtil El ~'ido conserva su color blanco y el residio del apresto resulta a menudo inferior al 0,3 %. La limnieza trmica a muy alta temperatura (del orden de los 400 : 5000C), prolongada por varias horas, y el desensimage mixto (lavado y posterior tratamiento al :horno a alta temne-ratura), son tal vez los Que proporcionan los mei ores resultados, de4ando s~~b~ist'r sobre las fibras una cantidad de residuos org-nicos no mayor del 0,15 y a veces hasta menos del 0,1 % sobre el peso del tejido seco, segn tipos (fig. 4) En cuanto a los aeen;es d~ term macin o finishes, que anlo-gamente a los aprestos pa sticOs tienen la misin de hacer de puente, o sea asegurar una vinc~acin firme entre el vidrio y las resina&, difcil sera e~a~~ra" su imnortancia teniendo pre-sente, de un lado, la adh~s'n d~"ctuosa que el vidrio realiza de por s con la mayora de las materias plsticas, y del otro, el hecho de que las altas caractersticas mecnicas y las perfor-mances de un estratificado y, en general, de un material com-puesto cuabuiera, dependen tanto o ms de la buena ligazn entre 105 componentes, o sea de su capacidad para trabajar jun-tos, como de sus mismas propiedades individuales. El papel fundamental que desempean los aprestos plsticos y los acabados de la fibra y tejidos de vidrio, respectivamente, slo puede ser puesto en evidencia si se considera que el fen-meno de la adhesin entre dos cuerpos colocados a distancia molecular entre s depende, en ltimo anlisis, de las acciones electrostticas recprocas que tienen lugar en las superficies de contacto; adems de otras relaciones de naturaleza netamente qumica que los finishes tienen la misin de favorecer para ase-gurar una mejor vinculacin vidrioresma. Al crear una mayor afinidad entre la superficie de las fibras de vidrio y la resma, los acabados influyen tambin directamen-te sobre el grado de "mojabilidad" de los refuerzos y, por lo tan-to, sobre la velocidad de impregnacin y la eventual presencia de fallas (burbujas, separaciones, et~>; debiendo pues un buen 9

tratamiento facilitar, en primer trmino, un rpido y en lo nL'rtaas posible completo mojado de la fibra, sin discontinuidades ~inguna clase. Al ~gual que en los aprestos plsticos, los acabados han cumplir tambin con la finalidad propia de un tratamiento drfugo, esto es, oponerse a la toma de agua por infiltracin pilar en las superficies lmites de contacto vidrioresina (mt face) de los estratificados, cuyas propiedades iniciales mecni< y elctricas se veran de otra manera seriamente perjudica( por la humedad, hasta imposibilitar no pocas aplicaciones. Sin entrar en los detalles que ataen al mecanismo, basta] complejo por cierto, segn el cual actan los agentes de ter] nacin para asegurar la ntima ligazn vidrioresma, bast~ mencionar que se trata casi siempre de derivados orgnicos silicio o del cromo, que pueden dividirse en; compuestos crmicos (cloruro de metacrilato crmico) mo el conocido Volan de la E. 1. du Pont de Nemours ] o el Vitrafix de la Lmperial Chemical md. Ltd., que l sido los primeros comercialmeple disponibles; derivados del silano (Si H4) del tipo vinilsilano comc Garan o, por ej., amlnosilancs, etoxisilanos, etc., de aue son particularmente conocidos los de la Union Car~ Corp. y de la Dow Corning Corp.; compuestos modificados cromo~silanos y otros especi