Як вырабляецца шкловалакно?

Шкловалакно адносіцца да групы вырабаў, вырабленых з асобных шкляных валокнаў, аб'яднаных у розныя формы. Шкловалакно можна падзяліць на дзве асноўныя групы ў залежнасці ад іх геаметрыі: бесперапынныя валокны, якія выкарыстоўваюцца ў пражы і тэкстыльных вырабах, і перарывістыя (кароткія) валокны, якія выкарыстоўваюцца ў якасці коўдраў, коўдраў або дошак для ізаляцыі і фільтрацыі. Шкловалакно можа быць сфарміравана ў пражу, падобна да воўны або бавоўны, і ўплецена ў тканіну, якую часам выкарыстоўваюць для драпіровак. Тэкстыль са шкловалакна звычайна выкарыстоўваецца ў якасці армавальнага матэрыялу для фармованых і ламінаваных пластыкаў. Для цеплаізаляцыі і гукапаглынання выкарыстоўваецца шкловалакно - тоўсты, пухнаты матэрыял, выраблены з перарывістых валокнаў. Ён звычайна сустракаецца ў пераборках і карпусах караблёў і падводных лодак; аўтамабільныя маторныя адсекі і ўкладышы панэлі кузава; у печах і кандыцыянерах; акустычныя сценавыя і потолочные панэлі; і архітэктурныя перагародкі. Шкловалакно можа быць адаптавана для канкрэтных прыкладанняў, такіх як тып E (электрыка), выкарыстоўваецца ў якасці электраізаляцыйнай стужкі, тэкстылю і арматуры; Тып С (хімічны), які мае найвышэйшую кіслотнасць, і тып Т, для цеплаізаляцыі.

Нягледзячы на ​​тое, што шкловалакно ў камерцыйных мэтах выкарыстоўваецца адносна нядаўна, у эпоху Адраджэння рамеснікі стварылі шкляныя ніткі для ўпрыгожвання кубкаў і ваз. Французскі фізік Рэнэ-Антуан Фершо дэ Рамюр у 1713 годзе вырабіў тканіны, упрыгожаныя тонкімі шклянымі ніткамі, а брытанскія вынаходнікі паўтарылі гэты подзвіг у 1822 годзе. Брытанскі ткач па шоўку зрабіў шкляную тканіну ў 1842 годзе, а іншы вынаходнік, Эдвард Лібі, выставіў сукенка са шкла на Калумбійскай выставе ў Чыкага ў 1893 годзе.

Шклавата, пухнатая маса перарывістых валокнаў выпадковай даўжыні, была ўпершыню выраблена ў Еўропе на рубяжы стагоддзяў з дапамогай працэсу, які прадугледжваў выцягванне валокнаў са стрыжняў гарызантальна ў барабан, які верціцца. Праз некалькі дзесяцігоддзяў быў распрацаваны і запатэнтаваны працэс прадзення. Ізаляцыйны матэрыял са шкловалакна вырабляўся ў Германіі падчас Першай сусветнай вайны. Даследаванні і распрацоўкі, накіраваныя на прамысловую вытворчасць шклянога валакна, развіваліся ў ЗША ў 1930-я гады пад кіраўніцтвам дзвюх буйных кампаній, Owens-Illinois Glass Company і Corning Glass. Працы. Гэтыя кампаніі распрацавалі тонкае, гнуткае, недарагое шкловалакно шляхам працягвання расплаўленага шкла праз вельмі тонкія адтуліны. У 1938 г. гэтыя дзве кампаніі аб'ядналіся ў Owens-Corning Fiberglas Corp. Цяпер вядомая проста як Owens-Corning, яна стала кампаніяй з прыбыткам у 3 мільярды долараў у год і з'яўляецца лідэрам на рынку шкловалакна.

Сыравіна

Асноўнай сыравінай для вырабаў з шкловалакна з'яўляюцца разнастайныя прыродныя мінералы і прамысловыя хімікаты. Асноўныя інгрэдыенты - кварцавы пясок, вапняк і кальцыніраваная сода. Сярод іншых інгрэдыентаў могуць быць кальцыніраваны аксід алюмінію, бура, палявы шпат, нефелінавы сіеніт, магнезіт і каалінавая гліна. У якасці шклоўтваральніка выкарыстоўваецца кварцавы пясок, а кальцыніраваная сода і вапняк дапамагаюць у першую чаргу знізіць тэмпературу плаўлення. Іншыя інгрэдыенты выкарыстоўваюцца для паляпшэння пэўных уласцівасцей, напрыклад бура для хімічнай устойлівасці. Таксама ў якасці сыравіны выкарыстоўваюцца шклопакеты, якія яшчэ называюць шклабоем. Сыравіну неабходна старанна ўзважыць у дакладных колькасцях і старанна змяшаць разам (так званае дазаванне) перад тым, як пераплавіць у шкло.

Вытворчасць
Працэс

Плаўленне

Пасля таго, як замес падрыхтаваны, яго падаюць у печ для плаўлення. Печ можа награвацца электрычнасцю, выкапнёвым палівам або іх камбінацыяй. Неабходна дакладна кантраляваць тэмпературу, каб падтрымліваць плаўны, стабільны паток шкла. Расплаўленае шкло павінна захоўвацца пры больш высокай тэмпературы (каля 2500°F [1371°C]), чым іншыя віды шкла, каб з яго атрымалася сфармаваць валакно. Пасля таго, як шкло расплаўляецца, яно перадаецца ў абсталяванне для фармавання праз канал (перад), размешчаны ў канцы печы.

Фарміруючы валакна

Для фарміравання валокнаў выкарыстоўваецца некалькі розных працэсаў у залежнасці ад тыпу валакна. Тэкстыльныя валокны могуць быць сфарміраваны з расплаўленага шкла непасрэдна з печы, або расплаўленае шкло можа быць пададзена спачатку ў машыну, якая фармуе шкляныя шарыкі дыяметрам каля 0,62 цалі (1,6 см). Гэтыя шарыкі дазваляюць візуальна правяраць шкло на наяўнасць прымешак. І ў працэсе прамога плаўлення, і ў працэсе плаўлення мармуру шкло або шкляныя шарыкі падаюць праз утулкі з электрычным падагрэвам (таксама званыя фільярамі). Утулка зроблена з плаціны або металічнага сплаву з ад 200 да 3000 вельмі тонкіх адтулін. Расплаўленае шкло праходзіць праз адтуліны і выходзіць у выглядзе тонкіх нітак.

Бесперапынна-ніцяны працэс

Доўгае бесперапыннае валакно можа быць атрымана з дапамогай працэсу бесперапыннай ніткі. Пасля таго як шкло працякае праз адтуліны ва ўтулцы, некалькі нітак захопліваюцца на высакахуткаснай намотцы. Намотвальнік круціцца з хуткасцю прыкладна 2 мілі (3 км) у хвіліну, нашмат хутчэй, чым хуткасць патоку з утулак. Нацяжэнне выцягвае ніткі, пакуль яны яшчэ расплаўленыя, утвараючы ніткі памерам у долю дыяметра адтулін ва ўтулцы. Ўжываецца хімічнае звязальнае, якое дапамагае захаваць валакно ад разрыву пры наступнай апрацоўцы. Затым нітка намотваецца на трубкі. Цяпер яго можна скруціць і звязаць у пражу.

Працэс штапельнага валакна

Альтэрнатыўны метад - працэс штапельнага валакна. Калі расплаўленае шкло цячэ праз утулкі, бруі паветра хутка астуджаюць ніткі. Турбулентныя выбухі паветра таксама разбіваюць ніткі даўжынёй 8-15 цаляў (20-38 см). Гэтыя ніткі падаюць праз пырскі змазкі на барабан, які верціцца, дзе ўтвараюць тонкую сетку. Павуцінне выцягваецца з барабана і выцягваецца ў бесперапынную нітку няшчыльна сабраных валокнаў. Гэтую нітку можна перапрацаваць у пражу з дапамогай тых жа працэсаў, што і для воўны і бавоўны.

Нарэзанае валакно

Замест таго, каб быць сфарміраваны ў пражу, бесперапынная або доўгая штапельная нітка можа быць нарэзана на кароткія адрэзкі. Пасма ўсталёўваецца на набор бабін, якія называюцца шпуляркай, і працягваецца праз машыну, якая наразае яе на кароткія часткі. Здробненае валакно фармуецца ў мацюкі, у якія дадаецца звязальнае рэчыва. Пасля сушкі ў печы мат згортваецца ў рулон. Розная вага і таўшчыня даюць вырабы для чарапіцы, убудаваных дахаў або дэкаратыўных мацюкоў.

Шклавата

Для вырабу шклаваты выкарыстоўваецца працэс вярчэння або прадзення. У гэтым працэсе расплаўленае шкло з печы цячэ ў цыліндрычны кантэйнер з невялікімі адтулінамі. Калі кантэйнер хутка круціцца, з адтулін выцякаюць гарызантальныя патокі шкла. Патокі расплаўленага шкла пераўтвараюцца ў валакна пры дапамозе накіраванага ўніз выбуху паветра, гарачага газу або абодвух. Валакна трапляюць на канвеерную стужку, дзе пераплятаюцца адзін з адным у варсістую масу. Гэта можа быць выкарыстана для ізаляцыі, або поўсць можа быць апырскана злучным, сціснутая да жаданай таўшчыні, і вытрымана ў печы. Цяпло застывае звязальнае, і атрыманы прадукт можа быць цвёрдай або паўцвёрдай дошкай або гнуткай лямкай.

Ахоўныя пакрыцця

Акрамя злучных для вырабаў з шкловалакна патрабуюцца і іншыя пакрыцця. Змазкі выкарыстоўваюцца для памяншэння ізаляцыі валакна і альбо непасрэдна распыляюцца на валакно, альбо дадаюцца ў злучнае. Антыстатычны склад таксама часам распыляюць на паверхню ізаляцыйных матаў са шкловалакна падчас этапу астуджэння. Астуджальнае паветра, якое праходзіць праз мат, прымушае антыстатык пранікаць па ўсёй таўшчыні мату. Антыстатык складаецца з двух інгрэдыентаў: матэрыялу, які мінімізуе выпрацоўку статычнай электрычнасці, і матэрыялу, які служыць інгібітарам карозіі і стабілізатарам. Праклейванне - гэта любое пакрыццё, якое наносіцца на тэкстыльныя валокны ў працэсе фармавання і можа ўтрымліваць адзін або дадатковыя кампаненты (змазачныя матэрыялы, звязальныя або злучныя рэчывы). Злучальныя рэчывы выкарыстоўваюцца на нітках, якія будуць выкарыстоўвацца для армавання пластмас, каб узмацніць сувязь з армаваным матэрыялам. Часам для выдалення гэтых пакрыццяў або дадання іншага пакрыцця патрабуецца аздабленне. Для пластыкавай арматуры, праклейвання можа быць выдалена з дапамогай цяпла або хімічных рэчываў і нанесены злучнае рэчыва. Для дэкаратыўнага прымянення тканіны павінны падвяргацца тэрмічнай апрацоўцы, каб выдаліць праклейку і замацаваць пляценне. Затым перад фарбаваннем або друкам наносяцца асноўныя пакрыцця.

Фарміраванне ў формы

Вырабы са шкловалакна бываюць самых розных формаў і вырабляюцца з выкарыстаннем некалькіх працэсаў. Напрыклад, ізаляцыя труб са шкловалакна намотваецца на стрыжневыя формы, якія называюцца апраўкамі, непасрэдна з фармовачных блокаў перад отверждением. Формы цвілі даўжынёй 3 футы (91 см) або менш затым вытрымліваюць у печы. Зацвярдзелыя даўжыні затым здымаюць з формы ўздоўж і распілоўваюць на вызначаныя памеры. Пры неабходнасці наносіцца абліцоўванне, выраб пакуецца для адгрузкі.

Кантроль якасці

У працэсе вытворчасці ізаляцыі са шкловалакна пробы матэрыялу адбіраюцца ў шэрагу месцаў для захавання якасці. Гэтыя месцы ўключаюць: змешаную партыю, якая падаецца ў электрычны плавільнік; расплаўленае шкло з утулкі, якая сілкуе фиберизатор; шкловалакно, якое выходзіць з машыны для вырабу волокон; і канчатковы отвержденный прадукт, які выходзіць з канца вытворчай лініі. Масавыя ўзоры шкла і валакна аналізуюцца на хімічны склад і наяўнасць дэфектаў з дапамогай складаных хімічных аналізатараў і мікраскопаў. Размеркаванне часціц у партыйным матэрыяле атрымліваецца шляхам прапускання матэрыялу праз некалькі сіт рознага памеру. Канчатковы прадукт вымяраецца на таўшчыню пасля ўпакоўкі ў адпаведнасці са спецыфікацыямі. Змена таўшчыні сведчыць аб тым, што якасць шкла ніжэй стандарту.

Вытворцы ізаляцыі са шкловалакна таксама выкарыстоўваюць розныя стандартызаваныя працэдуры выпрабаванняў для вымярэння, карэкціроўкі і аптымізацыі акустычнага супраціву прадукцыі, гукапаглынання і гукавога бар'ера. Акустычныя ўласцівасці можна кантраляваць, рэгулюючы такія вытворчыя зменныя, як дыяметр валакна, аб'ёмная шчыльнасць, таўшчыня і ўтрыманне злучнага. Падобны падыход выкарыстоўваецца для кантролю цеплавых уласцівасцяў.

Будучыня

Прамысловасць шкловалакна сутыкаецца з некаторымі сур'ёзнымі праблемамі ў астатніх 1990-х гадах і далей. Колькасць вытворцаў шклапластыкавай ізаляцыі павялічылася за кошт амерыканскіх даччыных кампаній замежных кампаній і павышэння прадукцыйнасці амерыканскіх вытворцаў. Гэта прывяло да залішняй магутнасці, якую цяперашні і, магчыма, будучы рынак не можа прыняць.

Акрамя залішняй магутнасці канкурэнцыю складуць і іншыя ўцяпляльнікі. Каменная вата стала шырока выкарыстоўвацца дзякуючы нядаўнім удасканаленням працэсу і прадукту. Пенаізаляцыя - яшчэ адна альтэрнатыва шкловалакну ў сценах жылых і камерцыйных дахаў. Іншым канкуруючым матэрыялам з'яўляецца цэлюлоза, якая выкарыстоўваецца для ўцяплення гарышчаў.

З-за нізкага попыту на ізаляцыю з-за мяккага рынку жылля спажыўцы патрабуюць больш нізкіх коштаў. Гэты попыт таксама з'яўляецца вынікам захавання тэндэнцыі да кансалідацыі рознічных гандляроў і падрадчыкаў. У адказ прамысловасці шкловалакна ізаляцыі прыйдзецца працягваць скарачаць выдаткі ў дзвюх асноўных сферах: энергетыцы і экалогіі. Давядзецца выкарыстоўваць больш эфектыўныя печы, якія не залежаць ад адной крыніцы энергіі.

Калі палігоны дасягаюць максімальнай ёмістасці, вытворцам шкловалакна давядзецца дасягнуць амаль нулявой вытворчасці цвёрдых адходаў без павелічэння выдаткаў. Гэта запатрабуе паляпшэння вытворчых працэсаў для скарачэння адходаў (таксама для вадкіх і газавых адходаў) і паўторнага выкарыстання адходаў, дзе гэта магчыма.

Такія адходы могуць патрабаваць паўторнай апрацоўкі і пераплаўлення перад паўторным выкарыстаннем у якасці сыравіны. Некалькі вытворцаў ужо вырашаюць гэтыя праблемы.