Kako se fiberglas pravi?

Stakloplastika se odnosi na grupu proizvoda napravljenih od pojedinačnih staklenih vlakana kombinovanih u različite oblike. Staklena vlakna se mogu podijeliti u dvije velike grupe prema njihovoj geometriji: kontinuirana vlakna koja se koriste u pređi i tekstilu, i diskontinuirana (kratka) vlakna koja se koriste kao letve, pokrivači ili ploče za izolaciju i filtraciju. Fiberglas se može oblikovati u pređu slično vuni ili pamuku i utkati u tkaninu koja se ponekad koristi za draperije. Tekstil od stakloplastike se obično koristi kao materijal za ojačanje oblikovane i laminirane plastike. Vuna od stakloplastike, gust, pahuljast materijal napravljen od diskontinuiranih vlakana, koristi se za toplinsku izolaciju i apsorpciju zvuka. Obično se nalazi u pregradama i trupovima brodova i podmornica; odjeljci motora automobila i obloge karoserije; u pećima i klima uređajima; akustične zidne i stropne ploče; i arhitektonske pregrade. Fiberglas se može prilagoditi za specifične primjene kao što je tip E (električni), koristiti kao električna izolacijska traka, tekstil i armatura; Tip C (hemijski), koji ima superiornu otpornost na kiseline, i Tip T, za toplotnu izolaciju.

Iako je komercijalna upotreba staklenih vlakana relativno nedavno, zanatlije su stvarale staklene niti za ukrašavanje pehara i vaza tokom renesanse. Francuski fizičar, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, proizveo je tekstil ukrašen finim staklenim nitima 1713. godine, a britanski pronalazači ponovili su taj podvig 1822. Britanski tkač svile napravio je staklenu tkaninu 1842., a drugi izumitelj, Edward Libbey, izložio je haljina tkana od stakla na Kolumbijskoj izložbi 1893. u Čikagu.

Staklena vuna, pahuljasta masa diskontinuiranih vlakana nasumičnih dužina, prvi put je proizvedena u Evropi na prijelazu stoljeća, koristeći proces koji je uključivao izvlačenje vlakana od šipki horizontalno do okretnog bubnja. Nekoliko decenija kasnije razvijen je i patentiran proces predenja. Izolacijski materijal od staklenih vlakana proizveden je u Njemačkoj tokom Prvog svjetskog rata. Istraživanje i razvoj usmjeren na industrijsku proizvodnju staklenih vlakana napredovao je u Sjedinjenim Državama 1930-ih, pod vodstvom dvije velike kompanije, Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Radi. Ove kompanije su razvile fina, savitljiva, jeftina staklena vlakna uvlačeći rastopljeno staklo kroz vrlo fine otvore. Godine 1938. ove dvije kompanije su se spojile i formirale Owens-Corning Fiberglas Corp. Sada jednostavno poznata kao Owens-Corning, postala je kompanija koja vrijedi 3 milijarde dolara godišnje, i lider je na tržištu stakloplastike.

Sirovine

Osnovne sirovine za proizvode od stakloplastike su razni prirodni minerali i proizvedene hemikalije. Glavni sastojci su kremeni pijesak, krečnjak i soda pepeo. Ostali sastojci mogu uključivati ​​kalciniranu glinicu, boraks, feldspat, nefelinski sienit, magnezit i kaolinsku glinu, između ostalih. Silikatni pijesak se koristi kao formirač stakla, a soda i krečnjak prvenstveno pomažu u snižavanju temperature topljenja. Ostali sastojci se koriste za poboljšanje određenih svojstava, kao što je boraks za hemijsku otpornost. Otpadno staklo, koje se naziva i staklo, takođe se koristi kao sirovina. Sirovine moraju biti pažljivo izvagane u tačnim količinama i temeljno pomiješane zajedno (što se naziva batching) prije nego što se pretope u staklo.

The Manufacturing
Proces

Topljenje

Kada je šarža pripremljena, ona se ubacuje u peć za topljenje. Peć se može grijati električnom energijom, fosilnim gorivom ili kombinacijom to dvoje. Temperatura se mora precizno kontrolisati kako bi se održalo glatko i ravnomjerno strujanje stakla. Istopljeno staklo mora se držati na višoj temperaturi (oko 2500°F [1371°C]) od ostalih vrsta stakla da bi se formiralo u vlakna. Kada se staklo rastali, prenosi se u opremu za formiranje preko kanala (predgnjišta) koji se nalazi na kraju peći.

Formiranje u vlakna

Za formiranje vlakana koristi se nekoliko različitih procesa, ovisno o vrsti vlakana. Tekstilna vlakna se mogu formirati od rastopljenog stakla direktno iz peći, ili se rastopljeno staklo može prvo ubaciti u mašinu koja formira staklene mermere prečnika oko 0,62 inča (1,6 cm). Ovi klikeri omogućavaju da se staklo vizuelno pregleda na nečistoće. I u procesu direktnog topljenja iu procesu taljenja mramora, staklo ili stakleni klikeri se napajaju kroz električno grijane čahure (takođe zvane spinnere). Čaura je napravljena od platine ili legure metala, sa bilo kojim od 200 do 3000 vrlo finih otvora. Istopljeno staklo prolazi kroz otvore i izlazi kao fina vlakna.

Kontinuirani filamentni proces

Duga, kontinuirana vlakna se mogu proizvesti postupkom kontinuiranog filamenta. Nakon što staklo prođe kroz rupe u čahuru, višestruki pramenovi su uhvaćeni na brzom namotaču. Namotač se okreće brzinom od oko 3 km u minuti, mnogo brže od brzine protoka iz čaura. Napetost izvlači filamente dok su još rastopljene, formirajući niti delić prečnika otvora u čahuru. Nanosi se hemijsko vezivo koje pomaže da se vlakno ne pokvari tokom kasnije obrade. Filament se zatim namota na cijevi. Sada se može uvijati i umotavati u pređu.

Proces rezanih vlakana

Alternativna metoda je proces staplefiber. Kako rastopljeno staklo teče kroz čahure, mlazovi zraka brzo hlade filamente. Turbulentni udari zraka također razbijaju filamente u dužine od 8-15 inča (20-38 cm). Ovi filamenti padaju kroz sprej maziva na rotirajući bubanj, gdje formiraju tanku mrežu. Mreža se izvlači iz bubnja i uvlači u neprekidnu niti od labavo sastavljenih vlakana. Ovaj pramen se može preraditi u pređu istim procesima koji se koriste za vunu i pamuk.

Sjeckana vlakna

Umjesto da se oblikuje u pređu, kontinuirani ili dugi klapni pramen može se isjeckati na kratke dužine. Pramen je montiran na set bobina, koji se naziva kalem, i provučen kroz mašinu koja ga secka na kratke komade. Usitnjeno vlakno formira se u prostirke u koje se dodaje vezivo. Nakon sušenja u pećnici, prostirka se umotava. Različite težine i debljine daju proizvode za šindre, ugrađene krovove ili ukrasne prostirke.

Staklena vuna

Za proizvodnju staklene vune koristi se rotacijski ili spiner proces. U ovom procesu, rastopljeno staklo iz peći teče u cilindrični kontejner koji ima male rupe. Kako se posuda brzo okreće, horizontalni mlazovi stakla izlaze iz rupa. Tokovi rastopljenog stakla se pretvaraju u vlakna puhanjem zraka, vrućeg plina ili oboje. Vlakna padaju na pokretnu traku, gdje se međusobno isprepliću u dlakavu masu. Ovo se može koristiti za izolaciju, ili se vuna može poprskati vezivom, stisnuti u željenu debljinu i osušiti u pećnici. Toplota postavlja vezivo, a rezultirajući proizvod može biti kruta ili polukruta ploča, ili fleksibilna letvica.

Zaštitni premazi

Osim veziva, za proizvode od fiberglasa potrebni su i drugi premazi. Lubrikanti se koriste za smanjenje abrazije vlakana i ili se direktno raspršuju na vlakno ili se dodaju u vezivo. Antistatički sastav se takođe ponekad raspršuje na površinu izolacionih prostirki od stakloplastike tokom koraka hlađenja. Rashladni zrak uvučen kroz prostirku uzrokuje da antistatičko sredstvo prodre u cijelu debljinu otirača. Antistatičko sredstvo se sastoji od dva sastojka – materijala koji minimizira stvaranje statičkog elektriciteta i materijala koji služi kao inhibitor korozije i stabilizator. Dimenzioniranje je bilo koji premaz koji se nanosi na tekstilna vlakna u postupku oblikovanja, a može sadržavati jedan ili više komponenti (maziva, veziva ili sredstva za spajanje). Sredstva za spajanje se koriste na nitima koje će se koristiti za ojačavanje plastike, da ojačaju vezu sa ojačanim materijalom. Ponekad je potrebna operacija završne obrade da bi se uklonili ovi premazi ili da se doda drugi premaz. Za plastična ojačanja, veličine se mogu ukloniti toplinom ili kemikalijama i nanijeti sredstvo za spajanje. Za dekorativne primjene, tkanine moraju biti termički obrađene da bi se uklonile veličine i da bi se učvrstilo tkanje. Bazni premazi se zatim nanose prije bojenja ili tiska.

Formiranje u oblike

Proizvodi od stakloplastike dolaze u širokom rasponu oblika, napravljenih korištenjem nekoliko procesa. Na primjer, izolacija cijevi od stakloplastike je namotana na šipke koje se nazivaju trnovi direktno iz jedinica za formiranje, prije očvršćavanja. Oblici kalupa, u dužini od 3 stope (91 cm) ili manje, zatim se suše u pećnici. Stvrdnute dužine se zatim deformiraju po dužini i pile na određene dimenzije. Po potrebi se postavljaju obloge, a proizvod se pakuje za otpremu.

Kontrola kvaliteta

Tokom proizvodnje izolacije od stakloplastike, materijal se uzorkuje na brojnim lokacijama u procesu kako bi se održao kvalitet. Ove lokacije uključuju: mješovitu šaržu koja se dovodi u električnu topionicu; rastopljeno staklo iz čahure koja napaja fiberizator; staklena vlakna koja izlaze iz mašine za fiberizaciju; i konačno osušeni proizvod koji izlazi sa kraja proizvodne linije. Uzorci stakla i vlakana se analiziraju na hemijski sastav i prisustvo nedostataka pomoću sofisticiranih hemijskih analizatora i mikroskopa. Raspodjela veličine čestica materijala serije se postiže propuštanjem materijala kroz više sita različitih veličina. Debljina finalnog proizvoda se mjeri nakon pakiranja prema specifikacijama. Promjena debljine ukazuje da je kvalitet stakla ispod standarda.

Proizvođači izolacije od stakloplastike također koriste različite standardizirane procedure ispitivanja za mjerenje, podešavanje i optimizaciju akustičke otpornosti proizvoda, apsorpcije zvuka i performansi zvučne barijere. Akustička svojstva mogu se kontrolisati podešavanjem proizvodnih varijabli kao što su prečnik vlakana, nasipna gustina, debljina i sadržaj veziva. Sličan pristup se koristi za kontrolu toplinskih svojstava.

Budućnost

Industrija stakloplastike suočava se s nekim velikim izazovima u ostatku 1990-ih i kasnije. Broj proizvođača izolacije od stakloplastike je povećan zahvaljujući američkim podružnicama stranih kompanija i poboljšanju produktivnosti američkih proizvođača. To je rezultiralo viškom kapaciteta, koje sadašnje, a možda i buduće tržište ne može prihvatiti.

Osim viška kapaciteta, natjecat će se i drugi izolacijski materijali. Kamena vuna je postala široko rasprostranjena zbog nedavnih poboljšanja procesa i proizvoda. Izolacija od pjene je još jedna alternativa stakloplastici u stambenim zidovima i poslovnim krovovima. Drugi konkurentni materijal je celuloza, koja se koristi u izolaciji potkrovlja.

Zbog niske potražnje za izolacijom zbog mekog tržišta stanovanja, potrošači traže niže cijene. Ova potražnja je također rezultat kontinuiranog trenda konsolidacije trgovaca i izvođača radova. Kao odgovor na to, industrija izolacije od stakloplastike će morati nastaviti da smanjuje troškove u dvije glavne oblasti: energiji i okolišu. Morat će se koristiti efikasnije peći koje se ne oslanjaju samo na jedan izvor energije.

Sa deponijama koje postižu maksimalni kapacitet, proizvođači stakloplastike će morati postići skoro nultu proizvodnju čvrstog otpada bez povećanja troškova. Ovo će zahtijevati poboljšanje proizvodnih procesa kako bi se smanjio otpad (i za tekući i plinoviti otpad) i ponovno korištenje otpada gdje god je to moguće.

Takav otpad može zahtijevati ponovnu obradu i pretapanje prije ponovne upotrebe kao sirovine. Nekoliko proizvođača se već bavi ovim problemima.