Com es fa la fibra de vidre?

La fibra de vidre fa referència a un grup de productes elaborats amb fibres de vidre individuals combinades en diverses formes. Les fibres de vidre es poden dividir en dos grups principals segons la seva geometria: fibres contínues que s’utilitzen en filats i tèxtils, i les fibres discontinues (curtes) utilitzades com a batalles, mantes o taulers per aïllar i filtració. La fibra de vidre es pot formar en fil molt com la llana o el cotó, i teixir -se en un teixit que de vegades s’utilitza per a draperies. Els tèxtils de fibra de vidre s’utilitzen habitualment com a material de reforç per a plàstics modelats i laminats. La llana de fibra de vidre, un material espès i esponjós elaborat amb fibres discontinues, s’utilitza per aïllament tèrmic i absorció de so. Es troba habitualment en els parets i els bucs de vaixells i submarins; Compartiments del motor d'automòbils i revestiments de panells de carrosseria; en forns i unitats d’aire condicionat; parets acústiques i panells de sostre; i particions arquitectòniques. La fibra de vidre es pot adaptar per a aplicacions específiques com ara el tipus E (elèctric), utilitzat com a cinta d’aïllament elèctrica, tèxtils i reforç; Tipus C (químic), que té una resistència àcida superior, i tipus T, per aïllament tèrmic.

Tot i que l’ús comercial de la fibra de vidre és relativament recent, els artesans van crear fils de vidre per decorar gotets i gerros durant el Renaixement. Un físic francès, Rene-Antoine, Ferchault de Reaumur Vestit de vidre a l'exposició colombiana de 1893 a Chicago.

La llana de vidre, una massa esponjosa de fibra discontinua en longituds aleatòries, es va produir per primera vegada a Europa al final del segle, utilitzant un procés que implicava dibuixar fibres de varetes horitzontalment a un tambor giratori. Diverses dècades després, es va desenvolupar i patentar un procés de filatura. El material aïllant de fibra de vidre es va fabricar a Alemanya durant la Primera Guerra Mundial i el desenvolupament dirigit a la producció industrial de fibres de vidre va progressar als Estats Units a la dècada de 1930, sota la direcció de dues grans empreses, The Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Obres. Aquestes empreses van desenvolupar una fibra de vidre fina, flexible i de baix cost dibuixant vidre fos mitjançant orificis molt fins. El 1938, aquestes dues empreses es van fusionar per formar Owens-Corning Fibraglas Corp. ara coneguda com a Owens-Corning, s'ha convertit en una empresa de 3.000 milions de dòlars a l'any i és líder en el mercat de fibra de vidre.

Matèries primeres

Les matèries primeres bàsiques per als productes de fibra de vidre són una varietat de minerals naturals i productes químics fabricats. Els principals ingredients són la sorra de sílice, la pedra calcària i la cendra de soda. Altres ingredients poden incloure alumina calcinada, borax, feldspat, nefelina syenita, magnesita i argila de caolí, entre d'altres. La sorra de sílice s’utilitza com a vidre, i la cendra de soda i la pedra calcària ajuden principalment a disminuir la temperatura de fusió. Altres ingredients s’utilitzen per millorar algunes propietats, com el borax per a la resistència química. El vidre residual, també anomenat cullet, també s’utilitza com a matèria primera. Les matèries primeres s’han de pesar acuradament en quantitats exactes i barrejar -se bé (anomenades Batching) abans de ser foses al vidre.

La fabricació
Elaborar

Fon

Un cop preparat el lot, s’introdueix en un forn per fondre’s. El forn es pot escalfar per electricitat, combustible fòssil o una combinació dels dos. La temperatura s’ha de controlar amb precisió per mantenir un flux de vidre suau i constant. El vidre fos s’ha de mantenir a una temperatura més alta (uns 2500 ° F [1371 ° C]) que altres tipus de vidre per formar -se en fibra. Una vegada que el vidre es molla, es transfereix als equips de formació mitjançant un canal (cap de fons) situat al final del forn.

Formant -se en fibres

S’utilitzen diversos processos diferents per formar fibres, depenent del tipus de fibra. Les fibres tèxtils es poden formar a partir de vidre fos directament des del forn, o el vidre fos es pot alimentar primer a una màquina que forma marbres de vidre d’uns 0,62 polzades de diàmetre. Aquests marbres permeten inspeccionar visualment el vidre. Tant en el procés de fusió directa com de fosa de marbre, els marbres de vidre o vidre s’alimenten a través de casquets escalfats elèctricament (també anomenats spinnerets). El casquet està format per aliatge de platí o metall, amb entre 200 i 3.000 orificis molt fins. El vidre fos passa pels orificis i surt com a filaments fins.

Procés de filtració contínua

Es pot produir una fibra llarga i contínua mitjançant el procés de filtració contínua. Després que el vidre flueixi pels forats del casquet, es troben en un boblador d'alta velocitat múltiples. El bobina gira a uns 3 km al minut, molt més ràpid que la velocitat de flux dels casquets. La tensió treu els filaments mentre encara es molla, formant fils una fracció del diàmetre de les obertures a la matoll. S’aplica un aglutinant químic, que ajuda a evitar que la fibra es trenqui durant el processament posterior. El filament s’enrotlla als tubs. Ara es pot retorçar i posar -se en fil.

Procés de fibra de grapats

Un mètode alternatiu és el procés de grapa. A mesura que el vidre fos flueix a través dels casquets, els dolls d’aire refreden ràpidament els filaments. Les ràfegues turbulents d’aire també trenquen els filaments en longituds de 20-38 cm de 8-15 polzades. Aquests filaments cauen a través d’un polvoritzador de lubricant sobre un tambor giratori, on formen una xarxa fina. La xarxa es treu del tambor i s’introdueix a una cadena contínua de fibres poc muntades. Aquesta cadena es pot processar en fil mitjançant els mateixos processos utilitzats per a la llana i el cotó.

Fibra picada

En lloc de formar-se en fil, la cadena continuada o de grau llarga es pot tallar a curt termini. La cadena està muntada sobre un conjunt de bobines, anomenada creel i es tira per una màquina que la trosseja en trossos curts. La fibra picada es forma en estores a les quals s’afegeix un aglutinant. Després de curar -se en un forn, l’estora s’enrotlla. Diversos pesos i gruixos proporcionen productes per a teules, cobertes construïdes o estores decoratives.

Llana de vidre

El procés rotatiu o filador s’utilitza per fer llana de vidre. En aquest procés, el vidre fos del forn flueix cap a un recipient cilíndric amb forats petits. A mesura que el contenidor gira ràpidament, els corrents horitzontals de vidre surten dels forats. Els corrents de vidre fos es converteixen en fibres per una explosió descendent d’aire, gas calent o ambdues coses. Les fibres cauen sobre una cinta transportadora, on s’entrellacen entre elles en una massa fugaç. Es pot utilitzar per aïllar -se, o la llana es pot polvoritzar amb un aglutinant, comprimit al gruix desitjat i curat en un forn. La calor estableix l’enllaç i el producte resultant pot ser un tauler rígid o semi-rígid, o una batalla flexible.

Recobriments protectors

A més dels enquadernadors, es requereixen altres recobriments per a productes de fibra de vidre. Els lubricants s’utilitzen per reduir l’abrasió de fibra i es ruixen directament a la fibra o s’afegeixen a l’enllaç. De vegades també es ruixa una composició antiestàtica a la superfície de les estores d’aïllament de fibra de vidre durant el pas de refrigeració. L’aire de refrigeració dibuixat a través de l’estora fa que l’agent antiestàtic penetri tot el gruix de l’estora. L’agent antiestàtic està format per dos ingredients: un material que minimitza la generació d’electricitat estàtica i un material que serveix d’inhibidor de corrosió i estabilitzador. El disseny és qualsevol revestiment aplicat a les fibres tèxtils Més components (lubricants, aglutinants o agents d’acoblament). Els agents d'acoblament s'utilitzen en fils que s'utilitzaran per reforçar els plàstics, per reforçar l'enllaç al material reforçat. De vegades, es necessita una operació d'acabament per eliminar aquests recobriments o per afegir un altre recobriment. Per a reforços de plàstic, es poden eliminar cerques amb calor o productes químics i un agent d’acoblament aplicat. Per a aplicacions decoratives, s’han de tractar els teixits per eliminar els grans i per configurar el teixit. A continuació, s'apliquen els recobriments de la base de colorants abans de morir o imprimir.

Formant -se en formes

Els productes de fibra de vidre tenen una gran varietat de formes, elaborades amb diversos processos. Per exemple, l’aïllament de les canonades de fibra de vidre s’enrotlla en formes semblants a les varetes anomenades mandrels directament de les unitats formadores, abans de curar-se. El motlle es forma, de longitud de 3 peus (91 cm) o menys, es curen en un forn. Les longituds curades es despleguen longitudinalment i es mostren en dimensions especificades. Si es requereix, s'aplica les cares i el producte s'envasa per a l'enviament.

Control de qualitat

Durant la producció d’aïllament de fibra de vidre, el material es mostra en diverses ubicacions del procés per mantenir la qualitat. Aquestes ubicacions inclouen: el lot mixt que s’alimenta a la melosa elèctrica; vidre fos de la brossa que alimenta el fibra; Fibra de vidre que surt de la màquina de fibrazer; i el producte curat final que sorgeix des del final de la línia de producció. Les mostres de vidre i fibra a granel s’analitzen per a la composició química i la presència de defectes mitjançant analitzadors químics i microscopis sofisticats. La distribució de la mida de les partícules del material per lots s’obté passant el material a través de diversos tamis de diferents mides. El producte final es mesura per a gruix després dels envasos segons les especificacions. Un canvi de gruix indica que la qualitat del vidre està per sota de la norma.

Els fabricants d’aïllament de fibra de vidre també utilitzen una varietat de procediments de prova normalitzats per mesurar, ajustar i optimitzar la resistència acústica del producte, l’absorció de so i el rendiment de la barrera del so. Les propietats acústiques es poden controlar ajustant variables de producció com el diàmetre de la fibra, la densitat massiva, el gruix i el contingut de l’enllaç. S'utilitza un enfocament similar per controlar les propietats tèrmiques.

El futur

La indústria de fibra de vidre té alguns reptes importants durant la resta de la dècada de 1990 i més enllà. El nombre de productors d’aïllament de fibra de vidre ha augmentat a causa de les filials nord -americanes d’empreses estrangeres i les millores en la productivitat dels fabricants nord -americans. Això ha donat lloc a una excés de capacitat, que el mercat actual i potser futur no pot acomodar.

A més de l’excés de capacitat, altres materials d’aïllament competiran. Rock Wool s'ha utilitzat àmpliament a causa dels recents processos i millores del producte. L’aïllament d’escuma és una altra alternativa a la fibra de vidre a les parets residencials i als sostres comercials. Un altre material competidor és la cel·lulosa, que s’utilitza en l’aïllament de les golfes.

A causa de la baixa demanda d’aïllament a causa d’un mercat de l’habitatge suau, els consumidors exigeixen preus més baixos. Aquesta demanda també és el resultat de la tendència continuada en la consolidació de minoristes i contractistes. Com a resposta, la indústria de l'aïllament de fibra de vidre haurà de continuar reduint els costos en dues grans àrees: energia i medi ambient. S'han d'utilitzar forns més eficients que no es basin en una sola font d'energia.

Amb els abocadors que assoleixin la màxima capacitat, els fabricants de fibra de vidre hauran d’aconseguir gairebé zero la producció de residus sòlids sense augmentar els costos. Això requerirà millorar els processos de fabricació per reduir els residus (també per a residus de líquid i gas) i reutilitzar els residus sempre que sigui possible.

Aquests residus poden requerir reprocessament i remetre abans de reutilitzar -los com a matèria primera. Diversos fabricants ja tracten aquests problemes.