Jak se vyrábí sklolaminát?

Sklolaminát označuje skupinu výrobků vyrobených z jednotlivých skleněných vláken kombinovaných do různých forem. Skleněná vlákna lze rozdělit do dvou hlavních skupin podle jejich geometrie: kontinuální vlákna používaná v přízi a textiliích a nespojitá (krátká) vlákna používaná jako rouna, přikrývky nebo desky pro izolaci a filtraci. Sklolaminát může být formován do příze podobně jako vlna nebo bavlna a tkaný do látky, která se někdy používá pro závěsy. Textilie ze skelných vláken se běžně používají jako výztužný materiál pro lisované a laminované plasty. Skelná vata, hustý, nadýchaný materiál vyrobený z nespojitých vláken, se používá pro tepelnou izolaci a absorpci zvuku. Běžně se vyskytuje v lodních a podmořských přepážkách a trupech; motorové prostory automobilů a obložení panelů karoserie; v pecích a klimatizačních jednotkách; akustické stěnové a stropní panely; a architektonické příčky. Sklolaminát může být přizpůsoben pro specifické aplikace, jako je typ E (elektrický), používaný jako elektrická izolační páska, textilie a výztuže; Typ C (chemický), který má vynikající odolnost proti kyselinám, a typ T pro tepelnou izolaci.

Ačkoli komerční využití skleněného vlákna je relativně nedávné, řemeslníci vytvořili skleněné prameny pro zdobení pohárů a váz během renesance. Francouzský fyzik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur vyrobil v roce 1713 textilie zdobené jemnými skleněnými vlákny a britští vynálezci tento čin zopakovali v roce 1822. Britský tkadlec hedvábí vyrobil v roce 1842 skleněnou tkaninu a další vynálezce, Edward Libbey, vystavoval šaty tkané ze skla na Kolumbijské výstavě v roce 1893 v Chicagu.

Skleněná vlna, nadýchaná hmota nesouvislých vláken v náhodných délkách, byla poprvé vyrobena v Evropě na přelomu století pomocí procesu, který zahrnoval tažení vláken z tyčí vodorovně na otáčející se buben. O několik desetiletí později byl vyvinut a patentován proces spřádání. Izolační materiál ze skleněných vláken se vyráběl v Německu během 1. světové války. Výzkum a vývoj zaměřený na průmyslovou výrobu skleněných vláken pokročil ve Spojených státech ve 30. letech 20. století pod vedením dvou velkých společností, Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass funguje. Tyto společnosti vyvinuly jemné, ohebné, levné skleněné vlákno tažením roztaveného skla velmi jemnými otvory. V roce 1938 se tyto dvě společnosti sloučily a vytvořily Owens-Corning Fiberglas Corp. Nyní jednoduše známý jako Owens-Corning se stal společností s ročním obratem 3 miliardy dolarů a je lídrem na trhu se skleněnými vlákny.

Suroviny

Základními surovinami pro sklolaminátové výrobky jsou různé přírodní minerály a vyráběné chemikálie. Hlavními složkami jsou křemičitý písek, vápenec a soda. Další přísady mohou mimo jiné zahrnovat kalcinovaný oxid hlinitý, borax, živec, nefelinový syenit, magnezit a kaolinový jíl. Jako sklář se používá křemičitý písek a soda a vápenec pomáhají především snižovat teplotu tání. Pro zlepšení určitých vlastností se používají další přísady, jako je borax pro chemickou odolnost. Jako surovina se také používá odpadní sklo, nazývané také střepy. Suroviny musí být pečlivě zváženy v přesném množství a důkladně smíchány dohromady (tzv. batching) před roztavením do skla.

Výroba
Proces

Tání

Jakmile je vsázka připravena, je přiváděna do pece k tavení. Pec může být vytápěna elektřinou, fosilním palivem nebo kombinací obou. Teplota musí být přesně řízena, aby byl zachován hladký a rovnoměrný tok skla. Roztavené sklo musí být udržováno při vyšší teplotě (asi 2500 °F [1371 °C]) než jiné typy skla, aby se z něj mohlo stát vlákno. Jakmile se sklo roztaví, přenese se do tvarovacího zařízení přes kanál (předpecí) umístěný na konci pece.

Tvarování do vláken

K vytvoření vláken se používá několik různých procesů v závislosti na typu vlákna. Textilní vlákna mohou být vytvořena z roztaveného skla přímo z pece, nebo může být roztavené sklo přiváděno nejprve do stroje, který tvoří skleněné kuličky o průměru asi 0,62 palce (1,6 cm). Tyto kuličky umožňují vizuální kontrolu skla, zda neobsahuje nečistoty. Jak u přímého tavení, tak u procesu tavení mramoru se sklo nebo skleněné kuličky přivádějí přes elektricky vyhřívané průchodky (také nazývané zvlákňovací trysky). Pouzdro je vyrobeno z platiny nebo kovové slitiny s 200 až 3 000 velmi jemnými otvory. Roztavené sklo prochází otvory a vychází jako jemná vlákna.

Proces s kontinuálním vláknem

Dlouhé kontinuální vlákno lze vyrobit procesem kontinuálního vlákna. Poté, co sklo proteče otvory v průchodce, je na vysokorychlostním navíječi zachyceno několik pramenů. Navíječ se otáčí rychlostí asi 3 km za minutu, mnohem rychleji než rychlost proudění z pouzder. Napětí vytahuje vlákna ještě roztavená a tvoří prameny o zlomku průměru otvorů v objímce. Je aplikováno chemické pojivo, které pomáhá zabránit lámání vlákna při pozdějším zpracování. Vlákno se pak navine na trubičky. Nyní může být zkroucena a spletena do příze.

Proces střižových vláken

Alternativní metodou je proces staplefiber. Jak roztavené sklo proudí průchodkami, proudy vzduchu rychle ochlazují vlákna. Turbulentní výbuchy vzduchu také lámou vlákna na délky 8-15 palců (20-38 cm). Tato vlákna padají sprejem maziva na otočný buben, kde vytvářejí tenkou síť. Tkanina je vytahována z bubnu a tažena do souvislého pramene volně sestavených vláken. Tento pramen může být zpracován na přízi stejnými procesy, jaké se používají pro vlnu a bavlnu.

Nasekané vlákno

Namísto zformování do příze může být kontinuální nebo dlouhý staplový pramen nasekán na krátké délky. Pramen je namontován na sadu cívek, nazývaných cívečnice, a protažen strojem, který jej rozseká na krátké kousky. Nasekané vlákno se formuje do rohoží, ke kterým se přidává pojivo. Po vytvrzení v peci se rohož sroluje. Různé hmotnosti a tloušťky dávají výrobky pro šindele, montované střešní krytiny nebo dekorativní rohože.

Skleněná vlna

K výrobě skelné vlny se používá rotační nebo rotační proces. Při tomto procesu teče roztavené sklo z pece do válcové nádoby s malými otvory. Jak se nádoba rychle otáčí, z otvorů vytékají horizontální proudy skla. Proudy roztaveného skla jsou přeměněny na vlákna proudem vzduchu, horkého plynu nebo obojího. Vlákna padají na dopravní pás, kde se vzájemně proplétají do vlnité hmoty. To může být použito pro izolaci, nebo může být vlna nastříkána pojivem, stlačena do požadované tloušťky a vytvrzena v peci. Teplo vytvrdí pojivo a výsledným produktem může být tuhá nebo polotuhá deska nebo pružná plsť.

Ochranné nátěry

Kromě pojiv jsou pro výrobky ze skelných vláken vyžadovány další povlaky. Lubrikanty se používají ke snížení otěru vláken a jsou buď přímo nastříkány na vlákno nebo přidány do pojiva. Antistatická kompozice se také někdy nastříká na povrch izolačních rohoží ze skleněných vláken během kroku chlazení. Chladicí vzduch protahovaný rohoží způsobí, že antistatické činidlo pronikne celou tloušťkou rohože. Antistatický prostředek se skládá ze dvou složek – materiálu, který minimalizuje tvorbu statické elektřiny, a materiálu, který slouží jako inhibitor koroze a stabilizátor. Klížení je jakýkoli povlak aplikovaný na textilní vlákna při tvarování a může obsahovat jeden nebo více složek (mazadla, pojiva nebo spojovací prostředky). Spojovací prostředky se používají na prameny, které budou použity pro vyztužení plastů, pro zpevnění vazby na vyztužený materiál. Někdy je k odstranění těchto povlaků vyžadována dokončovací operace nebo k přidání dalšího povlaku. U plastových výztuh je možné odstranit klížení pomocí tepla nebo chemikálií a nanést spojovací prostředek. Pro dekorativní aplikace musí být látky tepelně zpracovány, aby se odstranily klížení a aby se zpevnila vazba. Před barvením nebo tiskem se pak nanášejí základní nátěry.

Formování do tvarů

Výrobky ze skleněných vláken se dodávají v široké škále tvarů a jsou vyráběny několika procesy. Například izolace trubek ze skleněných vláken se navíjí na tyčovité formy nazývané trny přímo z tvarovacích jednotek před vytvrzením. Formy v délkách 3 stopy (91 cm) nebo méně se pak vytvrzují v peci. Vytvrzené délky jsou pak podélně odformovány a rozřezány na stanovené rozměry. V případě potřeby jsou aplikovány obklady a produkt je zabalen pro odeslání.

Kontrola kvality

Během výroby izolace ze skelných vláken se materiál odebírá na mnoha místech procesu, aby byla zachována kvalita. Tato místa zahrnují: smíšenou dávku přiváděnou do elektrického taviče; roztavené sklo z průchodky, která napájí rozvlákňovač; skleněné vlákno vycházející z zvlákňovacího stroje; a finální vytvrzený produkt vycházející z konce výrobní linky. Objemové vzorky skla a vláken jsou analyzovány na chemické složení a přítomnost vad pomocí sofistikovaných chemických analyzátorů a mikroskopů. Distribuce velikosti částic vsázkového materiálu se získá průchodem materiálu přes řadu sít různých velikostí. Konečný produkt se měří na tloušťku po zabalení podle specifikací. Změna tloušťky naznačuje, že kvalita skla je pod standardem.

Výrobci izolací ze skelných vláken také používají různé standardizované zkušební postupy k měření, úpravě a optimalizaci akustického odporu produktu, zvukové pohltivosti a výkonu zvukové bariéry. Akustické vlastnosti lze řídit úpravou takových výrobních proměnných, jako je průměr vlákna, objemová hustota, tloušťka a obsah pojiva. Podobný přístup se používá pro řízení tepelných vlastností.

Budoucnost

Odvětví skleněných vláken čelí po zbytek 90. ​​let a dále některým velkým výzvám. Počet výrobců izolací ze skelných vláken se zvýšil díky americkým dceřiným společnostem zahraničních společností a zlepšení produktivity amerických výrobců. To vedlo k přebytečné kapacitě, kterou současný a možná i budoucí trh nedokáže pojmout.

Kromě přebytečné kapacity budou soutěžit další izolační materiály. Kamenná vlna se stala široce používanou díky nedávným vylepšením procesů a produktů. Pěnová izolace je další alternativou ke sklolaminátu v obytných stěnách a komerčních střechách. Dalším konkurenčním materiálem je celulóza, která se používá při zateplování podkroví.

Kvůli nízké poptávce po izolaci v důsledku měkkého trhu s bydlením požadují spotřebitelé nižší ceny. Tato poptávka je také výsledkem pokračujícího trendu konsolidace maloobchodníků a dodavatelů. V reakci na to bude muset průmysl izolací ze skleněných vláken pokračovat ve snižování nákladů ve dvou hlavních oblastech: energie a životní prostředí. Budou muset být použity účinnější pece, které nebudou závislé pouze na jednom zdroji energie.

Se skládkami dosahujícími maximální kapacity budou muset výrobci sklolaminátu dosáhnout téměř nulové produkce pevného odpadu, aniž by se zvýšily náklady. To bude vyžadovat zlepšení výrobních procesů, aby se snížilo množství odpadu (také pro kapalný a plynný odpad) a opětovné použití odpadu, kdykoli je to možné.

Takový odpad může vyžadovat přepracování a přetavení před opětovným použitím jako suroviny. Několik výrobců již tyto problémy řeší.