Hvordan laves glasfiber?

Glasfiber refererer til en gruppe produkter fremstillet af individuelle glasfibre kombineret i en række forskellige former. Glasfibre kan opdeles i to hovedgrupper i henhold til deres geometri: kontinuerlige fibre, der bruges i garn og tekstiler, og de diskontinuerlige (korte) fibre, der bruges som batts, tæpper eller plader til isolering og filtrering. Glasfiber kan formes til garn ligesom uld eller bomuld og væves til stof, som nogle gange bruges til gardiner. Glasfibertekstiler bruges almindeligvis som forstærkningsmateriale til støbt og lamineret plast. Glasfiberuld, et tykt, luftigt materiale fremstillet af diskontinuerlige fibre, bruges til termisk isolering og lydabsorption. Det er almindeligt forekommende i skibs- og ubådsskotter og -skrog; motorrum til biler og karosseripaneler; i ovne og klimaanlæg; akustiske væg- og loftpaneler; og arkitektoniske skillevægge. Glasfiber kan skræddersyes til specifikke applikationer såsom Type E (elektrisk), brugt som elektrisk isoleringstape, tekstiler og armering; Type C (kemisk), som har overlegen syrebestandighed, og Type T, til termisk isolering.

Selvom kommerciel brug af glasfiber er relativt ny, skabte håndværkere glasstrenge til udsmykning af bægre og vaser under renæssancen. En fransk fysiker, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, producerede tekstiler dekoreret med fine glasstrenge i 1713, og britiske opfindere duplikerede bedriften i 1822. En britisk silkevæver lavede et glasstof i 1842, og en anden opfinder, Edward Libbey, udstillede en kjole vævet af glas ved Columbian Exposition i 1893 i Chicago.

Glasuld, en luftig masse af diskontinuerlige fibre i tilfældige længder, blev først produceret i Europa ved århundredeskiftet ved at bruge en proces, der involverede at trække fibre fra stænger vandret til en roterende tromle. Flere årtier senere blev en spindeproces udviklet og patenteret. Glasfiberisoleringsmateriale blev fremstillet i Tyskland under Første Verdenskrig. Forskning og udvikling rettet mod industriel produktion af glasfibre udviklede sig i USA i 1930'erne under ledelse af to store virksomheder, Owens-Illinois Glass Company og Corning Glass Virker. Disse virksomheder udviklede en fin, bøjelig, billig glasfiber ved at trække smeltet glas gennem meget fine åbninger. I 1938 fusionerede disse to virksomheder og dannede Owens-Corning Fiberglas Corp. Nu blot kendt som Owens-Corning, er det blevet en virksomhed på 3 milliarder dollars om året og er førende på glasfibermarkedet.

Råvarer

De grundlæggende råvarer til glasfiberprodukter er en række naturlige mineraler og fremstillede kemikalier. De vigtigste ingredienser er silicasand, kalksten og soda. Andre ingredienser kan omfatte calcineret aluminiumoxid, borax, feldspat, nefelinsyenit, magnesit og kaolinler, blandt andre. Silicasand bruges som glasdanner, og soda og kalksten hjælper primært til at sænke smeltetemperaturen. Andre ingredienser bruges til at forbedre visse egenskaber, såsom borax for kemisk resistens. Affaldsglas, også kaldet cullet, bruges også som råmateriale. Råvarerne skal omhyggeligt vejes i nøjagtige mængder og blandes grundigt sammen (kaldet batching), inden de smeltes til glas.

Fremstillingen
Behandle

Smeltning

Når partiet er forberedt, føres det ind i en ovn til smeltning. Ovnen kan opvarmes med elektricitet, fossilt brændstof eller en kombination af de to. Temperaturen skal kontrolleres præcist for at opretholde en jævn, jævn strøm af glas. Det smeltede glas skal opbevares ved en højere temperatur (ca. 2500°F [1371°C]) end andre typer glas for at blive formet til fiber. Når glasset er smeltet, overføres det til formningsudstyret via en kanal (forherden) placeret for enden af ​​ovnen.

Formes til fibre

Der bruges flere forskellige processer til at danne fibre, afhængigt af fibertypen. Tekstilfibre kan dannes af smeltet glas direkte fra ovnen, eller det smeltede glas kan først føres til en maskine, der danner glaskugler med en diameter på ca. 0,62 inch (1,6 cm). Disse kugler gør det muligt at inspicere glasset visuelt for urenheder. I både den direkte smelte- og marmorsmelteproces føres glas- eller glaskuglerne gennem elektrisk opvarmede bøsninger (også kaldet spindedyser). Bøsningen er lavet af platin eller metallegering med alt fra 200 til 3.000 meget fine åbninger. Det smeltede glas passerer gennem åbningerne og kommer ud som fine filamenter.

Kontinuerlig filamentproces

En lang, kontinuerlig fiber kan fremstilles gennem den kontinuerlige filamentproces. Efter at glasset flyder gennem hullerne i bøsningen, bliver flere tråde fanget på en højhastighedsvinder. Vinderen drejer omkring 3 km i minuttet, meget hurtigere end strømningshastigheden fra bøsningerne. Spændingen trækker filamenterne ud, mens de stadig er smeltede, og danner tråde en brøkdel af diameteren af ​​åbningerne i bøsningen. Der påføres et kemisk bindemiddel, som hjælper med at forhindre, at fiberen går i stykker under senere forarbejdning. Filamentet vikles derefter på rør. Det kan nu snos og flettes ind i garn.

Staple-fiber proces

En alternativ metode er stapelfiberprocessen. Når det smeltede glas strømmer gennem bøsningerne, afkøler luftstråler hurtigt filamenterne. De turbulente luftudbrud bryder også filamenterne i længder på 8-15 tommer (20-38 cm). Disse filamenter falder gennem en spray af smøremiddel ned på en roterende tromle, hvor de danner en tynd bane. Banen trækkes fra tromlen og trækkes ind i en kontinuerlig streng af løst samlede fibre. Denne tråd kan forarbejdes til garn ved de samme processer, der anvendes til uld og bomuld.

Hakket fiber

I stedet for at blive formet til garn, kan den kontinuerlige eller lang hæftede streng skæres i korte længder. Tråden er monteret på et sæt spoler, kaldet en creel, og trukket gennem en maskine, som hakker den i korte stykker. Den hakkede fiber formes til måtter, hvortil der tilsættes et bindemiddel. Efter hærdning i ovn rulles måtten sammen. Forskellige vægte og tykkelser giver produkter til helvedesild, bebygget tagdækning eller dekorative måtter.

Glasuld

Rotations- eller spinnerprocessen bruges til at fremstille glasuld. I denne proces strømmer smeltet glas fra ovnen ind i en cylindrisk beholder med små huller. Når beholderen drejer hurtigt, strømmer vandrette glasstrømme ud af hullerne. De smeltede glasstrømme omdannes til fibre ved en nedadgående blæst af luft, varm gas eller begge dele. Fibrene falder ned på et transportbånd, hvor de flettes ind i hinanden i en blød masse. Denne kan bruges til isolering, eller ulden kan sprøjtes med et bindemiddel, komprimeres til den ønskede tykkelse og hærdes i ovn. Varmen sætter bindemidlet, og det resulterende produkt kan være en stiv eller halvstiv plade eller en fleksibel batt.

Beskyttende belægninger

Ud over bindemidler kræves andre belægninger til glasfiberprodukter. Smøremidler bruges til at reducere fiberslid og sprøjtes enten direkte på fiberen eller tilsættes i bindemidlet. En antistatisk sammensætning sprøjtes også nogle gange på overfladen af ​​glasfiberisoleringsmåtter under afkølingstrinnet. Køleluft suget gennem måtten får det antistatiske middel til at trænge igennem hele måttens tykkelse. Det antistatiske middel består af to ingredienser - et materiale, der minimerer dannelsen af ​​statisk elektricitet, og et materiale, der fungerer som en korrosionsinhibitor og stabilisator. Limning er enhver belægning, der påføres tekstilfibre i formningsoperationen og kan indeholde en eller flere komponenter (smøremidler, bindemidler eller koblingsmidler). Koblingsmidler bruges på tråde, der skal bruges til at forstærke plast, for at styrke bindingen til det forstærkede materiale. Nogle gange er en efterbehandling påkrævet for at fjerne disse belægninger eller tilføje en anden belægning. For plastikforstærkninger kan lim fjernes med varme eller kemikalier og påføres et koblingsmiddel. Til dekorative applikationer skal stoffer varmebehandles for at fjerne størrelser og for at sætte vævningen. Farvebasebelægninger påføres derefter før farvning eller trykning.

Formning til former

Glasfiberprodukter kommer i en bred vifte af former, fremstillet ved hjælp af flere processer. For eksempel vikles glasfiberrørisolering på stanglignende former kaldet dorne direkte fra formningsenhederne før hærdning. Formen, i længder på 3 fod (91 cm) eller mindre, hærdes derefter i en ovn. De hærdede længder afstøbes derefter på langs og saves i specificerede dimensioner. Beklædninger påføres efter behov, og produktet pakkes til forsendelse.

Kvalitetskontrol

Under produktionen af ​​glasfiberisolering udtages materialeprøver på en række steder i processen for at opretholde kvaliteten. Disse placeringer omfatter: den blandede batch, der føres til den elektriske hot melt applikator; smeltet glas fra bøsningen, som tilfører fiberfremføreren; glasfiber, der kommer ud af fibermaskinen; og det færdighærdede produkt, der kommer fra slutningen af ​​produktionslinjen. Masseglas- og fiberprøverne analyseres for kemisk sammensætning og tilstedeværelsen af ​​fejl ved hjælp af sofistikerede kemiske analysatorer og mikroskoper. Partikelstørrelsesfordeling af batchmaterialet opnås ved at føre materialet gennem en række forskellige størrelser sigter. Slutproduktet måles for tykkelse efter emballering i henhold til specifikationerne. En ændring i tykkelsen indikerer, at glaskvaliteten er under standarden.

Glasfiberisoleringsproducenter bruger også en række standardiserede testprocedurer til at måle, justere og optimere produktets akustiske modstand, lydabsorption og lydbarriereydelse. De akustiske egenskaber kan styres ved at justere produktionsvariabler som fiberdiameter, bulkdensitet, tykkelse og bindemiddelindhold. En lignende tilgang bruges til at kontrollere termiske egenskaber.

Fremtiden

Glasfiberindustrien står over for nogle store udfordringer i resten af ​​1990'erne og frem. Antallet af producenter af glasfiberisolering er steget på grund af amerikanske datterselskaber af udenlandske virksomheder og forbedringer i produktiviteten fra amerikanske producenter. Det har resulteret i overkapacitet, som det nuværende og måske fremtidige marked ikke kan rumme.

Ud over overkapacitet vil andre isoleringsmaterialer konkurrere. Stenuld er blevet meget brugt på grund af de seneste proces- og produktforbedringer. Skumisolering er et andet alternativ til glasfiber i boligvægge og erhvervstage. Et andet konkurrerende materiale er cellulose, som bruges til loftsisolering.

På grund af den lave efterspørgsel efter isolering på grund af et blødt boligmarked, kræver forbrugerne lavere priser. Denne efterspørgsel er også et resultat af den fortsatte tendens i konsolidering af detailhandlere og entreprenører. Som reaktion herpå vil glasfiberisoleringsindustrien skulle fortsætte med at reducere omkostningerne på to hovedområder: energi og miljø. Der skal bruges mere effektive ovne, der ikke kun er afhængige af én energikilde.

Når lossepladser når maksimal kapacitet, bliver glasfiberproducenter nødt til at opnå næsten nul output på fast affald uden at øge omkostningerne. Dette vil kræve forbedring af fremstillingsprocesser for at reducere spild (også for flydende og gasaffald) og genbrug af affald, hvor det er muligt.

Sådant affald kan kræve oparbejdning og omsmeltning før genbrug som råmateriale. Flere producenter tager allerede fat på disse problemer.