Πώς κατασκευάζεται το Fiberglass;

Το Fiberglass αναφέρεται σε μια ομάδα προϊόντων που κατασκευάζονται από μεμονωμένες ίνες γυαλιού συνδυασμένες σε μια ποικιλία μορφών. Οι ίνες γυαλιού μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες ανάλογα με τη γεωμετρία τους: συνεχείς ίνες που χρησιμοποιούνται σε νήματα και υφάσματα και στις ασυνεχείς (κοντές) ίνες που χρησιμοποιούνται ως ράβδοι, κουβέρτες ή σανίδες για μόνωση και διήθηση. Το υαλοβάμβακα μπορεί να διαμορφωθεί σε νήμα όπως το μαλλί ή το βαμβάκι και να υφαθεί σε ύφασμα που μερικές φορές χρησιμοποιείται για κουρτίνες. Τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα από υαλοβάμβακα χρησιμοποιούνται συνήθως ως ενισχυτικό υλικό για χυτευμένα και ελασματοποιημένα πλαστικά. Το μαλλί από υαλοβάμβακα, ένα παχύ, χνουδωτό υλικό κατασκευασμένο από ασυνεχείς ίνες, χρησιμοποιείται για θερμομόνωση και ηχοαπορρόφηση. Βρίσκεται συνήθως σε διαφράγματα και γάστρα πλοίων και υποβρυχίων. Διαμερίσματα κινητήρα αυτοκινήτου και επενδύσεις πλαισίου αμαξώματος. σε φούρνους και μονάδες κλιματισμού. ακουστικά πάνελ τοίχου και οροφής. και αρχιτεκτονικά χωρίσματα. Τα υαλοβάμβακα μπορούν να προσαρμοστούν για συγκεκριμένες εφαρμογές όπως ο Τύπος Ε (ηλεκτρικός), που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρική μονωτική ταινία, υφάσματα και ενίσχυση. Τύπου C (χημικό), που έχει ανώτερη αντίσταση στα οξέα, και Τύπου Τ, για θερμομόνωση.

Αν και η εμπορική χρήση των ινών γυαλιού είναι σχετικά πρόσφατη, οι τεχνίτες δημιούργησαν γυάλινες κλωστές για τη διακόσμηση κύπελλων και αγγείων κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης. Ένας Γάλλος φυσικός, ο Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, παρήγαγε κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα διακοσμημένα με λεπτές γυάλινες κλωστές το 1713 και Βρετανοί εφευρέτες επανέλαβαν το κατόρθωμα το 1822. Ένας Βρετανός μεταξωτής έφτιαξε ένα γυάλινο ύφασμα το 1842 και ένας άλλος εφευρέτης, ο Edward Libbey, εξέθεσε ένα φόρεμα από γυαλί στην Κολομβιανή Έκθεση του 1893 στο Σικάγο.

Ο υαλοβάμβακας, μια αφράτη μάζα από ασυνεχείς ίνες σε τυχαία μήκη, παρήχθη για πρώτη φορά στην Ευρώπη στις αρχές του αιώνα, χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που περιλάμβανε την έλξη ινών από τις ράβδους οριζόντια σε ένα περιστρεφόμενο τύμπανο. Αρκετές δεκαετίες αργότερα, μια διαδικασία spinning αναπτύχθηκε και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Το μονωτικό υλικό από ίνες γυαλιού κατασκευάστηκε στη Γερμανία κατά τη διάρκεια του Α' Παγκοσμίου Πολέμου. Η έρευνα και ανάπτυξη με στόχο τη βιομηχανική παραγωγή ινών γυαλιού προχώρησε στις Ηνωμένες Πολιτείες τη δεκαετία του 1930, υπό τη διεύθυνση δύο μεγάλων εταιρειών, της Owens-Illinois Glass Company και της Corning Glass Εργοστάσιο. Αυτές οι εταιρείες ανέπτυξαν μια λεπτή, εύκαμπτη, χαμηλού κόστους ίνα γυαλιού τραβώντας το λιωμένο γυαλί μέσα από πολύ λεπτά στόμια. Το 1938, αυτές οι δύο εταιρείες συγχωνεύτηκαν για να σχηματίσουν την Owens-Corning Fiberglas Corp. Τώρα, απλώς γνωστή ως Owens-Corning, έχει γίνει εταιρεία 3 δισεκατομμυρίων δολαρίων το χρόνο και είναι ηγέτης στην αγορά υαλοβάμβακα.

Πρώτες ύλες

Οι βασικές πρώτες ύλες για τα προϊόντα από υαλοβάμβακα είναι μια ποικιλία φυσικών ορυκτών και βιομηχανοποιημένων χημικών ουσιών. Τα κύρια συστατικά είναι η πυριτική άμμος, ο ασβεστόλιθος και η ανθρακική σόδα. Άλλα συστατικά μπορεί να περιλαμβάνουν πυρωμένη αλουμίνα, βόρακα, άστριο, νεφελίνη συενίτη, μαγνησίτη και άργιλο καολίνη, μεταξύ άλλων. Η πυριτική άμμος χρησιμοποιείται ως διαμορφωτής γυαλιού και η σόδα και ο ασβεστόλιθος βοηθούν κυρίως στη μείωση της θερμοκρασίας τήξης. Άλλα συστατικά χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων, όπως ο βόρακας για χημική αντοχή. Το απόβλητο γυαλί, που ονομάζεται επίσης cullet, χρησιμοποιείται επίσης ως πρώτη ύλη. Οι πρώτες ύλες πρέπει να ζυγίζονται προσεκτικά σε ακριβείς ποσότητες και να αναμειγνύονται καλά μεταξύ τους (που ονομάζεται batching) πριν λιωθούν σε γυαλί.

Η Κατασκευή
Διαδικασία

Τήξη

Μόλις προετοιμαστεί η παρτίδα, τροφοδοτείται σε κλίβανο για τήξη. Ο κλίβανος μπορεί να θερμαίνεται με ηλεκτρική ενέργεια, ορυκτά καύσιμα ή συνδυασμό των δύο. Η θερμοκρασία πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια για να διατηρείται ομαλή, σταθερή ροή του γυαλιού. Το λιωμένο γυαλί πρέπει να διατηρείται σε υψηλότερη θερμοκρασία (περίπου 2500°F [1371°C]) από άλλα είδη γυαλιού προκειμένου να μορφοποιηθεί σε ίνα. Μόλις λιώσει το γυαλί, μεταφέρεται στον εξοπλισμό διαμόρφωσης μέσω ενός καναλιού (προθάλαμος) που βρίσκεται στο άκρο του κλιβάνου.

Σχηματισμός σε ίνες

Για το σχηματισμό ινών χρησιμοποιούνται πολλές διαφορετικές διαδικασίες, ανάλογα με τον τύπο της ίνας. Οι υφαντικές ίνες μπορούν να σχηματιστούν από τηγμένο γυαλί απευθείας από τον κλίβανο ή το λιωμένο γυαλί μπορεί να τροφοδοτηθεί πρώτα σε μια μηχανή που σχηματίζει γυάλινα μάρμαρα διαμέτρου περίπου 0,62 ιντσών (1,6 cm). Αυτά τα μάρμαρα επιτρέπουν τον οπτικό έλεγχο του γυαλιού για ακαθαρσίες. Τόσο στη διαδικασία άμεσης τήξης όσο και στη διαδικασία τήξης μαρμάρου, τα μάρμαρα γυαλιού ή γυαλιού τροφοδοτούνται μέσω ηλεκτρικά θερμαινόμενων δακτυλίων (ονομάζονται επίσης κλωστές). Ο δακτύλιος είναι κατασκευασμένος από πλατίνα ή κράμα μετάλλων, με οπουδήποτε από 200 έως 3.000 πολύ λεπτά στόμια. Το λιωμένο γυαλί περνά από τα στόμια και βγαίνει ως λεπτά νημάτια.

Διαδικασία συνεχούς νήματος

Μια μακριά, συνεχής ίνα μπορεί να παραχθεί μέσω της διαδικασίας συνεχούς νήματος. Αφού το γυαλί ρέει μέσα από τις τρύπες στο δακτύλιο, πολλαπλοί κλώνοι πιάνονται σε ένα κουρδιστήρι υψηλής ταχύτητας. Το κουρδιστήρι περιστρέφεται με περίπου 2 μίλια (3 χλμ.) το λεπτό, πολύ πιο γρήγορα από τον ρυθμό ροής από τους δακτυλίους. Η τάση τραβά τα νημάτια ενώ είναι ακόμα λιωμένα, σχηματίζοντας κλώνους ένα κλάσμα της διαμέτρου των ανοιγμάτων στο δακτύλιο. Εφαρμόζεται ένα χημικό συνδετικό υλικό, το οποίο βοηθά να μην σπάσει η ίνα κατά τη μεταγενέστερη επεξεργασία. Στη συνέχεια, το νήμα τυλίγεται σε σωλήνες. Τώρα μπορεί να στρίψει και να διπλωθεί σε νήμα.

Διαδικασία συρραπτικών ινών

Μια εναλλακτική μέθοδος είναι η διαδικασία staplefiber. Καθώς το λιωμένο γυαλί ρέει μέσα από τους δακτυλίους, οι πίδακες αέρα ψύχουν γρήγορα τα νήματα. Οι τυρβώδεις εκρήξεις αέρα σπάνε επίσης τα νήματα σε μήκη 8-15 ιντσών (20-38 cm). Αυτά τα νήματα πέφτουν μέσω ενός ψεκασμού λιπαντικού σε ένα περιστρεφόμενο τύμπανο, όπου σχηματίζουν ένα λεπτό πλέγμα. Ο ιστός τραβιέται από το τύμπανο και τραβιέται σε ένα συνεχές σκέλος από χαλαρά συναρμολογημένες ίνες. Αυτό το σκέλος μπορεί να μετατραπεί σε νήμα με τις ίδιες διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για το μαλλί και το βαμβάκι.

Ψιλοκομμένες ίνες

Αντί να διαμορφωθεί σε νήμα, το συνεχές ή μακρόσυρτο σκέλος μπορεί να τεμαχιστεί σε μικρά μήκη. Ο κλώνος τοποθετείται σε ένα σετ από μπομπίνες, που ονομάζονται κύλινδρος, και τραβιέται μέσα από μια μηχανή που το κόβει σε μικρά κομμάτια. Η ψιλοκομμένη ίνα διαμορφώνεται σε ψάθες στα οποία προστίθεται ένα συνδετικό. Μετά τη σκλήρυνση σε φούρνο, το χαλάκι τυλίγεται σε ρολό. Διάφορα βάρη και πάχη δίνουν προϊόντα για έρπητα ζωστήρα, χτισμένες στέγες ή διακοσμητικά χαλάκια.

Υαλοβάμβακας

Η διαδικασία περιστροφικής ή κλώστης χρησιμοποιείται για την κατασκευή υαλοβάμβακα. Σε αυτή τη διαδικασία, λιωμένο γυαλί από τον κλίβανο ρέει σε ένα κυλινδρικό δοχείο με μικρές οπές. Καθώς το δοχείο περιστρέφεται γρήγορα, οριζόντια ρεύματα γυαλιού ρέουν έξω από τις τρύπες. Τα ρεύματα λιωμένου γυαλιού μετατρέπονται σε ίνες με μια έκρηξη αέρα προς τα κάτω, θερμού αερίου ή και των δύο. Οι ίνες πέφτουν σε έναν μεταφορικό ιμάντα, όπου συμπλέκονται μεταξύ τους σε μια ελαστική μάζα. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μόνωση ή το μαλλί μπορεί να ψεκαστεί με συνδετικό υλικό, να συμπιεστεί στο επιθυμητό πάχος και να σκληρυνθεί σε φούρνο. Η θερμότητα ρυθμίζει το συνδετικό και το προκύπτον προϊόν μπορεί να είναι μια άκαμπτη ή ημιάκαμπτη σανίδα ή μια εύκαμπτη ράβδος.

Προστατευτικές επικαλύψεις

Εκτός από τα συνδετικά, απαιτούνται και άλλες επικαλύψεις για προϊόντα από υαλοβάμβακα. Τα λιπαντικά χρησιμοποιούνται για τη μείωση της τριβής των ινών και είτε ψεκάζονται απευθείας στην ίνα είτε προστίθενται στο συνδετικό υλικό. Μια αντιστατική σύνθεση ψεκάζεται επίσης μερικές φορές στην επιφάνεια των μονωτικών τάπητων από υαλοβάμβακα κατά τη διάρκεια του βήματος ψύξης. Ο αέρας ψύξης που τραβιέται μέσα από το χαλάκι κάνει τον αντιστατικό παράγοντα να διεισδύσει σε όλο το πάχος του χαλιού. Ο αντιστατικός παράγοντας αποτελείται από δύο συστατικά—ένα υλικό που ελαχιστοποιεί την παραγωγή στατικού ηλεκτρισμού και ένα υλικό που χρησιμεύει ως αναστολέας διάβρωσης και σταθεροποιητής. Το μέγεθος είναι κάθε επίστρωση που εφαρμόζεται σε υφαντικές ίνες κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης και μπορεί να περιέχει ένα ή περισσότερα συστατικά (λιπαντικά, συνδετικά ή παράγοντες σύζευξης). Τα μέσα σύζευξης χρησιμοποιούνται σε κλώνους που θα χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση πλαστικών, για την ενίσχυση της σύνδεσης με το ενισχυμένο υλικό. Μερικές φορές απαιτείται μια εργασία φινιρίσματος για την αφαίρεση αυτών των επικαλύψεων ή για την προσθήκη άλλης επίστρωσης. Για πλαστικές ενισχύσεις, τα μεγέθη μπορούν να αφαιρεθούν με θερμότητα ή χημικά και να εφαρμοστεί ένας παράγοντας ζεύξης. Για διακοσμητικές εφαρμογές, τα υφάσματα πρέπει να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία για να αφαιρεθούν τα μεγέθη και να σταθεροποιηθεί η ύφανση. Στη συνέχεια εφαρμόζονται επιστρώσεις βάσης βαφής πριν από τη βαφή ή την εκτύπωση.

Μορφοποίηση σε σχήματα

Τα προϊόντα από υαλοβάμβακα διατίθενται σε μεγάλη ποικιλία σχημάτων, κατασκευασμένα με διάφορες διαδικασίες. Για παράδειγμα, η μόνωση σωλήνων από υαλοβάμβακα τυλίγεται σε σχήματα που μοιάζουν με ράβδο που ονομάζονται μαντρέλια απευθείας από τις μονάδες διαμόρφωσης, πριν από τη σκλήρυνση. Οι μορφές καλουπιού, σε μήκη 3 ποδιών (91 cm) ή λιγότερο, στη συνέχεια ωριμάζουν σε φούρνο. Τα σκληρυμένα μήκη στη συνέχεια αποκαλουπώνονται κατά μήκος και πριονίζονται σε καθορισμένες διαστάσεις. Εφαρμόζονται όψεις εάν απαιτείται και το προϊόν συσκευάζεται για αποστολή.

Ποιοτικός έλεγχος

Κατά την παραγωγή μόνωσης από υαλοβάμβακα, γίνεται δειγματοληψία υλικού σε διάφορα σημεία της διαδικασίας για τη διατήρηση της ποιότητας. Αυτές οι θέσεις περιλαμβάνουν: η μικτή παρτίδα που τροφοδοτείται στο ηλεκτρικό λιωτήριο. λιωμένο γυαλί από τον δακτύλιο που τροφοδοτεί τον ινώδη. ίνες γυαλιού που βγαίνουν από τη μηχανή ινών. και τελικό σκληρυμένο προϊόν που αναδύεται από το τέλος της γραμμής παραγωγής. Τα χύδην δείγματα γυαλιού και ινών αναλύονται για τη χημική σύνθεση και την παρουσία ελαττωμάτων χρησιμοποιώντας εξελιγμένους χημικούς αναλυτές και μικροσκόπια. Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων του υλικού παρτίδας λαμβάνεται με το πέρασμα του υλικού μέσω ενός αριθμού κόσκινων διαφορετικού μεγέθους. Το τελικό προϊόν μετράται για το πάχος μετά τη συσκευασία σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Μια αλλαγή στο πάχος υποδηλώνει ότι η ποιότητα του γυαλιού είναι κάτω από το πρότυπο.

Οι κατασκευαστές μονώσεων από υαλοβάμβακα χρησιμοποιούν επίσης μια ποικιλία τυποποιημένων διαδικασιών δοκιμών για τη μέτρηση, τη ρύθμιση και τη βελτιστοποίηση της ακουστικής αντίστασης, της ηχοαπορρόφησης και της απόδοσης του ηχητικού φραγμού του προϊόντος. Οι ακουστικές ιδιότητες μπορούν να ελεγχθούν με προσαρμογή τέτοιων μεταβλητών παραγωγής όπως η διάμετρος της ίνας, η χύδην πυκνότητα, το πάχος και η περιεκτικότητα σε συνδετικό υλικό. Μια παρόμοια προσέγγιση χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των θερμικών ιδιοτήτων.

Το Μέλλον

Η βιομηχανία fiberglass αντιμετωπίζει ορισμένες σημαντικές προκλήσεις κατά την υπόλοιπη δεκαετία του 1990 και μετά. Ο αριθμός των παραγωγών μόνωσης από υαλοβάμβακα έχει αυξηθεί λόγω των αμερικανικών θυγατρικών ξένων εταιρειών και της βελτίωσης της παραγωγικότητας από τους κατασκευαστές των ΗΠΑ. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα πλεονάζουσα παραγωγική ικανότητα, την οποία η τρέχουσα και ίσως η μελλοντική αγορά δεν μπορεί να χωρέσει.

Εκτός από την πλεονάζουσα χωρητικότητα, θα ανταγωνιστούν και άλλα μονωτικά υλικά. Ο πετροβάμβακας χρησιμοποιείται ευρέως λόγω πρόσφατων βελτιώσεων στη διαδικασία και στα προϊόντα. Η μόνωση από αφρό είναι μια άλλη εναλλακτική λύση στο fiberglass σε τοίχους κατοικιών και επαγγελματικές στέγες. Ένα άλλο ανταγωνιστικό υλικό είναι η κυτταρίνη, η οποία χρησιμοποιείται στη μόνωση σοφίτας.

Λόγω της χαμηλής ζήτησης για μόνωση λόγω της αγοράς μαλακών κατοικιών, οι καταναλωτές απαιτούν χαμηλότερες τιμές. Αυτή η ζήτηση είναι επίσης αποτέλεσμα της συνεχιζόμενης τάσης στην ενοποίηση των λιανοπωλητών και των εργολάβων. Σε απάντηση, η βιομηχανία μόνωσης από υαλοβάμβακα θα πρέπει να συνεχίσει να μειώνει το κόστος σε δύο βασικούς τομείς: την ενέργεια και το περιβάλλον. Θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν πιο αποδοτικοί κλίβανοι που δεν βασίζονται σε μία μόνο πηγή ενέργειας.

Με τις χωματερές να φτάνουν στη μέγιστη χωρητικότητα, οι κατασκευαστές υαλοβάμβακα θα πρέπει να επιτύχουν σχεδόν μηδενική απόδοση σε στερεά απόβλητα χωρίς αύξηση του κόστους. Αυτό θα απαιτήσει τη βελτίωση των διαδικασιών παραγωγής για τη μείωση των αποβλήτων (για υγρά και αέρια απόβλητα επίσης) και την επαναχρησιμοποίηση των απορριμμάτων όπου είναι δυνατόν.

Τέτοια απόβλητα μπορεί να απαιτούν επανεπεξεργασία και επανατήξη πριν επαναχρησιμοποιηθούν ως πρώτη ύλη. Αρκετοί κατασκευαστές αντιμετωπίζουν ήδη αυτά τα ζητήματα.