Kuidas klaaskiudu valmistatakse?

Klaaskiud viitab toodete rühmale, mis on valmistatud erinevatest vormidest kombineeritud üksikutest klaaskiududest. Klaaskiud võib nende geomeetria järgi jagada kahte suurde rühma: pidevad kiud, mida kasutatakse lõngades ja tekstiilides, ning katkendlikud (lühikesed) kiud, mida kasutatakse vattide, tekkide või plaatidena isolatsiooniks ja filtreerimiseks. Klaaskiust saab moodustada lõnga sarnaselt villa või puuvillaga ja kootud kangaks, mida mõnikord kasutatakse kardinate jaoks. Klaaskiust tekstiili kasutatakse tavaliselt vormitud ja lamineeritud plastide tugevdusmaterjalina. Klaaskiudvilla, paksu, koheva materjali, mis on valmistatud katkendlikest kiududest, kasutatakse soojusisolatsiooniks ja helisummutamiseks. Seda leidub tavaliselt laevade ja allveelaevade vaheseintes ja keredes; autode mootoriruumid ja kerepaneelide vooderdised; ahjudes ja kliimaseadmetes; akustilised seina- ja laepaneelid; ja arhitektuursed vaheseinad. Klaaskiudu saab kohandada konkreetsete rakenduste jaoks, nagu tüüp E (elektriline), mida kasutatakse elektriisolatsioonilindina, tekstiili ja tugevdusena; Tüüp C (keemiline), millel on suurepärane happekindlus, ja tüüp T, soojusisolatsiooni jaoks.

Kuigi klaaskiu kaubanduslik kasutamine on suhteliselt hiljutine, lõid käsitöölised renessansiajal klaasist kiud pokaalide ja vaaside kaunistamiseks. Prantsuse füüsik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur tootis 1713. aastal peente klaaskiududega kaunistatud tekstiile ja Briti leiutajad kordasid seda 1822. aastal. Briti siidikuduja valmistas 1842. aastal klaaskanga ja teine ​​leiutaja Edward Libbey eksponeeris klaasist kootud kleit 1893. aasta Columbia näitusel Chicagos.

Klaasvilla, juhusliku pikkusega katkendliku kiu kohev mass, toodeti Euroopas esmakordselt sajandivahetusel, kasutades protsessi, mis hõlmas kiudude tõmbamist varrastelt horisontaalselt pöörlevale trumlile. Mitu aastakümmet hiljem töötati välja ja patenteeriti ketrusprotsess. Klaaskiust isolatsioonimaterjali toodeti Saksamaal Esimese maailmasõja ajal. Klaaskiudude tööstuslikule tootmisele suunatud teadus- ja arendustegevus edenes Ameerika Ühendriikides 1930. aastatel kahe suure ettevõtte, Owens-Illinois Glass Company ja Corning Glassi juhtimisel. Töötab. Need ettevõtted töötasid välja peene, painduva ja odava klaaskiu, tõmmates sulaklaasi läbi väga peente avade. 1938. aastal ühinesid need kaks ettevõtet, moodustades Owens-Corning Fiberglas Corp. Nüüd tuntud kui Owens-Corning, sellest on saanud 3 miljardit dollarit aastas töötav ettevõte ja see on klaaskiudude turuliider.

Tooraine

Klaaskiudtoodete põhitooraineks on mitmesugused looduslikud mineraalid ja valmistatud kemikaalid. Peamised koostisosad on räniliiv, lubjakivi ja sooda. Muude koostisosade hulka võivad kuuluda muu hulgas kaltsineeritud alumiiniumoksiid, booraks, päevakivi, nefeliinsüeniit, magnesiit ja kaoliinsavi. Klaasimoodustajana kasutatakse räniliiva ning sooda ja lubjakivi aitavad eelkõige alandada sulamistemperatuuri. Teisi koostisosi kasutatakse teatud omaduste parandamiseks, näiteks booraksit keemilise vastupidavuse tagamiseks. Klaasijäätmeid, mida nimetatakse ka klaasipuruks, kasutatakse ka toorainena. Toormaterjalid tuleb enne klaasiks sulatamist hoolikalt kaaluda täpsetes kogustes ja põhjalikult kokku segada (nn partiideks).

Tootmine
Protsess

Sulamine

Kui partii on ette valmistatud, suunatakse see sulatamiseks ahju. Ahju võib kütta elektri, fossiilkütuste või nende kahe kombinatsiooniga. Temperatuuri tuleb täpselt reguleerida, et hoida klaasi sujuvat ja ühtlast voolamist. Sulaklaasi tuleb hoida kõrgemal temperatuuril (umbes 2500 °F [1371 °C]) kui muud tüüpi klaasi, et see muutuks kiududeks. Kui klaas sulab, kantakse see ahju otsas asuva kanali (eeskolle) kaudu vormimisseadmesse.

Moodustumine kiududeks

Kiudude moodustamiseks kasutatakse mitut erinevat protsessi, olenevalt kiu tüübist. Tekstiilkiud võib moodustada sulaklaasist otse ahjust või suunata sulaklaasi esmalt masinasse, mis moodustab umbes 0,62 tolli (1,6 cm) läbimõõduga klaasist marmoreid. Need marmorid võimaldavad klaasi visuaalselt kontrollida lisandite suhtes. Nii otsesel sulatus- kui ka marmorisulatusprotsessil juhitakse klaas või klaasist marmor läbi elektriliselt soojendatavate läbiviikude (nimetatakse ka ketrustorudeks). Puks on valmistatud plaatinast või metallisulamist, millel on 200–3000 väga peent ava. Sulaklaas läbib avasid ja väljub peente filamentidena.

Pidev filamentprotsess

Pideva hõõgniidi protsessi abil saab toota pikka pidevat kiudu. Pärast seda, kui klaas voolab läbi puksi aukude, haaratakse kiirele kerijale mitu kiudu. Kerimisseade pöörleb umbes 2 miili (3 km) minutis, mis on palju kiirem kui pukside voolukiirus. Pinge tõmbab kiud välja, kui need on veel sulanud, moodustades kiud, mis on murdosa puksi avade läbimõõdust. Kasutatakse keemilist sideainet, mis aitab vältida kiudude purunemist hilisemal töötlemisel. Seejärel keritakse hõõgniit torudele. Nüüd saab seda keerata ja lõngaks keerata.

Staapelkiudprotsess

Alternatiivne meetod on staapelkiudprotsess. Kui sulaklaas voolab läbi pukside, jahutavad õhujoad filamente kiiresti. Turbulentsed õhupuhangud lõhuvad hõõgniidid ka 8–15 tolli (20–38 cm) pikkusteks. Need kiud langevad läbi määrdeaine pihusti pöörlevale trumlile, kus nad moodustavad õhukese võrgu. Lint tõmmatakse trumlist välja ja tõmmatakse lõdvalt kokku pandud kiudude pidevaks ahelaks. Seda lõnga saab töödelda lõngaks samade protsessidega, mida kasutatakse villa ja puuvilla puhul.

Tükeldatud kiud

Lõngaks vormimise asemel võib pideva või pika klambriga lõnga tükeldada lühikesteks osadeks. Niit kinnitatakse poolide komplektile, mida nimetatakse kreeliks, ja tõmmatakse läbi masina, mis lõikab selle lühikesteks tükkideks. Tükeldatud kiust vormitakse matid, millele lisatakse sideainet. Pärast ahjus kuivatamist keeratakse matt kokku. Erinevate raskuste ja paksustega saab tooteid katusesindlite, ehitatud katusekatete või dekoratiivmattide jaoks.

Klaasvill

Klaasvilla valmistamiseks kasutatakse pöörd- või ketrusprotsessi. Selle protsessi käigus voolab sulaklaas ahjust silindrilisse anumasse, millel on väikesed augud. Kui anum pöörleb kiiresti, voolavad aukudest välja horisontaalsed klaasijoad. Sulaklaasi joad muudetakse kiududeks õhu, kuuma gaasi või mõlema allapoole suunatud puhumisel. Kiud langevad konveierilindile, kus nad põimuvad üksteisega pehmeks massiks. Seda saab kasutada isolatsiooniks või pihustada villa sideainega, pressida soovitud paksuseks ja kuivatada ahjus. Kuumus kinnitab sideaine ja tulemuseks võib olla jäik või pooljäik plaat või painduv vatt.

Kaitsekatted

Klaaskiudtoodete puhul on lisaks sideainetele vaja ka muid katteid. Määrdeaineid kasutatakse kiudude hõõrdumise vähendamiseks ja need kas pihustatakse otse kiule või lisatakse sideainesse. Mõnikord pihustatakse jahutusfaasis klaaskiust isolatsioonimattide pinnale antistaatilist koostist. Läbi mati tõmmatud jahutusõhk paneb antistaatilise aine läbima kogu mati paksuse. Antistaatiline aine koosneb kahest koostisosast – materjalist, mis minimeerib staatilise elektri teket, ja materjalist, mis toimib korrosiooniinhibiitori ja stabilisaatorina. Suuruse määramine on mis tahes kattekiht, mis kantakse tekstiilkiududele vormimisoperatsiooni käigus ja mis võib sisaldada ühte või rohkem komponente (määrdeained, sideained või sideained). Sideaineid kasutatakse kiududel, mida kasutatakse plastide tugevdamiseks, tugevdatud materjaliga sideme tugevdamiseks. Mõnikord on nende kattekihtide eemaldamiseks või teise katte lisamiseks vaja viimistleda. Plastmassist tugevduste puhul võib liistud eemaldada kuumuse või kemikaalidega ja kasutada sideainet. Dekoratiivseks kasutamiseks tuleb kangaid kuumtöödelda, et eemaldada liimid ja kududa. Seejärel kantakse enne värvimist või trükkimist värvi aluskatted.

Kujunditeks vormimine

Klaaskiust tooteid on väga erineva kujuga, mis on valmistatud mitme protsessi abil. Näiteks keritakse klaaskiust torude isolatsioon enne kõvenemist otse vormimisüksustest vardakujulistele vormidele, mida nimetatakse südamikeks. Seejärel kuivatatakse ahjus kuni 91 cm pikkused vormivormid. Kõvenenud pikkused eemaldatakse seejärel pikisuunas vormist ja saetakse kindlaksmääratud mõõtudeks. Vajadusel paigaldatakse katted ja toode pakitakse saatmiseks.

Kvaliteedikontroll

Klaaskiust isolatsiooni tootmise ajal võetakse kvaliteedi säilitamiseks materjali proovid mitmest protsessist. Need kohad hõlmavad järgmist: segapartii juhitakse elektrisulatusseadmesse; sulaklaasi läbiviigust, mis toidab fiiberit; fiibermasinast väljuv klaaskiud; ja lõpp-kuivatatud toode, mis väljub tootmisliini lõpust. Klaasi ja kiu koguproove analüüsitakse keerukate keemiliste analüsaatorite ja mikroskoopide abil keemilise koostise ja vigade esinemise suhtes. Partii materjali osakeste suuruse jaotus saadakse materjali läbilaskmisel mitme erineva suurusega sõelaga. Lõpptoote paksust mõõdetakse pärast pakendamist vastavalt spetsifikatsioonidele. Paksuse muutus näitab, et klaasi kvaliteet on standardist madalam.

Klaaskiust isolatsioonitootjad kasutavad toote akustilise takistuse, heli neeldumise ja helibarjääri jõudluse mõõtmiseks, reguleerimiseks ja optimeerimiseks ka mitmesuguseid standardiseeritud katseprotseduure. Akustilisi omadusi saab reguleerida selliste tootmismuutujate reguleerimisega nagu kiu läbimõõt, puistetihedus, paksus ja sideainesisaldus. Sarnast lähenemist kasutatakse termiliste omaduste kontrollimiseks.

Tulevik

Klaaskiutööstus seisab silmitsi suurte väljakutsetega 1990. aastatel ja pärast seda. Klaaskiust isolatsiooni tootjate arv on kasvanud tänu välismaiste ettevõtete Ameerika tütarettevõtetele ja USA tootjate tootlikkuse paranemisele. See on toonud kaasa ülevõimsuse, mida praegune ja võib-olla ka tulevane turg ei suuda vastu võtta.

Lisaks liigsele võimsusele võistlevad teised isolatsioonimaterjalid. Kivivilla on viimaste protsesside ja toodete täiustamise tõttu laialdaselt kasutatud. Vahtplastist isolatsioon on teine ​​alternatiiv klaaskiule elamuseintes ja ärikatustes. Teine konkureeriv materjal on tselluloos, mida kasutatakse pööningu soojustamisel.

Kuna nõudlus isolatsiooni järele on pehme eluasemeturu tõttu madal, nõuavad tarbijad madalamaid hindu. See nõudlus tuleneb ka jätkuvast jaemüüjate ja töövõtjate konsolideerumistrendist. Vastuseks sellele peab klaaskiust isolatsioonitööstus jätkama kulude kärpimist kahes suures valdkonnas: energia ja keskkond. Kasutada tuleb tõhusamaid ahjusid, mis ei sõltu ainult ühest energiaallikast.

Kui prügilad saavutavad maksimaalse võimsuse, peavad klaaskiu tootjad saavutama tahkete jäätmete tootmise peaaegu nulli ilma kulusid suurendamata. See nõuab tootmisprotsesside täiustamist, et vähendada jäätmeteket (ka vedelate ja gaasijäätmete puhul) ning jäätmete korduskasutamist igal võimalusel.

Sellised jäätmed võivad enne toorainena taaskasutamist vajada ümbertöötlemist ja ümbersulatamist. Mitmed tootjad on nende probleemidega juba tegelenud.