چگونه فایبرگلاس ساخته می شود؟

فایبرگلاس به گروهی از محصولات ساخته شده از الیاف شیشه ای جداگانه در انواع مختلفی اشاره دارد. الیاف شیشه ای را می توان با توجه به هندسه آنها به دو گروه اصلی تقسیم کرد: الیاف مداوم مورد استفاده در نخ و منسوجات و الیاف ناپیوسته (کوتاه) که به عنوان بات ، پتو یا تخته ای برای عایق و تصفیه استفاده می شود. فایبرگلاس را می توان در نخ تقریباً مانند پشم یا پنبه تشکیل داد و در پارچه ای بافته شده که گاهی اوقات برای پارچه استفاده می شود. منسوجات فایبرگلاس معمولاً به عنوان ماده تقویت شده برای پلاستیک های قالب دار و چند لایه مورد استفاده قرار می گیرند. پشم فایبرگلاس ، یک ماده ضخیم و کرکی ساخته شده از الیاف ناپیوسته ، برای عایق حرارتی و جذب صدا استفاده می شود. معمولاً در فله های کشتی و زیر دریایی و بدنه یافت می شود. محفظه های موتور خودرو و آستر صفحه بدنه ؛ در کوره ها و واحدهای تهویه مطبوع ؛ پانل های دیواری و سقف آکوستیک ؛ و پارتیشن های معماری فایبرگلاس را می توان برای برنامه های خاص مانند نوع E (الکتریکی) ، که به عنوان نوار عایق الکتریکی ، منسوجات و تقویت استفاده می شود ، تنظیم کرد. نوع C (شیمیایی) ، که از مقاومت اسید برتر و نوع T برای عایق حرارتی برخوردار است.

گرچه استفاده تجاری از فیبر شیشه ای نسبتاً اخیر است ، اما صنعتگران رشته های شیشه ای را برای تزئین اجاق ها و گلدان ها در طول دوره رنسانس ایجاد کردند. یک فیزیکدان فرانسوی ، Rene-Antoine Ferchault de Reaumur ، منسوجات تولید شده با رشته های شیشه ای ریز در سال 1713 ، و مخترعین انگلیسی این شاهکار را در سال 1822 کپی کردند. یک بافنده ابریشمی انگلیسی در سال 1842 پارچه شیشه ای ساخت و یک مخترع دیگر ، ادوارد لیبی ، به نمایش گذاشته شد. لباس بافته شده از شیشه در نمایشگاه 1893 کلمبیا در شیکاگو.

پشم شیشه ای ، یک توده کرکی از فیبر ناپیوسته در طول تصادفی ، برای اولین بار در اواخر قرن در اروپا تولید شد و با استفاده از فرایندی که شامل ترسیم الیاف از میله ها به صورت افقی به یک طبل گردان بود. چند دهه بعد ، یک فرآیند ریسندگی توسعه یافت و ثبت شد. مواد عایق فیبر شیشه ای در جنگ جهانی اول در آلمان تولید شد و تحقیقات و توسعه با هدف تولید صنعتی الیاف شیشه ای که در دهه 1930 در ایالات متحده پیشرفت کرد ، تحت هدایت دو شرکت بزرگ ، شرکت شیشه ای اوونز-ایلینویز و Corning Glass کار می کند. این شرکت ها با ترسیم شیشه های مذاب از طریق حفره های بسیار ریز ، فیبر شیشه ای ریز و با هزینه کم تولید کردند. در سال 1938 ، این دو شرکت به شکل Owens-Corning Fiberglas Corp. که اکنون به عنوان Owens-Corning شناخته می شود ، ادغام شده اند ، به یک شرکت 3 میلیارد دلاری در سال تبدیل شده است و یک رهبر در بازار فایبرگلاس است.

مواد اولیه

مواد اولیه اولیه برای محصولات فایبرگلاس انواع مواد معدنی طبیعی و مواد شیمیایی تولیدی است. عمده ترین مواد تشکیل دهنده سیلیس ، سنگ آهک و خاکستر سودا است. سایر مواد تشکیل دهنده ممکن است شامل آلومینا کلسینه شده ، بوراکس ، فلدسپار ، نفلین سینیت ، منیزیت و خاک رس کائولین باشد. ماسه سیلیس به عنوان شیشه سابق استفاده می شود و خاکستر سودا و سنگ آهک در درجه اول به کاهش دمای ذوب کمک می کند. از سایر مواد برای بهبود خصوصیات خاص ، مانند بوراکس برای مقاومت در برابر شیمیایی استفاده می شود. شیشه زباله ، که به آن کولت نیز گفته می شود ، به عنوان ماده اولیه نیز استفاده می شود. مواد اولیه باید با دقت در مقادیر دقیق وزن شوند و قبل از ذوب شدن در شیشه ، کاملاً با هم مخلوط شوند (به نام دسته بندی).

ساخت
فرآیند

ذوب شدن

پس از آماده شدن دسته ، آن را برای ذوب شدن به کوره تغذیه می کند. کوره ممکن است با برق ، سوخت فسیلی یا ترکیبی از این دو گرم شود. برای حفظ جریان صاف و پایدار شیشه ، باید دما دقیقاً کنترل شود. شیشه مذاب باید در دمای بالاتر (حدود 2500 درجه فارنهایت [1371 درجه سانتیگراد]) نسبت به سایر انواع شیشه نگه داشته شود تا در فیبر شکل بگیرد. پس از مذاب شیشه ، از طریق یک کانال (پیشانی) واقع در انتهای کوره به تجهیزات تشکیل دهنده منتقل می شود.

تشکیل الیاف

بسته به نوع فیبر ، چندین فرآیند مختلف برای تشکیل الیاف استفاده می شود. الیاف نساجی ممکن است از شیشه مذاب به طور مستقیم از کوره تشکیل شود ، یا ممکن است شیشه مذاب ابتدا به دستگاهی تغذیه شود که به قطر آن تیله های شیشه ای در حدود 0.62 اینچ (1.6 سانتی متر) تشکیل می شود. این تیله ها اجازه می دهند شیشه از نظر بینایی برای ناخالصی ها مورد بازرسی قرار گیرد. در هر دو فرآیند ذوب ذوب و مرمر مستقیم ، تیله های شیشه ای یا شیشه ای از طریق بوته های گرم شده برقی تغذیه می شوند (که به آن Spinnerets نیز گفته می شود). بوشینگ از پلاتین یا آلیاژ فلزی ساخته شده است ، و در هر جایی از 200 تا 3000 اوج بسیار خوب. شیشه مذاب از طریق حفره ها عبور می کند و به عنوان رشته های خوب بیرون می آید.

فرآیند داستان مداوم

فیبر طولانی و مداوم را می توان از طریق فرآیند داستان مداوم تولید کرد. پس از جاری شدن شیشه در سوراخ های موجود در بوش ، چندین رشته در یک بادگیر با سرعت بالا گرفتار می شوند. Winder در حدود 2 مایل (3 کیلومتر) در دقیقه می چرخد ​​، بسیار سریعتر از سرعت جریان از بوش ها. تنش رشته ها را در حالی که هنوز مذاب است ، بیرون می کشد و بخشی از قطر دهانه های موجود در بوش را تشکیل می دهد. یک اتصال دهنده شیمیایی اعمال می شود ، که به جلوگیری از شکستن فیبر در هنگام پردازش بعدی کمک می کند. سپس رشته روی لوله ها پیچیده می شود. اکنون می توان آن را پیچیده و به نخ تبدیل کرد.

فرآیند فیبر اصلی

یک روش جایگزین فرآیند Staplefiber است. با جاری شدن شیشه مذاب در میان بوش ها ، جت های هوا به سرعت رشته ها را خنک می کنند. پشت سر هم آشفته هوا همچنین رشته ها را به طول 8-15 اینچ (20-38 سانتی متر) می شکند. این رشته ها از طریق اسپری روان کننده بر روی یک طبل گردان ، جایی که یک وب نازک تشکیل می دهند ، قرار می گیرند. وب از طبل کشیده می شود و به یک رشته مداوم از الیاف مونتاژ شده مونتاژ می شود. این رشته را می توان با همان فرآیندهای مورد استفاده برای پشم و پنبه به نخ پردازش کرد.

فیبر خرد شده

به جای اینکه در نخ تشکیل شود ، ممکن است رشته مداوم یا طولانی مدت به طول کوتاه خرد شود. این رشته بر روی مجموعه ای از باب ها به نام Creel سوار شده و از طریق دستگاهی که آن را به قطعات کوتاه خرد می کند ، کشیده می شود. فیبر خرد شده به تشک هایی که یک اتصال دهنده به آن اضافه می شود تشکیل می شود. بعد از پختن در فر ، تشک چرخانده می شود. وزن و ضخامت های مختلف محصولاتی را برای زونا ، بام ساخته شده یا تشک های تزئینی می دهد.

پشم شیشه

فرآیند چرخشی یا اسپینر برای تهیه پشم شیشه ای استفاده می شود. در این فرایند ، شیشه مذاب از کوره به داخل یک ظرف استوانه ای که دارای سوراخ های کوچک است ، جریان می یابد. همانطور که کانتینر به سرعت می چرخد ​​، جریان های افقی شیشه از سوراخ ها بیرون می آیند. جریانهای شیشه ای مذاب با انفجار رو به پایین هوا ، گاز گرم یا هر دو به الیاف تبدیل می شوند. الیاف روی یک کمربند نقاله قرار می گیرند ، جایی که در یک توده پشم گوسفند با یکدیگر در هم می آمیزند. این می تواند برای عایق استفاده شود ، یا می توان پشم را با یک چسب اسپری کرد ، به ضخامت مورد نظر فشرده شد و در فر درمان شد. گرما چسب را تنظیم می کند ، و محصول حاصل ممکن است یک تخته سفت و سخت یا نیمه سفت و یا یک خفاش انعطاف پذیر باشد.

پوشش های محافظ

علاوه بر اتصال دهنده ها ، پوشش های دیگر برای محصولات فایبرگلاس مورد نیاز است. از روان کننده ها برای کاهش سایش فیبر استفاده می شود و یا مستقیماً روی فیبر پاشیده می شوند یا به چسب اضافه می شوند. یک ترکیب ضد استاتیک نیز گاهی اوقات بر روی سطح تشک عایق فایبرگلاس در مرحله خنک کننده اسپری می شود. هوای خنک کننده از طریق تشک باعث می شود که ماده ضد استاتیک به کل ضخامت تشک نفوذ کند. ماده ضد استاتیک از دو ماده تشکیل شده است-ماده ای که تولید برق استاتیک را به حداقل می رساند ، و ماده ای که به عنوان یک مهار کننده و تثبیت کننده خوردگی عمل می کند. اندازه گیری هر روکش است که در عملیات شکل گیری روی الیاف نساجی اعمال می شود و ممکن است حاوی یک یا یا یا باشد مؤلفه های بیشتر (روان کننده ها ، اتصال دهنده ها یا عوامل اتصال). از عوامل اتصال در رشته هایی که برای تقویت پلاستیک استفاده می شود ، برای تقویت پیوند به مواد تقویت شده استفاده می شود. بعضی اوقات برای حذف این پوشش ها یا اضافه کردن یک پوشش دیگر ، یک عملیات نهایی لازم است. برای تقویت های پلاستیکی ، ممکن است با گرما یا مواد شیمیایی و یک ماده اتصال دهنده اعمال شود. برای کاربردهای تزئینی ، پارچه ها باید برای از بین بردن عوارض و تنظیم بافت ، از گرما استفاده شوند. پوشش های پایه رنگ قبل از مرگ یا چاپ اعمال می شوند.

شکل گیری به شکل

محصولات فایبرگلاس در طیف گسترده ای از شکل ها ، با استفاده از چندین فرآیند ساخته شده اند. به عنوان مثال ، عایق لوله فایبرگلاس بر روی اشکال میله مانند به نام ماندل به طور مستقیم از واحدهای تشکیل دهنده ، قبل از پخت ، زخم می شود. فرم های قالب ، به طول 3 فوت (91 سانتی متر) یا کمتر ، در یک اجاق گاز درمان می شوند. طول درمان شده سپس به طول از بین می رود و به ابعاد مشخص شده اره می شود. در صورت لزوم از چهره استفاده می شود و محصول برای حمل و نقل بسته بندی می شود.

کنترل کیفیت

در طی تولید عایق فایبرگلاس ، برای حفظ کیفیت ، مواد در تعدادی از مکان های موجود در این فرآیند نمونه برداری می شود. این مکان ها عبارتند از: دسته ای مخلوط که به آبکش برقی تغذیه می شود. شیشه مذاب از بوشینگ که فیبریزر را تغذیه می کند. فیبر شیشه ای از دستگاه فیبریزر بیرون می آید. و محصول نهایی درمان شده از انتهای خط تولید در حال ظهور است. نمونه های شیشه ای فله و فیبر برای ترکیب شیمیایی و وجود نقص ها با استفاده از آنالایزرهای شیمیایی پیشرفته و میکروسکوپ ها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. توزیع اندازه ذرات از مواد دسته ای با عبور از مواد از طریق تعدادی از غربال های مختلف به دست می آید. محصول نهایی برای ضخامت پس از بسته بندی مطابق با مشخصات اندازه گیری می شود. تغییر ضخامت نشان می دهد که کیفیت شیشه زیر استاندارد است.

تولید کنندگان عایق فایبرگلاس همچنین از انواع روشهای تست استاندارد برای اندازه گیری ، تنظیم و بهینه سازی مقاومت آکوستیک محصول ، جذب صدا و عملکرد سد صدا استفاده می کنند. خواص آکوستیک را می توان با تنظیم متغیرهای تولیدی مانند قطر فیبر ، چگالی فله ، ضخامت و محتوای اتصال کنترل کرد. یک روش مشابه برای کنترل خصوصیات حرارتی استفاده می شود.

آینده

صنعت فایبرگلاس نسبت به بقیه دهه 1990 و بعد از آن با چالش های اساسی روبرو است. تعداد تولید کنندگان عایق فایبرگلاس به دلیل شرکتهای تابعه آمریکایی شرکتهای خارجی و پیشرفت در بهره وری توسط تولید کنندگان آمریکایی افزایش یافته است. این منجر به ظرفیت بیش از حد شده است که بازار فعلی و شاید آینده نمی تواند در آن جای بگیرد.

علاوه بر ظرفیت اضافی ، سایر مواد عایق نیز به رقابت می پردازند. پشم سنگ به دلیل بهبود فرآیند و بهبود محصول به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. عایق فوم جایگزین دیگری برای فایبرگلاس در دیوارهای مسکونی و سقفهای تجاری است. یکی دیگر از مواد رقیب سلولز است که در عایق اتاق زیر شیروانی استفاده می شود.

به دلیل تقاضای کم عایق به دلیل بازار مسکن نرم ، مصرف کنندگان خواستار قیمت پایین تر هستند. این تقاضا همچنین نتیجه روند مداوم در ادغام خرده فروشان و پیمانکاران است. در پاسخ ، صنعت عایق فایبرگلاس باید در دو حوزه اصلی به کاهش هزینه ها ادامه دهد: انرژی و محیط. از کوره های کارآمدتر استفاده می شود که فقط به یک منبع انرژی متکی نیستند.

با دستیابی به محل های دفن زباله به حداکثر ظرفیت ، تولید کنندگان فایبرگلاس بدون افزایش هزینه ها باید تقریباً صفر بر روی زباله های جامد دست یابند. این امر به بهبود فرآیندهای تولید برای کاهش زباله (برای زباله های مایع و گاز) و استفاده مجدد از زباله در هر کجا ممکن است.

چنین زباله هایی ممکن است قبل از استفاده مجدد به عنوان ماده اولیه ، نیاز به پردازش مجدد و بازسازی مجدد داشته باشند. چندین تولید کننده در حال حاضر به این مسائل پرداخته اند.