Kuinka lasikuitu valmistetaan?

Lasikuidulla tarkoitetaan tuoteryhmää, joka on valmistettu yksittäisistä lasikuiduista, jotka on yhdistetty erilaisiin muotoihin. Lasikuidut voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään niiden geometrian mukaan: jatkuvat kuidut, joita käytetään langoissa ja tekstiileissä, sekä epäjatkuvat (lyhyet) kuidut, joita käytetään vanuina, peitteinä tai eristys- ja suodatuslevyinä. Lasikuitu voidaan muodostaa langaksi, kuten villasta tai puuvillasta, ja kudosta kankaaksi, jota joskus käytetään verhoissa. Lasikuitutekstiilejä käytetään yleisesti muovattujen ja laminoitujen muovien vahvistusmateriaalina. Lasikuituvillaa, paksua, pörröistä materiaalia, joka on valmistettu epäjatkuvista kuiduista, käytetään lämmöneristykseen ja äänenvaimennuksena. Sitä esiintyy yleisesti laivojen ja sukellusveneiden laipioissa ja rungoissa; autojen moottoritilat ja koripaneelien vuoraukset; uuneissa ja ilmastointilaitteissa; akustiset seinä- ja kattopaneelit; ja arkkitehtoniset väliseinät. Lasikuitu voidaan räätälöidä tiettyihin sovelluksiin, kuten tyyppi E (sähkö), jota käytetään sähköeristenauhana, tekstiileinä ja lujitemateriaalina; Tyyppi C (kemiallinen), jolla on erinomainen haponkestävyys, ja tyyppi T lämmöneristykseen.

Vaikka lasikuidun kaupallinen käyttö on suhteellisen uutta, käsityöläiset loivat lasisäikeitä pikarien ja maljakoiden koristeluun renessanssin aikana. Ranskalainen fyysikko Rene-Antoine Ferchault de Reaumur valmisti hienoilla lasisäikeillä koristeltuja tekstiilejä vuonna 1713, ja brittiläiset keksijät kopioivat saavutuksen vuonna 1822. Brittiläinen silkkikutoja teki lasikankaan vuonna 1842, ja toinen keksijä, Edward Libbey, esitteli lasista kudottu mekko 1893 Columbian Exposition Chicagossa.

Lasivillaa, kuohkeaa satunnaisten pituuksien epäjatkuvien kuitujen massaa, valmistettiin ensimmäisen kerran Euroopassa vuosisadan vaihteessa prosessilla, jossa kuituja vedettiin sauvoista vaakasuoraan pyörivään rumpuun. Useita vuosikymmeniä myöhemmin kehruuprosessi kehitettiin ja patentoitiin. Lasikuitueristemateriaalia valmistettiin Saksassa ensimmäisen maailmansodan aikana. Lasikuitujen teolliseen tuotantoon tähtäävä tutkimus ja kehitys eteni Yhdysvalloissa 1930-luvulla kahden suuren yrityksen, Owens-Illinois Glass Companyn ja Corning Glassin johdolla. Toimii. Nämä yritykset kehittivät hienon, taipuisan ja edullisen lasikuidun vetämällä sulaa lasia erittäin hienojen aukkojen läpi. Vuonna 1938 nämä kaksi yritystä sulautuivat muodostivat Owens-Corning Fiberglas Corp. Nykyään yksinkertaisesti Owens-Corning, siitä on tullut 3 miljardin dollarin vuosiyhtiö, ja se on johtava lasikuitumarkkinoilla.

Raaka-aineet

Lasikuitutuotteiden perusraaka-aineita ovat erilaiset luonnonmineraalit ja valmistetut kemikaalit. Tärkeimmät ainesosat ovat piidioksidihiekka, kalkkikivi ja sooda. Muita ainesosia voivat olla muun muassa kalsinoitu alumiinioksidi, booraksi, maasälpä, nefeliinisyeniitti, magnesiitti ja kaoliinisavi. Silica hiekkaa käytetään lasinmuodostajana, ja sooda ja kalkkikivi auttavat ensisijaisesti alentamaan sulamislämpötilaa. Muita ainesosia käytetään parantamaan tiettyjä ominaisuuksia, kuten booraksia kemiallisen kestävyyden vuoksi. Raaka-aineena käytetään myös jätelasia, jota kutsutaan myös lasimurskaksi. Raaka-aineet on punnittava huolellisesti tarkat määrät ja sekoitettava huolellisesti keskenään (kutsutaan eräksi) ennen sulattamista lasiksi.

Tuotanto
Käsitellä

Sulaminen

Kun erä on valmistettu, se syötetään uuniin sulatusta varten. Uuni voidaan lämmittää sähköllä, fossiilisilla polttoaineilla tai näiden yhdistelmällä. Lämpötilaa on säädettävä tarkasti, jotta lasin virtaus pysyy tasaisena. Sula lasi on pidettävä korkeammassa lämpötilassa (noin 2500 °F [1371 °C]) kuin muun tyyppinen lasi, jotta se muodostuisi kuiduksi. Kun lasi on sulanut, se siirretään muodostuslaitteistoon uunin päässä sijaitsevan kanavan (etuahteen) kautta.

Muodostuu kuiduiksi

Kuitujen muodostamiseen käytetään useita erilaisia ​​prosesseja kuitutyypistä riippuen. Tekstiilikuituja voidaan muodostaa sulasta lasista suoraan uunista tai sula lasi voidaan syöttää ensin koneeseen, joka muodostaa halkaisijaltaan noin 0,62 tuuman (1,6 cm) lasimarbleja. Nämä marmorit mahdollistavat lasin visuaalisen tarkastuksen epäpuhtauksien varalta. Sekä suorasulatus- että marmorisulatusprosessissa lasi tai lasimarmorit syötetään sähköisesti lämmitettävien holkkien (kutsutaan myös kehruiksi) kautta. Holkki on valmistettu platinasta tai metalliseoksesta, ja siinä on 200 - 3 000 erittäin hienoa aukkoa. Sula lasi kulkee aukkojen läpi ja tulee ulos hienoina filamentteina.

Jatkuva filamenttiprosessi

Pitkä, jatkuva kuitu voidaan tuottaa jatkuvan filamenttiprosessin avulla. Kun lasi virtaa holkin reikien läpi, useat säikeet tarttuvat nopeaan kelauskoneeseen. Kelauskone pyörii noin 2 mailia (3 km) minuutissa, paljon nopeammin kuin virtausnopeus holkeista. Jännitys vetää filamentit ulos vielä sulana muodostaen säikeitä murto-osan holkin aukkojen halkaisijasta. Käytetään kemiallista sideainetta, joka auttaa estämään kuidun rikkoutumisen myöhemmän käsittelyn aikana. Filamentti kierretään sitten putkille. Sen voi nyt kiertää ja kiristää langaksi.

Niittokuituprosessi

Vaihtoehtoinen menetelmä on katkokuituprosessi. Kun sula lasi virtaa holkkien läpi, ilmasuihkut jäähdyttävät filamentit nopeasti. Myrskyisät ilmapurkaukset myös rikkovat filamentit 8-15 tuuman (20-38 cm) pituisiksi. Nämä filamentit putoavat voiteluainesuihkun läpi pyörivään rumpuun, jossa ne muodostavat ohuen rainan. Raina vedetään rummusta ja vedetään jatkuvaksi säikeeksi löyhästi koottuja kuituja. Tämä säie voidaan jalostaa langaksi samoilla menetelmillä kuin villalle ja puuvillalle.

Hienonnettu kuitu

Sen sijaan, että jatkuva tai pitkä niittilanka muodostettaisiin langaksi, se voidaan katkaista lyhyiksi pituuksiksi. Lanka kiinnitetään puolasarjaan, jota kutsutaan rulliksi, ja vedetään koneen läpi, joka pilkkoo sen lyhyiksi paloiksi. Katkokuiduista muodostetaan mattoja, joihin lisätään sideainetta. Uunissa kovettamisen jälkeen matto kääritään rullalle. Eri painot ja paksuudet antavat tuotteita vyöruusuihin, rakennettuihin kattoihin tai koristemattoihin.

Lasivillaa

Kierto- tai kehruuprosessia käytetään lasivillan valmistukseen. Tässä prosessissa sulatettu lasi uunista virtaa lieriömäiseen astiaan, jossa on pieniä reikiä. Kun säiliö pyörii nopeasti, vaakasuorat lasisuihkut valuvat ulos reikistä. Sulat lasivirrat muunnetaan kuiduiksi puhaltamalla alaspäin ilmaa, kuumaa kaasua tai molempia. Kuidut putoavat kuljetinhihnalle, jossa ne kietoutuvat toisiinsa pehmeäksi massaksi. Tätä voidaan käyttää eristykseen tai villa voidaan ruiskuttaa sideaineella, puristaa haluttuun paksuuteen ja kovettaa uunissa. Lämpö kovettaa sideaineen, ja tuloksena oleva tuote voi olla jäykkä tai puolijäykkä levy tai taipuisa vanu.

Suojaavat pinnoitteet

Sideaineiden lisäksi lasikuitutuotteisiin tarvitaan muita pinnoitteita. Voiteluaineita käytetään vähentämään kuitujen hankausta ja ne joko suihkutetaan suoraan kuidulle tai lisätään sideaineeseen. Antistaattista koostumusta ruiskutetaan myös joskus lasikuitueristemattojen pinnalle jäähdytysvaiheen aikana. Maton läpi vedetty jäähdytysilma saa antistaattisen aineen tunkeutumaan maton koko paksuuteen. Antistaattinen aine koostuu kahdesta ainesosasta – materiaalista, joka minimoi staattisen sähkön syntymisen, ja materiaalista, joka toimii korroosionestoaineena ja stabilointiaineena. Liimaus on mikä tahansa pinnoite, joka levitetään tekstiilikuiduille muodostusoperaation aikana, ja se voi sisältää yhden tai enemmän komponentteja (voiteluaineita, sideaineita tai kytkentäaineita). Kiinnitysaineita käytetään säikeissä, joita käytetään muovien lujittamiseen, lujittamaan sidosta lujitettuun materiaaliin. Joskus näiden pinnoitteiden poistaminen tai toisen pinnoitteen lisääminen edellyttää viimeistelyä. Muovivahvikkeissa liimat voidaan poistaa lämmöllä tai kemikaaleilla ja levittää kytkentäainetta. Koristesovelluksissa kankaat on lämpökäsiteltävä liimausten poistamiseksi ja kudoksen vahvistamiseksi. Väriainepohjapinnoitteet levitetään sitten ennen värjäystä tai painamista.

Muodostuminen muotoihin

Lasikuitutuotteita on monenlaisia ​​​​muotoja, ja ne on valmistettu useilla prosesseilla. Esimerkiksi lasikuituputken eriste kierretään sauvamaisille muotoille, joita kutsutaan tuurnaksi suoraan muodostusyksiköistä ennen kovettumista. Muotit, joiden pituus on enintään 91 cm, kovetetaan sitten uunissa. Kovettuneet pituudet puretaan muotista pituussuunnassa ja sahataan määritettyihin mittoihin. Päällysteet asetetaan tarvittaessa ja tuote pakataan lähetystä varten.

Laadunvalvonta

Lasikuitueristeen valmistuksen aikana materiaalista otetaan näytteitä useista kohdista prosessin aikana laadun ylläpitämiseksi. Näitä paikkoja ovat: sekoitettu erä syötetään sähkösulattajaan; sula lasi holkista, joka syöttää kuidutinta; lasikuitu tulee ulos kuidutuskoneesta; ja lopullinen kovetettu tuote, joka tulee tuotantolinjan päästä. Irtolasi- ja kuitunäytteistä analysoidaan kemiallinen koostumus ja vikojen esiintyminen kehittyneillä kemiallisilla analysaattoreilla ja mikroskoopeilla. Erämateriaalin partikkelikokojakauma saadaan johtamalla materiaali useiden erikokoisten seulojen läpi. Lopputuotteen paksuus mitataan pakkauksen jälkeen eritelmien mukaisesti. Paksuuden muutos osoittaa, että lasin laatu on standardin alapuolella.

Lasikuitueristeen valmistajat käyttävät myös erilaisia ​​standardoituja testimenetelmiä tuotteen akustisen vastuksen, äänenvaimennus- ja äänieristeen suorituskyvyn mittaamiseen, säätämiseen ja optimoimiseen. Akustisia ominaisuuksia voidaan säätää säätämällä sellaisia ​​tuotantomuuttujia, kuten kuidun halkaisija, bulkkitiheys, paksuus ja sideainepitoisuus. Samanlaista lähestymistapaa käytetään lämpöominaisuuksien säätelyyn.

Tulevaisuus

Lasikuituteollisuudella on edessään suuria haasteita 1990-luvun lopulla ja sen jälkeen. Lasikuitueristeiden tuottajien määrä on kasvanut ulkomaisten yritysten amerikkalaisten tytäryhtiöiden ja yhdysvaltalaisten valmistajien tuottavuuden parantumisen ansiosta. Tämä on johtanut ylikapasiteettiin, jota nykyiset ja ehkä tulevatkin markkinat eivät pysty sietämään.

Ylikapasiteetin lisäksi kilpailevat muut eristemateriaalit. Kivivillaa on käytetty laajalti viimeaikaisten prosessi- ja tuoteparannusten ansiosta. Vaahtoeristys on toinen vaihtoehto lasikuitulle asuinrakennusten seinissä ja liikekatoissa. Toinen kilpaileva materiaali on ullakkoeristykseen käytettävä selluloosa.

Pehmeän asuntomarkkinoiden aiheuttaman eristeiden alhaisen kysynnän vuoksi kuluttajat vaativat halvempia hintoja. Tämä kysyntä johtuu myös jälleenmyyjien ja urakoitsijoiden jatkuvasta keskittymisestä. Vastauksena lasikuitueristeteollisuuden on jatkettava kustannussäästöjä kahdella suurella alueella: energia ja ympäristö. On käytettävä tehokkaampia uuneja, jotka eivät ole riippuvaisia ​​vain yhdestä energialähteestä.

Kun kaatopaikat saavuttavat enimmäiskapasiteetin, lasikuituvalmistajien on päästävä lähes nollaan kiinteään jätteeseen ilman, että kustannukset kasvavat. Tämä edellyttää valmistusprosessien parantamista jätteen vähentämiseksi (myös neste- ja kaasujätteen osalta) ja jätteen uudelleenkäyttöä aina kun mahdollista.

Tällainen jäte saattaa vaatia uudelleenkäsittelyä ja uudelleensulatusta ennen uudelleenkäyttöä raaka-aineena. Useat valmistajat ovat jo käsitelleet näitä ongelmia.