Kuinka lasikuitu tehdään?

Lasikuitu viittaa yksittäisistä lasikuituista valmistettuun tuoteryhmään moniin muotoihin. Lasikuidut voidaan jakaa kahteen pääryhmään niiden geometrian mukaan: jatkuvat kuidut, joita käytetään lankoissa ja tekstiileissä, ja epäjatkuvasti (lyhyitä) kuituja, joita käytetään battsina, huovina tai levyinä eristämistä ja suodattamista varten. Lasikuitu voidaan muodostaa lankaksi, kuten villa tai puuvilla, ja kudota kankaaseen, jota joskus käytetään drapereihin. Lasikuitutekstiilejä käytetään yleisesti vahvistusmateriaalina muovatuille ja laminoiduille muoveille. Lasikuitu villaa, paksua, pörröistä materiaalia, joka on valmistettu epäjatkuvista kuiduista, käytetään lämpöeristykseen ja äänen imeytymiseen. Sitä löytyy yleisesti laiva- ja sukellusveneiden laipioista ja rungoista; Automoottorin lokerot ja runkopaneelit; uuneissa ja ilmastointilaitoksissa; akustiset seinä- ja kattopaneelit; ja arkkitehtoniset osiot. Lasikuitu voidaan räätälöidä tietyille sovelluksille, kuten tyyppi E (sähköinen), jota käytetään sähköeristysteipinä, tekstiileinä ja vahvistimena; Tyyppi C (kemiallinen), jolla on erinomainen happoresistenssi ja tyyppi T, lämpöeristykseen.

Vaikka lasikuitujen kaupallinen käyttö on suhteellisen viimeaikaisia, käsityöläiset loivat lasi -säikeitä pikarien ja maljakoiden sisustamiseen renessanssin aikana. Ranskalainen fyysikko, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, tuottivat tekstiilejä, jotka on koristeltu hienoilla lasikappaleilla vuonna 1713, ja brittiläiset keksijät kopioivat feat vuonna 1822. Brittiläinen silkkikudottaja teki lasikankaan vuonna 1842 ja toinen keksijä, Edward Libbey, näytteillä. Mekko lasi on kudottu vuoden 1893 Columbian näyttelyssä Chicagossa.

Lasivilla, pörröinen massa epäjatkuvaa kuitua satunnaispituisina, tuotettiin ensin Euroopassa vuosisadan vaihteessa käyttämällä prosessia, joka sisälsi kuitujen piirtämistä vaakasuoraan vaakasuoraan pyörivään rumpuun. Useita vuosikymmeniä myöhemmin kehitettiin kehruuprosessi ja patentoitu. Lasikuitua eristävää materiaalia valmistettiin Saksassa ensimmäisen maailmansodan aikana. Tutkimus ja kehitys, jonka tavoitteena oli Yhdysvalloissa 1930-luvulla edistynyt lasikuitujen teollisuustuotanto, kahden suuryrityksen, Owens-Illininois Glass Company ja Corning Glass -sarjan johdolla Toimii. Nämä yritykset kehittivät hienon, taipuisen, edullisen lasikuidun piirtämällä sulaa lasi erittäin hienon aukkojen läpi. Vuonna 1938 nämä kaksi yritystä sulautuivat muodostamaan Owens-Corning Fiberglas Corp .: n, joka tunnetaan nyt yksinkertaisesti nimellä Owens-Corning, siitä on tullut 3 miljardin dollarin vuosittainen yritys, ja se on johtava lasikuitumarkkinoilla.

Raaka -aineet

Lasikuitutuotteiden perusmateriaalit ovat erilaisia ​​luonnollisia mineraaleja ja valmistettuja kemikaaleja. Suurimmat ainesosat ovat piidioksidihiekka, kalkkikivi ja soodatuhka. Muita ainesosia voi olla muun muassa kalsinoidut alumiinioksidi-, borax-, maasälpä-, nefeline -syeniitti-, magnesiitti- ja kaoliinisavi. Piidioksidihiekkaa käytetään entisenä lasina, ja soodatuhkan ja kalkkikivi auttavat pääasiassa sulamislämpötilan alentamisessa. Muita ainesosia käytetään parantamaan tiettyjä ominaisuuksia, kuten kemiallisen resistenssin booraksia. Jätelasia, jota kutsutaan myös keltaiseksi, käytetään myös raaka -aineena. Raaka -aineet on punnittava huolellisesti tarkat määrät ja sekoitetaan perusteellisesti toisiinsa (kutsutaan eräksi) ennen kuin ne sulaa lasiksi.

Valmistus
Käsitellä

Sulaminen

Kun erä on valmistettu, se syötetään uuniin sulattamista varten. Uunia voidaan lämmittää sähköllä, fossiilisella polttoaineella tai näiden kahden yhdistelmällä. Lämpötilaa on valvottava tarkasti lasivirtauksen sileän, tasaisen virtauksen ylläpitämiseksi. Sulaslasi on pidettävä korkeammassa lämpötilassa (noin 2500 ° F [1371 ° C]) kuin muun tyyppiset lasit, jotta ne voidaan muodostaa kuituun. Kun lasi sulaa, se siirretään muotoilulaitteisiin uunin päässä sijaitsevan kanavan (eturinta) kautta.

Muodostuu kuituiksi

Kuitujen muodostamiseen käytetään useita erilaisia ​​prosesseja kuitutyypistä riippuen. Tekstiilikuituja voidaan muodostaa sulasta lasista suoraan uunista tai sulaa lasi voidaan syöttää ensin koneelle, joka muodostaa halkaisijaltaan noin 0,62 tuuman (1,6 cm) lasimarmorit. Nämä marmorit sallivat lasin tarkistaa visuaalisesti epäpuhtauksien varalta. Sekä suorassa sula- että marmorisulaprosessissa lasi- tai lasimarmorit syötetään sähköisesti lämmitetyillä holkeilla (joita kutsutaan myös spineretteiksi). Holkki on valmistettu platina- tai metalliseoksesta, missä tahansa 200–3000 erittäin hienoa aukkoa. Sula lasi kulkee aukkojen läpi ja tulee ulos hienoina filamenteina.

Jatkuvaa filmenttiprosessia

Jatkuva filamenttiprosessin kautta voidaan tuottaa pitkä, jatkuva kuitu. Kun lasi virtaa holkin reikien läpi, useita säikeitä on kiinni nopeaan tuuletusaineeseen. Tuuleri pyörii noin 2 mailin päässä 3 km minuutissa, paljon nopeammin kuin holkin virtausnopeus. Jännitys vetää filamentit, kun taas sulaa, muodostaen murto -osan holkin aukkojen halkaisijasta. Käytetään kemiallinen sideaine, joka auttaa estämään kuidun murtumasta myöhemmässä prosessoinnissa. Filamentti haavoitetaan sitten putkiin. Se voidaan nyt kiertää ja liittää lankaan.

Niittikuituprosessi

Vaihtoehtoinen menetelmä on niittikippuprosessi. Kun sulaa lasi virtaa holkkien läpi, ilman suihkukoneet jäähtyvät filamentit nopeasti. Turbulentit ilmanpurskeet rikkovat myös filamentit 8-15 tuuman (20-38 cm) pituuksiin. Nämä filamentit putoavat voiteluainesuihkun läpi pyörivälle rumpulle, jossa ne muodostavat ohuen verkon. Verkko on piirretty rummusta ja vedetään jatkuvaan löysästi koottuihin kuituihin. Tämä juoste voidaan jalostaa lankaan samoilla villa- ja puuvillaa käytettyjen prosessien avulla.

Hienonnettu kuitu

Sen sijaan, että muodostettaisiin lanka, jatkuva tai pitkän pisteen juosto voidaan leikata lyhyiksi pituuksiin. Strand on asennettu joukkoon, nimeltään Creel, ja vedetään koneen läpi, joka haastaa sen lyhyiksi paloiksi. Hienottu kuitu muodostuu matoihin, joihin sideaine lisätään. Uunissa kovettumisen jälkeen matto rullataan. Erilaiset painot ja paksuudet antavat tuotteita vyöruusuille, rakennetulle katto- tai koriste-matolle.

Lasivila

Pyörivää tai kehruuprosessia käytetään lasivillan valmistukseen. Tässä prosessissa sulaa lasi uunista virtaa lieriömäiseen astiaan, jossa on pieniä reikiä. Kun säiliö pyörii nopeasti, vaakasuorat lasivirrat virtaavat reikistä. Sulat lasivirrat muunnetaan kuiduiksi alaspäin ilman, kuuma kaasu tai molemmat. Kuidut putoavat kuljetinhihnalle, missä ne liitetään toistensa kanssa fleece -massassa. Tätä voidaan käyttää eristykseen, tai villa voidaan ruiskuttaa sideaineella, puristaa haluttuun paksuuteen ja parantaa uunissa. Lämpö asettaa sideaineen, ja tuloksena oleva tuote voi olla jäykkä tai puolivälissä oleva levy tai joustava batt.

Suojapinnoitteet

Sideaineiden lisäksi lasikuitutuotteisiin tarvitaan muita pinnoitteita. Voiteluaineita käytetään vähentämään kuidun hankaus ja ne joko ruiskutetaan suoraan kuituun tai lisätään sideaineeseen. Antistaattinen koostumus ruiskutetaan joskus myös lasikuitueristysmattojen pintaan jäähdytysvaiheen aikana. Maton läpi vedetty jäähdytysilma saa antisistaattisen aineen tunkeutumaan maton koko paksuuteen. Antistaattinen aine koostuu kahdesta ainesosasta-materiaalista, joka minimoi staattisen sähkön muodostumisen, ja materiaalista, joka toimii korroosion estäjänä ja stabilointiainetta. Seisointi on mitä tahansa pinnoitusta, jota käytetään tekstiilikuituihin muodostumisessa, ja se voi sisältää yhden tai yhden tai yhden tai yhden tai sen tai sisältää yhden tai yhden tai yhden tai sen tai sisältää yhden tai tai sisältää yhden tai yhden tai yhden tai sen tai sisältää yhden tai yhden tai yhden tai yhden tai sen tai voi sisältää yhden tai yhden tai yhden tai yhden tai sisältää yhden tai sisältää yhden tai yhden tai yhden tai sen tai voi sisältää yhden tai tai sisältää yhden tai yhden tai yhden tai yhden tai yhden tai sisältää yhden tai sisältää yhden tai Lisää komponentteja (voiteluaineet, sideaineet tai kytkentäaineet). Kytkentäaineita käytetään säikeissä, joita käytetään muovien vahvistamiseen, sidoksen vahvistamiseksi vahvistettuun materiaaliin. Toisin Muovivahvistuksia varten kohdat voidaan poistaa lämmöllä tai kemikaaleilla ja kytkentäaineella. Koriste -sovelluksia varten kankaat on käsiteltävä lämpöä ja kudoksen asettamiseksi. Väriainepohjapinnoitteet levitetään sitten ennen kuolemaa tai tulostamista.

Muodostuminen muodoiksi

Lasikuitutuotteita on monenlaisia ​​muotoja, jotka on valmistettu käyttämällä useita prosesseja. Esimerkiksi lasikuituputkien eristys on haavoittu sauvan kaltaisiin muodoihin, joita kutsutaan mandreiksi suoraan muodostumisyksiköistä ennen kovetusta. Muotti muodostuu, 3 jalkaa (91 cm) tai vähemmän, kovetetaan sitten uunissa. Kovetetut pituudet poistetaan sitten pituussuunnassa ja sahataan määriteltyihin mittoihin. Pinnoitteet levitetään tarvittaessa, ja tuote on pakattu lähetykseen.

Laadunvalvonta

Lasikuitueristyksen tuotannon aikana materiaalista otetaan näytteitä useista prosessin paikoista laadun ylläpitämiseksi. Näihin paikkoihin kuuluvat: sekoitettu erä syötetään sähköiseen sulattajaan; sulaa lasi holkista, joka ruokkii kuitua; Lasikuitu, joka tulee ulos kuitukoneesta; ja lopullinen parantunut tuote, joka syntyi tuotantolinjan lopusta. Irtolasilasi- ja kuitunäytteet analysoidaan kemiallisen koostumuksen suhteen ja virheiden esiintymistä käyttämällä hienostuneita kemiallisia analysaattoreita ja mikroskooppeja. Erämateriaalin hiukkaskokojakauma saadaan kuljettamalla materiaali useiden erikokoisten seulojen läpi. Lopputuote mitataan paksuuden suhteen pakkaamisen jälkeen eritelmien mukaisesti. Paksuuden muutos osoittaa, että lasin laatu on vakiona.

Lasikuitueristysvalmistajat käyttävät myös erilaisia ​​standardisoituja testimenetelmiä mittaamaan, säätämään ja optimoimaan tuotteen akustisen resistanssin, äänen imeytymisen ja äänen esteen suorituskyvyn. Akustisia ominaisuuksia voidaan ohjata säätämällä sellaisia ​​tuotantomuuttujia kuidun halkaisijaksi, irtotavarana, paksuus ja sideainepitoisuus. Samanlaista lähestymistapaa käytetään lämpöominaisuuksien hallintaan.

Tulevaisuus

Lasikuituteollisuus kohtaa joitain suuria haasteita 1990 -luvulla ja sen jälkeen. Lasikuitueristyksen tuottajien lukumäärä on lisääntynyt ulkomaisten yritysten amerikkalaisten tytäryhtiöiden ja Yhdysvaltain valmistajien tuottavuuden parantamisen vuoksi. Tämä on johtanut ylimääräiseen kapasiteettiin, johon nykyiset ja ehkä tulevat markkinat eivät pysty sopimaan.

Ylimääräisen kapasiteetin lisäksi muut eristysmateriaalit kilpailevat. Kalliovilla on tullut laajasti käytetty viimeaikaisen prosessin ja tuotteiden parannusten takia. Vaahtoeristys on toinen vaihtoehto lasikuitulle asuinseinämissä ja kaupallisissa kattoissa. Toinen kilpaileva materiaali on selluloosa, jota käytetään ullakkoeristyksessä.

Pehmeiden asuntomarkkinoiden johtuen alhaisen eristyksen kysynnän vuoksi kuluttajat vaativat alhaisempia hintoja. Tämä kysyntä on myös seurausta vähittäiskauppiaiden ja urakoitsijoiden vakauttamisesta. Vastauksena lasikuitueristysteollisuuden on jatkettava kustannusten vähentämistä kahdella pääalueella: energia ja ympäristö. On käytettävä tehokkaampia uuneja, jotka eivät luota vain yhteen energianlähteeseen.

Kun kaatopaikat saavuttavat maksimikapasiteetin, lasikuituvalmistajien on saavutettava lähes nollatuotanto kiinteän jätteen kohdalla lisäämättä kustannuksia. Tämä edellyttää valmistusprosessien parantamista jätteiden vähentämiseksi (myös neste- ja kaasujäteille) ja jätteiden uudelleenkäyttöä mahdollisuuksien mukaan.

Tällainen jäte voi vaatia uudelleenkäsittelyä ja uudistamista ennen uudelleenkäyttöä raaka -aineena. Useat valmistajat käsittelevät jo näitä kysymyksiä.