Comment la fibre de verre est-elle fabriquée?

La fibre de verre fait référence à un groupe de produits fabriqués à partir de fibres de verre individuelles combinées dans une variété de formes. Les fibres de verre peuvent être divisées en deux grands groupes en fonction de leur géométrie: les fibres continues utilisées dans les fils et les textiles, et les fibres discontinues (courtes) utilisées comme batts, couvertures ou planches pour l'isolation et la filtration. La fibre de verre peut être formée en fil un peu comme la laine ou le coton, et tissée en tissu qui est parfois utilisée pour les draperies. Les textiles en fibre de verre sont couramment utilisés comme matériau de renforcement pour les plastiques moulés et laminés. La laine en fibre de verre, un matériau épais et moelleux fabriqué à partir de fibres discontinues, est utilisée pour l'isolation thermique et l'absorption du son. Il se trouve couramment dans les cloisons et les coques sous-marines et sous-marines; Compartiments de moteur automobile et revêtements de panneaux de carrosserie; dans les fours et les unités de climatisation; panneaux de mur et de plafond acoustiques; et partitions architecturales. La fibre de verre peut être adaptée à des applications spécifiques telles que le type E (électrique), utilisées comme ruban d'isolation électrique, textiles et renforcement; Type C (chimique), qui a une résistance à l'acide supérieure, et de type T, pour l'isolation thermique.

Bien que l'utilisation commerciale de fibres de verre soit relativement récente, les artisans ont créé des volets en verre pour décorer des gobelets et des vases pendant la Renaissance. Un physicien français, René-Antoine Ferchault de Reaumur, a produit des textiles décorés de brins en verre fins en 1713, et les inventeurs britanniques ont duré l'exploit en 1822. Un tisserand de soie britannique a fait un tissu en verre en 1842, et un autre inventeur, Edward Libbey, a exposé un tissu en verre en 1842, et un autre inventeur, Edward Libbey, a exposé un Robe tissée de verre à l'Exposition colombienne de 1893 à Chicago.

La laine de verre, une masse moelleuse de fibres discontinues dans des longueurs aléatoires, a été produite pour la première fois en Europe au tournant du siècle, en utilisant un processus qui impliquait de dessiner des fibres de tiges horizontalement à un tambour renouvelable. Plusieurs décennies plus tard, un processus de rotation a été développé et breveté. Le matériel d'isolation des fibres de verre a été fabriqué en Allemagne pendant la Première Guerre mondiale. Travaux. Ces sociétés ont développé une fibre de verre fine, flexible et à faible coût en dessinant le verre fondu à travers de très fins orifices. En 1938, ces deux sociétés ont fusionné pour former Owens-Corning Fiberglas Corp. Maintenant simplement connu sous le nom d'Owens-Corning, il est devenu une entreprise de 3 milliards de dollars par an et est un leader sur le marché de la fibre de verre.

Matières premières

Les matières premières de base pour les produits en fibre de verre sont une variété de minéraux naturels et de produits chimiques fabriqués. Les principaux ingrédients sont le sable de silice, le calcaire et les teintes de soude. D'autres ingrédients peuvent inclure l'alumine calcinée, le borax, le feldspath, la syénite néphline, la magnésite et l'argile kaolin, entre autres. Le sable de silice est utilisé comme le verre ancien, et les teintes de soda et le calcaire aident principalement à abaisser la température de fusion. D'autres ingrédients sont utilisés pour améliorer certaines propriétés, telles que le borax pour la résistance chimique. Le verre à déchets, également appelé Cullet, est également utilisé comme matière première. Les matières premières doivent être soigneusement pesées en quantités exactes et soigneusement mélangées (appelées lots) avant d'être fondues dans le verre.

La fabrication
Processus

Fusion

Une fois le lot préparé, il est introduit dans une fournaise pour fondre. La fournaise peut être chauffée par l'électricité, le combinaison fossile ou une combinaison des deux. La température doit être contrôlée avec précision pour maintenir un débit de verre lisse et régulier. Le verre fondu doit être maintenu à une température plus élevée (environ 2500 ° F [1371 ° C]) que les autres types de verre afin d'être formés en fibres. Une fois que le verre est fondu, il est transféré à l'équipement de formation via un canal (avant-tête) situé à la fin de la fournaise.

Se formant en fibres

Plusieurs processus différents sont utilisés pour former des fibres, selon le type de fibre. Les fibres textiles peuvent être formées à partir de verre fondu directement à partir du four, ou le verre fondu peut être alimenté en premier à une machine qui forme des billes de verre d'environ 0,62 pouce (1,6 cm) de diamètre. Ces billes permettent d'inspliquer visuellement le verre. Dans le processus direct de la fusion et de la fusion en marbre, les marbres en verre ou en verre sont alimentées par des bagues chauffées électriquement (également appelées spinnerrets). La bague est en alliage de platine ou de métal, avec de 200 à 3 000 orifices très fins. Le verre fondu passe à travers les orifices et sort en filaments fins.

Processus à filament continu

Une longue fibre continue peut être produite par le processus de filament continu. Après que le verre traverse les trous dans la bague, plusieurs brins sont pris dans un enneur à grande vitesse. L'enrouleur tourne à environ 2 km) par minute, beaucoup plus rapide que le taux de flux des bagues. La tension retire les filaments tout en étant fondu, formant des brins une fraction du diamètre des ouvertures dans la bague. Un liant chimique est appliqué, ce qui aide à empêcher la fibre de se briser pendant le traitement ultérieur. Le filament est ensuite enroulé sur des tubes. Il peut maintenant être tordu et placé en fil.

Processus de fibre de base

Une autre méthode est le processus d'agrafeuse. Lorsque le verre fondu coule à travers les bagues, les jets d'air refroidissent rapidement les filaments. Les éclats d'air turbulents divisent également les filaments en longueurs de 8 à 15 pouces (20-38 cm). Ces filaments tombent à travers un spray de lubrifiant sur un tambour renouvelable, où ils forment une toile mince. La toile est tirée du tambour et tirée dans un brin continu de fibres assemblées vaguement. Ce brin peut être transformé en fil par les mêmes processus utilisés pour la laine et le coton.

Fibre hachée

Au lieu de se former en fil, le brin continu ou à longueur longue peut être coupé en courtes longueurs. Le brin est monté sur un ensemble de bobines, appelée un creux, et tiré à travers une machine qui le coupe en morceaux courts. La fibre hachée est formée en tapis auxquels un liant est ajouté. Après avoir guéri dans un four, le tapis est enroulé. Divers poids et épaisseurs donnent des produits pour les bardeaux, la toiture construite ou les tapis décoratifs.

Laine de verre

Le procédé rotatif ou de spinner est utilisé pour fabriquer de la laine de verre. Dans ce processus, le verre fondu du four s'écoule dans un récipient cylindrique ayant de petits trous. Lorsque le récipient tourne rapidement, des flux horizontaux de verre s'écoulent des trous. Les ruisseaux en verre fondu sont convertis en fibres par une explosion vers le bas d'air, de gaz chaud ou les deux. Les fibres tombent sur un tapis roulant, où ils s'entrelacent les uns avec les autres dans une masse lluer. Cela peut être utilisé pour l'isolation, ou la laine peut être pulvérisée avec un liant, comprimé dans l'épaisseur souhaitée et durcie dans un four. La chaleur définit le liant, et le produit résultant peut être une planche rigide ou semi-rigide, ou un Batt flexible.

Revêtements protecteurs

En plus des liants, d'autres revêtements sont nécessaires pour les produits en fibre de verre. Les lubrifiants sont utilisés pour réduire l'abrasion des fibres et sont soit directement pulvérisés sur la fibre, soit ajoutés dans le liant. Une composition antistatique est également parfois pulvérisée sur la surface des tapis d'isolation en fibre de verre pendant l'étape de refroidissement. L'air de refroidissement dessiné à travers le tapis fait pénétrer l'agent antistatique de toute l'épaisseur du tapis. L'agent antistatique se compose de deux ingrédients - un matériau qui minimise la génération d'électricité statique, et un matériau qui sert d'inhibiteur de corrosion et de stabilisateur. Plus de composants (lubrifiants, liants ou agents de couplage). Les agents de couplage sont utilisés sur les brins qui seront utilisés pour le renforcement des plastiques, afin de renforcer la liaison avec le matériau renforcé. Il est parfois nécessaire de retirer ces revêtements ou d'ajouter un autre revêtement. Pour les renforts plastiques, les tailles peuvent être éliminées avec la chaleur ou les produits chimiques et un agent de couplage appliqué. Pour les applications décoratives, les tissus doivent être traités à la chaleur pour éliminer les tailles et pour régler le tissage. Les revêtements de base de colorants sont ensuite appliqués avant de mourir ou d'imprimer.

Se formant en formes

Les produits en fibre de verre sont disponibles dans une grande variété de formes, fabriquées à l'aide de plusieurs processus. Par exemple, l'isolation du tuyau en fibre de verre est enroulée sur des formes en forme de tige appelées mandrins directement à partir des unités de formation, avant le durcissement. Les formes de moisissure, en longueurs de 3 pieds (91 cm) ou moins, sont ensuite guéries dans un four. Les longueurs durcies sont ensuite détirées dans le sens de la longueur et sciées en dimensions spécifiées. Les revêtements sont appliqués si nécessaire et le produit est emballé pour expédition.

Contrôle de qualité

Pendant la production d'isolation en fibre de verre, le matériau est échantillonné dans un certain nombre d'emplacements dans le processus pour maintenir la qualité. Ces emplacements comprennent: le lot mixte étant alimenté au fonte électrique; Verre en fusion de la bague qui alimente le fibréizer; Fibre de verre sortant de la machine à fibérir; et le produit final durci émergeant de la fin de la ligne de production. Les échantillons de verre et de fibres en vrac sont analysés pour la composition chimique et la présence de défauts en utilisant des analyseurs chimiques sophistiqués et des microscopes. La distribution de la taille des particules du matériau par lots est obtenue en passant le matériau à travers un certain nombre de tamis de différentes tailles. Le produit final est mesuré pour l'épaisseur après l'emballage en fonction des spécifications. Un changement d'épaisseur indique que la qualité du verre est inférieure à la norme.

Les fabricants d'isolation en fibre de verre utilisent également une variété de procédures de test standardisées pour mesurer, ajuster et optimiser la résistance acoustique du produit, l'absorption du son et les performances de la barrière sonore. Les propriétés acoustiques peuvent être contrôlées en ajustant des variables de production telles que le diamètre des fibres, la densité en vrac, l'épaisseur et la teneur en liant. Une approche similaire est utilisée pour contrôler les propriétés thermiques.

L'avenir

L'industrie de la fibre de verre est confrontée à des défis majeurs sur le reste des années 1990 et au-delà. Le nombre de producteurs d'isolation en fibre de verre a augmenté en raison des filiales américaines d'entreprises étrangères et des améliorations de la productivité par les fabricants américains. Cela a entraîné une capacité excessive, que le marché actuel et peut-être futur ne peut pas accueillir.

En plus de la capacité excessive, d'autres matériaux d'isolation concurrenceront. La laine de roche est devenue largement utilisée en raison des récentes améliorations des processus et des produits. L'isolation en mousse est une autre alternative à la fibre de verre dans les murs résidentiels et les toits commerciaux. Un autre matériau concurrent est la cellulose, qui est utilisée dans l'isolation du grenier.

En raison de la faible demande d'isolation en raison d'un marché du logement doux, les consommateurs exigent des prix inférieurs. Cette demande est également le résultat de la tendance continue de la consolidation des détaillants et des entrepreneurs. En réponse, l'industrie de l'isolation en fibre de verre devra continuer de réduire les coûts dans deux domaines principaux: l'énergie et l'environnement. Des fours plus efficaces devront être utilisés qui ne reposent pas sur une seule source d'énergie.

Les décharges atteignant une capacité maximale, les fabricants de fibres de verre devront atteindre près de la production nulle sur les déchets solides sans augmenter les coûts. Cela nécessitera une amélioration des processus de fabrication pour réduire les déchets (pour les déchets liquides et gazeux également) et la réutilisation des déchets dans la mesure du possible.

Ces déchets peuvent nécessiter le retraitement et le remontage avant de se réutiliser en tant que matière première. Plusieurs fabricants traitent déjà de ces problèmes.