Kako se izrađuje stakloplastika?

Fiberglas se odnosi na grupu proizvoda izrađenih od pojedinačnih staklenih vlakana u kombinaciji u različite oblike. Staklena vlakna mogu se podijeliti u dvije glavne skupine prema njihovoj geometriji: kontinuirana vlakna koja se koriste u predivama i tekstilu, te diskontinuirana (kratka) vlakna koja se koriste kao batts, deke ili ploče za izolaciju i filtraciju. Fiberglas se može formirati u pređu poput vune ili pamuka, a utkana u tkaninu koja se ponekad koristi za draperije. Tekstil od stakloplastike obično se koristi kao materijal za armaturu za oblikovanu i laminiranu plastiku. Vuna od stakloplastike, debeli, pahuljasti materijal izrađen od diskontinuiranih vlakana, koristi se za toplinsku izolaciju i apsorpciju zvuka. Obično se nalazi u brodovima i podmornici pregrade i trupa; Automobilski motorni odjeljci i obloge za karoserije; u peći i klimatizacijskim jedinicama; Akustične zidne i stropne ploče; i arhitektonske particije. Fiberglas se može prilagoditi specifičnim aplikacijama kao što su tipa E (električni), koji se koriste kao električna izolacijska traka, tekstil i ojačanje; Tip C (kemikalija), koji ima vrhunsku otpornost na kiselinu, i tip T, za toplinsku izolaciju.

Iako je komercijalna upotreba staklenih vlakana relativno nedavna, zanatlije su stvorili staklene niti za ukrašavanje čaša i vaza tijekom renesanse. Francuski fizičar, rene-antoine Ferchault de Reaumur, proizveden tekstil ukrašen finim staklenim pramenovima 1713. godine, a britanski izumitelji duplicirali su podvig 1822. godine. Britanski svileni tkač napravio je staklenu tkaninu 1842, a drugi izumitelj, Edward Libbey, izložio Odjenite se od stakla na izložbi Columbian iz 1893. u Chicagu.

Staklena vuna, pahuljasta masa diskontinuiranih vlakana u nasumičnim duljinama, prvi je put proizvedena u Europi na prijelazu stoljeća, koristeći postupak koji je uključivao vlakna crtanja s šipki horizontalno do okretnog bubnja. Nekoliko desetljeća kasnije razvijen je i patentiran proces predenja. Izolacijski materijal od staklenih vlakana proizveden je u Njemačkoj tijekom Prvog svjetskog rata. Istraživanje i razvoj usmjeren na industrijsku proizvodnju staklenih vlakana napredovao je u Sjedinjenim Državama 1930-ih, pod vodstvom dvije glavne tvrtke, Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Djela. Ove su tvrtke razvile fino, gipko, jeftino stakleno vlakno, crtajući rastopljeno staklo kroz vrlo fine otvore. Godine 1938. ove su se dvije tvrtke spojile u formiranje Owens-Corning Fiberglas Corp. koji je sada jednostavno poznat kao Owens-Corning, postala je tvrtka od 3 milijarde dolara godišnje i lider je na tržištu od stakloplastike.

Sirovine

Osnovne sirovine za proizvode od stakloplastike su razne prirodne minerale i proizvedene kemikalije. Glavni sastojci su silicijev pijesak, vapnenac i soda pepeo. Ostali sastojci mogu, između ostalih, uključivati ​​kalciniranu glinicu, boraks, feldspar, nepheline sienit, magnezit i kaolin glinu. Silicijev pijesak koristi se kao stakleni bivši, a soda pepeo i vapnenac pomažu prvenstveno za snižavanje temperature taljenja. Ostali sastojci koriste se za poboljšanje određenih svojstava, poput boraksa za kemijsku otpornost. Otpadno staklo, koje se naziva i Cullet, također se koristi kao sirovina. Sirovine se moraju pažljivo odmjeriti u točnim količinama i temeljito pomiješati (nazvano serija) prije nego što se rastope u staklo.

Proizvodnja
Proces

Topljenje

Jednom kada se serija pripremi, dovodi se u peć za taljenje. Peć se može zagrijati električnom energijom, fosilnim gorivom ili kombinacijom njih dvojice. Temperatura se mora precizno kontrolirati kako bi se održao gladak, stalni protok stakla. Poljaljano staklo mora se držati na višoj temperaturi (oko 2500 ° F [1371 ° C]) od ostalih vrsta stakla kako bi se formiralo u vlakna. Jednom kada se staklo rastopi, prenosi se u opremu za formiranje putem kanala (forehearth) koji se nalazi na kraju peći.

Formiranje u vlakna

Za stvaranje vlakana koristi se nekoliko različitih procesa, ovisno o vrsti vlakana. Tekstilna vlakna mogu se formirati iz rastopljenog stakla izravno iz peći, ili se rastopljeno staklo može hraniti prvo na stroj koji formira staklene mramore promjera oko 0,62 inča (1,6 cm). Ovi mramori omogućuju vizualno pregledavanje čaše zbog nečistoća. I u procesu izravne taline i mramora, stakleni ili stakleni mramori dovode se kroz električno zagrijane čahure (koji se nazivaju i spinnerets). Vozač je izrađen od platinaste ili metalne legure, s bilo gdje od 200 do 3.000 vrlo finih otvora. Poljaljano staklo prolazi kroz otvore i izlazi kao fini vlakna.

Proces kontinuiranog fillamenta

Duga, kontinuirana vlakna mogu se proizvesti kroz proces kontinuiranog filma. Nakon što staklo prođe kroz rupe u čahuri, više se pramenova uhvati na brzom vijugavu. Vijuga se vrti oko 2 milje (3 km) u minuti, mnogo brže od brzine protoka iz čahura. Napetost izvlači filamente dok se još uvijek rastopi, formirajući niti udio promjera otvora u čahurici. Primjenjuje se kemijsko vezivo, što pomaže spriječiti da se vlakna probijaju tijekom kasnije obrade. Filament je zatim namotan na cijevi. Sada se može uvrnuti i ugurati u pređu.

Postupak glavnih vlakana

Alternativna metoda je postupak Staplefiber. Dok rastopljeno staklo teče kroz čahure, zrakoplovi zraka brzo hlade filamente. Turbulentni rafali zraka također razbijaju filamente u duljine od 8-15 inča (20-38 cm). Ovi filamenti propadaju kroz sprej maziva na okretni bubanj, gdje tvore tanki web. Internet je izvučen iz bubnja i uvučen u kontinuirani niz lagano sastavljenih vlakana. Ovaj se pramen može preraditi u pređu istim procesima koji se koriste za vunu i pamuk.

Sjeckana vlakna

Umjesto da se formiraju u pređu, kontinuirani ili dugi pramen može se sjeći na kratke duljine. Pramen je montiran na set bobbina, nazvanog Creel, i provučen kroz stroj koji ga uvlači u kratke komade. Nasjeckano vlakno formira se u prostirke na koje se dodaje vezivo. Nakon izlječenja u pećnici, prostirka se valja. Različiti utezi i debljine daju proizvode za šindre, ugrađene krovove ili ukrasne prostirke.

Staklena vuna

Proces rotacije ili spinnera koristi se za izradu staklene vune. U ovom se procesu rastopljeno staklo iz peći teče u cilindrični spremnik s malim rupama. Kako se spremnik brzo vrti, horizontalni tokovi stakla izlaze iz rupa. Potopljeni stakleni struji pretvaraju se u vlakna spuštenom eksplozijom zraka, vrućeg plina ili oboje. Vlakna padaju na transportnu traku, gdje se međusobno miješaju u masi Fleecy. To se može koristiti za izolaciju ili se vuna može prskati vezivom, komprimiranom u željenu debljinu i izliječi se u pećnici. Toplina postavlja vezivo, a rezultirajući proizvod može biti kruta ili polusitna ploča ili fleksibilna bata.

Zaštitni premazi

Osim veziva, za proizvode od stakloplastike potrebni su i drugi premazi. Maziva se koriste za smanjenje abrazije vlakana i izravno se prskaju na vlakno ili dodaju u vezivo. Anti-statički sastav se ponekad prska na površinu izolacijskih prostirki od stakloplastike tijekom koraka hlađenja. Zrak za hlađenje provučen kroz prostirku uzrokuje da antistatičko sredstvo prodre u cijelu debljinu prostirke. Anti-statičko sredstvo sastoji se od dva sastojka-materijala koji minimizira stvaranje statičkog elektrika i materijala koji služi kao inhibitor korozije i stabilizator. Omjena je bilo koji premaz primijenjen na tekstilna vlakna u operaciji formiranja, a može sadržavati jedno ili sadržavati jedno ili sadržavati jedno ili sadržavati jedno Više komponenti (maziva, veziva ili sredstva za spajanje). Sredstva za spajanje koriste se na nitima koji će se koristiti za ojačanje plastike, za jačanje veze na ojačani materijal. Ponekad je potreban završni rad za uklanjanje ovih premaza ili za dodavanje drugog premaza. Za plastične pojačanja, mogu se ukloniti toplinu ili kemikalije i primijeniti sredstva za spajanje. Za ukrasne primjene, tkanine se moraju tretirati kako bi se uklonili sazivi i postavili tkanje. Osnovni premazi za boju se zatim nanose prije umiranja ili ispisa.

Formiranje u oblike

Proizvodi od stakloplastike dolaze u širokom rasponu oblika, izrađenih pomoću nekoliko procesa. Na primjer, izolacija cijevi od stakloplastike namotana je na oblike slične šipkama koji se nazivaju izravno iz jedinica za formiranje, prije nego što se izliječi. Kalup se formira, u duljini od 3 metra (91 cm) ili manje, zatim se izliječe u pećnici. Očvršćene duljine se zatim uklanjaju po dužini i piju u određene dimenzije. Po potrebi se primjenjuju lica, a proizvod je pakiran za otpremu.

Kontrola kvalitete

Tijekom proizvodnje izolacije od stakloplastike, materijal se uzorkuje na više lokacija u procesu za održavanje kvalitete. Ove lokacije uključuju: miješana serija koja se hrani električnim talinama; rastopljeno staklo iz čahure koja hrani vlaknizator; Staklena vlakna koja izlaze iz stroja za vlaknasti; i konačni izliječeni proizvod koji izlazi s kraja proizvodne linije. Uzorci skupnog stakla i vlakana analiziraju se na kemijski sastav i prisutnost nedostataka pomoću sofisticiranih kemijskih analizatora i mikroskopa. Raspodjela veličine čestica šarživog materijala dobiva se prolaskom materijala kroz niz različitih sita. Konačni proizvod mjeri se za debljinu nakon pakiranja prema specifikacijama. Promjena debljine ukazuje da je kvaliteta stakla ispod standarda.

Proizvođači izolacije od stakloplastike također koriste razne standardizirane postupke ispitivanja za mjerenje, prilagođavanje i optimizaciju akustičkog otpora proizvoda, apsorpcije zvuka i performansi zvučne barijere. Akustička svojstva mogu se kontrolirati podešavanjem takvih proizvodnih varijabli kao što je promjer vlakana, gustoća skupne gustoće, debljina i sadržaj veziva. Sličan pristup koristi se za kontrolu toplinskih svojstava.

Budućnost

Industrija stakloplastike suočava se s nekim glavnim izazovima u ostatku 1990 -ih i šire. Broj proizvođača izolacije od stakloplastike povećao se zbog američkih podružnica stranih tvrtki i poboljšanja produktivnosti od strane američkih proizvođača. To je rezultiralo viškom kapaciteta, što trenutno i možda buduće tržište ne može prilagoditi.

Pored viška kapaciteta, natjecat će se i drugi izolacijski materijali. Rock vuna postala je široko korištena zbog nedavnih poboljšanja procesa i proizvoda. Izolacija pjene još je jedna alternativa stakloplastikama u stambenim zidovima i komercijalnim krovovima. Drugi konkurentski materijal je celuloza, koja se koristi u potkrovljenoj izolaciji.

Zbog niske potražnje za izolacijom zbog mekog tržišta stanova, potrošači zahtijevaju niže cijene. Ovaj je zahtjev također rezultat kontinuiranog trenda konsolidacije trgovaca i izvođača. Kao odgovor, industrija izolacije od stakloplastike morat će nastaviti smanjivati ​​troškove u dva glavna područja: energija i okoliš. Morat će se upotrijebiti učinkovitije peći koje se ne oslanjaju na samo jedan izvor energije.

Budući da odlagališta dostižu maksimalni kapacitet, proizvođači od stakloplastike morat će postići gotovo nultu proizvodnju na čvrsti otpad bez povećanja troškova. Ovo će zahtijevati poboljšanje proizvodnih procesa kako bi se smanjio otpad (za tekući i plinski otpad) i ponovno korištenje otpada kad god je to moguće.

Takav otpad može zahtijevati preradu i ponovno se obnavljanje prije ponovnog korištenja kao sirovina. Nekoliko proizvođača već se bavi tim problemima.