Hogyan készül az üvegszál?

Az üvegszál az egyedi üvegszálakból készült termékek csoportjára utal, amelyeket különféle formákká kombinálnak. Az üvegszálak geometriájuk szerint két nagy csoportra oszthatók: a fonalban és textíliában használt folytonos szálakra, valamint a nem folytonos (rövid) szálakra, amelyeket vattaként, takaróként vagy szigetelésre és szűrésre használnak. Az üvegszálat a gyapjúhoz vagy a pamuthoz hasonlóan fonallá lehet formálni, és szövetbe szőni, amelyet néha drapériákhoz használnak. Az üvegszálas textíliákat általában öntött és rétegelt műanyagok erősítőanyagaként használják. Az üvegszálas gyapot, vastag, bolyhos anyag, amely nem folytonos szálakból készül, hőszigetelésre és hangelnyelésre szolgál. Általában megtalálható a hajók és tengeralattjárók válaszfalaiban és hajótesteiben; Gépkocsi motorterek és karosszériaelemek; kemencékben és légkondicionáló berendezésekben; akusztikus fali és mennyezeti panelek; és építészeti válaszfalak. Az üvegszál speciális alkalmazásokhoz szabható, mint például az E típusú (elektromos), elektromos szigetelőszalagként, textilként és megerősítésként használható; C típusú (vegyi), amely kiváló savállósággal rendelkezik, és T típus a hőszigeteléshez.

Bár az üvegszál kereskedelmi felhasználása viszonylag új keletű, a kézművesek üvegszálakat készítettek serlegek és vázák díszítésére a reneszánsz idején. Egy francia fizikus, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur 1713-ban finom üvegszálakkal díszített textileket készített, a brit feltalálók pedig 1822-ben megismételték a bravúrt. Egy brit selyemszövő 1842-ben üvegszövetet készített, egy másik feltaláló, Edward Libbey pedig egy üvegből szőtt ruha az 1893-as chicagói kolumbiai kiállításon.

Az üveggyapotot, a nem folytonos szálak bolyhos tömegét, véletlenszerű hosszúságban, először a századfordulón állították elő Európában, olyan eljárással, amely során a szálakat vízszintesen húzták a rudakból egy forgó dobba. Néhány évtizeddel később egy fonási eljárást fejlesztettek ki és szabadalmaztattak. Az üvegszálas szigetelőanyagot Németországban gyártották az első világháború idején. Az üvegszál ipari előállítását célzó kutatás és fejlesztés az Egyesült Államokban az 1930-as években haladt előre, két nagy cég, az Owens-Illinois Glass Company és a Corning Glass irányításával. Művek. Ezek a vállalatok finom, hajlékony, alacsony költségű üvegszálat fejlesztettek ki úgy, hogy az olvadt üveget nagyon finom nyílásokon keresztül húzták át. 1938-ban ez a két vállalat egyesült, és megalakult az Owens-Corning Fiberglas Corp. Ma egyszerűen Owens-Corning néven ismert, évi 3 milliárd dolláros céggé vált, és vezető szerepet tölt be az üvegszálas piacon.

Nyersanyagok

Az üvegszálas termékek alapvető alapanyagai számos természetes ásványi anyag és vegyi anyagok. A fő összetevők a szilícium-dioxid homok, a mészkő és a szóda. Az egyéb összetevők közé tartozik többek között a kalcinált alumínium-oxid, bórax, földpát, nefelin szienit, magnezit és kaolin agyag. Üvegképzőként kovasavas homokot használnak, a szóda és a mészkő pedig elsősorban az olvadási hőmérséklet csökkentésében segít. Más összetevőket használnak bizonyos tulajdonságok javítására, például a bóraxot a vegyszerállóság érdekében. Nyersanyagként is használják az üveghulladékot, más néven töredéket. A nyersanyagokat gondosan, pontos mennyiségben le kell mérni, és alaposan össze kell keverni (úgynevezett adagolás), mielőtt üvegbe olvasztják.

A Gyártás
Folyamat

Olvasztó

Az adag elkészítése után egy kemencébe táplálják olvasztásra. A kemence fűthető elektromos árammal, fosszilis tüzelőanyaggal vagy a kettő kombinációjával. A hőmérsékletet pontosan szabályozni kell az üveg egyenletes, egyenletes áramlásának fenntartásához. Az olvadt üveget magasabb hőmérsékleten (körülbelül 2500 °F [1371 °C]) kell tartani, mint a többi üvegtípust ahhoz, hogy szálká formálódjon. Amint az üveg megolvadt, a kemence végén található csatornán (előtüzön) keresztül az alakító berendezésbe kerül.

Rostokká formálás

A szálak típusától függően számos különböző eljárást alkalmaznak a szálak kialakítására. A textilszálak előállíthatók olvadt üvegből közvetlenül a kemencéből, vagy az olvadt üveget először egy körülbelül 0,62 hüvelyk (1,6 cm) átmérőjű üveggolyókat formáló gépbe adagolhatjuk. Ezek a golyók lehetővé teszik az üveg vizuális ellenőrzését a szennyeződések szempontjából. Mind a közvetlen olvasztási, mind a márványolvasztási eljárás során az üveget vagy üveggolyókat elektromosan fűtött perselyeken (más néven fonókon) táplálják be. A persely platinából vagy fémötvözetből készül, 200 és 3000 közötti nagyon finom nyílásokkal. Az olvadt üveg áthalad a nyílásokon, és finom szálakként jön ki belőle.

Folyamatos szálas eljárás

A folytonos szálas eljárással hosszú, folyamatos szál állítható elő. Miután az üveg átfolyik a persely lyukain, több szálat felfognak egy nagy sebességű csévélőn. A csévélő körülbelül 2 mérföld (3 km) percenkénti sebességgel forog, sokkal gyorsabban, mint a perselyek áramlási sebessége. A feszítés még olvadt állapotban kihúzza a szálakat, és a persely nyílásainak átmérőjének egy töredékét képezi a szálakat. Kémiai kötőanyagot alkalmaznak, amely segít megóvni a szál törését a későbbi feldolgozás során. Az izzószálat ezután csövekre tekerik. Most már csavarható és fonalba sodorható.

Vágószálas eljárás

Alternatív módszer a vágottszálas eljárás. Ahogy az olvadt üveg átfolyik a perselyeken, a levegősugarak gyorsan lehűtik a szálakat. A turbulens légkitörések a szálakat is 8-15 hüvelyk (20-38 cm) hosszúságúra törik. Ezek a szálak a kenőanyag permetén keresztül egy forgó dobra esnek, ahol vékony szövedéket alkotnak. A szövedéket kihúzzák a dobból, és lazán összeillesztett szálak folytonos szálává húzzák. Ezt a szálat a gyapjúnál és a pamutnál alkalmazott eljárásokkal fonallá lehet feldolgozni.

Vágott rost

A folytonos vagy hosszú kapcsos szálat ahelyett, hogy fonallá formáznák, rövid darabokra lehet aprítani. A szálat egy orsóra szerelik fel, amelyet orsónak neveznek, és áthúzzák egy gépen, amely rövid darabokra vágja. Az aprított rostból szőnyegeket formálnak, amelyekhez kötőanyagot adnak. Sütőben való kikeményedés után a szőnyeget feltekerjük. Különböző súlyok és vastagságok adnak termékeket zsindelyhez, épített tetőfedéshez vagy díszszőnyeghez.

Üveggyapot

A rotációs vagy fonó eljárást üveggyapot készítésére használják. Ebben a folyamatban az olvadt üveg a kemencéből egy hengeres tartályba folyik, amelyen kis lyukak vannak. Ahogy a tartály gyorsan forog, vízszintes üvegsugár folyik ki a lyukakból. Az olvadt üvegáramok szálakká alakulnak lefelé irányuló levegő, forró gáz vagy mindkettő hatására. A szálak egy szállítószalagra esnek, ahol gyapjas masszává fonódnak össze. Ezzel lehet szigetelni, vagy a gyapjút kötőanyaggal lepermetezni, a kívánt vastagságra préselni és kemencében kikeményíteni. A hő megköti a kötőanyagot, és a kapott termék lehet merev vagy félmerev tábla, vagy rugalmas vatta.

Védőbevonatok

Az üvegszálas termékekhez a kötőanyagokon kívül más bevonatok is szükségesek. A kenőanyagokat a szálkopás csökkentésére használják, és közvetlenül a szálra permetezik, vagy hozzáadják a kötőanyaghoz. A hűtési lépés során néha antisztatikus készítményt is szórnak az üvegszálas szigetelőszőnyegek felületére. A szőnyegen átszívott hűtőlevegő hatására az antisztatikus anyag behatol a szőnyeg teljes vastagságába. Az antisztatikus szer két összetevőből áll – egy anyagból, amely minimálisra csökkenti a statikus elektromosság képződését, és egy olyan anyagból, amely korróziógátlóként és stabilizátorként szolgál. A méretezés a textilszálakra az alakítási művelet során felvitt bármely bevonat, amely tartalmazhat egy vagy több komponens (kenőanyagok, kötőanyagok vagy kapcsolószerek). A kötőanyagokat azokon a szálakon alkalmazzák, amelyeket a műanyagok megerősítésére használnak, hogy erősítsék a megerősített anyaghoz való kötést. Néha simító műveletre van szükség ezeknek a bevonatoknak az eltávolításához vagy egy másik bevonat hozzáadásához. Műanyag megerősítéseknél a méretezés hővel vagy vegyszerekkel távolítható el, és kötőanyagot alkalmazhatunk. Dekoratív alkalmazásokhoz a szöveteket hőkezelni kell a méretezés eltávolítása és a szövés rögzítése érdekében. A festék alapbevonatokat ezután festés vagy nyomtatás előtt alkalmazzák.

Formákká formálás

Az üvegszálas termékek sokféle formájúak, többféle eljárással készülnek. Például az üvegszálas csőszigetelést közvetlenül a formázóegységekből rúdszerű formákra, úgynevezett tüskékre tekerik fel a kikeményedés előtt. A 3 láb (91 cm) vagy annál kisebb hosszúságú penészformákat ezután kemencében kikeményítik. A kikeményedett hosszokat ezután hosszában kiöntik a formából, és meghatározott méretekre fűrészelik. Igény esetén burkolólapok kerülnek felhelyezésre, a terméket a szállításhoz becsomagoljuk.

Minőségellenőrzés

Az üvegszálas szigetelés gyártása során a folyamat során számos helyen mintát vesznek az anyagból a minőség megőrzése érdekében. Ezek a helyek a következőket foglalják magukban: a kevert adagot az elektromos olvasztó készülékbe táplálják; olvadt üveg a perselyből, amely a szálképzőt táplálja; üvegszál jön ki a rostkészítő gépből; és a gyártósor végéről kikerülő végső kikeményített termék. A tömeges üveg- és szálmintákat kifinomult kémiai analizátorok és mikroszkópok segítségével elemzik a kémiai összetétel és a hibák megléte szempontjából. A szakaszos anyag szemcseméret-eloszlását úgy kapjuk meg, hogy az anyagot számos különböző méretű szitán átengedjük. A végtermék vastagságát a csomagolás után az előírásoknak megfelelően mérik. A vastagság változása azt jelzi, hogy az üveg minősége a szabvány alatt van.

Az üvegszálas szigetelés gyártói számos szabványos vizsgálati eljárást is alkalmaznak a termék akusztikai ellenállásának, hangelnyelésének és hanggátlási teljesítményének mérésére, beállítására és optimalizálására. Az akusztikai tulajdonságok szabályozhatók olyan gyártási változók beállításával, mint a szálátmérő, térfogatsűrűség, vastagság és kötőanyag-tartalom. Hasonló megközelítést alkalmaznak a termikus tulajdonságok szabályozására.

A Jövő

Az üvegszálas ipar komoly kihívásokkal néz szembe az 1990-es évek hátralévő részében és azon túl is. Az üvegszálas szigetelést gyártók száma nőtt a külföldi vállalatok amerikai leányvállalatainak és az amerikai gyártók termelékenységének javulásának köszönhetően. Ez többletkapacitást eredményezett, amelyet a jelenlegi és talán a jövőbeni piac nem tud befogadni.

A többletkapacitás mellett más szigetelőanyagok is versenyezni fognak. A kőzetgyapot a közelmúltban történt folyamat- és termékfejlesztések miatt széles körben használt. A hab szigetelés egy másik alternatívája az üvegszálas falaknak és kereskedelmi tetőknek. Egy másik versengő anyag a cellulóz, amelyet a padlásszigetelésben használnak.

A puha lakáspiac miatti alacsony szigetelési igény miatt a fogyasztók alacsonyabb árakat követelnek. Ez a kereslet a kiskereskedők és vállalkozók konszolidációjának folyamatos trendjének is az eredménye. Válaszul az üvegszálas szigetelőiparnak továbbra is csökkentenie kell költségeit két fő területen: az energia és a környezetvédelem területén. Hatékonyabb kemencéket kell használni, amelyek nem csak egy energiaforrásra támaszkodnak.

Amikor a hulladéklerakók elérik a maximális kapacitást, az üvegszál-gyártóknak közel nulla szilárd hulladékot kell elérniük a költségek növelése nélkül. Ehhez a gyártási folyamatok javítására van szükség a hulladék csökkentése érdekében (a folyékony és gázhulladék esetében is), valamint a hulladék újrafelhasználására, ahol csak lehetséges.

Az ilyen hulladékok újrafeldolgozást és újraolvasztást igényelhetnek, mielőtt újra felhasználnák nyersanyagként. Számos gyártó foglalkozik már ezekkel a problémákkal.