Hvernig er trefjagler búið til?

Trefjagler vísar til hóps vara sem eru gerðar úr einstökum glertrefjum sem eru sameinuð í margs konar form. Glertrefjum má skipta í tvo meginhópa eftir rúmfræði þeirra: samfelldar trefjar sem notaðar eru í garn og vefnaðarvöru, og ósamfelldar (stuttar) trefjar sem notaðar eru sem kylfur, teppi eða borð til einangrunar og síunar. Trefjagler er hægt að mynda í garn eins og ull eða bómull og ofið í efni sem stundum er notað í gluggatjöld. Trefjaplastefni er almennt notað sem styrkingarefni fyrir mótað og lagskipt plast. Glertrefjaull, þykkt, dúnkennt efni úr ósamfelldum trefjum, er notað til varmaeinangrunar og hljóðdeyfingar. Það er almennt að finna í skipa- og kafbátaþiljum og skrokkum; bifreiðavélarými og yfirbyggingarplötur; í ofnum og loftkælingareiningum; hljóðeinangrandi vegg- og loftplötur; og byggingarskilveggjum. Hægt er að sníða trefjagler fyrir sérstakar notkunartegundir eins og gerð E (rafmagns), notað sem rafmagns einangrun borði, vefnaðarvöru og styrkingu; Tegund C (efnafræðileg), sem hefur yfirburða sýruþol, og Tegund T, fyrir hitaeinangrun.

Þó að notkun glertrefja í atvinnuskyni sé tiltölulega nýleg, bjuggu handverksmenn til glerþræðir til að skreyta bikara og vasa á endurreisnartímanum. Franskur eðlisfræðingur, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, framleiddi vefnaðarvöru skreytt með fínum glerþráðum árið 1713 og breskir uppfinningamenn endurtóku þetta afrek árið 1822. Breskur silkivefari bjó til glerefni árið 1842 og annar uppfinningamaður, Edward Libbey, sýndi kjóll ofinn úr gleri á Kólumbíusýningunni 1893 í Chicago.

Glerull, dúnkenndur massi af ósamfelldum trefjum í tilviljunarkenndri lengd, var fyrst framleidd í Evrópu um aldamótin, með því að nota ferli sem fólst í því að draga trefjar úr stöngum lárétt yfir í snúningstrommu. Nokkrum áratugum síðar var snúningsferli þróað og fengið einkaleyfi. Einangrunarefni úr glertrefjum var framleitt í Þýskalandi í fyrri heimsstyrjöldinni. Rannsóknir og þróun sem miðar að iðnaðarframleiðslu glertrefja fóru fram í Bandaríkjunum á þriðja áratugnum, undir stjórn tveggja stórfyrirtækja, Owens-Illinois Glass Company og Corning Glass Virkar. Þessi fyrirtæki þróuðu fínt, sveigjanlegt, ódýrt glertrefjar með því að draga bráðið gler í gegnum mjög fínt op. Árið 1938 sameinuðust þessi tvö fyrirtæki og mynduðu Owens-Corning Fiberglas Corp. Nú einfaldlega þekkt sem Owens-Corning, hefur það orðið 3 milljarða dollara fyrirtæki á ári og er leiðandi á trefjaglermarkaði.

Hráefni

Grunnhráefni fyrir trefjaglervörur eru margs konar náttúruleg steinefni og framleidd efni. Helstu innihaldsefnin eru kísilsandur, kalksteinn og gosaska. Önnur innihaldsefni geta meðal annars verið brennt súrál, borax, feldspar, nefelínsýenít, magnesít og kaólínleir. Kísilsandur er notaður sem glermyndandi og gosaska og kalksteinn hjálpa fyrst og fremst við að lækka bræðsluhitastigið. Önnur innihaldsefni eru notuð til að bæta ákveðna eiginleika, svo sem borax fyrir efnaþol. Úrgangsgler, einnig kallað cullet, er einnig notað sem hráefni. Hráefnin þarf að vega vandlega í nákvæmu magni og blanda vandlega saman (kallað batching) áður en þau eru brædd í gler.

Framleiðslan
Ferli

Bráðnun

Þegar lotan er tilbúin er hún færð inn í ofn til bræðslu. Ofninn getur verið hitaður með rafmagni, jarðefnaeldsneyti eða blöndu af þessu tvennu. Hitastigið verður að vera nákvæmlega stjórnað til að viðhalda sléttu, stöðugu flæði glers. Bráðna glerið verður að geyma við hærra hitastig (um 2500°F [1371°C]) en aðrar tegundir glers til að myndast í trefjar. Þegar glerið er bráðnað er það flutt í mótunarbúnaðinn í gegnum rás (forhert) sem staðsett er við enda ofnsins.

Myndast í trefjar

Nokkrir mismunandi ferlar eru notaðir til að mynda trefjar, allt eftir gerð trefja. Textíltrefjar geta myndast úr bráðnu gleri beint úr ofninum, eða bráðna glerið getur verið gefið fyrst í vél sem myndar glerkúlur sem eru um það bil 0,62 tommur (1,6 cm) í þvermál. Þessir marmarar gera kleift að skoða glerið með tilliti til óhreininda. Í bæði beinu bræðslu- og marmarabræðsluferlinu eru gler- eða glerkúlurnar færðar í gegnum rafhitaða bushings (einnig kallaðir spinnerets). Bussið er úr platínu eða málmblendi, með allt frá 200 til 3.000 mjög fínum opum. Bráðna glerið fer í gegnum opin og kemur út sem fínir þræðir.

Stöðugt filament ferli

Hægt er að framleiða langa, samfellda trefjar með samfelldu þráðarferlinu. Eftir að glerið flæðir í gegnum götin í busknum, festast margir þræðir á háhraða vindvél. Snúningsvélin snýst á um það bil 3 km á mínútu, mun hraðar en flæðishraði frá runnum. Spennan dregur þræðina út á meðan þeir eru enn bráðnir, og myndar þræði sem er brot af þvermáli opanna í busknum. Kemískt bindiefni er notað sem hjálpar til við að koma í veg fyrir að trefjar brotni við síðari vinnslu. Þráðurinn er síðan vefnaður á rör. Nú er hægt að snúa því og hnýta í garn.

Hefta-trefja ferli

Önnur aðferð er heftrefjaferlið. Þegar bráðið gler flæðir í gegnum hlaupin kælir loftstrókar þræðina hratt. Ólgandi loftbyssurnar brjóta einnig þræðina í 8-15 tommur (20-38 cm) lengdir. Þessir þræðir falla í gegnum úða af smurefni á snúnings trommu, þar sem þeir mynda þunnan vef. Vefurinn er dreginn úr tromlunni og dreginn í samfelldan streng af lauslega samsettum trefjum. Hægt er að vinna þennan streng í garn með sömu aðferðum og notuð eru fyrir ull og bómull.

Saxaðir trefjar

Í stað þess að myndast í garn er hægt að saxa samfellda eða langhefta strenginn í stuttar lengdir. Þráðurinn er festur á spólusett, sem kallast kefli, og dreginn í gegnum vél sem saxar hann í stutta bita. Hakkað trefjar myndast í mottur sem bindiefni er bætt við. Eftir harðnun í ofni er mottunni rúllað upp. Ýmsar þyngdir og þykkt gefa vörur fyrir ristill, uppbyggð þak eða skrautmottur.

Glerull

Snúnings- eða snúningsferlið er notað til að búa til glerull. Í þessu ferli rennur bráðið gler úr ofninum inn í sívalur ílát sem hefur lítil göt. Þegar ílátið snýst hratt streyma láréttir glerstraumar út úr holunum. Bráðnu glerstraumunum er breytt í trefjar með loftblástur, heitu gasi eða hvoru tveggja. Trefjarnar falla á færiband, þar sem þær fléttast saman í fljúgandi massa. Þetta er hægt að nota til einangrunar eða úða ullinni með bindiefni, þjappa í þá þykkt sem óskað er eftir og herða í ofni. Hitinn stillir bindiefnið og afurðin sem myndast getur verið stíf eða hálfstíf borð eða sveigjanleg kylfa.

Hlífðarhúð

Auk bindiefna þarf önnur húðun fyrir trefjaglervörur. Smurefni eru notuð til að draga úr sliti á trefjum og er annað hvort beint úðað á trefjarnar eða bætt í bindiefnið. Andstæðingur-truflanir samsetningu er einnig stundum úðað á yfirborð trefjaplasti einangrunarmottum meðan á kælingu stendur. Kælandi loft sem dregið er í gegnum mottuna veldur því að andstæðingur-truflanir kemst í gegnum alla þykkt mottunnar. Anti-truflanir miðillinn samanstendur af tveimur innihaldsefnum - efni sem lágmarkar myndun kyrrstöðurafmagns og efni sem þjónar sem tæringarhemjandi og sveiflujöfnun. Límun er hvaða húðun sem er borin á textíltrefjar í myndunaraðgerðinni og getur innihaldið einn eða fleiri íhlutir (smurefni, bindiefni eða tengiefni). Tengiefni eru notuð á þræði sem verða notuð til að styrkja plast, til að styrkja tengslin við styrkta efnið. Stundum þarf frágangsaðgerð til að fjarlægja þessa húðun eða bæta við annarri húðun. Fyrir plaststyrkingar má fjarlægja stærðir með hita eða efnum og setja á tengiefni. Fyrir skreytingar þarf efni að vera hitameðhöndlað til að fjarlægja stærðir og til að festa vefnaðinn. Litargrunnhúð er síðan sett á áður en litað er eða prentað.

Að móta í form

Trefjaglervörur koma í fjölmörgum gerðum, gerðar með nokkrum ferlum. Til dæmis er einangrun úr trefjaglerrörum vafið á stangalík form sem kallast dorn beint frá mótunareiningunum, áður en hún er hert. Mótformin, í lengd 3 fet (91 cm) eða minna, eru síðan hert í ofni. Hertu lengdirnar eru síðan afmótaðar eftir endilöngu og sagaðar í tilteknar stærðir. Áklæði eru sett á ef þörf krefur og varan er pakkað til sendingar.

Gæðaeftirlit

Við framleiðslu á einangrun úr trefjaplasti er tekið sýni úr efni á nokkrum stöðum í ferlinu til að viðhalda gæðum. Þessir staðir eru ma: blandaða lotan sem er færð í rafbræðsluna; bráðið gler úr buskinu sem nærir trefjaefnið; glertrefjar sem koma út úr trefjavélinni; og endanleg læknuð vara sem kemur frá enda framleiðslulínunnar. Magngler- og trefjasýnin eru greind með tilliti til efnasamsetningar og tilvistar galla með því að nota háþróuð efnagreiningartæki og smásjár. Kornastærðardreifing lotuefnisins fæst með því að fara í gegnum fjölda mismunandi stóra sigta. Endanleg vara er mæld með tilliti til þykktar eftir pökkun samkvæmt forskrift. Breyting á þykkt gefur til kynna að glergæði séu undir viðmiðinu.

Framleiðendur einangrunar úr trefjagleri nota einnig margs konar staðlaðar prófunaraðferðir til að mæla, stilla og hámarka hljóðviðnám vöru, hljóðdeyfingu og frammistöðu hljóðhindrana. Hægt er að stjórna hljóðeiginleikum með því að stilla framleiðslubreytur eins og þvermál trefja, rúmþyngd, þykkt og innihald bindiefnis. Svipuð aðferð er notuð til að stjórna hitauppstreymi.

Framtíðin

Trefjagleriðnaðurinn stendur frammi fyrir nokkrum stórum áskorunum það sem eftir er af 1990 og víðar. Framleiðendum einangrunar úr trefjagleri hefur fjölgað vegna bandarískra dótturfyrirtækja erlendra fyrirtækja og framleiðniauka bandarískra framleiðenda. Þetta hefur leitt til umframgetu sem núverandi og kannski framtíðarmarkaður getur ekki tekið á móti.

Auk umframgetu munu önnur einangrunarefni keppa. Steinull hefur orðið mikið notuð vegna nýlegra endurbóta á ferli og vöru. Froðu einangrun er annar valkostur við trefjagler í íbúðarveggjum og atvinnuþökum. Annað samkeppnisefni er sellulósa, sem er notað í háaloftseinangrun.

Vegna lítillar eftirspurnar eftir einangrun vegna mjúks húsnæðismarkaðar krefjast neytenda lægra verðs. Þessi eftirspurn er einnig afleiðing af áframhaldandi þróun í samþjöppun smásala og verktaka. Til að bregðast við, verður einangrunariðnaður úr trefjagleri að halda áfram að draga úr kostnaði á tveimur helstu sviðum: orku og umhverfis. Nota verður skilvirkari ofna sem ekki treysta á aðeins einn orkugjafa.

Þar sem urðunarstað nær hámarksgetu, verða trefjaglerframleiðendur að ná næstum núllframleiðslu á föstum úrgangi án þess að auka kostnað. Þetta mun krefjast þess að bæta framleiðsluferli til að draga úr úrgangi (einnig fyrir fljótandi og gasúrgang) og endurnýta úrgang þar sem hægt er.

Slíkur úrgangur gæti þurft endurvinnslu og endurbræðslu áður en hann er endurnýttur sem hráefni. Nokkrir framleiðendur eru nú þegar að taka á þessum málum.