Come viene fatta la fibra di vetro?

La fibra di vetro si riferisce a un gruppo di prodotti realizzati con singole fibre di vetro combinate in una varietà di forme. Le fibre di vetro possono essere divise in due gruppi principali in base alla loro geometria: fibre continue usate in filati e tessuti e le fibre discontinue (corte) usate come batts, coperte o schede per l'isolamento e la filtrazione. La fibra di vetro può essere formata in filato molto simile alla lana o al cotone e tessuta in tessuto che viene talvolta utilizzato per i drappeggi. I tessuti in fibra di vetro sono comunemente usati come materiale di rinforzo per materie plastiche modellate e laminate. La lana in fibra di vetro, un materiale spesso e soffice realizzato con fibre discontinue, viene utilizzato per l'isolamento termico e l'assorbimento del suono. Si trova comunemente nelle paratie e negli scafi della nave e dei sottomarini; Compartimenti del motore automobilistico e fodere per pannelli del corpo; in fornaci e unità di aria condizionata; pannelli a parete e soffitto acustici; e partizioni architettoniche. La fibra di vetro può essere personalizzata per applicazioni specifiche come il tipo E (elettrico), utilizzate come nastro di isolamento elettrico, tessuti e rinforzo; Tipo C (chimico), che ha una resistenza all'acido superiore, e di tipo T, per l'isolamento termico.

Sebbene l'uso commerciale della fibra di vetro sia relativamente recente, gli artigiani hanno creato fili di vetro per decorare calici e vasi durante il Rinascimento. Un fisico francese, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produceva tessuti decorati con fini di vetro fine nel 1713, e gli inventori britannici duplicarono l'impresa nel 1822. Un tessitore di seta britannico fece un tessuto di vetro nel 1842 e un altro inventore, Edward Libbey, espose un Abito tessuto di vetro all'Esposizione colombiana del 1893 a Chicago.

La lana di vetro, una soffice massa di fibre discontinua di lunghezze casuali, è stata prodotta per la prima volta in Europa alla fine del secolo, usando un processo che ha comportato il disegno delle fibre dalle aste in orizzontale a un tamburo girevole. Diversi decenni dopo, è stato sviluppato e brevettato un processo di rotazione. Il materiale isolante in fibra di vetro fu prodotto in Germania durante la prima guerra mondiale. La ricerca e lo sviluppo rivolti alla produzione industriale di fibre di vetro progredirono negli Stati Uniti negli anni '30, sotto la direzione di due grandi aziende, la Owens-Illinois Glass Company e Corning Glass Opere. Queste aziende hanno sviluppato una fibra di vetro fine, flessibile e a basso costo disegnando vetro fuso attraverso orifizi molto fini. Nel 1938, queste due società si fondevano per formare Owens-Corning Fiberlas Corp. ora semplicemente conosciuta come Owens-Corning, è diventata una società da 3 miliardi di dollari all'anno ed è leader nel mercato in fibra di vetro.

Materie prime

Le materie prime di base per i prodotti in fibra di vetro sono una varietà di minerali naturali e prodotti chimici fabbricati. I principali ingredienti sono sabbia di silice, calcare e cenere di soda. Altri ingredienti possono includere allumina calcinata, borace, feldspato, syenite di nefelina, magnite e argilla caolina, tra gli altri. La sabbia di silice viene utilizzata come ex vetro e la cenere di sodio e il calcare aiutano principalmente ad abbassare la temperatura di fusione. Altri ingredienti vengono utilizzati per migliorare alcune proprietà, come il borace per la resistenza chimica. Il vetro di rifiuti, chiamato anche Cullet, è anche usato come materia prima. Le materie prime devono essere attentamente pesate in quantità esatte e miscelate completamente insieme (chiamata batching) prima di essere sciolte in vetro.

La produzione
Processo

Fusione

Una volta preparato il lotto, viene alimentato in una fornace per lo scioglimento. Il forno può essere riscaldato da elettricità, combustibili fossili o una combinazione dei due. La temperatura deve essere controllata con precisione per mantenere un flusso di vetro liscio e costante. Il vetro fuso deve essere mantenuto a una temperatura più elevata (circa 2500 ° F [1371 ° C]) rispetto ad altri tipi di vetro per formarsi in fibra. Una volta che il vetro viene fuso, viene trasferito sull'apparecchiatura di formazione tramite un canale (forehearth) situato alla fine del forno.

Formarsi in fibre

Vengono utilizzati diversi processi per formare fibre, a seconda del tipo di fibra. Le fibre tessili possono essere formate da vetro fuso direttamente dal forno o il vetro fuso può essere alimentato prima a una macchina che forma marmi di vetro di circa 0,62 cm (1,6 cm) di diametro. Questi marmi consentono di ispezionare visivamente il vetro per impurità. Sia nel processo di fusione diretta che in marmo, i marmi di vetro o di vetro vengono alimentati attraverso boccole riscaldate elettricamente (chiamate anche fili). La boccola è fatta di platino o lega di metallo, con orifizi molto fini da 200 a 3.000. Il vetro fuso passa attraverso gli orifizi ed esce come filamenti raffinati.

Processo di filamento continuo

Una fibra lunga e continua può essere prodotta attraverso il processo di filamento continuo. Dopo che il vetro scorre attraverso i fori nella boccola, più fili vengono catturati da un avvolgitore ad alta velocità. Il Winder ruota a circa 2 miglia (3 km) al minuto, molto più veloce della velocità di flusso dalle boccole. La tensione tira fuori i filamenti mentre era ancora fusa, formando i fili una frazione del diametro delle aperture nella boccola. Viene applicato un legante chimico, che aiuta a evitare che la fibra si rompa durante la successiva elaborazione. Il filamento viene quindi avvolto sui tubi. Ora può essere attorcigliato e immerso nel filo.

Processo di fibra di base

Un metodo alternativo è il processo di filefibre. Mentre il vetro fuso scorre attraverso le boccole, i getti d'aria raffreddi rapidamente i filamenti. Le turbolente esplosioni d'aria rompono anche i filamenti in lunghezze di 8-15 pollici (20-38 cm). Questi filamenti cadono attraverso uno spruzzo di lubrificante su un tamburo girevole, dove formano una rete sottile. Il web viene estratto dal tamburo e tirato in un filo continuo di fibre liberamente assemblate. Questo filone può essere elaborato in filato dagli stessi processi utilizzati per lana e cotone.

Fibra tritata

Invece di essere formato in filato, il filo continuo o lungo stapo può essere tagliato a brevi lunghezze. Il filo è montato su un set di bobine, chiamato un rallegamento e tirato attraverso una macchina che la sfrega in pezzi brevi. La fibra tritata si forma in tappetini a cui viene aggiunto un legante. Dopo aver curato un forno, il tappetino viene arrotolato. Vari pesi e spessori danno prodotti per l'herpes zoster, coperture costruite o tappetini decorativi.

Lana di vetro

Il processo rotante o spinner viene utilizzato per preparare lana di vetro. In questo processo, il vetro fuso dal forno scorre in un contenitore cilindrico con piccoli fori. Mentre il contenitore gira rapidamente, flussi orizzontali di vetro fuoriesce dai fori. I flussi di vetro fuso vengono convertiti in fibre da un'esplosione di aria verso il basso, gas caldo o entrambi. Le fibre cadono su un nastro trasportatore, dove si intrecciano tra loro in una massa pili. Questo può essere utilizzato per l'isolamento o la lana può essere spruzzata con un legante, compressa nello spessore desiderato e curata in un forno. Il calore imposta il legante e il prodotto risultante può essere una scheda rigida o semi-rigida o un batt flessibile.

Rivestimenti protettivi

Oltre ai leganti, sono necessari altri rivestimenti per i prodotti in fibra di vetro. I lubrificanti vengono utilizzati per ridurre l'abrasione delle fibre e vengono spruzzati direttamente sulla fibra o aggiunti nel legante. Una composizione antistatica viene talvolta spruzzata anche sulla superficie dei tappetini isolanti in fibra di vetro durante la fase di raffreddamento. L'aria di raffreddamento disegnata attraverso il tappetino fa sì che l'agente antistatico penetri nell'intero spessore del tappetino. L'agente antistatico è costituito da due ingredienti, un materiale che riduce al minimo la generazione di elettricità statica e un materiale che funge da inibitore della corrosione e stabilizzatore. più componenti (lubrificanti, leganti o agenti di accoppiamento). Gli agenti di accoppiamento vengono utilizzati su fili che verranno utilizzati per rafforzare la plastica, per rafforzare il legame al materiale rinforzato. A volte è necessaria un'operazione di finitura per rimuovere questi rivestimenti o per aggiungere un altro rivestimento. Per i rinforzi in plastica, i cifre possono essere rimossi con calore o sostanze chimiche e un agente di accoppiamento applicato. Per le applicazioni decorative, i tessuti devono essere trattati al calore per rimuovere i sizing e per impostare la trama. I rivestimenti a base di tintura vengono quindi applicati prima di morire o stampare.

Formarsi in forme

I prodotti in fibra di vetro sono disponibili in un'ampia varietà di forme, realizzate utilizzando diversi processi. Ad esempio, l'isolamento del tubo in fibra di vetro viene avvolto su forme simili a bastoncini chiamati mandrini direttamente dalle unità di formazione, prima della cura. Lo stampo si forma, in lunghezze di 3 piedi (91 cm) o meno, vengono quindi curate in un forno. Le lunghezze curate vengono quindi disordinate in senso longitudinale e seguite in dimensioni specificate. I facce vengono applicati se necessario e il prodotto è confezionato per la spedizione.

Controllo di qualità

Durante la produzione di isolamento in fibra di vetro, il materiale viene campionato in diverse posizioni nel processo per mantenere la qualità. Queste posizioni includono: il lotto misto in fase di alimentazione al miscuglio elettrico; vetro fuso dalla boccola che alimenta il fibre; Fibra di vetro che esce dalla macchina in fibre; e il prodotto finale curato che emerge dalla fine della linea di produzione. I campioni di vetro e fibra di massa vengono analizzati per la composizione chimica e la presenza di difetti utilizzando sofisticati anali e microscopi chimici. La distribuzione delle dimensioni delle particelle del materiale batch viene ottenuta passando il materiale attraverso una serie di setacci di dimensioni diverse. Il prodotto finale viene misurato per lo spessore dopo l'imballaggio in base alle specifiche. Un cambiamento di spessore indica che la qualità del vetro è inferiore allo standard.

I produttori di isolamento in fibra di vetro utilizzano anche una varietà di procedure di prova standardizzate per misurare, regolare e ottimizzare la resistenza acustica del prodotto, l'assorbimento del suono e le prestazioni della barriera del suono. Le proprietà acustiche possono essere controllate regolando le variabili di produzione come diametro della fibra, densità di massa, spessore e contenuto di legante. Un approccio simile viene utilizzato per controllare le proprietà termiche.

Il futuro

L'industria della fibra di vetro deve affrontare alcune importanti sfide nel resto degli anni '90 e oltre. Il numero di produttori di isolamento in fibra di vetro è aumentato a causa delle filiali americane di società straniere e dei miglioramenti della produttività da parte dei produttori statunitensi. Ciò ha comportato una capacità in eccesso, che il mercato attuale e forse futuro non può ospitare.

Oltre alla capacità in eccesso, altri materiali di isolamento competeranno. La lana di roccia è diventata ampiamente utilizzata a causa dei recenti miglioramenti del processo e del prodotto. L'isolamento in schiuma è un'altra alternativa alla fibra di vetro nelle pareti residenziali e sui tetti commerciali. Un altro materiale in competizione è la cellulosa, che viene utilizzata nell'isolamento attico.

A causa della bassa domanda di isolamento a causa di un mercato abitativo morbido, i consumatori chiedono prezzi più bassi. Questa domanda è anche il risultato della continua tendenza al consolidamento di rivenditori e appaltatori. In risposta, l'industria dell'isolamento in fibra di vetro dovrà continuare a ridurre i costi in due aree principali: energia e ambiente. Dovranno essere utilizzati forni più efficienti che non si basano su solo una fonte di energia.

Con le discariche che raggiungono la massima capacità, i produttori in fibra di vetro dovranno ottenere una produzione quasi zero su rifiuti solidi senza aumentare i costi. Ciò richiederà un miglioramento dei processi di produzione per ridurre i rifiuti (anche per i rifiuti liquidi e del gas) e il riutilizzo dei rifiuti ove possibile.

Tali rifiuti possono richiedere un ritrattamento e un ricorso prima di riutilizzare come materia prima. Diversi produttori stanno già affrontando questi problemi.