איך נוצר פיברגלס?

פיברגלס מתייחס לקבוצת מוצרים העשויים מסיבי זכוכית בודדים המשולבים למגוון צורות. ניתן לחלק את סיבי הזכוכית לשתי קבוצות עיקריות בהתאם לגיאומטריה שלהם: סיבים רציפים המשמשים בחוטים וטקסטיל, והסיבים הבלתי -רציפים (הקצרים) המשמשים כקרבים, שמיכות או לוחות לבידוד וסינון. ניתן ליצור פיברגלס לחוט כמו צמר או כותנה, ולשזוף בבד המשמש לעיתים לווילונות. טקסטיל פיברגלס משמש בדרך כלל כחומר חיזוק לפלסטיקה מעוצבת ולמינר. צמר פיברגלס, חומר עבה ורך העשוי מסיבים רציפים, משמש לבידוד תרמי ולספיגת קול. הוא נמצא בדרך כלל במצבי ספינה וצוללות צוללות; תאי מנועי רכב וספינות לוח גוף; בתנורים ויחידות מיזוג אוויר; לוחות קיר ותקרה אקוסטיים; ומחיצות אדריכליות. ניתן להתאים פיברגלס ליישומים ספציפיים כמו סוג E (חשמלי), המשמש כקלטת בידוד חשמל, טקסטיל וחיזוק; סוג C (כימי), בעל עמידות מעולה של חומצה, וסוג T, לבידוד תרמי.

אף על פי שהשימוש המסחרי בסיבי זכוכית הוא לאחרונה יחסית, אומנים יצרו גדילי זכוכית לקישוט גביעים ואגרטלים במהלך הרנסנס. פיזיקאי צרפתי, רנה-אנטואן פרצ'ו דה ריאמור, ייצר טקסטיל מעוטר בגדילי זכוכית עדינים בשנת 1713, וממציאים בריטים שכפלו את ההישג בשנת 1822. אורג משי בריטי הכין בד זכוכית בשנת 1842, וממציא נוסף, אדוארד ליבי, הציג א ' לבוש ארוג זכוכית בתערוכה הקולומביאנית משנת 1893 בשיקגו.

צמר זכוכית, מסה רכה של סיבים בלתי -רציפים באורכים אקראיים, הופקה לראשונה באירופה בסוף המאה, תוך שימוש בתהליך שכלל ציור סיבים ממוטות אופקית לתוף מסתובב. כמה עשורים לאחר מכן פותח ותוקן פטנט על תהליך מסתובב. חומר בידוד סיבי זכוכית יוצר בגרמניה במהלך מלחמת העולם הראשונה. מחקרים ופיתוח שמטרתם לייצור תעשייתי של סיבי זכוכית התקדמו בארצות הברית בשנות השלושים של המאה העשרים, בניהולן של שתי חברות מרכזיות, חברת הזכוכית אוונס-אילינוי וזכוכית קורנינג. עובד. חברות אלה פיתחו סיבי זכוכית דקים, גמישים בעלות נמוכה על ידי ציור זכוכית מותכת דרך פתחים עדינים מאוד. בשנת 1938, שתי החברות הללו התמזגו ליצירת חברת Owens-Corsing Fiberglas Corp. הידועה כיום בשם Owens-Corning, היא הפכה לחברה של 3 מיליארד דולר לשנה, והיא מובילה בשוק הפיברגלס.

חומרי גלם

חומרי הגלם הבסיסיים למוצרי פיברגלס הם מגוון מינרלים טבעיים וכימיקלים מיוצרים. המרכיבים העיקריים הם חול סיליקה, אבן גיר ואפר סודה. מרכיבים אחרים עשויים לכלול אלומינה, בורקס, שדה שדה, סיניט נפלין, מגנזיט וקאולין קליי, בין היתר. חול סיליקה משמש כזכוכית לשעבר, ואפר סודה ואבן גיר עוזרים בעיקר להוריד את טמפרטורת ההיתוך. רכיבים אחרים משמשים לשיפור תכונות מסוימות, כמו בורקס להתנגדות כימית. זכוכית פסולת, המכונה גם Cullet, משמשת גם כחומר גלם. יש לשקול בזהירות את חומרי הגלם בכמויות מדויקות ולערבב ביסודיות יחד (נקרא אצווה) לפני שנמסו לזכוכית.

הייצור
תַהֲלִיך

הַתָכָה

לאחר הכנת האצווה, הוא מוזן לכבשן להתמוסס. הכבשן עשוי להיות מחומם על ידי חשמל, דלק מאובנים או שילוב של השניים. יש לשלוט במדויק על הטמפרטורה כדי לשמור על זרימת זכוכית חלקה ויציבה. יש לשמור על הזכוכית המותכת בטמפרטורה גבוהה יותר (כ- 2500 מעלות צלזיוס) מאשר סוגים אחרים של זכוכית על מנת להיווצר לסיבים. ברגע שהזכוכית מתותכת, היא מועברת לציוד היוצרים דרך תעלה (קדימה) הממוקם בסוף הכבשן.

נוצר לסיבים

מספר תהליכים שונים משמשים ליצירת סיבים, תלוי בסוג הסיבים. סיבי טקסטיל עשויים להיווצר מכוס מותכת ישירות מהתנור, או שהזכוכית המותכת עשויה להיות מוזנת תחילה למכונה היוצרת גולות זכוכית בקוטר 1.62 ס"מ. גולות אלה מאפשרות לבדוק את הזכוכית באופן חזותי אחר זיהומים. גם בתהליך ההמסה הישיר וגם עם השיש, גולות הזכוכית או הזכוכית מוזנים דרך תותבים מחוממים חשמליים (נקראים גם ספינרטים). התותב עשוי סגסוגת פלטינה או מתכת, כאשר בין 200 ל -3,000 פתחים עדינים מאוד. הזכוכית המותכת עוברת דרך הפתחים ויוצאת כחוטים עדינים.

תהליך פילמנט רציף

ניתן לייצר סיב ארוך ורציף בתהליך הפילמנט הרציף. לאחר שהזכוכית זורמת דרך החורים בתותב, גדילים מרובים נקלעים לסינר במהירות גבוהה. הסולן נסוב במהירות של כ -2 ק"מ לדקה, הרבה יותר מהר מקצב הזרימה מהתותבים. המתח שולף את החוטים כשהוא עדיין מותך, ויוצר גדילים חלק מקוטר הפתחים בתותב. מיושם קלסר כימי, המסייע למנוע את השבירת הסיבים במהלך העיבוד המאוחר יותר. לאחר מכן נופל הנימה על צינורות. כעת ניתן לעוות אותו ולשפוך אותו לחוט.

תהליך סיבי הידוק

שיטה אלטרנטיבית היא תהליך StapleFiber. כאשר הזכוכית המותכת זורמת דרך התותבים, מטוסי אוויר מקררים במהירות את החוטים. פרצי האוויר הסוערים שוברים גם את החוטים לאורכים של 20-38 ס"מ. חוטים אלה נופלים דרך ריסוס של חומר סיכה לתוף מסתובב, שם הם יוצרים רשת דקה. הרשת נשאבת מהתוף ונמשכת לחוט רציף של סיבים שהורכבו באופן רופף. ניתן לעבד את גדיל זה לחוט על ידי אותם תהליכים המשמשים לצמר וכותנה.

סיבים קצוצים

במקום להיווצר לחוט, ניתן לקצוץ את גדיל הרציף או היצירה הארוכה לאורכים קצרים. הגדיל מותקן על סט של סיבובים, המכונה קרל, ומשך דרך מכונה שתופסת אותה לחתיכות קצרות. הסיב הקצוץ נוצר למחצלות שאליה מתווסף קלסר. לאחר ריפוי בתנור, המחצלת מתגלגלת. משקולות ועובי שונים מעניקים מוצרים לחוגרת, קירוי בנוי או מחצלות דקורטיביות.

צמר זכוכית

תהליך הסיבוב או הספינר משמש לייצור צמר זכוכית. בתהליך זה, זכוכית מותכת מהתנור זורמת למיכל גלילי עם חורים קטנים. כאשר המכולה מסתובבת במהירות, זרמים אופקיים של זכוכית זורמים מהחורים. זרמי הזכוכית המותכת מומרים לסיבים על ידי פיצוץ אוויר כלפי מטה, גז חם או שניהם. הסיבים נופלים על מסוע, שם הם משתלבים זה עם זה במסה פוצצת. זה יכול לשמש לבידוד, או שניתן לרסס את הצמר באמצעות קלסר, לדחוס לעובי הרצוי ולרפא בתנור. החום מגדיר את הקלסר, והמוצר המתקבל עשוי להיות לוח נוקשה או חצי קשיח, או קרב גמיש.

ציפוי מגן

בנוסף לקלסרים, ציפויים אחרים נדרשים למוצרי פיברגלס. חומרי סיכה משמשים להפחתת שחיקה של סיבים ומרוססים ישירות על הסיב או להוסיף לקלסר. קומפוזיציה אנטי-סטטית מרוססת לפעמים גם על פני השטח של מחצלות בידוד פיברגלס במהלך שלב הקירור. אוויר קירור שנמשך דרך המחצלת גורם לחומר האנטי-סטטי לחדור לכל עובי המחצלת. החומר האנטי-סטטי מורכב משני מרכיבים-חומר שממזער את ייצור החשמל הסטטי, וחומר המשמש כמעכב קורוזיה ומייצב. גודל הוא כל ציפוי המופעל על סיבי טקסטיל בפעולה היוצרים, ועשוי להכיל אחד או רכיבים נוספים (חומרי סיכה, קלסרים או סוכני צימוד). חומרי צימוד משמשים בגדילים שישמשו לחיזוק הפלסטיקה, לחיזוק הקשר לחומר המחוזק. לפעמים נדרש פעולת גימור כדי להסיר ציפויים אלה, או להוסיף ציפוי נוסף. לקבלת חיזוקים מפלסטיק, ניתן להסיר גזעים עם חום או כימיקלים וחומר צימוד המיושם. עבור יישומים דקורטיביים, יש לטפל בבדים כדי להסיר גזעים ולהגדיר את האריגה. לאחר מכן מיושמים ציפויי בסיס צבע לפני שמתים או הדפסה.

נוצר לצורות

מוצרי פיברגלס מגיעים במגוון רחב של צורות, המיוצרים באמצעות מספר תהליכים. לדוגמה, בידוד צינורות פיברגלס נפצע על צורות דמויי מוט הנקראים מנדרלים ישירות מיחידות היוצרים, לפני הריפוי. התבנית נוצרת, באורכים של 3 רגל (91 ס"מ) או פחות, נרפאים אז בתנור. לאחר מכן נרפאו האורכים המרפאים לאורכם, ומנסרים לממדים שצוינו. פרצופים מיושמים במידת הצורך והמוצר ארוז למשלוח.

בקרת איכות

במהלך ייצור בידוד פיברגלס נדגמים חומר במספר מיקומים בתהליך לשמירה על איכות. מיקומים אלה כוללים: האצווה המעורבת המוזנת למלטר החשמלי; זכוכית מותכת מהתותב שמאכיל את הסיבים; סיבי זכוכית יוצאים ממכונת הסיבים; ומוצר נרפא סופי שיצא מסוף קו הייצור. דגימות הזכוכית והסיבים בתפזורת מנותחים לצורך הרכב כימי ונוכחות פגמים באמצעות מנתחים כימיים מתוחכמים ומיקרוסקופים. חלוקת גודל החלקיקים של חומר האצווה מתקבלת על ידי העברת החומר דרך מספר מסננות בגודל שונה. המוצר הסופי נמדד בעובי לאחר האריזה לפי המפרט. שינוי בעובי מצביע על כך שאיכות הזכוכית נמצאת מתחת לתקן.

יצרני בידוד פיברגלס משתמשים גם במגוון נהלי בדיקה סטנדרטיים למדידת, להתאים ולמיטוב התנגדות אקוסטית של המוצר, ספיגת קול וביצועי מחסום סאונד. ניתן לשלוט על התכונות האקוסטיות על ידי התאמת משתני ייצור כמו קוטר סיבים, צפיפות בתפזורת, עובי ותכולת קלסר. גישה דומה משמשת לבקרת תכונות תרמיות.

העתיד

ענף פיברגלס עומד בפני כמה אתגרים גדולים בשאר שנות התשעים ומעבר לה. מספר היצרנים של בידוד פיברגלס גדל בגלל חברות בנות אמריקאיות של חברות זרות ושיפורים בפריון על ידי היצרנים בארה"ב. זה הביא לעודף יכולת, שהשוק הנוכחי ואולי העתידי אינו יכול להכיל.

בנוסף ליכולת עודף, חומרי בידוד אחרים יתמודדו. צמר סלע הפך לשימוש נרחב בגלל שיפורי תהליכים ומוצרים אחרונים. בידוד קצף הוא אלטרנטיבה נוספת לפיברגלס בקירות מגורים ובגגות מסחריים. חומר מתחרה נוסף הוא תאית המשמשת בבידוד עליית הגג.

בגלל הביקוש הנמוך לבידוד בגלל שוק דיור רך, הצרכנים דורשים מחירים נמוכים יותר. דרישה זו היא גם תוצאה של המשך המגמה בגיבוש הקמעונאים והקבלנים. בתגובה, ענף הבידוד פיברגלס יצטרך להמשיך ולחתוך עלויות בשני תחומים עיקריים: אנרגיה וסביבה. יש להשתמש בתנורים יעילים יותר שאינם מסתמכים על מקור אנרגיה אחד בלבד.

כאשר המזבלות יגיעו לקיבולת מקסימאלית, יצרני פיברגלס יצטרכו להשיג כמעט אפס תפוקה על פסולת מוצקה מבלי להגדיל את העלויות. זה ידרוש שיפור תהליכי ייצור כדי להפחית את הפסולת (גם לפסולת נוזלים וגז) ושימוש חוזר בפסולת בכל מקום אפשרי.

פסולת כזו עשויה לדרוש עיבוד מחדש ושיקום מחדש לפני השימוש חוזר כחומר גלם. מספר יצרנים כבר מתייחסים לבעיות אלה.