유리섬유는 어떻게 만들어지나요?

유리섬유는 개별 유리섬유를 다양한 형태로 결합하여 만든 제품군을 말합니다. 유리 섬유는 형상에 따라 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 즉, 실과 직물에 사용되는 연속 섬유와 단열 및 여과용 배트, 블랭킷 또는 보드로 사용되는 불연속(짧은) 섬유입니다. 유리섬유는 양모나 면과 같은 실로 만들어질 수 있고 때로는 휘장에 사용되는 직물로 짜여질 수도 있습니다. 유리 섬유 직물은 일반적으로 성형 및 적층 플라스틱의 강화 재료로 사용됩니다. 불연속적인 섬유로 만든 두껍고 푹신한 소재인 유리섬유울은 단열과 흡음용으로 사용됩니다. 이는 선박과 잠수함 격벽 및 선체에서 흔히 발견됩니다. 자동차 엔진실 및 차체 패널 라이너; 용광로 및 에어컨 장치; 음향 벽 및 천장 패널; 및 건축 파티션. 유리섬유는 전기 절연 테이프, 직물 및 보강재로 사용되는 Type E(전기)와 같은 특정 용도에 맞게 맞춤화될 수 있습니다. 내산성이 뛰어난 C형(화학물질)과 단열용 T형이 있습니다.

유리 섬유의 상업적 사용은 비교적 최근에 이루어졌지만, 장인들은 르네상스 시대에 잔과 꽃병을 장식하기 위해 유리 가닥을 만들었습니다. 1713년 프랑스의 물리학자 르네 앙투안 페르쇼 드 레오뮈르(Rene-Antoine Ferchault de Reaumur)는 미세한 유리 가닥으로 장식된 직물을 생산했고, 영국의 발명가들은 1822년에 그 위업을 복제했습니다. 영국의 실크 직공이 1842년에 유리 직물을 만들었고, 또 다른 발명가인 에드워드 리비(Edward Libbey)는 1893년 시카고 콜롬비아 박람회에서 유리로 짠 드레스.

무작위 길이의 불연속 섬유 덩어리인 유리솜은 막대에서 수평으로 회전 드럼으로 섬유를 끌어당기는 과정을 포함하는 공정을 사용하여 세기 전환기에 유럽에서 처음 생산되었습니다. 수십 년 후, 방적 공정이 개발되어 특허를 받았습니다. 유리섬유 단열재는 제1차 세계대전 당시 독일에서 제조되었습니다. 유리섬유의 산업적 생산을 목표로 한 연구개발은 1930년대 미국에서 Owens-Illinois Glass Company와 Corning Glass라는 두 대기업의 지휘 하에 진행되었습니다. 공장. 이들 회사는 매우 미세한 오리피스를 통해 용융 유리를 끌어당겨 미세하고 유연하며 저렴한 유리 섬유를 개발했습니다. 1938년에 이 두 회사가 합병되어 Owens-Corning Fiberglas Corp.가 탄생했습니다. 현재는 간단히 Owens-Corning으로 알려져 있는 이 회사는 연간 30억 달러 규모의 회사가 되었으며 유리 섬유 시장의 선두주자입니다.

원자재

유리섬유 제품의 기본 원료는 다양한 천연 광물과 제조된 화학물질입니다. 주요 성분은 규사, 석회석, 소다회입니다. 다른 성분으로는 소성 알루미나, 붕사, 장석, 하석 섬장암, 마그네사이트, 고령토 점토 등이 있습니다. 규사는 유리 형성제로 사용되며 소다회와 석회석은 주로 용융 온도를 낮추는 데 도움이 됩니다. 내화학성을 위한 붕사와 같은 특정 특성을 개선하기 위해 다른 성분도 사용됩니다. 파유리라고도 불리는 폐유리도 원료로 사용된다. 원자재는 정확한 수량으로 조심스럽게 무게를 측정하고 유리로 녹이기 전에 완전히 혼합되어야 합니다(배칭이라고 함).

제조
프로세스

녹는

배치가 준비되면 용해로에 투입됩니다. 용광로는 전기, 화석 연료 또는 이 둘의 조합으로 가열될 수 있습니다. 유리의 부드럽고 안정적인 흐름을 유지하려면 온도를 정밀하게 제어해야 합니다. 용융된 유리는 섬유로 형성되기 위해 다른 유형의 유리보다 더 높은 온도(약 2500°F[1371°C])에서 보관되어야 합니다. 유리가 용융되면 용광로 끝에 위치한 채널(전로)을 통해 성형 장비로 전달됩니다.

섬유로 형성

섬유의 종류에 따라 섬유를 형성하는 데 여러 가지 다른 공정이 사용됩니다. 직물 섬유는 용해로에서 직접 용융 유리로 형성될 수 있거나, 용융 유리는 직경 약 0.62인치(1.6cm)의 유리구슬을 형성하는 기계에 먼저 공급될 수 있습니다. 이 대리석을 사용하면 유리에 불순물이 있는지 육안으로 검사할 수 있습니다. 직접 용융 공정과 대리석 용융 공정 모두에서 유리 또는 유리 대리석은 전기 가열 부싱(방적돌기라고도 함)을 통해 공급됩니다. 부싱은 백금 또는 금속 합금으로 만들어지며 200~3,000개의 매우 미세한 구멍이 있습니다. 용융된 유리는 오리피스를 통과하여 미세한 필라멘트로 나옵니다.

연속 필라멘트 공정

연속 필라멘트 공정을 통해 길고 연속적인 섬유를 생산할 수 있습니다. 유리가 부싱의 구멍을 통해 흘러나간 후 여러 가닥이 고속 와인더에 걸리게 됩니다. 와인더는 분당 약 3km의 속도로 회전하는데, 이는 부싱의 유속보다 훨씬 빠른 속도입니다. 장력은 용융된 상태에서 필라멘트를 잡아당겨 부싱 구멍 직경의 일부만 되는 가닥을 형성합니다. 화학 바인더가 적용되어 나중에 가공하는 동안 섬유가 끊어지는 것을 방지합니다. 그런 다음 필라멘트가 튜브에 감겨집니다. 이제는 꼬아서 실로 엮을 수 있습니다.

스테이플 파이버 공정

또 다른 방법은 스테이플파이버 공정입니다. 용융된 유리가 부싱을 통해 흐르면서 공기 제트가 필라멘트를 빠르게 냉각시킵니다. 격렬한 공기 폭발로 인해 필라멘트가 20~38cm(8~15인치) 길이로 끊어집니다. 이 필라멘트는 윤활제 스프레이를 통해 회전 드럼 위로 떨어져 얇은 웹을 형성합니다. 웹은 드럼에서 당겨져 느슨하게 조립된 섬유의 연속 가닥으로 당겨집니다. 이 가닥은 양모와 면화에 사용되는 것과 동일한 공정을 통해 실로 가공될 수 있습니다.

다진섬유

실로 형성되는 대신, 연속적이거나 긴 스테이플 스트랜드는 짧은 길이로 잘려질 수 있습니다. 가닥은 크릴이라고 불리는 보빈 세트에 장착되고 기계를 통해 당겨져 짧은 조각으로 자릅니다. 절단된 섬유는 바인더가 첨가된 매트로 형성된다. 오븐에서 경화시킨 후 매트를 말아 올립니다. 다양한 무게와 두께로 지붕널, 조립식 지붕 또는 장식용 매트용 제품이 제공됩니다.

유리솜

유리솜을 만드는 데는 회전식 또는 스피너 공정이 사용됩니다. 이 과정에서 용해로에서 나온 용융 유리는 작은 구멍이 있는 원통형 용기로 흘러 들어갑니다. 용기가 빠르게 회전함에 따라 유리의 수평 흐름이 구멍 밖으로 흘러나옵니다. 용융된 유리 흐름은 공기, 뜨거운 가스 또는 두 가지 모두의 하향 폭발에 의해 섬유로 변환됩니다. 섬유는 컨베이어 벨트 위로 떨어져서 양털 같은 덩어리로 서로 얽혀 있습니다. 이는 단열재로 사용할 수도 있고, 양모에 바인더를 뿌리고 원하는 두께로 압축한 후 오븐에서 경화할 수도 있습니다. 열은 바인더를 설정하고 결과 제품은 경성 또는 반강성 보드 또는 유연한 배트가 될 수 있습니다.

보호 코팅

유리 섬유 제품에는 바인더 외에도 다른 코팅이 필요합니다. 윤활제는 섬유 마모를 줄이기 위해 사용되며 섬유에 직접 분사되거나 결합제에 첨가됩니다. 냉각 단계에서 정전기 방지 조성물을 유리 섬유 단열 매트 표면에 뿌리는 경우도 있습니다. 매트를 통해 흡입된 냉각 공기는 정전기 방지제가 매트의 전체 두께에 침투하도록 합니다. 정전기 방지제는 정전기 발생을 최소화하는 물질과 부식 방지제 및 안정제 역할을 하는 물질, 두 가지 성분으로 구성됩니다. 사이징은 성형 작업에서 섬유 섬유에 적용되는 코팅으로, 하나 이상의 성분을 함유할 수 있습니다. 더 많은 구성요소(윤활제, 결합제 또는 커플링제). 커플링제는 플라스틱 강화에 사용되는 스트랜드에 사용되어 강화 재료에 대한 결합을 강화합니다. 때로는 이러한 코팅을 제거하거나 다른 코팅을 추가하기 위해 마무리 작업이 필요합니다. 플라스틱 강화재의 경우 사이징은 열이나 화학 물질 및 커플링제를 적용하여 제거할 수 있습니다. 장식 용도의 경우 직물을 열처리하여 사이징을 제거하고 직조를 설정해야 합니다. 염색 베이스 코팅은 염색이나 인쇄 전에 적용됩니다.

모양으로 형성

유리 섬유 제품은 여러 공정을 통해 만들어지며 다양한 모양으로 제공됩니다. 예를 들어, 유리 섬유 파이프 단열재는 경화되기 전에 성형 장치에서 직접 맨드릴이라는 막대 모양 형태로 감겨 있습니다. 길이가 91cm(3피트) 이하인 주형을 오븐에서 경화시킵니다. 그런 다음 경화된 길이를 세로 방향으로 탈형하고 지정된 치수로 절단합니다. 필요한 경우 외장을 적용하고 제품을 배송용으로 포장합니다.

품질 관리

유리섬유 단열재를 생산하는 동안 품질을 유지하기 위해 공정의 여러 위치에서 재료를 샘플링합니다. 이러한 위치에는 다음이 포함됩니다: 전기 용해기에 공급되는 혼합 배치; 섬유화기에 공급되는 부싱으로부터의 용융 유리; 섬유화기 기계에서 나오는 유리 섬유; 생산 라인 끝에서 나오는 최종 경화 제품. 벌크 유리 및 섬유 샘플은 정교한 화학 분석기와 현미경을 사용하여 화학 성분과 결함의 존재 여부를 분석합니다. 배치 재료의 입자 크기 분포는 재료를 다양한 크기의 체에 통과시켜 얻습니다. 최종 제품은 규격에 따라 포장 후 두께를 측정합니다. 두께의 변화는 유리 품질이 표준보다 낮다는 것을 나타냅니다.

유리 섬유 단열재 제조업체는 또한 다양한 표준화된 테스트 절차를 사용하여 제품의 음향 저항, 흡음 및 차음 성능을 측정, 조정 및 최적화합니다. 음향 특성은 섬유 직경, 벌크 밀도, 두께 및 바인더 함량과 같은 생산 변수를 조정하여 제어할 수 있습니다. 유사한 접근 방식이 열 특성을 제어하는 ​​데 사용됩니다.

미래

유리섬유 산업은 1990년대와 그 이후에도 몇 가지 주요 과제에 직면해 있습니다. 외국 기업의 미국 자회사와 미국 제조업체의 생산성 향상으로 인해 유리 섬유 단열재 생산 업체 수가 증가했습니다. 이로 인해 현재와 미래의 시장이 수용할 수 없는 과잉 용량이 발생했습니다.

초과 용량 외에도 다른 단열재도 경쟁하게 됩니다. 암면은 최근 공정 및 제품 개선으로 인해 널리 사용되고 있습니다. 폼 단열재는 주거용 벽과 상업용 지붕에 사용되는 유리섬유의 또 다른 대안입니다. 또 다른 경쟁 재료는 다락방 단열재에 사용되는 셀룰로오스입니다.

주택시장 침체로 인해 단열재 수요가 낮아지면서 소비자들은 더 낮은 가격을 요구하고 있습니다. 이러한 수요는 또한 소매업체와 계약업체의 지속적인 통합 추세의 결과이기도 합니다. 이에 대응하여 유리섬유 단열재 산업은 에너지와 환경이라는 두 가지 주요 영역에서 비용을 지속적으로 절감해야 합니다. 하나의 에너지원에만 의존하지 않는 보다 효율적인 용광로를 사용해야 합니다.

매립지가 최대 용량에 도달함에 따라 유리 섬유 제조업체는 비용 증가 없이 고형 폐기물에 대한 생산량을 거의 0으로 달성해야 합니다. 이를 위해서는 폐기물을 줄이고(액체 및 가스 폐기물의 경우에도) 가능한 경우 폐기물을 재사용하기 위해 제조 공정을 개선해야 합니다.

이러한 폐기물은 원료로 재사용하기 전에 재처리 및 재용해가 필요할 수 있습니다. 몇몇 제조업체에서는 이미 이러한 문제를 해결하고 있습니다.