Kaip gaminamas stiklo pluoštas?

Stiklo pluoštas reiškia gaminių grupę, pagamintą iš atskirų stiklo pluoštų, sujungtų į įvairias formas. Stiklo pluoštus galima suskirstyti į dvi dideles grupes pagal jų geometriją: ištisinius pluoštus, naudojamus verpaluose ir tekstilės gaminiuose, ir nenutrūkstamus (trumpuosius) pluoštus, naudojamus kaip šikšnosparniai, antklodės ar plokštės izoliacijai ir filtravimui. Stiklo pluoštas gali būti suformuotas į verpalus, panašiai kaip iš vilnos ar medvilnės, ir išaustas į audinį, kuris kartais naudojamas portjeroms. Stiklo pluošto tekstilė dažniausiai naudojama kaip sutvirtinanti medžiaga lietam ir laminuotam plastikui. Stiklo pluošto vata, stora, puri medžiaga, pagaminta iš nepertraukiamo pluošto, naudojama šilumos izoliacijai ir garso sugerčiai. Jis dažniausiai randamas laivų ir povandeninių laivų pertvarose ir korpusuose; Automobilių variklių skyriai ir kėbulo plokščių įdėklai; krosnyse ir oro kondicionavimo įrenginiuose; akustinės sienų ir lubų plokštės; ir architektūrinės pertvaros. Stiklo pluoštas gali būti pritaikytas konkrečioms reikmėms, pvz., E tipo (elektros), naudojamas kaip elektros izoliacinė juosta, tekstilė ir armatūra; C tipas (cheminis), turintis didesnį atsparumą rūgštims, ir T tipas, skirtas šilumos izoliacijai.

Nors komercinis stiklo pluoštas naudojamas palyginti neseniai, Renesanso laikais amatininkai sukūrė stiklo pluoštus taurėms ir vazoms dekoruoti. Prancūzų fizikas Rene-Antoine'as Ferchault de Reaumuras 1713 m. pagamino tekstilės gaminius, dekoruotus plonomis stiklo sruogomis, o britų išradėjai pakartojo šį žygdarbį 1822 m. Britų šilko audėjas 1842 m. pagamino stiklo audinį, o kitas išradėjas Edwardas Libbey eksponavo iš stiklo austa suknelė 1893 m. Kolumbijos parodoje Čikagoje.

Stiklo vata, puri atsitiktinių ilgių nenutrūkstamo pluošto masė, pirmą kartą buvo pagaminta Europoje šimtmečių sandūroje, naudojant procesą, kurio metu pluoštai iš strypų buvo traukiami horizontaliai į besisukantį būgną. Po kelių dešimtmečių buvo sukurtas ir patentuotas verpimo procesas. Stiklo pluošto izoliacinė medžiaga buvo gaminama Vokietijoje per Pirmąjį pasaulinį karą. Tyrimai ir plėtra, skirti pramoninei stiklo pluošto gamybai, XX a. ketvirtajame dešimtmetyje vyko Jungtinėse Valstijose, vadovaujant dviem didelėms įmonėms – Owens-Illinois Glass Company ir Corning Glass. Veikia. Šios įmonės sukūrė ploną, lankstų, nebrangų stiklo pluoštą, ištraukdamos išlydytą stiklą per labai smulkias angas. 1938 m. šios dvi įmonės susijungė ir įkūrė Owens-Corning Fiberglas Corp. Dabar tiesiog žinoma kaip Owens-Corning, ji ​​tapo 3 milijardų dolerių per metus įmone ir yra stiklo pluošto rinkos lyderė.

Žaliavos

Pagrindinės stiklo pluošto gaminių žaliavos yra įvairūs natūralūs mineralai ir gaminamos cheminės medžiagos. Pagrindinės sudedamosios dalys yra kvarcinis smėlis, kalkakmenis ir soda. Kiti ingredientai gali būti kalcinuotas aliuminio oksidas, boraksas, lauko špatas, nefelino sienitas, magnezitas ir kaolino molis. Silicio smėlis naudojamas kaip stiklo formuotojas, o kalcinuota soda ir kalkakmenis pirmiausia padeda sumažinti lydymosi temperatūrą. Kiti ingredientai naudojami tam tikroms savybėms pagerinti, pavyzdžiui, boraksas, skirtas cheminiam atsparumui. Stiklo atliekos, dar vadinamos duženais, taip pat naudojamos kaip žaliava. Žaliavos turi būti kruopščiai pasvertos tiksliais kiekiais ir gerai sumaišytos (vadinamos partijomis), prieš jas ištirpinant į stiklą.

Gamyba
Procesas

Tirpimas

Paruošus partiją, ji tiekiama į krosnį lydyti. Krosnis gali būti šildoma elektra, iškastiniu kuru arba jų deriniu. Temperatūra turi būti tiksliai kontroliuojama, kad būtų išlaikytas sklandus ir pastovus stiklo srautas. Išlydytas stiklas turi būti laikomas aukštesnėje temperatūroje (apie 2500 °F [1371 °C]) nei kitų rūšių stiklas, kad jis būtų suformuotas į pluoštą. Kai stiklas išsilydo, jis per kanalą (priekinį židinį), esantį krosnies gale, perkeliamas į formavimo įrangą.

Formuojasi į pluoštus

Priklausomai nuo pluošto tipo, pluoštui formuoti naudojami keli skirtingi procesai. Tekstilės pluoštai gali būti formuojami iš išlydyto stiklo tiesiai iš krosnies arba išlydytas stiklas pirmiausia gali būti paduodamas į mašiną, kuri formuoja maždaug 0,62 colio (1,6 cm) skersmens stiklo rutuliukus. Šie rutuliukai leidžia vizualiai apžiūrėti stiklą, ar nėra nešvarumų. Tiek tiesioginio lydymo, tiek marmuro lydymosi procese stiklas arba stiklo rutuliukai tiekiami per elektra šildomas įvores (taip pat vadinamas suktukais). Įvorė pagaminta iš platinos arba metalo lydinio su nuo 200 iki 3000 labai smulkių angų. Išlydytas stiklas praeina pro angas ir išeina smulkių siūlų pavidalu.

Nepertraukiamo gijų procesas

Ilgas ištisinis pluoštas gali būti pagamintas naudojant ištisinio gijų procesą. Stiklui pratekėjus per įvorės skylutes, greitaeigiu suktuvu sugaunamos kelios gijos. Apvija sukasi maždaug 2 mylių (3 km) per minutę greičiu, daug greičiau nei srautas iš įvorių. Įtempimas ištraukia siūlus, kol jie vis dar yra išlydyti, sudarydami sruogelius, kurie yra dalis įvorės angų skersmens. Naudojamas cheminis rišiklis, kuris padeda apsaugoti pluoštą nuo lūžimo vėlesnio apdorojimo metu. Tada siūlas suvyniotas ant vamzdelių. Dabar jį galima susukti ir surišti į verpalus.

kuokštelinio pluošto procesas

Alternatyvus metodas yra kuokštelinio pluošto procesas. Kai išlydytas stiklas teka per įvores, oro srovės greitai atvėsina siūlus. Turbulentinis oro pliūpsnis taip pat suskaido siūlus į 8–15 colių (20–38 cm) ilgius. Šios gijos patenka per tepalo purškimą ant besisukančio būgno, kur jie sudaro ploną tinklelį. Juosta ištraukiama iš būgno ir ištraukiama į ištisinę laisvai sujungtų pluoštų giją. Šią sruogą galima perdirbti į verpalus tais pačiais procesais, kurie naudojami vilnai ir medvilnei.

Susmulkintas pluoštas

Užuot formuojant verpalus, ištisinė arba ilgoji sruogelė gali būti susmulkinta į trumpus gabalus. Sruogelė pritvirtinama ant ritės rinkinio, vadinamo ritėmis, ir ištraukiama per mašiną, kuri susmulkina ją į trumpus gabalus. Iš susmulkinto pluošto formuojami kilimėliai, į kuriuos pridedama rišiklio. Po kietėjimo orkaitėje kilimėlis suvyniojamas. Įvairūs svoriai ir storiai suteikia gaminius čerpėms, pastatomai stogo dangai ar dekoratyviniams kilimėliams.

Stiklo vata

Stiklo vatai gaminti naudojamas rotacinis arba verpimo procesas. Šiame procese išlydytas stiklas iš krosnies patenka į cilindrinį indą su mažomis skylutėmis. Indui greitai besisukant, iš skylių išteka horizontalios stiklo srovės. Išlydyto stiklo srautai paverčiami pluoštais, skleidžiant žemyn nukreiptą orą, karštas dujas arba abu. Pluoštai patenka ant konvejerio juostos, kur susipina viena su kita į minkštą masę. Taip galima apšiltinti arba vatą apipurkšti rišikliu, suspausti iki norimo storio ir kietinti orkaitėje. Šiluma sutvirtina rišiklį, o gautas produktas gali būti standi arba pusiau standi plokštė arba lanksti vata.

Apsauginės dangos

Be rišiklių, stiklo pluošto gaminiams reikalingos ir kitos dangos. Tepalai naudojami pluošto dilimui sumažinti ir yra tiesiogiai purškiami ant pluošto arba pridedami prie rišiklio. Antistatinė kompozicija taip pat kartais purškiama ant stiklo pluošto izoliacinių kilimėlių paviršiaus aušinimo metu. Aušinamas oras, patenkantis per kilimėlį, priverčia antistatinę medžiagą prasiskverbti per visą kilimėlio storį. Antistatinę priemonę sudaro dvi sudedamosios dalys – medžiaga, kuri sumažina statinės elektros susidarymą, ir medžiaga, kuri veikia kaip korozijos inhibitorius ir stabilizatorius. Dydžio nustatymas yra bet kokia tekstilės pluošto danga formavimo metu, ir gali būti viena arba daugiau komponentų (tepalų, rišiklių ar jungiamųjų medžiagų). Jungiamosios medžiagos naudojamos ant sruogų, kurios bus naudojamos sutvirtinti plastiką, sustiprinti sukibimą su sustiprinta medžiaga. Kartais reikia atlikti apdailos operaciją, kad būtų pašalintos šios dangos arba uždėtų kitą dangą. Plastikiniams sutvirtinimams išmatavimus galima pašalinti šiluma arba cheminėmis medžiagomis ir užtepti jungiamąją medžiagą. Dekoratyviniam naudojimui audiniai turi būti termiškai apdoroti, kad būtų pašalinti dydžiai ir sutvirtintas pynimas. Tada prieš dažant ar spausdinant užtepamos dažų pagrindo dangos.

Formavimas į formas

Stiklo pluošto gaminiai būna įvairiausių formų, pagaminti naudojant kelis procesus. Pavyzdžiui, stiklo pluošto vamzdžių izoliacija suvyniojama ant strypų pavidalo formų, vadinamų įtvarais, tiesiai iš formavimo mazgų, prieš kietinant. Pelėsių formos, kurių ilgis yra 3 pėdos (91 cm) ar mažesnės, išdžiovinamos orkaitėje. Sukietėję ilgiai išimami išilgai ir supjaustomi iki nurodytų matmenų. Esant poreikiui uždedamos apkalos, o gaminys supakuojamas siuntimui.

Kokybės kontrolė

Gaminant stiklo pluošto izoliaciją, siekiant išlaikyti kokybę, medžiagos mėginiai imami keliose proceso vietose. Šios vietos apima: mišrią partiją tiekiama į elektrinį lydymo aparatą; išlydytas stiklas iš įvorės, kuri tiekia pluošto formuotoją; stiklo pluoštas, išeinantis iš pluošto pjaustymo mašinos; ir galutinis sukietintas produktas, atsirandantis iš gamybos linijos pabaigos. Tūriniai stiklo ir pluošto mėginiai yra analizuojami, siekiant nustatyti cheminę sudėtį ir defektus, naudojant sudėtingus cheminius analizatorius ir mikroskopus. Partijos medžiagos dalelių dydžio pasiskirstymas gaunamas perduodant medžiagą per daugybę skirtingų dydžių sietų. Galutinio produkto storis matuojamas po supakavimo pagal specifikacijas. Storio pokytis rodo, kad stiklo kokybė yra žemesnė už standartą.

Stiklo pluošto izoliacijos gamintojai taip pat taiko įvairias standartizuotas bandymo procedūras, kad išmatuotų, sureguliuotų ir optimizuotų gaminio akustinę varžą, garso sugertį ir garso barjero veikimą. Akustines savybes galima valdyti koreguojant tokius gamybos kintamuosius kaip pluošto skersmuo, tūrinis tankis, storis ir rišiklio kiekis. Panašus metodas naudojamas šiluminėms savybėms kontroliuoti.

Ateitis

Stiklo pluošto pramonė susiduria su dideliais iššūkiais per likusį dešimtąjį dešimtmetį ir vėliau. Stiklo pluošto izoliacijos gamintojų skaičius išaugo dėl dukterinių užsienio kompanijų Amerikoje ir JAV gamintojų našumo pagerėjimo. Dėl to atsirado pertekliniai pajėgumai, kurių dabartinė ir galbūt būsima rinka negali priimti.

Be perteklinės talpos, konkuruos ir kitos šiltinimo medžiagos. Akmens vata tapo plačiai naudojama dėl naujausių proceso ir gaminių patobulinimų. Putų izoliacija yra dar viena stiklo pluošto alternatyva gyvenamųjų namų sienose ir komerciniuose stoguose. Dar viena konkuruojanti medžiaga – celiuliozė, kuri naudojama palėpės šiltinimui.

Dėl mažos izoliacijos paklausos dėl minkšto būsto rinkos vartotojai reikalauja mažesnių kainų. Šią paklausą taip pat lėmė nuolatinė mažmenininkų ir rangovų konsolidacijos tendencija. Reaguodama į tai, stiklo pluošto izoliacijos pramonė turės toliau mažinti išlaidas dviejose pagrindinėse srityse: energijos ir aplinkos. Reikės naudoti efektyvesnes krosnis, kurios nepasikliauna tik vienu energijos šaltiniu.

Sąvartynams pasiekus maksimalų pajėgumą, stiklo pluošto gamintojai turės pasiekti beveik nulinį kietųjų atliekų kiekį nedidinant sąnaudų. Tam reikės tobulinti gamybos procesus, siekiant sumažinti atliekų kiekį (taip pat skystų ir dujinių atliekų atveju) ir, kur įmanoma, pakartotinai panaudoti atliekas.

Tokias atliekas prieš pakartotinai naudojant kaip žaliavą gali reikėti perdirbti ir išlydyti. Keletas gamintojų jau sprendžia šias problemas.