Bagaimana gentian kaca dibuat?

Fiberglass merujuk kepada sekumpulan produk yang diperbuat daripada gentian kaca individu yang digabungkan ke dalam pelbagai bentuk. Serat kaca boleh dibahagikan kepada dua kumpulan utama mengikut geometri mereka: gentian berterusan yang digunakan dalam benang dan tekstil, dan gentian yang tidak berterusan (pendek) yang digunakan sebagai batt, selimut, atau papan untuk penebat dan penapisan. Fiberglass boleh dibentuk menjadi benang seperti bulu atau kapas, dan ditenun menjadi kain yang kadang -kadang digunakan untuk tirai. Tekstil gentian kaca biasanya digunakan sebagai bahan tetulang untuk plastik yang dibentuk dan berlapis. Bulu gentian kaca, bahan tebal dan lembut yang diperbuat daripada gentian yang tidak berterusan, digunakan untuk penebat haba dan penyerapan bunyi. Ia biasanya dijumpai di kapal dan kapal selam kapal selam dan kapal selam; petak enjin kereta dan kapal panel badan; dalam relau dan unit penghawa dingin; dinding akustik dan panel siling; dan partisi seni bina. Fiberglass boleh disesuaikan untuk aplikasi tertentu seperti jenis E (elektrik), digunakan sebagai pita penebat elektrik, tekstil dan tetulang; Jenis C (kimia), yang mempunyai rintangan asid unggul, dan jenis T, untuk penebat haba.

Walaupun penggunaan komersil serat kaca agak baru -baru ini, pengrajin mencipta helai kaca untuk menghias gelas dan vas semasa Renaissance. Seorang ahli fizik Perancis, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, menghasilkan tekstil yang dihiasi dengan helai kaca halus pada tahun 1713, dan pencipta British menduplikasi prestasi pada tahun 1822. Pakaian tenunan kaca di Eksposisi Columbia 1893 di Chicago.

Bulu kaca, jisim serat yang tidak berterusan secara rawak, mula -mula dihasilkan di Eropah pada pergantian abad ini, menggunakan proses yang melibatkan gentian lukisan dari batang secara mendatar ke drum pusingan. Beberapa dekad kemudian, proses berputar telah dibangunkan dan dipatenkan. Bahan penebat serat kaca dihasilkan di Jerman semasa Perang Dunia I. Penyelidikan dan pembangunan yang bertujuan untuk pengeluaran industri gentian kaca berkembang di Amerika Syarikat pada tahun 1930-an, di bawah arahan dua syarikat utama, Syarikat Glass Owens-Illinois dan Corning Glass Berfungsi. Syarikat-syarikat ini membangunkan serat kaca yang halus, lentur, kos rendah dengan melukis kaca cair melalui orifices yang sangat halus. Pada tahun 1938, kedua-dua syarikat ini bergabung untuk membentuk Owens-Corning Fiberglas Corp yang kini dikenali sebagai Owens-Corning, ia telah menjadi syarikat $ 3 bilion setahun, dan merupakan pemimpin dalam pasaran gentian kaca.

Bahan mentah

Bahan mentah asas untuk produk gentian kaca adalah pelbagai mineral semulajadi dan bahan kimia yang dihasilkan. Bahan -bahan utama adalah pasir silika, batu kapur, dan abu soda. Bahan -bahan lain mungkin termasuk alumina, borax, feldspar, syenite nepheline, magnesit, dan kaolin tanah liat, antara lain. Pasir silika digunakan sebagai bekas kaca, dan abu soda dan batu kapur membantu terutamanya untuk menurunkan suhu lebur. Bahan -bahan lain digunakan untuk memperbaiki sifat -sifat tertentu, seperti boraks untuk rintangan kimia. Kaca sisa, juga dipanggil cullet, juga digunakan sebagai bahan mentah. Bahan mentah mesti ditimbang dengan teliti dalam kuantiti yang tepat dan dicampur dengan teliti (dipanggil batching) sebelum dicairkan ke dalam kaca.

Pembuatan
Proses

Lebur

Sebaik sahaja kumpulan itu disediakan, ia dimasukkan ke dalam relau untuk lebur. Relau boleh dipanaskan oleh elektrik, bahan api fosil, atau gabungan kedua -duanya. Suhu mesti dikawal dengan tepat untuk mengekalkan aliran kaca yang licin dan mantap. Kaca cair mesti disimpan pada suhu yang lebih tinggi (kira -kira 2500 ° F [1371 ° C]) daripada jenis kaca lain untuk dibentuk menjadi serat. Sebaik sahaja kaca menjadi cair, ia dipindahkan ke peralatan pembentukan melalui saluran (forehearth) yang terletak di hujung relau.

Membentuk serat

Beberapa proses yang berbeza digunakan untuk membentuk serat, bergantung kepada jenis serat. Serat tekstil boleh dibentuk dari kaca cair secara langsung dari relau, atau kaca cair boleh diberi makan terlebih dahulu kepada mesin yang membentuk kelereng kaca kira -kira 0.62 inci (1.6 cm) diameter. Kelereng -guli ini membolehkan kaca diperiksa secara visual untuk kekotoran. Dalam kedua -dua proses cair dan marmar cair langsung, guli kaca atau kaca diberi makan melalui bushings elektrik yang dipanaskan (juga dipanggil spinneret). Bushing diperbuat daripada platinum atau aloi logam, dengan mana -mana dari 200 hingga 3,000 orifices yang sangat halus. Kaca cair melewati orifices dan keluar sebagai filamen yang baik.

Proses Filament Berterusan

Serat yang panjang dan berterusan boleh dihasilkan melalui proses filamen berterusan. Selepas kaca mengalir melalui lubang di bushing, pelbagai helai ditangkap pada penggulungan berkelajuan tinggi. The Winder berkisar kira -kira 2 batu (3 km) seminit, jauh lebih cepat daripada kadar aliran dari bushings. Ketegangan mengeluarkan filamen semasa masih cair, membentuk helai sebahagian kecil daripada diameter bukaan dalam sesendal. Pengikat kimia digunakan, yang membantu mengekalkan serat daripada pecah semasa pemprosesan kemudian. Filamen kemudian luka ke tiub. Ia kini boleh dipintal dan dipasang ke dalam benang.

Proses serat ruji

Kaedah alternatif adalah proses staplefiber. Ketika kaca cair mengalir melalui bushings, jet udara dengan cepat menyejukkan filamen. Pecahan udara yang bergelora juga memecahkan filamen ke panjang 8-15 inci (20-38 cm). Filamen ini jatuh melalui semburan pelincir ke drum pusingan, di mana mereka membentuk web yang nipis. Web ini diambil dari gendang dan ditarik ke dalam gentian serat yang berkumpul. Strand ini boleh diproses ke dalam benang dengan proses yang sama yang digunakan untuk bulu dan kapas.

Serat cincang

Daripada dibentuk ke dalam benang, helai berterusan atau panjang boleh dicincang dalam jangka pendek. Strand dipasang pada satu set bobbins, yang dipanggil creel, dan ditarik melalui mesin yang memotongnya ke dalam kepingan pendek. Serat cincang dibentuk menjadi tikar yang mana pengikat ditambah. Selepas menyembuhkan dalam ketuhar, tikar digulung. Pelbagai berat dan ketebalan memberikan produk untuk kayap, bumbung terbina, atau tikar hiasan.

Bulu kaca

Proses putar atau pemutar digunakan untuk membuat bulu kaca. Dalam proses ini, kaca cair dari relau mengalir ke dalam bekas silinder yang mempunyai lubang kecil. Apabila bekas berputar dengan cepat, aliran mendatar aliran kaca keluar dari lubang. Aliran kaca cair ditukar menjadi serat oleh letupan udara ke bawah, gas panas, atau kedua -duanya. Serat jatuh ke tali pinggang penghantar, di mana mereka saling bersambung dengan satu sama lain dalam jisim. Ini boleh digunakan untuk penebat, atau bulu boleh disembur dengan pengikat, dimampatkan ke dalam ketebalan yang dikehendaki, dan sembuh dalam ketuhar. Haba menetapkan pengikat, dan produk yang dihasilkan mungkin papan tegar atau separuh tegar, atau batt fleksibel.

Salutan pelindung

Sebagai tambahan kepada pengikat, salutan lain diperlukan untuk produk gentian kaca. Pelincir digunakan untuk mengurangkan lelasan serat dan sama ada disembur secara langsung pada serat atau dimasukkan ke dalam pengikat. Komposisi anti-statik juga kadang-kadang disembur ke permukaan tikar penebat gentian kaca semasa langkah penyejukan. Udara penyejukan yang ditarik melalui tikar menyebabkan ejen anti statik menembusi ketebalan keseluruhan tikar. Ejen anti-statik terdiri daripada dua bahan-bahan yang meminimumkan penjanaan elektrik statik, dan bahan yang berfungsi sebagai perencat kakisan dan penstabil. Penyesuaian adalah salutan yang digunakan untuk gentian tekstil dalam operasi pembentukan, dan mungkin mengandungi satu atau lebih banyak komponen (pelincir, pengikat, atau agen gandingan). Ejen gandingan digunakan pada helai yang akan digunakan untuk mengukuhkan plastik, untuk mengukuhkan ikatan kepada bahan yang diperkuat. Untuk bantuan plastik, sizing boleh dikeluarkan dengan haba atau bahan kimia dan ejen gandingan yang digunakan. Untuk aplikasi hiasan, kain mestilah panas dirawat untuk menghilangkan sizings dan menetapkan tenunan. Lapisan asas pewarna kemudian digunakan sebelum mati atau mencetak.

Membentuk bentuk

Produk Fiberglass datang dalam pelbagai bentuk, dibuat menggunakan beberapa proses. Sebagai contoh, penebat paip gentian kaca luka ke bentuk seperti rod yang dipanggil mandrels secara langsung dari unit pembentukan, sebelum menyembuhkan. Bentuk acuan, panjang 3 kaki (91 cm) atau kurang, kemudian disembuhkan dalam ketuhar. Panjang yang sembuh kemudiannya dibentuk panjang, dan dipasang ke dalam dimensi yang ditentukan. Facings digunakan jika diperlukan, dan produk itu dibungkus untuk penghantaran.

Kawalan kualiti

Semasa pengeluaran penebat gentian kaca, bahan dicontohi di beberapa lokasi dalam proses untuk mengekalkan kualiti. Lokasi -lokasi ini termasuk: batch campuran yang diberi makan kepada melter elektrik; kaca cair dari bushing yang memberi makan fiberizer; Serat kaca keluar dari mesin fiberizer; dan produk sembuh akhir yang muncul dari akhir barisan pengeluaran. Sampel kaca dan serat pukal dianalisis untuk komposisi kimia dan kehadiran kelemahan menggunakan penganalisis kimia dan mikroskop yang canggih. Pengagihan saiz zarah bahan batch diperolehi dengan lulus bahan melalui beberapa siang bersaiz yang berbeza. Produk akhir diukur untuk ketebalan selepas pembungkusan mengikut spesifikasi. Perubahan ketebalan menunjukkan bahawa kualiti kaca berada di bawah standard.

Pengilang penebat gentian kaca juga menggunakan pelbagai prosedur ujian piawai untuk mengukur, menyesuaikan, dan mengoptimumkan rintangan akustik produk, penyerapan bunyi, dan prestasi halangan bunyi. Ciri -ciri akustik boleh dikawal dengan menyesuaikan pembolehubah pengeluaran seperti diameter serat, ketumpatan pukal, ketebalan, dan kandungan pengikat. Pendekatan yang sama digunakan untuk mengawal sifat terma.

Masa depan

Industri gentian kaca menghadapi beberapa cabaran utama sepanjang tahun 1990 -an dan seterusnya. Bilangan pengeluar penebat gentian kaca telah meningkat disebabkan oleh subsidiari Amerika Syarikat asing dan penambahbaikan produktiviti oleh pengeluar AS. Ini telah mengakibatkan kapasiti berlebihan, yang pasaran semasa dan mungkin masa depan tidak dapat menampung.

Sebagai tambahan kepada kapasiti berlebihan, bahan penebat lain akan bersaing. Bulu batu telah digunakan secara meluas kerana proses dan penambahbaikan produk baru -baru ini. Penebat buih adalah alternatif lain untuk gentian kaca di dinding kediaman dan bumbung komersial. Satu lagi bahan bersaing adalah selulosa, yang digunakan dalam penebat loteng.

Kerana permintaan yang rendah untuk penebat disebabkan oleh pasaran perumahan yang lembut, pengguna menuntut harga yang lebih rendah. Permintaan ini juga disebabkan oleh trend berterusan dalam penyatuan peruncit dan kontraktor. Sebagai tindak balas, industri penebat gentian kaca perlu terus mengurangkan kos di dua bidang utama: tenaga dan persekitaran. Tungku yang lebih cekap perlu digunakan yang tidak bergantung pada satu sumber tenaga.

Dengan tapak pelupusan yang mencapai kapasiti maksimum, pengeluar gentian kaca perlu mencapai hampir sifar output pada sisa pepejal tanpa peningkatan kos. Ini memerlukan peningkatan proses pembuatan untuk mengurangkan sisa (untuk sisa cecair dan gas juga) dan menggunakan sisa semula jika mungkin.

Sisa sedemikian mungkin memerlukan pemprosesan semula dan remeling sebelum menggunakan semula bahan mentah. Beberapa pengeluar sudah menangani isu -isu ini.