Hoe glasvezel wordt gemaakt?

Glasvezel verwijst naar een groep producten gemaakt van individuele glasvezels gecombineerd in verschillende vormen. Glasvezels kunnen op basis van hun geometrie in twee hoofdgroepen worden verdeeld: continue vezels die worden gebruikt in garens en textiel, en de discontinue (korte) vezels die worden gebruikt als watten, dekens of platen voor isolatie en filtratie. Glasvezel kan tot garen worden gevormd, net als wol of katoen, en tot stof worden geweven die soms voor gordijnen wordt gebruikt. Glasvezeltextiel wordt vaak gebruikt als versterkingsmateriaal voor gegoten en gelamineerde kunststoffen. Glasvezelwol, een dik, donzig materiaal gemaakt van discontinue vezels, wordt gebruikt voor thermische isolatie en geluidsabsorptie. Het wordt vaak aangetroffen in schotten en rompen van schepen en onderzeeërs; motorcompartimenten voor auto's en bekledingen van carrosseriepanelen; in ovens en airconditioningunits; akoestische wand- en plafondpanelen; en architecturale scheidingswanden. Glasvezel kan op maat worden gemaakt voor specifieke toepassingen zoals Type E (elektrisch), gebruikt als elektrische isolatietape, textiel en versterking; Type C (chemisch), met superieure zuurbestendigheid, en Type T, voor thermische isolatie.

Hoewel het commerciële gebruik van glasvezel relatief recent is, creëerden ambachtslieden tijdens de Renaissance glasstrengen voor het versieren van bekers en vazen. Een Franse natuurkundige, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produceerde in 1713 textiel versierd met fijne glasstrengen, en Britse uitvinders herhaalden deze prestatie in 1822. Een Britse zijdewever maakte in 1842 een glasweefsel, en een andere uitvinder, Edward Libbey, exposeerde een jurk geweven van glas op de Columbian Exposition in Chicago in 1893.

Glaswol, een donzige massa discontinue vezels in willekeurige lengtes, werd rond de eeuwwisseling voor het eerst geproduceerd in Europa, met behulp van een proces waarbij vezels horizontaal van staven naar een draaiende trommel werden getrokken. Enkele decennia later werd een spinproces ontwikkeld en gepatenteerd. Glasvezelisolatiemateriaal werd tijdens de Eerste Wereldoorlog in Duitsland vervaardigd. Onderzoek en ontwikkeling gericht op de industriële productie van glasvezels vorderden in de jaren dertig in de Verenigde Staten, onder leiding van twee grote bedrijven, de Owens-Illinois Glass Company en Corning Glass. Werken. Deze bedrijven ontwikkelden een fijne, buigzame, goedkope glasvezel door gesmolten glas door zeer fijne openingen te trekken. In 1938 fuseerden deze twee bedrijven tot Owens-Corning Fiberglas Corp. Nu simpelweg bekend als Owens-Corning, is het een bedrijf geworden met een omzet van $3 miljard per jaar en is het een leider op de glasvezelmarkt.

Grondstoffen

De basisgrondstoffen voor glasvezelproducten zijn een verscheidenheid aan natuurlijke mineralen en gefabriceerde chemicaliën. De belangrijkste ingrediënten zijn kwartszand, kalksteen en natriumcarbonaat. Andere ingrediënten kunnen onder meer gecalcineerd aluminiumoxide, borax, veldspaat, nefeliensyeniet, magnesiet en kaolineklei zijn. Kiezelzand wordt gebruikt als glasvormer, en natriumcarbonaat en kalksteen helpen vooral de smelttemperatuur te verlagen. Andere ingrediënten worden gebruikt om bepaalde eigenschappen te verbeteren, zoals borax voor chemische resistentie. Ook glasafval, ook wel glasscherven genoemd, wordt als grondstof gebruikt. De grondstoffen moeten zorgvuldig in exacte hoeveelheden worden afgewogen en grondig met elkaar worden gemengd (batching genoemd) voordat ze tot glas worden gesmolten.

De productie
Proces

Smeltend

Zodra de batch is bereid, wordt deze naar een oven gevoerd om te smelten. De oven kan worden verwarmd door elektriciteit, fossiele brandstof of een combinatie van beide. De temperatuur moet nauwkeurig worden gecontroleerd om een ​​soepele, gestage glasstroom te behouden. Het gesmolten glas moet op een hogere temperatuur (ongeveer 1371°C) worden gehouden dan andere glassoorten om tot vezels te worden gevormd. Zodra het glas gesmolten is, wordt het overgebracht naar de vormapparatuur via een kanaal (voorhaard) aan het einde van de oven.

Vormen tot vezels

Er worden verschillende processen gebruikt om vezels te vormen, afhankelijk van het type vezel. Textielvezels kunnen rechtstreeks uit de oven uit gesmolten glas worden gevormd, of het gesmolten glas kan eerst naar een machine worden gevoerd die glazen knikkers vormt met een diameter van ongeveer 0,62 inch (1,6 cm). Met deze knikkers kan het glas visueel worden geïnspecteerd op onzuiverheden. Bij zowel het directe smelt- als het marmersmeltproces worden de glas- of glazen knikkers door elektrisch verwarmde bussen (ook wel spindoppen genoemd) gevoerd. De bus is gemaakt van platina of een metaallegering, met tussen de 200 en 3.000 zeer fijne openingen. Het gesmolten glas passeert de openingen en komt er als fijne filamenten uit.

Continu-filamentproces

Een lange, continue vezel kan worden geproduceerd via het continue filamentproces. Nadat het glas door de gaten in de bus is gestroomd, worden meerdere strengen opgevangen op een snelle wikkelaar. De wikkelaar draait met een snelheid van ongeveer 3 km per minuut, veel sneller dan de stroomsnelheid uit de bussen. Door de spanning worden de filamenten eruit getrokken terwijl ze nog gesmolten zijn, waardoor strengen worden gevormd die een fractie van de diameter van de openingen in de doorvoer hebben. Er wordt een chemisch bindmiddel toegepast, dat ervoor zorgt dat de vezel tijdens latere verwerking niet breekt. Het filament wordt vervolgens op buizen gewikkeld. Het kan nu worden gedraaid en tot garen worden getwijnd.

Stapelvezelproces

Een alternatieve methode is het stapelvezelproces. Terwijl het gesmolten glas door de bussen stroomt, koelen luchtstralen de filamenten snel af. De turbulente luchtstoten breken de filamenten ook in lengtes van 20-38 cm. Deze filamenten vallen door een spray van smeermiddel op een draaiende trommel, waar ze een dun web vormen. Het web wordt uit de trommel getrokken en tot een continue streng van losjes samengevoegde vezels getrokken. Deze streng kan tot garen worden verwerkt volgens dezelfde processen die worden gebruikt voor wol en katoen.

Gehakte vezels

In plaats van tot garen te worden gevormd, kan de doorlopende streng of streng met lange stapels in korte lengtes worden gehakt. De streng wordt op een stel klossen gemonteerd, een zogenaamde creel, en door een machine getrokken die hem in korte stukjes hakt. Van de gehakte vezels worden matten gevormd waaraan een bindmiddel wordt toegevoegd. Na uitharding in een oven wordt de mat opgerold. Verschillende gewichten en diktes geven producten voor dakspanen, opgebouwde dakbedekking of decoratieve matten.

Glaswol

Het rotatie- of spinnerproces wordt gebruikt om glaswol te maken. Bij dit proces stroomt gesmolten glas uit de oven in een cilindrische houder met kleine gaatjes. Terwijl de container snel ronddraait, stromen horizontale glasstromen uit de gaten. De gesmolten glasstromen worden omgezet in vezels door een neerwaartse luchtstoot, heet gas of beide. De vezels vallen op een transportband, waar ze in een wollige massa met elkaar verweven zijn. Dit kan worden gebruikt voor isolatie, of de wol kan worden besproeid met een bindmiddel, tot de gewenste dikte worden samengeperst en in een oven worden uitgehard. Door de hitte wordt het bindmiddel hard en het resulterende product kan een stijve of halfstijve plaat zijn, of een flexibele watten.

Beschermende coatings

Naast bindmiddelen zijn voor glasvezelproducten ook andere coatings nodig. Smeermiddelen worden gebruikt om vezelslijtage te verminderen en worden rechtstreeks op de vezel gespoten of aan het bindmiddel toegevoegd. Tijdens de afkoelstap wordt soms ook een antistatische samenstelling op het oppervlak van glasvezelisolatiematten gespoten. Koellucht die door de mat wordt gezogen, zorgt ervoor dat het antistatische middel door de gehele dikte van de mat dringt. Het antistatische middel bestaat uit twee ingrediënten: een materiaal dat de opwekking van statische elektriciteit minimaliseert, en een materiaal dat dient als corrosieremmer en stabilisator. Sizing is elke coating die tijdens het vormingsproces op textielvezels wordt aangebracht en kan één of meer stoffen bevatten. meer componenten (smeermiddelen, bindmiddelen of koppelingsmiddelen). Koppelingsmiddelen worden gebruikt op strengen die worden gebruikt voor het versterken van kunststoffen, om de hechting met het versterkte materiaal te versterken. Soms is een nabewerking nodig om deze coatings te verwijderen of om een ​​andere coating toe te voegen. Bij kunststofversterkingen kunnen de lijmverbindingen met hitte of chemicaliën worden verwijderd en kan er een koppelmiddel worden aangebracht. Voor decoratieve toepassingen moeten stoffen een warmtebehandeling ondergaan om de afmetingen te verwijderen en het weefsel te fixeren. Kleurstofbasiscoatings worden vervolgens aangebracht voordat ze worden geverfd of bedrukt.

Vormen tot vormen

Glasvezelproducten zijn er in een grote verscheidenheid aan vormen, gemaakt met behulp van verschillende processen. Glasvezelbuisisolatie wordt bijvoorbeeld rechtstreeks vanuit de vormeenheden op staafvormige vormen, doornen genoemd, gewikkeld, voorafgaand aan het uitharden. De schimmelvormen, in lengtes van 91 cm of minder, worden vervolgens in een oven uitgehard. De uitgeharde lengtes worden vervolgens in de lengte uit de mal gehaald en in gespecificeerde afmetingen gezaagd. Indien nodig worden er bekledingen aangebracht en wordt het product verpakt voor verzending.

Kwaliteitscontrole

Tijdens de productie van glasvezelisolatie wordt op een aantal plaatsen in het proces materiaal bemonsterd om de kwaliteit te behouden. Deze locaties omvatten: de gemengde batch die naar de elektrische smelter wordt gevoerd; gesmolten glas uit de doorvoer die de vervezelaar voedt; glasvezel die uit de vervezelmachine komt; en het uitgeharde eindproduct dat uit het einde van de productielijn komt. De bulkglas- en vezelmonsters worden geanalyseerd op chemische samenstelling en de aanwezigheid van gebreken met behulp van geavanceerde chemische analysatoren en microscopen. De deeltjesgrootteverdeling van het batchmateriaal wordt verkregen door het materiaal door een aantal zeven met verschillende afmetingen te leiden. Het eindproduct wordt na verpakking volgens specificaties op dikte gemeten. Een verandering in de dikte geeft aan dat de glaskwaliteit onder de norm ligt.

Fabrikanten van glasvezelisolatie gebruiken ook een verscheidenheid aan gestandaardiseerde testprocedures om de akoestische weerstand, geluidsabsorptie en geluidsbarrièreprestaties van producten te meten, aan te passen en te optimaliseren. De akoestische eigenschappen kunnen worden gecontroleerd door productievariabelen zoals vezeldiameter, bulkdichtheid, dikte en bindmiddelgehalte aan te passen. Een soortgelijke aanpak wordt gebruikt om de thermische eigenschappen te controleren.

De toekomst

De glasvezelindustrie wordt in de rest van de jaren negentig en daarna geconfronteerd met een aantal grote uitdagingen. Het aantal producenten van glasvezelisolatie is toegenomen dankzij Amerikaanse dochterondernemingen van buitenlandse bedrijven en productiviteitsverbeteringen door Amerikaanse fabrikanten. Dit heeft geresulteerd in overcapaciteit, die de huidige en wellicht toekomstige markt niet kan accommoderen.

Naast overcapaciteit zullen ook andere isolatiematerialen concurreren. Steenwol wordt op grote schaal gebruikt vanwege recente proces- en productverbeteringen. Schuimisolatie is een ander alternatief voor glasvezel in residentiële muren en commerciële daken. Een ander concurrerend materiaal is cellulose, dat wordt gebruikt bij zolderisolatie.

Door de lage vraag naar isolatie als gevolg van een zachte woningmarkt eisen consumenten lagere prijzen. Deze vraag is ook een gevolg van de aanhoudende trend in consolidatie van detailhandelaren en aannemers. Als reactie hierop zal de glasvezelisolatie-industrie moeten blijven besparen op twee belangrijke gebieden: energie en milieu. Er zullen efficiëntere ovens moeten worden gebruikt die niet afhankelijk zijn van slechts één energiebron.

Nu stortplaatsen hun maximale capaciteit bereiken, zullen glasvezelfabrikanten bijna geen productie van vast afval moeten realiseren zonder de kosten te verhogen. Dit vereist verbetering van de productieprocessen om afval te verminderen (ook voor vloeibaar en gasafval) en het hergebruiken van afval waar mogelijk.

Dergelijk afval moet mogelijk opnieuw worden verwerkt en opnieuw worden gesmolten voordat het als grondstof kan worden hergebruikt. Verschillende fabrikanten pakken deze problemen al aan.