Jak powstaje włókno szklane?

Włókno szklane odnosi się do grupy produktów wykonanych z poszczególnych włókien szklanych połączonych w różne formy. Włókna szklane można podzielić na dwie główne grupy zgodnie z ich geometrią: włókna ciągłe stosowane w przędzach i tekstyliach oraz nieciągłe (krótkie) włókna używane jako batty, koce lub płyty do izolacji i filtracji. Włókno szklane można uformować w przędze podobnie jak wełna lub bawełna i wpleciona w tkaninę, która jest czasem używana do draperii. Tekstyli z włókna szklanego są powszechnie stosowane jako materiał wzmacniający do formowanych i laminowanych tworzyw sztucznych. Wełna z włókna szklanego, gruby, puszysty materiał wykonany z nieciągłych włókien, jest wykorzystywany do izolacji termicznej i absorpcji dźwięku. Jest powszechnie spotykany na strzępach statków i podwodnych i kadłubach; Silniki silnika samochodowego i wkładki panelu nadwozia; w piecach i jednostkach klimatyzacji; akustyczne panele ściany i sufitowe; i partycje architektoniczne. Włókno szklane można dostosować do określonych zastosowań, takich jak typ E (elektryczny), stosowany jako taśma izolacyjna elektryczna, tekstylia i zbrojenie; Typ C (chemiczny), który ma doskonałą odporność kwasu i typ t dla izolacji termicznej.

Chociaż komercyjne użycie włókna szklanego jest stosunkowo niedawne, rzemieślnicy stworzyli szklane pasma do dekorowania kieszeni i wazonów podczas renesansu. Francuski fizyk, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, wyprodukował tekstylia ozdobioną drobnymi szklanymi pasmami w 1713 r., A brytyjscy wynalazcy powielali wyczyn w 1822 roku. Brytyjski jedwabny tkacz stworzył szklaną tkaninę w 1842 roku, a inny wynalazca, Edward Libbey, wystawili Sukienka tkana ze szkła na wystawie Columbian w 1893 roku w Chicago.

Szklana wełna, puszysta masa nieciągłego włókna w losowych długościach, po raz pierwszy wyprodukowano w Europie na przełomie wieków, przy użyciu procesu obejmującego pobieranie włókien z prętów w poziomie do bębna obrotowego. Kilka dekad później opracowano i opatentowano proces wirowania. Materiał izolacyjny włókien szklanych wyprodukowano w Niemczech podczas I wojny światowej I. Badania i rozwój mające na celu przemysłową produkcję włókien szklanych w Stanach Zjednoczonych w latach 30. XX wieku, pod kierunkiem dwóch głównych firm, firmy Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Glass Fabryka. Firmy te opracowały drobne, giętki, tani włókno szklane, rysując stopione szkło przez bardzo drobne otwory. W 1938 r. Te dwie firmy połączyły się, aby utworzyć Owens-Corning Fiberglas Corp. Teraz znany jako Owens-Corning, stał się firmą o wartości 3 miliardów dolarów rocznie i jest liderem na rynku włókna szklanego.

Surowce

Podstawowymi surowcami dla produktów z włókna szklanego to różnorodne naturalne minerały i produkowane chemikalia. Głównymi składnikami są piasek krzemionkowy, wapień i soda. Inne składniki mogą obejmować między innymi kalcynowaną glinę tlenu, boraks, skalenia, syenit Nefeline, magnezyt i glinę kaolinową. Piasek krzemionkowy jest używany jako szklany poprzednie, a soda popiół i wapień pomagają przede wszystkim obniżyć temperaturę topnienia. Inne składniki służą do poprawy niektórych właściwości, takich jak boraks w zakresie odporności chemicznej. Szkło odpadowe, zwane również Cullet, jest również wykorzystywane jako surowiec. Surowce muszą być starannie zważone w dokładnych ilościach i dokładnie zmieszane razem (zwane partią) przed stopieniem w szkło.

Produkcja
Proces

Topienie

Po przygotowaniu partii jest podawana do pieca do topnienia. Piec może być podgrzewany przez prąd, paliwo kopalne lub kombinację tych dwóch. Temperatura musi być precyzyjnie kontrolowana, aby utrzymać gładki, stały przepływ szkła. Stopone szkło musi być przechowywane w wyższej temperaturze (około 2500 ° F [1371 ° C]) niż inne rodzaje szkła, aby zostać utworzone w błonnik. Gdy szkło staje się stopione, jest przenoszona do urządzenia formującego przez kanał (przód) znajdujący się na końcu pieca.

Tworząc włókna

Do tworzenia włókien stosuje się kilka różnych procesów, w zależności od rodzaju błonnika. Włókna tekstylne mogą być tworzone ze stopionego szkła bezpośrednio z pieca lub stopionego szkła można najpierw podawać do maszyny, która tworzy szklane kulki o średnicy około 0,62 cala (1,6 cm). Te kulki pozwalają na wizualne sprawdzenie szkła pod kątem zanieczyszczeń. Zarówno w procesie bezpośredniego stopu, jak i marmurowego, szklane lub szklane kulki są podawane przez elektrycznie ogrzewane tuleje (zwane również spinneretami). Tuleja wykonana jest ze stopu platyny lub metalu, z od 200 do 3000 bardzo drobnych otworów. Stopone szkło przechodzi przez otwory i wychodzi jako drobne włókna.

Proces ciągłego filmu

Długie, ciągłe włókno można wytwarzać w procesie ciągłego filmu. Po przepływie szklanki przez otwory w tulei, wiele pasm jest złapanych na szybkim wietrze. Winder obraca się na około 2 mil (3 km) na minutę, znacznie szybciej niż szybkość przepływu z tulei. Napięcie wyciąga włókna, a jednocześnie stopione, tworząc pasme ułamek średnicy otworów w tulei. Stosowany jest chemiczny spoiwo, co pomaga powstrzymać błonnik przed złamaniem podczas późniejszego przetwarzania. Włókno jest następnie rurowane na rurkach. Można go teraz skręcić i włożyć w przędzę.

Proces z włókien zszywalny

Alternatywną metodą jest proces podstawowy. Gdy stopione szkło przepływa przez tuleje, strumienie powietrza szybko chłodzą włókna. Turbulentne wybuchy powietrza również rozbijają włókna na długości 8-15 cali (20-38 cm). Włókna te spadają przez spray smaru na bęben obrotowy, gdzie tworzą cienką sieć. Sieć jest pobierana z bębna i wciągana w ciągłą pasmo luźno zmontowanych włókien. Ta pasma może być przetwarzana na przędzę przez te same procesy stosowane do wełny i bawełny.

Posiekane włókno

Zamiast uformować się w przędzę, ciągła lub długoterminowa nici można posiekać w krótkich długościach. Spiria jest zamontowana na zestawie szpul, zwanych krajem, i ciągnięta przez maszynę, która pokłada ją na krótkie kawałki. Pospieszone włókno powstaje w matach, do których dodaje się spoiwo. Po utwardzaniu w piekarniku mata jest zwinięta. Różne ciężary i grubości dają produkty do półpasiec, zbudowanych dachów lub matowych mat.

Szklana wełna

Proces obrotowy lub spinner służy do wytwarzania szklanej wełny. W tym procesie stopione szkło z pieca przepływa do cylindrycznego pojemnika o małych otworach. Gdy pojemnik szybko się obraca, poziome strumienie szkła wypływają z otworów. Stopone strumienie szklane są przekształcane w włókna przez w dół podmuch powietrza, gorącego gazu lub obu. Włókna spadają na przenośnik, gdzie przeplatają się ze sobą w poludnej masie. Można to wykorzystać do izolacji lub wełny można spryskać spoiwo, ściśnięte w pożądaną grubość i wyleczyć w piekarniku. Ciepło ustawia spoiwo, a wynikowy produkt może być sztywna lub półsztyczna płyta lub elastyczna batt.

Powłoki ochronne

Oprócz segregatorów wymagane są inne powłoki dla produktów z włókna szklanego. Smary są stosowane w celu zmniejszenia ścierania włókien i są albo bezpośrednio rozpylane na włókno, albo dodawane do spoiwa. Kompozycja antytatyczna jest również czasem rozpylana na powierzchni mat matów izolacyjnych z włókna szklanego podczas kroku chłodzenia. Powietrze chłodzące narysowane przez matę powoduje, że środek przeciwstatyczny penetruje całą grubość maty. Antyment przeciwdziałający składa się z dwóch składników-materiału, który minimalizuje wytwarzanie elektryczności statycznej, oraz materiału, który służy jako inhibitor korozji i stabilizator. Rozmiar jest dowolną powłoką stosowaną do włókien tekstylnych w operacji formowania i może zawierać jedną lub Więcej komponentów (smary, spoiwa lub środki sprzęgające). Środki sprzęgające są stosowane na pasmach, które będą używane do wzmacniania tworzyw sztucznych, aby wzmocnić wiązanie z materiałem wzmocnionym. Czasami wymagana jest operacja wykończenia do usunięcia tych powłok lub dodania kolejnej powłoki. W przypadku posiłków plastikowych Sizings można usunąć za pomocą ciepła lub chemikaliów i zastosowanego środka sprzęgającego. W przypadku zastosowań dekoracyjnych tkaniny należy obróbce cieplnej w celu usuwania napojów i ustawienia splotu. Powłoki bazowe barwnika są następnie nakładane przed śmiercią lub drukowaniem.

Tworząc kształty

Produkty z włókna szklanego występują w wielu różnych kształtach, wykonanych przy użyciu kilku procesów. Na przykład izolacja rury z włókna szklanego jest zwinięta na formy przypominające pręty zwane mandrelami bezpośrednio z jednostek formujących, przed utwardzaniem. Forma tworzy się o długości 3 stóp (91 cm) lub mniej, są następnie utwardzane w piekarniku. Wyleczone długości są następnie detalizowane wzdłuż i wciągnięte w określone wymiary. W razie potrzeby stosuje się powierzchnie, a produkt jest pakowany do wysyłki.

Kontrola jakości

Podczas produkcji izolacji z włókna szklanego pobierany jest materiał w wielu lokalizacjach w procesie w celu utrzymania jakości. Lokalizacje te obejmują: mieszaną partię podawaną do steru elektrycznego; stopione szkło z tulei, które zasila światłowód; włókno szklane wychodzące z maszyny światłowodowej; oraz ostateczny utwardzony produkt wyłaniający się od końca linii produkcyjnej. Próbki szklane i błonnika są analizowane pod kątem składu chemicznego i obecności wad przy użyciu wyrafinowanych analizatorów chemicznych i mikroskopów. Rozkład wielkości cząstek materiału wsadowego uzyskuje się przez przekazanie materiału przez szereg sit o różnych rozmiarach. Produkt końcowy jest mierzony pod kątem grubości po opakowaniu zgodnie ze specyfikacjami. Zmiana grubości wskazuje, że jakość szkła jest poniżej standardu.

Producenci izolacji z włókna szklanego wykorzystują również różne standaryzowane procedury testowe do pomiaru, dostosowywania i optymalizacji oporności akustycznej produktu, absorpcji dźwięku i wydajności bariery dźwiękowej. Właściwości akustyczne można kontrolować, dostosowując takie zmienne produkcyjne, jak średnica włókien, gęstość objętościowa, grubość i zawartość spoiwa. Podobne podejście stosuje się do kontrolowania właściwości termicznych.

Przyszłość

Przemysł z włókna szklanego stoi przed kilkoma poważnymi wyzwaniami przez resztę lat 90. i później. Liczba producentów izolacji z włókna szklanego wzrosła z powodu amerykańskich spółek zależnych zagranicznych firm i poprawy wydajności przez producentów USA. Spowodowało to nadwyżkę zdolności, której obecny i być może przyszły rynek nie może pomieścić.

Oprócz nadwyżki pojemności będą konkurować inne materiały izolacyjne. Wełna skalna stała się szeroko stosowana z powodu najnowszych ulepszeń procesowych i produktów. Izolacja pianki jest kolejną alternatywą dla włókna szklanego w ścianach mieszkalnych i dachach komercyjnych. Kolejnym konkurencyjnym materiałem jest celuloza, która jest stosowana w izolacji na poddaszu.

Z powodu niskiego popytu na izolację z powodu miękkiego rynku mieszkalnictwa konsumenci wymagają niższych cen. Zapotrzebowanie to jest również wynikiem ciągłego trendu w konsolidacji sprzedawców detalicznych i wykonawców. W odpowiedzi przemysł izolacyjny z włókna szklanego będzie musiał nadal obniżyć koszty w dwóch głównych obszarach: energii i środowisku. Trzeba zastosować bardziej wydajne piece, które nie opierają się tylko na jednym źródle energii.

Wraz ze osiągnięciem maksymalnej pojemności składowisków producenci z włókna szklanego będą musieli osiągnąć prawie zerową produkcję odpadów stałych bez rosnących kosztów. Będzie to wymagało poprawy procesów produkcyjnych w celu zmniejszenia odpadów (również w przypadku odpadów cieczy i gazowych) i ponownego wykorzystania odpadów w miarę możliwości.

Takie odpady mogą wymagać ponownego przetwarzania i rekrutacji przed ponownym wykorzystaniem jako surowca. Kilku producentów już zajmuje się tymi problemami.