Cum se face fibra de sticlă?

Fibra de sticlă se referă la un grup de produse fabricate din fibre de sticlă individuale combinate într -o varietate de forme. Fibrele de sticlă pot fi împărțite în două grupuri majore în funcție de geometria lor: fibre continue utilizate în fire și textile și fibrele discontinue (scurte) utilizate ca bătăi, pături sau plăci pentru izolare și filtrare. Fibra de sticlă poate fi formată în fire la fel ca lâna sau bumbacul și țesută în țesătură care este uneori folosită pentru draperii. Textilele din fibră de sticlă sunt utilizate în mod obișnuit ca material de armare pentru materialele plastice turnate și laminate. Lâna din fibră de sticlă, un material gros, pufos, realizat din fibre discontinue, este utilizat pentru izolarea termică și absorbția sunetului. Se găsește în mod obișnuit în coafuri și coafuri submarine și submarine; compartimentele motorului auto și garniturile panoului pentru caroserie; în cuptoare și unități de aer condiționat; perete acustic și panouri de tavan; și partiții arhitecturale. Fibra de sticlă poate fi adaptată pentru aplicații specifice, cum ar fi tipul E (electric), utilizate ca bandă de izolare electrică, textile și armare; Tipul C (chimic), care are o rezistență superioară a acidului și tip T, pentru izolație termică.

Deși utilizarea comercială a fibrei de sticlă este relativ recentă, artizanii au creat șuvițe de sticlă pentru decorarea pachetelor și vazelor în timpul Renașterii. Un fizician francez, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, a produs textile decorate cu șuvițe fine din sticlă în 1713, iar inventatorii britanici au duplicat faza în 1822. Un țesător de mătase britanic a făcut o țesătură de sticlă în 1842, iar un alt inventator, Edward Libbey, a expus un aspect de sticlă Rochie țesută de sticlă la expunerea columbiană din 1893 din Chicago.

Lâna de sticlă, o masă pufoasă de fibre discontinue în lungimi aleatorii, a fost produsă pentru prima dată în Europa la sfârșitul secolului, folosind un proces care implica desenarea fibrelor de la tije pe orizontală la un tambur rotativ. Câteva decenii mai târziu, a fost dezvoltat și brevetat un proces de filare. Materialul de izolare a fibrelor de sticlă a fost fabricat în Germania în timpul Primului Război Mondial I. Cercetarea și dezvoltarea destinată producției industriale a fibrelor de sticlă progresate în Statele Unite în anii 1930, sub conducerea a două companii majore, Owens-Illinois Glass Company și Corning Glass Fabrică. Aceste companii au dezvoltat o fibră de sticlă fină, pliabilă, cu costuri reduse, desenând sticlă topită prin orificii foarte fine. În 1938, aceste două companii s-au contopit să formeze Owens-Corning Fiberglas Corp. acum cunoscută pur și simplu ca Owens-Corning, a devenit o companie de 3 miliarde de dolari pe an și este lider pe piața din fibră de sticlă.

Materii prime

Materiile prime de bază pentru produsele din fibră de sticlă sunt o varietate de minerale naturale și substanțe chimice fabricate. Ingredientele majore sunt nisipul de silice, calcarul și cenușa de sodă. Alte ingrediente pot include alumină calcină, borax, feldspat, syenit de nefinină, magnezit și argilă caolin, printre altele. Nisipul de silice este folosit ca sticlă fost, iar cenușa de sodă și calcarul ajută în primul rând la scăderea temperaturii de topire. Alte ingrediente sunt utilizate pentru a îmbunătăți anumite proprietăți, cum ar fi Borax pentru rezistența chimică. Sticla deșeuri, numită și Cullet, este de asemenea folosită ca materie primă. Materiile prime trebuie cântărite cu atenție în cantități exacte și amestecate bine împreună (numite loturi) înainte de a fi topite în sticlă.

Fabricația
Proces

Topire

Odată ce lotul este pregătit, acesta este introdus într -un cuptor pentru topire. Cuptorul poate fi încălzit prin electricitate, combustibil fosil sau o combinație a celor două. Temperatura trebuie să fie controlată precis pentru a menține un flux neted și constant de sticlă. Sticla topită trebuie păstrată la o temperatură mai ridicată (aproximativ 2500 ° F [1371 ° C]) decât alte tipuri de sticlă pentru a fi formate în fibre. Odată ce sticla devine topită, acesta este transferat la echipamentul de formare printr -un canal (înainte) situat la capătul cuptorului.

Formând în fibre

Mai multe procese diferite sunt utilizate pentru a forma fibre, în funcție de tipul de fibre. Fibrele textile pot fi formate din sticlă topită direct din cuptor, sau sticla topită poate fi alimentate mai întâi la o mașină care formează marmură de sticlă cu diametrul de aproximativ 0,62 inci (1,6 cm). Aceste marmură permit inspecția sticlei vizual pentru impurități. Atât în ​​procesul de topire directă, cât și în topirea marmurii, marmura de sticlă sau sticlă sunt alimentate prin bucșe încălzite electric (numite și spinnerete). Bucuta este confecționată din platină sau aliaj metalic, cu oriunde între 200 și 3.000 de orificii foarte fine. Sticla topită trece prin orificii și iese ca filamente fine.

Proces continuu-filament

O fibră lungă și continuă poate fi produsă prin procesul de filament continuu. După ce sticla curge prin găurile din bucșă, mai multe șuvițe sunt prinse de un vârf de mare viteză. Vânzătorul se învârte la aproximativ 2 mile (3 km) pe minut, mult mai rapid decât viteza de curgere din bucșe. Tensiunea scoate filamentele în timp ce este încă topită, formând șuvițe o fracțiune din diametrul deschiderilor în bucșă. Se aplică un liant chimic, care ajută la împiedicarea fibrei să se rupă în timpul procesării ulterioare. Filamentul este apoi înfășurat pe tuburi. Acum poate fi răsucit și plonjat în fire.

Proces de fibră de bază

O metodă alternativă este procesul Staplefiber. Pe măsură ce sticla topită curge prin bucșele, jeturile de aer răcesc rapid filamentele. Izbucnirile turbulente de aer sparg, de asemenea, filamentele în lungimi de 8-15 inci (20-38 cm). Aceste filamente cad printr -un spray de lubrifiant pe un tambur rotativ, unde formează o rețea subțire. Web -ul este extras din tambur și tras într -un fir continuu de fibre asamblate vag. Această șuviță poate fi procesată în fire prin aceleași procese utilizate pentru lână și bumbac.

Fibră tocată

În loc să se formeze în fire, șuvița continuă sau cu o pasarelă lungă poate fi tăiată în lungimi scurte. Șuvița este montată pe un set de bobine, numit creel și tras printr -o mașină care o taie în bucăți scurte. Fibra tocată este formată în covorașe la care se adaugă un liant. După întărirea într -un cuptor, covorașul este rulat. Diverse greutăți și grosimi oferă produse pentru zona zoster, acoperișuri construite sau covorașe decorative.

Lână de sticlă

Procesul rotativ sau rotativ este utilizat pentru a face lână de sticlă. În acest proces, sticla topită din cuptor curge într -un recipient cilindric având găuri mici. Pe măsură ce recipientul se învârte rapid, fluxurile orizontale de sticlă curg din găuri. Fluxurile de sticlă topită sunt transformate în fibre printr -o explozie descendentă de aer, gaz fierbinte sau ambele. Fibrele se încadrează pe o bandă transportoare, unde se împletesc între ele într -o masă fulgeră. Acest lucru poate fi utilizat pentru izolare, sau lâna poate fi pulverizată cu un liant, comprimată în grosimea dorită și vindecată într -un cuptor. Căldura stabilește liantul, iar produsul rezultat poate fi o placă rigidă sau semi-rigidă sau o bătălie flexibilă.

Acoperiri de protecție

În plus față de lianți, sunt necesare alte acoperiri pentru produsele din fibră de sticlă. Lubrifianții sunt folosiți pentru a reduce abraziunea fibrelor și sunt fie pulverizați direct pe fibră sau adăugați în liant. O compoziție anti-statică este, de asemenea, uneori pulverizată pe suprafața covorașelor de izolare din fibră de sticlă în timpul etapei de răcire. Aerul de răcire tras prin covoraș face ca agentul anti-static să pătrundă în întreaga grosime a covorașului. Agentul anti-static este format din două ingrediente-un material care minimizează generarea de energie electrică statică și un material care servește ca un inhibitor de coroziune și stabilizator. Mărimea este orice acoperire aplicată fibrelor textile în operația de formare și poate conține unul sau Mai multe componente (lubrifianți, lianți sau agenți de cuplare). Agenții de cuplare sunt folosiți pe șuvițe care vor fi utilizate pentru consolidarea materialelor plastice, pentru a consolida legătura cu materialul armat. Uneori este necesară o operație de finisare pentru a îndepărta aceste acoperiri sau pentru a adăuga o altă acoperire. Pentru întăriri din plastic, dimensiunile pot fi îndepărtate cu căldură sau substanțe chimice și un agent de cuplare aplicat. Pentru aplicații decorative, țesăturile trebuie tratate termic pentru a elimina dimensiunile și pentru a seta țesutul. Acoperirile de bază de vopsire sunt apoi aplicate înainte de a muri sau de imprimare.

Formând în forme

Produsele din fibră de sticlă vin într -o mare varietate de forme, realizate folosind mai multe procese. De exemplu, izolarea conductelor din fibră de sticlă este înfășurată pe forme asemănătoare tijei numite mandreluri direct din unitățile de formare, înainte de întărire. Formele de matriță, în lungimi de 3 metri (91 cm) sau mai puțin, sunt apoi vindecate într -un cuptor. Lungimile întărite sunt apoi modelate pe lungime și tăiate în dimensiuni specificate. Fațetele sunt aplicate dacă este necesar, iar produsul este ambalat pentru expediere.

Controlul calității

În timpul producției de izolație din fibră de sticlă, materialul este prelevat într -o serie de locații în proces pentru menținerea calității. Aceste locații includ: lotul mixt care este alimentat la topul electric; sticlă topită din bucșa care alimentează fibratorul; fibre de sticlă care iese din mașina cu fibre; și produsul vindecat final apărut de la sfârșitul liniei de producție. Probele de sticlă și fibră în vrac sunt analizate pentru compoziția chimică și prezența defectelor folosind analizoare și microscopuri chimice sofisticate. Distribuția mărimii particulelor a materialului de lot este obținută prin trecerea materialului printr -o serie de site de dimensiuni diferite. Produsul final este măsurat pentru grosime după ambalare conform specificațiilor. O modificare a grosimii indică faptul că calitatea sticlei este sub standard.

Producătorii de izolare din fibră de sticlă folosesc, de asemenea, o varietate de proceduri de testare standardizate pentru a măsura, regla și optimiza rezistența acustică a produsului, absorbția sunetului și performanța barierei sonore. Proprietățile acustice pot fi controlate prin reglarea unor variabile de producție precum diametrul fibrei, densitatea în vrac, grosimea și conținutul de liant. O abordare similară este utilizată pentru a controla proprietățile termice.

Viitorul

Industria din fibră de sticlă se confruntă cu unele provocări majore în restul anilor 1990 și nu numai. Numărul de producători de izolație din fibră de sticlă a crescut din cauza filialelor americane ale companiilor străine și îmbunătățiri ale productivității de către producătorii americani. Acest lucru a dus la excesul de capacitate, pe care piața actuală și poate viitoare nu poate fi găzduită.

În plus față de excesul de capacitate, alte materiale de izolare vor concura. Lâna de rocă a devenit utilizată pe scară largă din cauza îmbunătățirilor recente ale procesului și a produsului. Izolația din spumă este o altă alternativă la fibra de sticlă din pereții rezidențiali și acoperișurile comerciale. Un alt material concurent este celuloza, care este utilizată în izolarea mansardelor.

Din cauza cererii scăzute de izolare din cauza unei piețe de locuințe soft, consumatorii solicită prețuri mai mici. Această cerere este, de asemenea, un rezultat al tendinței continue de consolidare a comercianților cu amănuntul și contractanții. Ca răspuns, industria de izolare din fibră de sticlă va trebui să continue să reducă costurile în două domenii majore: energie și mediu. Cuptoare mai eficiente vor trebui utilizate care nu se bazează pe o singură sursă de energie.

Cu depozitele de deșeuri care ating capacitatea maximă, producătorii de fibra de sticlă vor trebui să obțină o producție aproape zero la deșeurile solide, fără a crește costurile. Acest lucru va necesita îmbunătățirea proceselor de fabricație pentru reducerea deșeurilor (pentru deșeurile de lichid și gaze) și reutilizarea deșeurilor, acolo unde este posibil.

Astfel de deșeuri pot necesita reprocesare și remeliere înainte de reutilizarea ca materie primă. Mai mulți producători abordează deja aceste probleme.