Cum se face fibra de sticla?

Fibra de sticlă se referă la un grup de produse realizate din fibre de sticlă individuale combinate într-o varietate de forme. Fibrele de sticlă pot fi împărțite în două grupe majore în funcție de geometria lor: fibre continue utilizate în fire și textile și fibrele discontinue (scurte) utilizate ca vată, pături sau plăci pentru izolare și filtrare. Fibra de sticlă poate fi transformată în fire la fel ca lâna sau bumbacul și țesută în țesătură care este uneori folosită pentru draperii. Textile din fibră de sticlă sunt utilizate în mod obișnuit ca material de întărire pentru materialele plastice turnate și laminate. Lâna din fibră de sticlă, un material gros, pufos, realizat din fibre discontinue, este folosită pentru izolarea termică și absorbția fonică. Se găsește în mod obișnuit în pereții și corpurile de nave și submarine; Compartimentele motoarelor de automobile și căptușeli pentru panourile caroseriei; în cuptoare și unități de aer condiționat; panouri acustice de perete și tavan; și compartimentări arhitecturale. Fibra de sticlă poate fi adaptată pentru aplicații specifice, cum ar fi tipul E (electric), utilizată ca bandă de izolație electrică, textile și armătură; Tip C (chimic), care are o rezistență superioară la acizi, și Tip T, pentru izolație termică.

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

Vata de sticlă, o masă pufoasă de fibre discontinue în lungimi aleatorii, a fost produsă pentru prima dată în Europa la începutul secolului, folosind un proces care presupunea extragerea fibrelor din tije orizontal într-un tambur rotativ. Câteva decenii mai târziu, un proces de filare a fost dezvoltat și brevetat. Materialul izolator din fibră de sticlă a fost fabricat în Germania în timpul Primului Război Mondial. Cercetările și dezvoltarea care au vizat producția industrială de fibre de sticlă au progresat în Statele Unite în anii 1930, sub conducerea a două mari companii, Owens-Illinois Glass Company și Corning Glass Fabrică. Aceste companii au dezvoltat o fibră de sticlă fină, flexibilă, cu costuri reduse, prin trasarea sticlei topite prin orificii foarte fine. În 1938, aceste două companii au fuzionat pentru a forma Owens-Corning Fiberglas Corp. Acum, cunoscută ca Owens-Corning, a devenit o companie de 3 miliarde de dolari pe an și este lider pe piața fibrei 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 siliciu, calcarul și soda. Alte ingrediente pot include alumina calcinata, borax, feldspat, nefelina sienita, magnezit si argila caolin, printre altele. Nisipul de silice este folosit ca formator de sticlă, iar soda și calcarul ajută în primul rând la scăderea temperaturii de topire. Alte ingrediente sunt folosite pentru a îmbunătăți anumite proprietăți, cum ar fi boraxul pentru rezistența chimică. Deșeurile de sticlă, numite și ciocul, sunt, de asemenea, folosite ca materie primă. Materiile prime trebuie cântărite cu atenție în cantități exacte și amestecate bine între ele (numite dozare) 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 cu energie electrică, combustibil fosil sau o combinație a celor două. Temperatura trebuie controlată cu precizie pentru a menține o curgere lină și constantă a sticlei. Sticla topită trebuie menținută la o temperatură mai mare (aproximativ 2500°F [1371°C]) decât alte tipuri de sticlă pentru a fi transformată în fibră. Odată ce sticla devine topită, aceasta este transferată la echipamentul de formare printr-un canal (procent) situat la capătul cuptorului.

Se formează în fibre

Pentru formarea fibrelor sunt utilizate mai multe procese diferite, în funcție de tipul de fibră. Fibrele textile pot fi formate din sticlă topită direct din cuptor, sau sticla topită poate fi alimentată mai întâi la o mașină care formează bile de sticlă de aproximativ 0,62 inchi (1,6 cm) în diametru. Aceste bile permit ca sticla să fie inspectată vizual pentru impurități. Atât în ​​procesul de topire directă, cât și în cel de topire a marmurei, sticla sau marmura de sticlă sunt alimentate prin bucșe încălzite electric (numite și filiere). Bucșa este realizată din platină sau aliaj metalic, cu orificii de la 200 la 3.000 de orificii foarte fine. Sticla topită trece prin orificii și iese sub formă de filamente fine.

Proces cu filament continuu

O fibră lungă și continuă poate fi produsă prin procesul de filament continuu. După ce sticla curge prin găurile din bucșă, mai multe fire sunt prinse de o bobinatoare de mare viteză. Bobinatorul se rotește cu aproximativ 2 mile (3 km) pe minut, mult mai rapid decât rata debitului din bucșe. Tensiunea scoate filamentele în timp ce sunt încă topite, formând fire o fracțiune din diametrul orificiilor din bucșă. Se aplică un liant chimic, care ajută la prevenirea ruperii fibrei în timpul procesării ulterioare. Filamentul este apoi înfășurat pe tuburi. Acum poate fi răsucit și pliat în fire.

Procesul cu fibre discontinue

O metodă alternativă este procesul de fibre discontinue. Pe măsură ce sticla topită curge prin bucșe, jeturile de aer răcesc rapid filamentele. De asemenea, exploziile turbulente de aer sparg filamentele în lungimi de 8-15 inchi (20-38 cm). Aceste filamente cad printr-un spray de lubrifiant pe un tambur rotativ, unde formează o bandă subțire. Pânza este trasă din tambur și trasă într-un fir continuu de fibre asamblate lejer. Această șuviță poate fi transformată în fire prin aceleași procese utilizate pentru lână și bumbac.

Fibre tocate

În loc să fie transformat în fire, șuvița continuă sau cu capse lungi poate fi tăiată în lungimi scurte. Șuvița este montată pe un set de bobine, numite șir, și trasă printr-o mașină care o toacă în bucăți scurte. Fibra mărunțită este transformată în covorașe la care se adaugă un liant. După întărire în cuptor, covorașul este rulat. Diverse greutăți și grosimi oferă produse pentru șindrilă, acoperișuri construite sau covorașe decorative.

Vata de sticla

Procesul rotativ sau spinner este utilizat pentru a face vată de sticlă. În acest proces, sticla topită din cuptor curge într-un recipient cilindric cu găuri mici. Pe măsură ce recipientul se învârte rapid, fluxuri orizontale de sticlă curg din găuri. Fluxurile de sticlă topită sunt transformate în fibre printr-o suflare descendentă de aer, gaz fierbinte sau ambele. Fibrele cad pe o bandă transportoare, unde se întrepătrund unele cu altele într-o masă lânoasă. Acesta poate fi folosit pentru izolare sau lâna poate fi pulverizată cu un liant, comprimată la grosimea dorită și întărită într-un cuptor. Căldura stabilește liantul, iar produsul rezultat poate fi o placă rigidă sau semi-rigidă sau un material flexibil.

Acoperiri de protecție

Pe lângă lianți, sunt necesare și alte acoperiri pentru produsele din fibră de sticlă. Lubrifianții sunt utilizați pentru a reduce abraziunea fibrelor și sunt fie pulverizați direct pe fibră, fie adăugați în liant. O compoziție antistatică este uneori pulverizată pe suprafața covorașelor izolatoare din fibră de sticlă în timpul etapei de răcire. Aerul de răcire atras prin covoraș face ca agentul antistatic să pătrundă pe toată grosimea covorașului. Agentul antistatic este alcătuit din două ingrediente — un material care minimizează generarea de electricitate statică și un material care servește ca inhibitor de coroziune și stabilizator. Dimensiunea 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 utilizați pe șuvițele care vor fi utilizate pentru armarea materialelor plastice, pentru a întări legătura cu materialul armat. Uneori este necesară o operație de finisare pentru a îndepărta aceste acoperiri sau pentru a adăuga un alt strat. Pentru armăturile din plastic, dimensionările pot fi îndepărtate cu căldură sau substanțe chimice și aplicat un agent de cuplare. Pentru aplicații decorative, țesăturile trebuie să fie tratate termic pentru a elimina dimensionările și pentru a stabili țesătura. Straturile de bază vopsite sunt apoi aplicate înainte de vopsire sau imprimare.

Formarea în forme

Produsele din fibră de sticlă vin într-o mare varietate de forme, realizate prin mai multe procese. De exemplu, izolația țevii din fibră de sticlă este înfășurată pe forme asemănătoare tijelor numite dornuri direct din unitățile de formare, înainte de întărire. Formele de mucegai, în lungimi de 3 picioare (91 cm) sau mai puțin, sunt apoi întărite într-un cuptor. Lungimile întărite sunt apoi deformate pe lungime și tăiate în dimensiuni specificate. Dacă este necesar, se aplică paramentele, iar produsul este ambalat pentru expediere.

Controlul calității

În timpul producției de izolație din fibră de sticlă, materialul este prelevat în mai multe locații în proces pentru a menține calitatea. Aceste locații includ: lotul amestecat care este alimentat la topitoria electrică; sticlă topită de la bucșa care alimentează fiberizatorul; fibră de sticlă care iese din mașina de fibre; și produsul final întărit care iese de la capătul liniei de producție. Probele de sticlă și fibre în vrac sunt analizate pentru compoziția chimică și prezența defectelor folosind analizoare chimice și microscoape sofisticate. Distribuția mărimii particulelor din lotul de material este obținută prin trecerea materialului printr-un număr de site de diferite dimensiuni. Grosimea produsului final se măsoară după ambalare conform specificațiilor. O modificare a grosimii indică faptul că calitatea sticlei este sub standard.

Producătorii de izolații din fibră de sticlă folosesc, de asemenea, o varietate de proceduri de testare standardizate pentru a măsura, ajusta și optimiza rezistența acustică a produsului, absorbția sunetului și performanța barierei fonice. Proprietățile acustice pot fi controlate prin ajustarea 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 fibrei de sticlă se confruntă cu unele provocări majore în restul anilor 1990 și nu numai. Numărul producătorilor de izolații din fibră de sticlă a crescut datorită filialelor americane ale companiilor străine și îmbunătățirii productivității de către producătorii americani. Acest lucru a dus la un exces de capacitate, pe care piața actuală și poate viitoare nu o poate găzdui.

Pe lângă capacitatea în exces, vor concura și alte materiale de izolare. Lâna de stâncă a devenit utilizată pe scară largă datorită îmbunătățirilor recente ale procesului și produselor. Izolația cu spumă este o altă alternativă la fibra de sticlă în pereții rezidențiali și acoperișurile comerciale. Un alt material concurent este celuloza, care este folosită în izolarea mansardelor.

Din cauza cererii scăzute de izolație din cauza pieței de locuințe moale, consumatorii cer prețuri mai mici. Această cerere este, de asemenea, rezultatul tendinței continue de consolidare a retailerilor și contractorilor. Ca răspuns, industria izolației din fibră de sticlă va trebui să continue să reducă costurile în două domenii majore: energie și mediu. Vor trebui folosite cuptoare mai eficiente care nu se bazează pe o singură sursă de energie.

În condițiile în care depozitele de gunoi ating capacitatea maximă, producătorii de fibră de sticlă vor trebui să obțină aproape zero producție de deșeuri solide fără a crește costurile. Acest lucru va necesita îmbunătățirea proceselor de fabricație pentru a reduce deșeurile (și pentru deșeurile lichide și gazoase) și reutilizarea deșeurilor acolo unde este posibil.

Astfel de deșeuri pot necesita reprocesare și retopire înainte de a fi reutilizate ca materie primă. Mai mulți producători abordează deja aceste probleme.