Как сделано стекловолокно?

Стекловолокно относится к группе продуктов, изготовленных из отдельных стеклянных волокон, объединенных в различные формы. Стеклянные волокна можно разделить на две основные группы в соответствии с их геометрией: непрерывные волокна, используемые в пряжах и текстиле, и прерывистые (короткие) волокна, используемые в качестве баттов, одеял или досок для изоляции и фильтрации. Стекловолокно можно сформировать в пряжу, очень похожий на шерсть или хлопок, и вплетены в ткань, которая иногда используется для драпировки. Текстиля из стекловолокна обычно используется в качестве армирования для формованных и ламинированных пластиков. Шерсть из стекловолокна, толстый пушистый материал, изготовленный из прерывистых волокон, используется для теплоизоляции и поглощения звука. Это обычно встречается в корабельных и подводных переборках и корпусах; Автомобильные моторные отсеки и панели кузова; в печи и кондиционирующих единицах; Акустические стены и потолочные панели; и архитектурные перегородки. Стекловолокно может быть адаптировано для конкретных применений, таких как тип E (электрический), используемый в качестве электрической изоляционной ленты, текстиля и подкрепления; Тип C (химический), который обладает превосходной кислотой устойчивостью и типом T для теплоизоляции.

Хотя коммерческое использование стеклянного волокна относительно недавнее, ремесленники создали стеклянные пряди для украшения кубков и ваз во время ренессанса. Французский физик Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, созданный текстиль, украшенный тонкими стеклянными прядями в 1713 году, и британские изобретатели дублировали подвиг в 1822 году. Британский шелковый ткач сделал стеклянную ткань в 1842 году, а другой изобретатель, Эдвард Либби, продемонстрировал Платье соткан из стекла на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго.

Стеклянная шерсть, пушистая масса прерывистого волокна в случайной длине, была впервые произведена в Европе на рубеже веков с использованием процесса, который включал в себя привлечение волокон из стержней горизонтально к вращающемуся барабану. Несколько десятилетий спустя был разработан и запатентованный процесс прядения. Изоляционный материал из стекловолокна был изготовлен в Германии во время мировой войны. Исследования и разработки, направленные на промышленное производство стеклянных волокон, прогрессирующих в Соединенных Штатах в 1930-х годах под руководством двух крупных компаний, стеклянной компании Owens-Illinois и Corning Glass Работа Эти компании разработали прекрасное, податливое, недорогое стеклянное волокно, протягивая расплавленное стекло через очень тонкие отверстия. В 1938 году эти две компании объединились, чтобы сформировать Owens-Corning Fiberglas Corp., в настоящее время просто известная как Owens-Corning, она стала компанией в 3 миллиарда долларов в год и является лидером на рынке стекловолокна.

Сырье

Основным сырью для изделий из стекловолокна являются различные натуральные минералы и изготовленные химические вещества. Основными ингредиентами являются кремнеземный песок, известняк и содовая зола. Другие ингредиенты могут включать в себя кальцинированные глинозем, буру, полевой шпат, нефелин сиенит, магнезит и каолиновая глина, среди прочих. Силиком -песок используется в качестве первого стекла, а содовая зола и известняк помогают в первую очередь снизить температуру плавления. Другие ингредиенты используются для улучшения определенных свойств, таких как бура для химической устойчивости. Ответ -стекло, также называемое кузетом, также используется в качестве сырья. Сырье должно быть тщательно взвешено в точных количествах и тщательно смешано вместе (называемое партии), прежде чем расплавить в стекло.

Производство
Процесс

Таяние

Как только партия готовится, ее подают в печь для таяния. Печь может быть нагрета электричеством, ископаемым топливом или комбинацией двух. Температура должна точно контролировать, чтобы поддерживать гладкий, устойчивый поток стекла. Расплавленное стекло должно храниться при более высокой температуре (около 2500 ° F [1371 ° C]), чем другие типы стекла, чтобы сформировать в волокно. Как только стекло становится расплавленным, оно переносится в оборудование для формирования через канал (Fore -Hearth), расположенное в конце печи.

Формируя в волокнах

Несколько различных процессов используются для формирования волокон, в зависимости от типа волокна. Текстильные волокна могут быть сформированы из расплавленного стекла непосредственно из печи, или расплавленное стекло можно сначала подавать на машину, которая образует стеклянные шарики около 0,62 дюйма (1,6 см) в диаметре. Эти шарики позволяют визуально осматривать стекло на наличие примесей. Как в процессе прямого расплава, так и в расплаве с мрамором стеклянные или стеклянные шарики питаются через электрически нагретые втулки (также называемые прядилетами). Втулка изготовлена ​​из платинового или металлического сплава, где от 200 до 3000 очень тонких отверстий. Расплавленное стекло проходит через отверстия и выходит как тонкие нити.

Процесс непрерывного филамента

Длинное, непрерывное волокно может быть получено в процессе непрерывного филамента. После того, как стекло протекает через отверстия в втулку, на высокоскоростном намотке наклоняется несколько прядей. Ведер вращается примерно на 2 мили (3 км) в минуту, намного быстрее, чем скорость потока из втулок. Натяжение вытягивает филаменты, пока все еще расплавленные, образуя пряди доли диаметра отверстий в втулку. Применяется химическое связующее, которое помогает не дать волокну разрываться во время более поздней обработки. Затем нить наводняется на трубки. Теперь его можно скрутить и забрать в пряжу.

Процесс основного волокна

Альтернативный метод - это процесс Staplefiber. Когда расплавленное стекло протекает через втулки, струи воздуха быстро охлаждают нити. Турбулентные всплески воздуха также разбивают нити на длины 8-15 дюймов (20-38 см). Эти филаменты пропадают через смазочную смазку на вращающийся барабан, где они образуют тонкую паутину. Интернет извлекается из барабана и тянутся в непрерывную прядь слабо собранных волокон. Эта прядь может быть обработана в пряжу тем же процессами, которые использовались для шерсти и хлопка.

Нарезанное волокно

Вместо того, чтобы быть сформированной в пряжу, непрерывная или длинная цепь может быть нарезана на короткие длины. Стоя установлена ​​на наборе шпон, называется Creel, и протягивается через машину, которая разбивает ее на короткие части. Нарезанное волокно образуется в коврики, к которым добавляется переплет. После лечения в духовке коврик свернут. Различные веса и толщины придают продукты для черепицы, встроенной кровля или декоративных ковриков.

Стеклянная шерсть

Роторный или прядильный процесс используется для изготовления стеклянной шерсти. В этом процессе расплавленное стекло из печи течет в цилиндрический контейнер с небольшими отверстиями. Когда контейнер быстро вращается, горизонтальные потоки стекла вытекают из отверстий. Поток расплавленного стекла превращается в волокна с помощью нисходящего взрыва воздуха, горячего газа или обоих. Волокна падают на конвейерную ленту, где они интерлейны друг с другом в самолетной мессе. Это может быть использовано для изоляции, или шерсть может быть распылена связующим, сжатым в желаемую толщину и отвержден в духовке. Тепло устанавливает переплет, и полученный продукт может быть жесткой или полужесткой платой или гибкой баттом.

Защитные покрытия

В дополнение к связующим, другие покрытия необходимы для изделия из стекловолокна. Смазочные материалы используются для уменьшения истирания волокна и либо непосредственно опрыскиваются на волокно, либо добавляются в связующее. Антистатическая композиция также иногда распыляется на поверхность изоляционных ковриков из стекловолокна во время стадии охлаждения. Охлаждающий воздух, проведенный через коврик, заставляет антистатический агент проникнуть в всю толщину коврика. Антистатический агент состоит из двух ингредиентов-материала, который минимизирует генерацию статического электричества, и материал, который служит ингибитором коррозии и стабилизатором. Больше компонентов (смазочные материалы, связующие или соединительные агенты). Соединительные агенты используются на нити, которые будут использоваться для усиления пластмасс, для укрепления связи с армированным материалом. Иногда для удаления этих покрытий требуется отделочная операция или для добавления другого покрытия. Для пластиковых подкреплений Sizings может быть удалена с помощью тепла или химикатов и применения связующего агента. Для декоративных применений ткани должны быть термообращены, чтобы удалить Sizings и установить плетение. Затем наносятся базовые покрытия красителя перед смертью или печати.

Формируя в формы

Изделия из стекловолокна бывают широкого разнообразия форм, изготовленных с использованием нескольких процессов. Например, изоляция из стекловолокна намотана на стержнеподобные формы, называемые оправдателями непосредственно из формирующих единиц перед отверждением. Формирование формирования в длине 3 фута (91 см) или меньше, затем вылегаются в духовке. Вылеченные длины затем двойные вдоль и распиливают в указанные размеры. При необходимости применяются облигации, а продукт упакован для отгрузки.

Контроль качества

Во время производства изоляции из стекловолокна материал отображается в ряде мест в процессе поддержания качества. Эти местоположения включают в себя: смешанную партию, питающуюся электрическим платом; расплавленное стекло из втулки, которая питает волокворизатор; стеклянное волокно, выходящее из машины из волокно; и окончательный вылеченный продукт, появляющийся с конца производственной линии. Образцы массового стекла и волокна анализируются на химический состав и наличие недостатков с использованием сложных химических анализаторов и микроскопов. Распределение частиц по размеру пакетного материала получается путем прохождения материала через несколько видов разного размера. Конечный продукт измеряется для толщины после упаковки в соответствии со спецификациями. Изменение толщины указывает на то, что качество стекла ниже стандарта.

Производители изоляции из стекловолокна также используют различные стандартизированные процедуры тестирования для измерения, регулировки и оптимизации акустического сопротивления продукта, поглощения звука и производительности звукового барьера. Акустические свойства можно контролировать, регулируя такие производственные переменные, как диаметр волокна, объемная плотность, толщина и содержание связующего. Аналогичный подход используется для контроля тепловых свойств.

Будущее

Индустрия из стекловолокна сталкивается с некоторыми серьезными проблемами в течение остальной части 1990 -х годов и последних. Число производителей изоляции из стекловолокна увеличилось из -за американских дочерних компаний иностранных компаний и повышения производительности производителями производителей. Это привело к избытке, которую нынешний и, возможно, будущий рынок не может приспособить.

В дополнение к избыточной мощности, другие изоляционные материалы будут конкурировать. Каменная шерсть стала широко используемой из -за недавнего процесса и улучшения продукта. Изоляция пены является еще одной альтернативой из стекловолокна в жилых стенах и коммерческих крышах. Другим конкурирующим материалом является целлюлоза, которая используется в изоляции чердака.

Из -за низкого спроса на изоляцию из -за мягкого рынка жилья потребители требуют более низких цен. Этот спрос также является результатом продолжающейся тенденции в консолидации розничных продавцов и подрядчиков. В ответ индустрия изоляции из стекловолокна должна будет продолжать сокращать расходы в двух основных областях: энергии и окружающей среде. Придется использовать более эффективные печи, которые не полагаются только на один источник энергии.

При достижении максимальной мощности свалки, производителям стекловолокна придется достичь почти нулевой продукции на твердых отходах без увеличения затрат. Это потребует улучшения производственных процессов, чтобы уменьшить отходы (для отходов жидкости и газа) и повторного использования отходов, где это возможно.

Такие отходы могут потребовать переработки и переработки перед повторным использованием в качестве сырья. Несколько производителей уже решают эти проблемы.