Ako sa vyrába sklolaminát?

Sklolaminát označuje skupinu výrobkov vyrobených z jednotlivých sklenených vlákien kombinovaných do rôznych foriem. Sklenené vlákna možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín podľa ich geometrie: nekonečné vlákna používané v priadzach a textíliách a nespojité (krátke) vlákna používané ako plsti, prikrývky alebo dosky na izoláciu a filtráciu. Sklolaminát môže byť formovaný do priadze podobne ako vlna alebo bavlna a tkaný do látky, ktorá sa niekedy používa na závesy. Textílie zo sklenených vlákien sa bežne používajú ako výstužný materiál pre lisované a laminované plasty. Sklolaminátová vlna, hustý, nadýchaný materiál vyrobený z nespojitých vlákien, sa používa na tepelnú izoláciu a absorpciu zvuku. Bežne sa vyskytuje v lodných a podmorských priedeloch a trupoch; automobilové motorové priestory a obklady panelov karosérie; v peciach a klimatizačných jednotkách; akustické stenové a stropné panely; a architektonické priečky. Sklolaminát môže byť prispôsobený pre špecifické aplikácie, ako je typ E (elektrický), používaný ako elektrická izolačná páska, textílie a výstuž; Typ C (chemický), ktorý má vynikajúcu odolnosť voči kyselinám, a typ T pre tepelnú izoláciu.

Hoci komerčné využitie sklenených vlákien je relatívne nedávne, remeselníci vytvorili sklenené vlákna na zdobenie pohárov a váz počas renesancie. Francúzsky fyzik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur vyrobil v roku 1713 textílie zdobené jemnými sklenenými vláknami a britskí vynálezcovia tento čin zopakovali v roku 1822. Britský tkáč hodvábu vyrobil v roku 1842 sklenenú tkaninu a ďalší vynálezca Edward Libbey vystavoval šaty tkané zo skla na Kolumbijskej výstave v roku 1893 v Chicagu.

Sklená vata, nadýchaná hmota nespojitých vlákien v náhodných dĺžkach, bola prvýkrát vyrobená v Európe na prelome storočia pomocou procesu, ktorý zahŕňal ťahanie vlákien z tyčí vodorovne na otočný bubon. O niekoľko desaťročí neskôr bol vyvinutý a patentovaný proces spriadania. Izolačný materiál zo sklenených vlákien sa vyrábal v Nemecku počas 1. svetovej vojny. Výskum a vývoj zameraný na priemyselnú výrobu sklenených vlákien napredoval v USA v 30. rokoch 20. storočia pod vedením dvoch veľkých spoločností, Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass. funguje. Tieto spoločnosti vyvinuli jemné, poddajné, lacné sklenené vlákno ťahaním roztaveného skla cez veľmi jemné otvory. V roku 1938 sa tieto dve spoločnosti zlúčili a vytvorili Owens-Corning Fiberglas Corp. Teraz jednoducho známa ako Owens-Corning sa stala spoločnosťou s ročným obratom 3 miliardy dolárov a je lídrom na trhu so sklenenými vláknami.

Suroviny

Základnými surovinami pre výrobky zo sklenených vlákien sú rôzne prírodné minerály a vyrábané chemikálie. Hlavnými zložkami sú kremičitý piesok, vápenec a sóda. Ďalšie zložky môžu okrem iného zahŕňať kalcinovaný oxid hlinitý, bórax, živec, nefelínový syenit, magnezit a kaolínový íl. Ako sklárňa sa používa kremičitý piesok a sóda a vápenec pomáhajú predovšetkým znižovať teplotu topenia. Ďalšie zložky sa používajú na zlepšenie určitých vlastností, napríklad bórax pre chemickú odolnosť. Ako surovina sa používa aj odpadové sklo, nazývané aj črepy. Suroviny sa musia starostlivo odvážiť v presných množstvách a pred roztavením do skla sa musia dôkladne premiešať (nazývané dávkovanie).

Výroba
Proces

Topenie

Keď je dávka pripravená, privádza sa do pece na tavenie. Pec môže byť vykurovaná elektrinou, fosílnym palivom alebo kombináciou oboch. Teplota musí byť presne kontrolovaná, aby sa udržal hladký a stabilný tok skla. Roztavené sklo sa musí udržiavať pri vyššej teplote (asi 2500 °F [1371 °C]) ako iné typy skla, aby sa z neho vytvorilo vlákno. Keď sa sklo roztaví, prenesie sa do tvarovacieho zariadenia cez kanál (predpecia) umiestnený na konci pece.

Formovanie do vlákien

Na vytvorenie vlákien sa používa niekoľko rôznych procesov v závislosti od typu vlákna. Textilné vlákna môžu byť vytvorené z roztaveného skla priamo z pece, alebo môže byť roztavené sklo privedené najskôr do stroja, ktorý vytvára sklenené guľôčky s priemerom asi 0,62 palca (1,6 cm). Tieto guľôčky umožňujú vizuálnu kontrolu skla, či neobsahuje nečistoty. V procese priameho tavenia aj tavenia mramoru sa sklo alebo sklenené guľôčky privádzajú cez elektricky vyhrievané priechodky (tiež nazývané zvlákňovacie dýzy). Puzdro je vyrobené z platiny alebo kovovej zliatiny s 200 až 3 000 veľmi jemnými otvormi. Roztavené sklo prechádza cez otvory a vychádza ako jemné vlákna.

Proces s kontinuálnym vláknom

Procesom kontinuálneho vlákna je možné vyrobiť dlhé súvislé vlákno. Potom, čo sklo pretečie cez otvory v puzdre, na vysokorýchlostnom navíjači sa zachytia viaceré vlákna. Navíjač sa otáča rýchlosťou asi 3 km za minútu, oveľa rýchlejšie ako rýchlosť prúdenia z puzdier. Napätie vytiahne vlákna ešte roztavené, čím sa vytvoria pramene, ktoré sú zlomkom priemeru otvorov v objímke. Aplikuje sa chemické spojivo, ktoré pomáha zabrániť lámaniu vlákna pri neskoršom spracovaní. Vlákno sa potom navinie na rúrky. Teraz môže byť skrútený a navinutý do priadze.

Proces strižových vlákien

Alternatívnou metódou je proces staplefiber. Keď roztavené sklo prúdi cez priechodky, prúdy vzduchu rýchlo ochladzujú vlákna. Turbulentné výbuchy vzduchu tiež lámu vlákna na dĺžky 8-15 palcov (20-38 cm). Tieto vlákna padajú cez sprej lubrikantu na otočný bubon, kde vytvárajú tenkú sieť. Tkanina sa vyťahuje z bubna a ťahá do súvislého prameňa voľne zostavených vlákien. Tento prameň možno spracovať na priadzu rovnakými postupmi, aké sa používajú pri vlne a bavlne.

Nasekané vlákno

Namiesto tvarovania do priadze môže byť súvislý alebo dlhý prameň striže nasekaný na krátke dĺžky. Prameň je namontovaný na súprave cievok, nazývaných cievkovnica, a ťahaný cez stroj, ktorý ho seká na krátke kúsky. Nasekané vlákno sa formuje do rohoží, do ktorých sa pridáva spojivo. Po vytvrdnutí v peci sa rohož zroluje. Rôzne hmotnosti a hrúbky dávajú výrobky pre šindle, montované strešné krytiny alebo ozdobné rohože.

Sklenená vata

Na výrobu sklenenej vlny sa používa rotačný alebo rotačný proces. V tomto procese roztavené sklo z pece prúdi do valcovej nádoby s malými otvormi. Keď sa nádoba rýchlo otáča, z otvorov vytekajú horizontálne prúdy skla. Prúdy roztaveného skla sa premenia na vlákna prúdom vzduchu, horúceho plynu alebo oboch. Vlákna padajú na dopravný pás, kde sa navzájom prepletajú do vlnitej hmoty. To sa dá použiť na izoláciu alebo sa vlna môže nastriekať spojivom, stlačiť na požadovanú hrúbku a vytvrdiť v peci. Teplo vytvrdzuje spojivo a výsledným produktom môže byť tuhá alebo polotuhá doska alebo pružná plsť.

Ochranné nátery

Okrem spojív sú pre výrobky zo sklenených vlákien potrebné ďalšie nátery. Lubrikanty sa používajú na zníženie oderu vlákna a sú buď priamo nastriekané na vlákno alebo pridané do spojiva. Antistatická kompozícia sa tiež niekedy nastrieka na povrch izolačných rohoží zo sklenených vlákien počas kroku chladenia. Chladiaci vzduch nasávaný cez rohož spôsobí, že antistatické činidlo prenikne cez celú hrúbku rohože. Antistatické činidlo sa skladá z dvoch zložiek – materiálu, ktorý minimalizuje tvorbu statickej elektriny, a materiálu, ktorý slúži ako inhibítor korózie a stabilizátor. Šlichta je akýkoľvek náter aplikovaný na textilné vlákna pri operácii tvarovania a môže obsahovať jeden alebo viac komponentov (mazadlá, spojivá alebo spojovacie činidlá). Spojovacie činidlá sa používajú na pramene, ktoré sa budú používať na vystuženie plastov, na spevnenie spojenia s vystuženým materiálom. Niekedy je potrebná konečná operácia na odstránenie týchto povlakov alebo na pridanie ďalšieho povlaku. Pri plastových výstužiach je možné lubrikanty odstrániť teplom alebo chemikáliami a aplikovať spojovacie činidlo. Pre dekoratívne aplikácie musia byť tkaniny tepelne ošetrené, aby sa odstránili glejenia a aby sa stuhla väzba. Pred farbením alebo tlačou sa potom aplikujú nátery na báze farbív.

Formovanie do tvarov

Výrobky zo sklenených vlákien prichádzajú v širokej škále tvarov a vyrábajú sa pomocou niekoľkých procesov. Napríklad izolácia rúr zo sklenených vlákien sa navíja na tyčovité formy nazývané tŕne priamo z tvarovacích jednotiek pred vytvrdením. Formy s dĺžkou 3 stopy (91 cm) alebo menej sa potom vytvrdzujú v peci. Vytvrdené dĺžky sa potom pozdĺžne odformujú a rozrežú na určené rozmery. V prípade potreby sa aplikujú obklady a produkt sa zabalí na odoslanie.

Kontrola kvality

Počas výroby izolácie zo sklenených vlákien sa materiál odoberá na mnohých miestach procesu, aby sa zachovala kvalita. Tieto miesta zahŕňajú: zmiešanú dávku privádzanú do elektrického taviaceho zariadenia; roztavené sklo z hubice, ktorá napája rozvlákňovač; sklenené vlákno vychádzajúce z rozvlákňovacieho stroja; a finálny vytvrdený produkt vychádzajúci z konca výrobnej linky. Objemové vzorky skla a vlákien sa analyzujú na chemické zloženie a prítomnosť defektov pomocou sofistikovaných chemických analyzátorov a mikroskopov. Distribúcia veľkosti častíc materiálu vsádzky sa získa prechodom materiálu cez množstvo sít rôznych veľkostí. Konečný produkt sa meria na hrúbku po zabalení podľa špecifikácií. Zmena hrúbky naznačuje, že kvalita skla je pod štandardom.

Výrobcovia izolácie zo sklenených vlákien tiež používajú rôzne štandardizované skúšobné postupy na meranie, úpravu a optimalizáciu akustického odporu produktu, absorpcie zvuku a výkonu zvukovej bariéry. Akustické vlastnosti možno regulovať nastavením takých výrobných premenných, ako je priemer vlákna, objemová hustota, hrúbka a obsah spojiva. Podobný prístup sa používa na kontrolu tepelných vlastností.

Budúcnosť

Priemysel sklolaminátu čelí počas zvyšku 90. rokov a neskôr aj niektorým veľkým výzvam. Počet výrobcov izolácie zo sklenených vlákien sa zvýšil vďaka americkým dcérskym spoločnostiam zahraničných spoločností a zlepšeniu produktivity amerických výrobcov. To viedlo k nadmernej kapacite, ktorú súčasný a možno aj budúci trh nedokáže pojať.

Okrem prebytočnej kapacity budú súťažiť ďalšie izolačné materiály. Kamenná vlna sa stala široko používanou vďaka nedávnym zlepšeniam procesov a produktov. Penová izolácia je ďalšou alternatívou k skleneným vláknam v obytných stenách a komerčných strechách. Ďalším konkurenčným materiálom je celulóza, ktorá sa používa pri izolácii podkrovia.

Kvôli nízkemu dopytu po izolácii v dôsledku mäkkého trhu s bývaním spotrebitelia požadujú nižšie ceny. Tento dopyt je tiež výsledkom pokračujúceho trendu konsolidácie maloobchodníkov a dodávateľov. V reakcii na to bude musieť priemysel sklených izolácií pokračovať v znižovaní nákladov v dvoch hlavných oblastiach: energetika a životné prostredie. Budú sa musieť použiť efektívnejšie pece, ktoré sa nespoliehajú len na jeden zdroj energie.

So skládkami dosahujúcimi maximálnu kapacitu budú musieť výrobcovia sklolaminátu dosiahnuť takmer nulovú produkciu pevného odpadu bez zvyšovania nákladov. To si bude vyžadovať zlepšenie výrobných procesov na zníženie odpadu (tiež v prípade kvapalného a plynného odpadu) a opätovné použitie odpadu všade, kde je to možné.

Takýto odpad môže vyžadovať opätovné spracovanie a pretavenie pred opätovným použitím ako suroviny. Viacerí výrobcovia už tieto problémy riešia.