Steklena vlakna se nanašajo na skupino izdelkov, izdelanih iz posameznih steklenih vlaken, združenih v različne oblike. Steklena vlakna lahko razdelimo v dve veliki skupini glede na njihovo geometrijo: neprekinjena vlakna, ki se uporabljajo v preji in tekstilu, ter prekinjena (kratka) vlakna, ki se uporabljajo kot batovi, odeje ali plošče za izolacijo in filtracijo. Steklena vlakna je mogoče oblikovati v prejo, podobno kot volna ali bombaž, in vtkati v tkanino, ki se včasih uporablja za draperije. Tekstil iz steklenih vlaken se običajno uporablja kot ojačitveni material za oblikovano in laminirano plastiko. Za toplotno izolacijo in absorpcijo zvoka se uporablja volna iz steklenih vlaken, debel, puhast material iz nezveznih vlaken. Običajno ga najdemo v pregradah in trupih ladij in podmornic; Motorni prostori in obloge karoserijskih plošč; v pečeh in klimatskih napravah; akustične stenske in stropne plošče; in arhitekturne predelne stene. Steklena vlakna je mogoče prilagoditi za posebne aplikacije, kot je tip E (elektrika), ki se uporablja kot električni izolacijski trak, tekstil in ojačitev; Tip C (kemikalije), ki ima vrhunsko kislinsko odpornost, in tip T za toplotno izolacijo.
Čeprav je komercialna uporaba steklenih vlaken relativno nova, so obrtniki v renesansi ustvarili steklene niti za okrasitev čaš in vaz. Francoski fizik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur je leta 1713 izdelal tekstil, okrašen s finimi steklenimi prameni, britanski izumitelji pa so to podvig ponovili leta 1822. Britanski tkalec svile je leta 1842 izdelal stekleno tkanino, drugi izumitelj Edward Libbey pa je razstavil obleka, tkana iz stekla na kolumbijski razstavi leta 1893 v Chicagu.
Steklena volna, puhasta masa prekinjenih vlaken v naključnih dolžinah, je bila prvič proizvedena v Evropi na prelomu stoletja s postopkom, ki je vključeval vodoravno vlečenje vlaken iz palic v vrteči se boben. Nekaj desetletij kasneje je bil razvit in patentiran postopek predenja. Izolacijski material iz steklenih vlaken je bil proizveden v Nemčiji med prvo svetovno vojno. Raziskave in razvoj, namenjene industrijski proizvodnji steklenih vlaken, so napredovale v Združenih državah v tridesetih letih 20. stoletja pod vodstvom dveh velikih podjetij, Owens-Illinois Glass Company in Corning Glass. dela. Ta podjetja so razvila fina, upogljiva in poceni steklena vlakna z vlečenjem staljenega stekla skozi zelo fine odprtine. Leta 1938 sta se ti dve podjetji združili v Owens-Corning Fiberglas Corp. Zdaj znano kot Owens-Corning, je postalo podjetje s 3 milijardami dolarjev letno in je vodilno na trgu steklenih vlaken.
Surovine
Osnovne surovine za izdelke iz steklenih vlaken so različni naravni minerali in proizvedene kemikalije. Glavne sestavine so kremenčev pesek, apnenec in natrijev pepel. Druge sestavine lahko med drugim vključujejo kalcinirano glinico, boraks, glinenec, nefelin sienit, magnezit in kaolinsko glino. Kot oblikovalec stekla se uporablja kremenčev pesek, natrijev karbonat in apnenec pa pomagata predvsem znižati temperaturo taljenja. Druge sestavine se uporabljajo za izboljšanje določenih lastnosti, kot je boraks za kemično odpornost. Kot surovina se uporablja tudi odpadno steklo, imenovano tudi odpadno steklo. Surovine je treba skrbno stehtati v natančnih količinah in temeljito premešati skupaj (imenovano šarža), preden se stopijo v steklo.
Proizvodnja
Proces
Taljenje
Ko je serija pripravljena, se dovaja v peč za taljenje. Peč se lahko ogreva na elektriko, fosilna goriva ali kombinacijo obeh. Temperaturo je treba natančno nadzorovati, da se ohrani gladek in enakomeren pretok stekla. Staljeno steklo je treba hraniti pri višji temperaturi (približno 2500 °F [1371 °C]) kot druge vrste stekla, da se oblikuje v vlakna. Ko se steklo stopi, se prenese v opremo za preoblikovanje preko kanala (prednjega ognja), ki se nahaja na koncu peči.
Oblikovanje v vlakna
Za oblikovanje vlaken se uporablja več različnih postopkov, odvisno od vrste vlaken. Tekstilna vlakna se lahko oblikujejo iz staljenega stekla neposredno iz peči ali pa se staljeno steklo najprej dovaja v stroj, ki oblikuje steklene frnikole s premerom približno 0,62 palca (1,6 cm). Ti frnikoli omogočajo vizualni pregled stekla glede nečistoč. Tako pri neposrednem taljenju kot pri taljenju marmorja se steklo ali steklene frnikole dovajajo skozi električno ogrevane puše (imenovane tudi spinereti). Puša je izdelana iz platine ali kovinske zlitine, z od 200 do 3000 zelo finimi odprtinami. Staljeno steklo prehaja skozi odprtine in izstopa v obliki finih filamentov.
Postopek z neprekinjenim filamentom
Dolgo, neprekinjeno vlakno je mogoče proizvesti s postopkom neprekinjenega filamenta. Ko steklo steče skozi luknje v puši, se več pramenov ujame na hitro navijalo. Navijalo se vrti s hitrostjo približno 2 milji (3 km) na minuto, veliko hitreje od hitrosti pretoka iz puš. Napetost izvleče filamente, ko so še staljeni, in tvorijo pramene, katerih premer je delček premera odprtin v puši. Uporabljeno je kemično vezivo, ki pomaga preprečiti, da bi se vlakna med kasnejšo obdelavo zlomila. Filament se nato navije na cevi. Zdaj ga je mogoče zviti in zviti v prejo.
Postopek rezanih vlaken
Alternativna metoda je postopek s rezanimi vlakni. Ko staljeno steklo teče skozi puše, curki zraka hitro ohladijo filamente. Turbulentni izbruhi zraka prav tako zlomijo filamente v dolžine 8–15 palcev (20–38 cm). Ti filamenti padejo skozi razpršeno mazivo na vrteč se boben, kjer tvorijo tanko mrežo. Koprena se vleče iz bobna in se vleče v neprekinjen pramen ohlapno sestavljenih vlaken. Ta pramen se lahko predela v prejo po enakih postopkih kot za volno in bombaž.
Sesekljana vlakna
Namesto oblikovanja v prejo se lahko neprekinjeni ali dolgi spenjani pramen seseklja na kratke kose. Pramen je nameščen na niz bobnov, imenovan creel, in povlečen skozi stroj, ki ga razreže na kratke kose. Sesekljana vlakna se oblikujejo v zastirke, ki jim je dodano vezivo. Po utrjevanju v pečici se podloga zvije. Različne teže in debeline dajejo izdelke za skodle, zidane strešne kritine ali okrasne preproge.
Steklena volna
Za izdelavo steklene volne se uporablja rotacijski ali centrifugalni postopek. V tem procesu staljeno steklo iz peči teče v valjasto posodo z majhnimi luknjami. Ko se posoda hitro vrti, vodoravni tokovi stekla tečejo iz lukenj. Tokovi staljenega stekla se pretvorijo v vlakna z navzdol usmerjenim sunkom zraka, vročega plina ali obojega. Vlakna padejo na tekoči trak, kjer se med seboj prepletajo v kosmato maso. To lahko uporabimo za izolacijo ali pa volno poškropimo z vezivom, stisnemo v želeno debelino in strdimo v pečici. Toplota strdi vezivo in nastali izdelek je lahko toga ali poltrda plošča ali prožna bat.
Zaščitni premazi
Poleg veziv so za izdelke iz steklenih vlaken potrebni tudi drugi premazi. Maziva se uporabljajo za zmanjšanje obrabe vlaken in se bodisi neposredno razpršijo na vlakna bodisi dodajo v vezivo. Antistatična sestava se včasih razprši tudi na površino izolacijske preproge iz steklenih vlaken med korakom hlajenja. Hladilni zrak, ki teče skozi preprogo, povzroči, da antistatično sredstvo prodre v celotno debelino preproge. Antistatično sredstvo je sestavljeno iz dveh sestavin – materiala, ki zmanjšuje nastajanje statične elektrike, in materiala, ki služi kot zaviralec korozije in stabilizator. Velenje je vsak premaz, ki se nanese na tekstilna vlakna med preoblikovanjem in lahko vsebuje eno ali več komponent (maziva, veziva ali sredstva za spajanje). Sredstva za spajanje se uporabljajo na pramenih, ki se bodo uporabljali za ojačitev plastike, da okrepijo vez z ojačanim materialom. Včasih je za odstranitev teh premazov ali dodajanje drugega premaza potrebna končna obdelava. Za plastične ojačitve je mogoče odstraniti dimenzioniranje s toploto ali kemikalijami in uporabiti sredstvo za spajanje. Za dekorativne namene morajo biti tkanine toplotno obdelane, da se odstranijo klestitve in nastavi tkanje. Nato se pred barvanjem ali tiskanjem nanesejo osnovni premazi.
Oblikovanje v oblike
Izdelki iz steklenih vlaken so na voljo v najrazličnejših oblikah, izdelani pa so po več postopkih. Na primer, izolacija cevi iz steklenih vlaken se pred utrjevanjem navije na paličaste oblike, imenovane trni, neposredno iz oblikovalnih enot. Oblike plesni v dolžini 3 čevljev (91 cm) ali manj se nato strdijo v pečici. Strjene dolžine se nato vzdolžno odstranijo iz kalupa in razžagajo na določene dimenzije. Po potrebi se nanesejo obloge in izdelek zapakira za odpremo.
Kontrola kakovosti
Med proizvodnjo izolacije iz steklenih vlaken se material vzorči na številnih lokacijah v procesu, da se ohrani kakovost. Te lokacije vključujejo: mešano serijo, ki se dovaja v električno talilno napravo; staljeno steklo iz puše, ki napaja fiberizator; steklena vlakna, ki prihajajo iz stroja za izdelavo vlaken; in končni sušeni izdelek, ki izhaja iz konca proizvodne linije. Skupni vzorci stekla in vlaken se analizirajo glede kemične sestave in prisotnosti napak z uporabo sofisticiranih kemičnih analizatorjev in mikroskopov. Porazdelitev velikosti delcev šaržnega materiala se pridobi s prehajanjem materiala skozi številna sita različnih velikosti. Debelina končnega izdelka se izmeri po pakiranju v skladu s specifikacijami. Sprememba debeline pomeni, da je kakovost stekla pod standardom.
Proizvajalci izolacije iz steklenih vlaken uporabljajo tudi različne standardizirane preskusne postopke za merjenje, prilagoditev in optimizacijo akustične odpornosti izdelka, absorpcije zvoka in delovanja zvočne pregrade. Akustične lastnosti je mogoče nadzorovati s prilagajanjem proizvodnih spremenljivk, kot so premer vlaken, nasipna gostota, debelina in vsebnost veziva. Podoben pristop se uporablja za nadzor toplotnih lastnosti.
Prihodnost
Industrija steklenih vlaken se v preostalih devetdesetih letih prejšnjega stoletja in kasneje sooča z nekaterimi velikimi izzivi. Število proizvajalcev izolacije iz steklenih vlaken se je povečalo zaradi ameriških podružnic tujih podjetij in izboljšanja produktivnosti ameriških proizvajalcev. To je povzročilo presežne zmogljivosti, ki jih trenutni in morda prihodnji trg ne moreta sprejeti.
Poleg presežnih zmogljivosti bodo tekmovali še drugi izolacijski materiali. Kamena volna je postala široko uporabljena zaradi nedavnih izboljšav postopka in izdelkov. Penasta izolacija je še ena alternativa steklenim vlaknom v stanovanjskih stenah in poslovnih strehah. Drugi konkurenčni material je celuloza, ki se uporablja pri izolaciji podstrešja.
Zaradi nizkega povpraševanja po izolaciji zaradi mehkega stanovanjskega trga potrošniki zahtevajo nižje cene. To povpraševanje je tudi posledica nadaljevanja trenda konsolidacije trgovcev in izvajalcev. Kot odgovor bo morala industrija izolacije iz steklenih vlaken še naprej zniževati stroške na dveh glavnih področjih: energija in okolje. Uporabiti bo treba učinkovitejše peči, ki se ne opirajo samo na en vir energije.
Ko bodo odlagališča dosegla največjo zmogljivost, bodo morali proizvajalci steklenih vlaken doseči skoraj ničelno proizvodnjo trdnih odpadkov brez povečanja stroškov. To bo zahtevalo izboljšanje proizvodnih procesov za zmanjšanje odpadkov (tudi za tekoče in plinaste odpadke) in ponovno uporabo odpadkov, kjer je to mogoče.
Takšni odpadki bodo morda zahtevali ponovno predelavo in pretaljenje pred ponovno uporabo kot surovine. Več proizvajalcev se že ukvarja s temi težavami.
Čas objave: 11. junij 2021