ไฟเบอร์กลาสทำอย่างไร?

ไฟเบอร์กลาสหมายถึงกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยแก้วแต่ละตัวรวมกันเป็นรูปแบบที่หลากหลาย เส้นใยแก้วสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลักตามรูปทรงเรขาคณิตของพวกเขา: เส้นใยต่อเนื่องที่ใช้ในเส้นด้ายและสิ่งทอและเส้นใยที่ไม่ต่อเนื่อง (สั้น) ที่ใช้เป็นแบตต์ผ้าห่มหรือบอร์ดสำหรับฉนวนและการกรอง ไฟเบอร์กลาสสามารถสร้างเป็นเส้นด้ายได้เช่นผ้าขนสัตว์หรือผ้าฝ้ายและทอเป็นผ้าซึ่งบางครั้งใช้สำหรับผ้าม่าน สิ่งทอไฟเบอร์กลาสมักใช้เป็นวัสดุเสริมแรงสำหรับพลาสติกแบบหล่อขึ้นรูปและลามิเนต ผ้าขนสัตว์ไฟเบอร์กลาสวัสดุหนาปุยที่ทำจากเส้นใยที่ไม่ต่อเนื่องใช้สำหรับฉนวนกันความร้อนและการดูดซับเสียง พบได้ทั่วไปในเรือและเรือดำน้ำและเรือดำน้ำ ช่องใส่เครื่องยนต์รถยนต์และแผ่นรองพื้น ในเตาเผาและเครื่องปรับอากาศ ผนังอะคูสติกและแผงเพดาน; และพาร์ติชันสถาปัตยกรรม ไฟเบอร์กลาสสามารถปรับแต่งสำหรับการใช้งานเฉพาะเช่น Type E (ไฟฟ้า) ใช้เป็นเทปฉนวนไฟฟ้าสิ่งทอและการเสริมแรง Type C (สารเคมี) ซึ่งมีความต้านทานต่อกรดที่เหนือกว่าและ Type T สำหรับฉนวนกันความร้อน

แม้ว่าการใช้ใยแก้วในเชิงพาณิชย์นั้นค่อนข้างเร็ว แต่ช่างฝีมือก็สร้างเส้นแก้วสำหรับการตกแต่งแก้วและแจกันในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Rene-Antoine Ferchault de Reaumur ผลิตสิ่งทอตกแต่งด้วยเกลียวแก้วชั้นดีในปี 1713 และนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษทำซ้ำความสำเร็จในปี 1822 ผู้ประกอบผ้าไหมอังกฤษทำผ้าแก้วในปี 1842 และนักประดิษฐ์อีกคนหนึ่ง ชุดทอของแก้วที่ 1893 Columbian Exposition ในชิคาโก

Wool Glass ซึ่งเป็นมวลของเส้นใยที่ไม่ต่อเนื่องในความยาวสุ่มถูกผลิตขึ้นครั้งแรกในยุโรปในช่วงเปลี่ยนศตวรรษโดยใช้กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการวาดเส้นใยจากแท่งในแนวนอนไปยังกลองหมุน หลายทศวรรษต่อมากระบวนการหมุนได้รับการพัฒนาและจดสิทธิบัตร วัสดุฉนวนใยแก้วผลิตในประเทศเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 การวิจัยและพัฒนามุ่งเป้าไปที่การผลิตอุตสาหกรรมของเส้นใยแก้วที่ก้าวหน้าในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษที่ 1930 ภายใต้การดูแลของ บริษัท ใหญ่สองแห่งคือ บริษัท Owens-Illinois Glass และ Corning Glass ผลงาน. บริษัท เหล่านี้พัฒนาเส้นใยแก้วที่ดียืดหยุ่นและมีค่าใช้จ่ายต่ำโดยการวาดกระจกหลอมเหลวผ่าน orifices ที่ละเอียดมาก ในปีพ. ศ. 2481 บริษัท ทั้งสองได้รวมตัวกันเป็น Owens-Corning Fiberglas Corp. ตอนนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ Owens-Corning ซึ่งได้กลายเป็น บริษัท มูลค่า 3 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อปีและเป็นผู้นำในตลาดไฟเบอร์กลาส

วัตถุดิบ

วัตถุดิบขั้นพื้นฐานสำหรับผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาสเป็นแร่ธาตุธรรมชาติที่หลากหลายและสารเคมีที่ผลิตขึ้น ส่วนผสมที่สำคัญคือทรายซิลิกาหินปูนและโซดาแอช ส่วนผสมอื่น ๆ อาจรวมถึงอะลูมินาที่ถูกเผา, บอแรกซ์, เฟลด์สปาร์, เนเฟอร์ไลน์ซีนีไนต์, แมกนีไซต์และดินเหนียวดินเหนียว ทรายซิลิกาถูกใช้เป็นแก้วในอดีตและโซดาแอชและหินปูนช่วยลดอุณหภูมิหลอมละลายเป็นหลัก ส่วนผสมอื่น ๆ ใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างเช่นบอแรกซ์สำหรับความต้านทานทางเคมี แก้วขยะหรือที่เรียกว่า Cullet ก็ใช้เป็นวัตถุดิบ วัตถุดิบจะต้องชั่งน้ำหนักอย่างระมัดระวังในปริมาณที่แน่นอนและผสมเข้าด้วยกันอย่างละเอียด (เรียกว่าแบทช์) ก่อนที่จะละลายเป็นแก้ว

การผลิต
กระบวนการ

การละลาย

เมื่อเตรียมแบทช์แล้วมันจะถูกป้อนเข้าไปในเตาเผาเพื่อละลาย เตาเผาอาจร้อนด้วยไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือการรวมกันของทั้งสอง อุณหภูมิจะต้องถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อรักษาการไหลของแก้วที่ราบรื่นและมั่นคง แก้วหลอมเหลวจะต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงกว่า (ประมาณ 2,500 ° F [1371 ° C]) กว่าแก้วชนิดอื่น ๆ เพื่อที่จะเกิดขึ้นเป็นเส้นใย เมื่อแก้วหลอมเหลวจะถูกถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์ขึ้นรูปผ่านช่องทาง (หน้า) ซึ่งตั้งอยู่ที่ส่วนท้ายของเตาเผา

ก่อตัวเป็นเส้นใย

กระบวนการต่าง ๆ ที่แตกต่างกันใช้ในการสร้างเส้นใยขึ้นอยู่กับประเภทของเส้นใย เส้นใยสิ่งทออาจเกิดขึ้นจากกระจกหลอมเหลวโดยตรงจากเตาหลอมหรือแก้วหลอมเหลวอาจถูกป้อนก่อนไปยังเครื่องที่ก่อให้เกิดหินอ่อนกระจกประมาณ 0.62 นิ้ว (1.6 ซม.) เส้นผ่านศูนย์กลาง หินอ่อนเหล่านี้ช่วยให้แก้วได้รับการตรวจสอบด้วยสายตาสำหรับสิ่งสกปรก ทั้งในกระบวนการหลอมเหลวโดยตรงและหินอ่อนการหลอมเหลวแก้วหรือหินอ่อนแก้วจะถูกป้อนผ่านบูชที่มีความร้อนด้วยไฟฟ้า (เรียกอีกอย่างว่าสปินเนอร์) บูชทำจากแพลตตินัมหรือโลหะผสมโลหะทุกที่ตั้งแต่ 200 ถึง 3,000 orifices ที่ละเอียดมาก แก้วหลอมเหลวผ่าน orifices และออกมาเป็นเส้นใยที่ดี

กระบวนการรกรานต่อเนื่อง

เส้นใยที่ยาวและต่อเนื่องสามารถผลิตได้ผ่านกระบวนการผ่านเส้นใยอย่างต่อเนื่อง หลังจากที่แก้วไหลผ่านรูในบูชแล้วหลายเส้นก็จะติดอยู่บนลมความเร็วสูง Winder หมุนได้ที่ประมาณ 2 ไมล์ (3 กม.) ต่อนาทีเร็วกว่าอัตราการไหลจากบูช ความตึงเครียดดึงออกมาในขณะที่ยังคงหลอมเหลวทำให้เกิดเส้นผ่านศูนย์กลางส่วนหนึ่งของช่องเปิดในบูช มีการใช้สารยึดเกาะทางเคมีซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เส้นใยแตกในระหว่างการประมวลผลในภายหลัง จากนั้นเส้นใยจะถูกแผลลงบนหลอด ตอนนี้มันสามารถบิดและพาดพิงถึงเส้นด้าย

กระบวนการลวดเย็บกระดาษ

วิธีทางเลือกคือกระบวนการ StapleFiber เมื่อแก้วหลอมเหลวไหลผ่านบูชไอพ่นของอากาศเย็นอย่างรวดเร็วของเส้นใย การระเบิดของอากาศแบบปั่นป่วนยังแบ่งเส้นใยให้มีความยาว 8-15 นิ้ว (20-38 ซม.) เส้นใยเหล่านี้ตกผ่านสเปรย์น้ำมันหล่อลื่นลงบนกลองหมุนซึ่งเป็นเว็บบาง ๆ เว็บถูกดึงออกมาจากกลองและดึงเข้าไปในเส้นใยที่ประกอบกันอย่างต่อเนื่อง เส้นนี้สามารถประมวลผลเป็นเส้นด้ายโดยกระบวนการเดียวกับที่ใช้สำหรับขนสัตว์และฝ้าย

เส้นใยสับ

แทนที่จะถูกสร้างขึ้นเป็นเส้นด้ายเส้นที่ต่อเนื่องหรือยาวอาจถูกสับให้มีความยาวสั้น ๆ สแตรนด์ติดตั้งบนชุดของกระสุนที่เรียกว่า Creel และดึงผ่านเครื่องที่สับเป็นชิ้นสั้น เส้นใยสับจะถูกสร้างขึ้นเป็นเสื่อที่เพิ่มสารยึดเกาะ หลังจากบ่มในเตาอบเสื่อจะม้วนขึ้น น้ำหนักและความหนาต่าง ๆ ให้ผลิตภัณฑ์สำหรับงูสวัดหลังคาที่สร้างขึ้นหรือเสื่อตกแต่ง

ผ้าขนสัตว์

กระบวนการโรตารี่หรือสปินเนอร์ใช้ในการทำขนตา ในกระบวนการนี้กระจกหลอมเหลวจากเตาไหลไปสู่ภาชนะทรงกระบอกที่มีรูเล็ก ๆ เมื่อภาชนะหมุนอย่างรวดเร็วลำธารแนวนอนของแก้วไหลออกมาจากรู ลำธารแก้วที่หลอมเหลวจะถูกแปลงเป็นเส้นใยโดยการระเบิดของอากาศ, ก๊าซร้อนหรือทั้งสองอย่าง เส้นใยตกลงไปบนสายพานลำเลียงที่ซึ่งพวกเขาเชื่อมโยงกันในมวลขนแกะ สิ่งนี้สามารถใช้สำหรับฉนวนกันความร้อนหรือขนแกะสามารถฉีดพ่นด้วยสารยึดเกาะที่ถูกบีบอัดเป็นความหนาที่ต้องการและรักษาในเตาอบ ความร้อนตั้งค่าสารยึดเกาะและผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจเป็นบอร์ดที่แข็งหรือกึ่งแข็งหรือแบทที่ยืดหยุ่น

การเคลือบป้องกัน

นอกเหนือจากสารยึดเกาะแล้วยังต้องมีการเคลือบอื่น ๆ สำหรับผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาส น้ำมันหล่อลื่นถูกใช้เพื่อลดการเสียดสีของเส้นใยและพ่นลงบนเส้นใยโดยตรงหรือเพิ่มเข้าไปในสารยึดเกาะ องค์ประกอบต่อต้านคงที่บางครั้งก็พ่นลงบนพื้นผิวของเสื่อฉนวนไฟเบอร์กลาสในระหว่างขั้นตอนการระบายความร้อน อากาศระบายความร้อนผ่านเสื่อทำให้ตัวแทนต่อต้านสแตติกเจาะทะลุความหนาทั้งหมดของเสื่อ สารต่อต้านสแตติกประกอบด้วยส่วนผสมสองอย่าง-วัสดุที่ช่วยลดการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบคงที่และวัสดุที่ทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนและความคงตัวการปรับขนาดคือการเคลือบใด ๆ ที่ใช้กับเส้นใยสิ่งทอ ส่วนประกอบเพิ่มเติม (สารหล่อลื่น, สารยึดเกาะหรือตัวแทนการมีเพศสัมพันธ์) ตัวแทนการมีเพศสัมพันธ์ใช้กับเส้นที่จะใช้ในการเสริมพลาสติกเพื่อเสริมสร้างพันธะกับวัสดุเสริมบางครั้งการดำเนินการตกแต่งจะต้องลบการเคลือบเหล่านี้หรือเพื่อเพิ่มการเคลือบอื่น สำหรับการเสริมกำลังพลาสติกการเพิ่มกำลังอาจถูกลบออกด้วยความร้อนหรือสารเคมีและสารเชื่อมต่อที่ใช้ สำหรับการใช้งานของตกแต่งผ้าจะต้องได้รับการรักษาด้วยความร้อนเพื่อกำจัดส่วนประกอบและเพื่อตั้งค่าการสาน การเคลือบฐานสีย้อมจะถูกนำไปใช้ก่อนที่จะตายหรือพิมพ์

ก่อตัวเป็นรูปร่าง

ผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์กลาสมาในรูปทรงที่หลากหลายทำโดยใช้หลายกระบวนการ ตัวอย่างเช่นฉนวนกันความร้อนท่อไฟเบอร์กลาสจะถูกแผลลงบนรูปแบบก้านที่เรียกว่าแมนเดรลโดยตรงจากหน่วยการขึ้นรูปก่อนที่จะบ่ม รูปแบบของแม่พิมพ์มีความยาว 3 ฟุต (91 ซม.) หรือน้อยกว่านั้นจะถูกรักษาในเตาอบ ความยาวที่ผ่านการบ่มจะถูกยกเลิกตามยาวตามยาวและเล็งไปที่มิติที่ระบุ ด้านหน้าจะถูกนำไปใช้หากจำเป็นและผลิตภัณฑ์จะถูกบรรจุไว้สำหรับการจัดส่ง

การควบคุมคุณภาพ

ในระหว่างการผลิตฉนวนไฟเบอร์กลาสวัสดุจะถูกสุ่มตัวอย่างในหลาย ๆ ตำแหน่งในกระบวนการเพื่อรักษาคุณภาพ สถานที่เหล่านี้รวมถึง: แบทช์ผสมที่ถูกป้อนเข้ากับ melter ไฟฟ้า; กระจกหลอมเหลวจากบูชซึ่งป้อนไฟเบอร์เซอร์ ใยแก้วออกมาจากเครื่องไฟเบอร์เซอร์ และผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการรักษาขั้นสุดท้ายโผล่ออกมาจากจุดสิ้นสุดของสายการผลิต ตัวอย่างแก้วและไฟเบอร์จำนวนมากได้รับการวิเคราะห์สำหรับองค์ประกอบทางเคมีและการมีข้อบกพร่องโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ทางเคมีและกล้องจุลทรรศน์ที่ซับซ้อน การกระจายขนาดอนุภาคของวัสดุแบทช์นั้นได้มาจากการส่งผ่านวัสดุผ่านตะแกรงขนาดต่าง ๆ จำนวนมาก ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายถูกวัดสำหรับความหนาหลังจากบรรจุภัณฑ์ตามข้อกำหนด การเปลี่ยนแปลงความหนาบ่งชี้ว่าคุณภาพของแก้วอยู่ต่ำกว่ามาตรฐาน

ผู้ผลิตฉนวนไฟเบอร์กลาสยังใช้ขั้นตอนการทดสอบที่ได้มาตรฐานที่หลากหลายในการวัดปรับและเพิ่มประสิทธิภาพความต้านทานเสียงอะคูสติกของผลิตภัณฑ์การดูดซับเสียงและประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวางเสียง คุณสมบัติทางเสียงสามารถควบคุมได้โดยการปรับตัวแปรการผลิตเช่นเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยความหนาแน่นจำนวนมากความหนาและปริมาณสารยึดเกาะ วิธีการที่คล้ายกันนี้ใช้ในการควบคุมคุณสมบัติทางความร้อน

อนาคต

อุตสาหกรรมไฟเบอร์กลาสเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญในช่วงที่เหลือของปี 1990 และอื่น ๆ จำนวนผู้ผลิตฉนวนกันความร้อนไฟเบอร์กลาสเพิ่มขึ้นเนื่องจาก บริษัท ในเครือของ บริษัท ต่างประเทศและการปรับปรุงการผลิตโดยผู้ผลิตในสหรัฐอเมริกา สิ่งนี้ส่งผลให้กำลังการผลิตมากเกินไปซึ่งตลาดปัจจุบันและในอนาคตไม่สามารถรองรับได้

นอกจากกำลังการผลิตส่วนเกินวัสดุฉนวนอื่น ๆ จะแข่งขัน ผ้าขนสัตว์ร็อคได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากกระบวนการล่าสุดและการปรับปรุงผลิตภัณฑ์ ฉนวนโฟมเป็นอีกทางเลือกหนึ่งสำหรับไฟเบอร์กลาสในผนังที่อยู่อาศัยและหลังคาเชิงพาณิชย์ วัสดุที่แข่งขันกันอีกอย่างคือเซลลูโลสซึ่งใช้ในฉนวนห้องใต้หลังคา

เนื่องจากความต้องการฉนวนที่ต่ำเนื่องจากตลาดที่อยู่อาศัยที่อ่อนนุ่มผู้บริโภคจึงต้องการราคาที่ต่ำกว่า ความต้องการนี้ยังเป็นผลมาจากแนวโน้มอย่างต่อเนื่องในการรวมผู้ค้าปลีกและผู้รับเหมา ในการตอบสนองอุตสาหกรรมฉนวนไฟเบอร์กลาสจะต้องลดต้นทุนต่อไปในสองประเด็นสำคัญ: พลังงานและสิ่งแวดล้อม เตาเผาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะต้องใช้ซึ่งไม่พึ่งพาพลังงานเพียงแหล่งเดียวเท่านั้น

ด้วยหลุมฝังกลบที่มีความจุสูงสุดผู้ผลิตไฟเบอร์กลาสจะต้องได้รับผลผลิตเกือบเป็นศูนย์ของขยะมูลฝอยโดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุน สิ่งนี้จะต้องปรับปรุงกระบวนการผลิตเพื่อลดของเสีย (สำหรับของเหลวและของเสียจากก๊าซเช่นกัน) และนำของเสียกลับมาใช้ใหม่ทุกที่ที่ทำได้

ของเสียดังกล่าวอาจจำเป็นต้องมีการประมวลผลใหม่และ remelting ก่อนที่จะนำกลับมาใช้ใหม่เป็นวัตถุดิบ ผู้ผลิตหลายรายกำลังแก้ไขปัญหาเหล่านี้อยู่แล้ว