Fiberglas Nasıl Yapılır?

Fiberglas, bireysel cam elyaflarının çeşitli formlarda birleştirilmesiyle yapılan bir ürün grubunu ifade eder. Cam elyafları geometrilerine göre iki ana gruba ayrılabilir: ipliklerde ve tekstillerde kullanılan sürekli elyaflar ve yalıtım ve filtreleme için keçe, battaniye veya levha olarak kullanılan süreksiz (kısa) elyaflar. Fiberglas, yün veya pamuğa benzer şekilde iplik haline getirilebilir ve bazen perdelik kumaşlarda kullanılan kumaşa dokunabilir. Fiberglas tekstiller genellikle kalıplanmış ve lamine plastikler için takviye malzemesi olarak kullanılır. Süreksiz elyaflardan yapılmış kalın, kabarık bir malzeme olan cam elyaf yünü, ısı yalıtımı ve ses emilimi için kullanılır. Yaygın olarak gemi ve denizaltı perdelerinde ve gövdelerinde bulunur; otomobil motor bölmeleri ve gövde paneli kaplamaları; fırınlarda ve iklimlendirme ünitelerinde; akustik duvar ve tavan panelleri; ve mimari bölmeler. Fiberglas, elektrik yalıtım bandı, tekstil ve takviye olarak kullanılan Tip E (elektrikli); Üstün asit direncine sahip C Tipi (kimyasal) ve ısı yalıtımı için T Tipi.

Cam elyafının ticari kullanımı nispeten yeni olmasına rağmen, Rönesans döneminde zanaatkarlar kadehleri ​​ve vazoları süslemek için cam şeritler yarattılar. Fransız fizikçi Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, 1713'te ince cam ipliklerle süslenmiş kumaşlar üretti ve İngiliz mucitler 1822'de aynı başarıyı tekrarladılar. İngiliz ipek dokumacı 1842'de cam kumaş yaptı ve başka bir mucit olan Edward Libbey, bir cam kumaşı sergiledi. Chicago'daki 1893 Kolomb Sergisi'nde camdan dokunmuş elbise.

Rastgele uzunluklarda kabarık bir süreksiz elyaf kütlesi olan cam yünü, ilk olarak yüzyılın başında Avrupa'da, elyafların çubuklardan yatay olarak döner bir tambura çekilmesini içeren bir işlem kullanılarak üretildi. Birkaç on yıl sonra bir eğirme işlemi geliştirildi ve patenti alındı. Cam elyaf yalıtım malzemesi, Birinci Dünya Savaşı sırasında Almanya'da üretildi. Cam elyafının endüstriyel üretimini amaçlayan araştırma ve geliştirme, 1930'larda Amerika Birleşik Devletleri'nde iki büyük şirketin, Owens-Illinois Glass Company ve Corning Glass'ın yönetimi altında ilerledi. Çalışıyor. Bu şirketler erimiş camı çok ince deliklerden çekerek ince, esnek ve düşük maliyetli bir cam elyafı geliştirdiler. 1938'de bu iki şirket birleşerek Owens-Corning Fiberglas Corp.'u oluşturdu. Artık sadece Owens-Corning olarak bilinen şirket, yılda 3 milyar dolarlık bir şirket haline geldi ve fiberglas pazarında lider konumdadır.

İşlenmemiş içerikler

Fiberglas ürünlerin temel hammaddeleri çeşitli doğal mineraller ve üretilmiş kimyasallardır. Ana bileşenler silis kumu, kireçtaşı ve soda külüdür. Diğer bileşenler, diğerlerinin yanı sıra kalsine alümina, boraks, feldispat, nefelin siyenit, manyezit ve kaolin kili içerebilir. Cam oluşturucu olarak silika kumu kullanılır ve soda külü ve kireçtaşı öncelikle erime sıcaklığının düşürülmesine yardımcı olur. Kimyasal direnç için boraks gibi diğer bileşenler belirli özellikleri geliştirmek için kullanılır. Cam kırıntısı olarak da adlandırılan atık cam da hammadde olarak kullanılmaktadır. Hammaddelerin tam miktarlarda dikkatlice tartılması ve cam halinde eritilmeden önce iyice karıştırılması (harmanlama adı verilir) gerekir.

İmalat
İşlem

Erime

Parti hazırlandıktan sonra eritilmek üzere fırına beslenir. Fırın elektrikle, fosil yakıtla veya bu ikisinin birleşimiyle ısıtılabilir. Pürüzsüz, sabit bir cam akışını sürdürmek için sıcaklığın hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Erimiş camın elyaf haline getirilebilmesi için diğer cam türlerine göre daha yüksek bir sıcaklıkta (yaklaşık 2500°F [1371°C]) tutulması gerekir. Cam eriyik hale geldikten sonra fırının sonunda bulunan bir kanal (ön ocak) vasıtasıyla şekillendirme ekipmanına aktarılır.

Lifler halinde şekillendirme

Lif türüne bağlı olarak lif oluşturmak için birkaç farklı işlem kullanılır. Tekstil elyafları doğrudan fırından erimiş camdan oluşturulabilir veya erimiş cam ilk olarak çapı yaklaşık 0,62 inç (1,6 cm) olan cam bilyeleri oluşturan bir makineye beslenebilir. Bu mermerler camın yabancı maddeler açısından görsel olarak incelenmesini sağlar. Hem doğrudan eritme hem de mermer eritme işleminde, cam veya cam bilyeler elektrikle ısıtılan burçlar (ayrıca düzeler olarak da bilinir) aracılığıyla beslenir. Burç, 200 ila 3.000 arasında çok ince delikli, platin veya metal alaşımından yapılmıştır. Erimiş cam deliklerden geçerek ince filamentler halinde dışarı çıkar.

Sürekli filament süreci

Sürekli filament prosesi yoluyla uzun, sürekli bir fiber üretilebilir. Cam burçtaki deliklerden aktıktan sonra, çok sayıda şerit yüksek hızlı bir sarıcıya yakalanır. Sarıcı, burçlardan gelen akış hızından çok daha hızlı, dakikada yaklaşık 2 mil (3 km) hızla döner. Gerilim, hala erimiş durumdaki filamanları dışarı çekerek, burçtaki açıklıkların çapının bir kısmını oluşturan şeritler oluşturur. Daha sonraki işlemlerde elyafın kırılmasını önlemeye yardımcı olan kimyasal bir bağlayıcı uygulanır. Daha sonra filaman tüplere sarılır. Artık bükülebilir ve ipliğe katlanabilir.

Kesikli elyaf işlemi

Alternatif bir yöntem, kesikli elyaf işlemidir. Erimiş cam burçlardan akarken, hava jetleri filamanları hızla soğutur. Türbülanslı hava patlamaları aynı zamanda filamentleri 20-38 cm (8-15 inç) uzunluğa böler. Bu filamentler, bir yağlayıcı sprey yoluyla döner bir tamburun üzerine düşer ve burada ince bir ağ oluştururlar. Ağ tamburdan çekilir ve gevşek bir şekilde birleştirilmiş liflerden oluşan sürekli bir şerit halinde çekilir. Bu iplik, yün ve pamuk için kullanılanla aynı işlemlerle işlenerek iplik haline getirilebilir.

Kıyılmış lif

Sürekli veya uzun lifli iplik, iplik haline getirilmek yerine kısa uzunluklarda kesilebilir. İplik, cağlık adı verilen bir dizi bobin üzerine monte edilir ve onu kısa parçalara ayıran bir makineden çekilir. Kıyılmış lif, bir bağlayıcının eklendiği keçeler halinde oluşturulur. Bir fırında sertleştikten sonra mat sarılır. Çeşitli ağırlıklar ve kalınlıklar, kiremitler, çatı kaplamaları veya dekoratif paspaslar için ürünler sağlar.

Cam yünü

Cam yünü yapmak için döner veya eğirme işlemi kullanılır. Bu işlemde fırından çıkan erimiş cam, küçük delikleri olan silindirik bir kaba akar. Kap hızla döndükçe deliklerden yatay cam akıntıları akıyor. Erimiş cam akıntıları, aşağıya doğru hava, sıcak gaz veya her ikisinin de püskürtülmesiyle elyaflara dönüştürülür. Lifler bir taşıma bandının üzerine düşer ve burada yumuşak bir kütle halinde birbirleriyle iç içe geçerler. Bu yalıtım için kullanılabilir veya yün bir bağlayıcı maddeyle püskürtülebilir, istenilen kalınlığa sıkıştırılabilir ve bir fırında sertleştirilebilir. Isı, bağlayıcıyı sertleştirir ve elde edilen ürün, sert veya yarı sert bir levha veya esnek bir tabaka olabilir.

Koruyucu kaplamalar

Fiberglas ürünler için bağlayıcılara ek olarak başka kaplamalar da gereklidir. Yağlayıcılar elyaf aşınmasını azaltmak için kullanılır ve ya doğrudan elyaf üzerine püskürtülür ya da bağlayıcıya eklenir. Bazen soğutma adımı sırasında cam elyaf yalıtım matlarının yüzeyine antistatik bir bileşim de püskürtülür. Matın içinden çekilen soğutma havası, anti-statik maddenin matın tüm kalınlığına nüfuz etmesine neden olur. Antistatik madde iki bileşenden oluşur: statik elektrik oluşumunu en aza indiren bir malzeme ve korozyon önleyici ve stabilizatör görevi gören bir malzeme. Haşıllama, şekillendirme işleminde tekstil elyaflarına uygulanan herhangi bir kaplamadır ve bir veya bir veya daha fazlasını içerebilir. daha fazla bileşen (yağlayıcılar, bağlayıcılar veya birleştirme maddeleri). Plastikleri güçlendirmek için kullanılacak şeritlerde, güçlendirilmiş malzemeye olan bağı güçlendirmek için birleştirme maddeleri kullanılır. Bazen bu kaplamaları kaldırmak veya başka bir kaplama eklemek için bir bitirme işlemi gerekebilir. Plastik takviyeler için haşıllar ısıyla veya kimyasallarla çıkarılabilir ve bir birleştirme maddesi uygulanabilir. Dekoratif uygulamalarda, haşılların kaldırılması ve örgünün sabitlenmesi için kumaşların ısıl işleme tabi tutulması gerekir. Boya bazlı kaplamalar daha sonra boyama veya baskıdan önce uygulanır.

Şekillere dönüştürme

Fiberglas ürünler, çeşitli işlemler kullanılarak yapılan çok çeşitli şekillerde gelir. Örneğin, cam elyaf boru izolasyonu, kürlenmeden önce doğrudan şekillendirme birimlerinden mandrel adı verilen çubuk benzeri formlara sarılır. Uzunluğu 91 cm (3 feet) veya daha kısa olan kalıp formları daha sonra bir fırında sertleştirilir. Kürlenen uzunluklar daha sonra uzunlamasına kalıptan çıkarılır ve belirtilen boyutlarda kesilir. Gerekiyorsa kaplamalar yapılır ve ürün sevk edilmek üzere paketlenir.

Kalite Kontrol

Fiberglas izolasyon üretimi sırasında, kaliteyi korumak için süreçteki birçok yerden malzeme numunesi alınır. Bu konumlar şunları içerir: karışık partinin elektrikli eriticiye beslenmesi; elyaflaştırıcıyı besleyen burçtan gelen erimiş cam; Fiberizer makinesinden çıkan cam elyafı; ve üretim hattının sonunda ortaya çıkan son kürlenmiş ürün. Dökme cam ve elyaf örnekleri, gelişmiş kimyasal analizörler ve mikroskoplar kullanılarak kimyasal bileşim ve kusurların varlığı açısından analiz edilir. Yığın malzemesinin parçacık boyutu dağılımı, malzemenin bir dizi farklı boyuttaki elekten geçirilmesiyle elde edilir. Nihai ürün, spesifikasyonlara göre ambalajlandıktan sonra kalınlık açısından ölçülür. Kalınlığın değişmesi cam kalitesinin standardın altında olduğunu gösterir.

Fiberglas yalıtım üreticileri ayrıca ürünün akustik direncini, ses emilimini ve ses bariyeri performansını ölçmek, ayarlamak ve optimize etmek için çeşitli standart test prosedürleri kullanır. Akustik özellikler, elyaf çapı, kütle yoğunluğu, kalınlık ve bağlayıcı içeriği gibi üretim değişkenlerinin ayarlanmasıyla kontrol edilebilir. Termal özellikleri kontrol etmek için benzer bir yaklaşım kullanılır.

Gelecek

Fiberglas endüstrisi 1990'ların geri kalanında ve sonrasında bazı büyük zorluklarla karşı karşıya kaldı. Yabancı şirketlerin Amerikan iştirakleri ve ABD'li üreticilerin üretkenliklerini artırmaları nedeniyle cam elyaf yalıtım üreticilerinin sayısı arttı. Bu, mevcut ve belki de gelecekteki pazarın karşılayamayacağı kapasite fazlası ile sonuçlandı.

Fazla kapasiteye ek olarak diğer yalıtım malzemeleri de rekabet edecek. Taş yünü, son süreç ve ürün iyileştirmeleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Köpük yalıtımı, konut duvarlarında ve ticari çatılarda fiberglasa başka bir alternatiftir. Bir diğer rakip malzeme ise çatı yalıtımında kullanılan selülozdur.

Yumuşak konut piyasası nedeniyle yalıtım talebinin düşük olması nedeniyle tüketiciler daha düşük fiyatlar talep ediyor. Bu talep aynı zamanda perakendecilerin ve yüklenicilerin konsolidasyonunda devam eden eğilimin bir sonucudur. Buna karşılık, cam elyaf yalıtım endüstrisi iki ana alanda maliyetleri düşürmeye devam etmek zorunda kalacak: enerji ve çevre. Tek bir enerji kaynağına dayanmayan daha verimli fırınların kullanılması gerekecektir.

Depolama sahalarının maksimum kapasiteye ulaşmasıyla birlikte, fiberglas üreticilerinin maliyetleri artırmadan katı atık konusunda neredeyse sıfır çıktı elde etmesi gerekecek. Bu, atıkların (sıvı ve gaz atıklar için de) azaltılması ve mümkün olan her yerde atıkların yeniden kullanılması için üretim süreçlerinin iyileştirilmesini gerektirecektir.

Bu tür atıkların hammadde olarak yeniden kullanılmadan önce yeniden işlenmesi ve yeniden eritilmesi gerekebilir. Birçok üretici halihazırda bu sorunlara çözüm bulmaya çalışıyor.