Làm thế nào sợi thủy tinh được chế tạo?

Sợi thủy tinh đề cập đến một nhóm các sản phẩm được làm từ các sợi thủy tinh riêng lẻ kết hợp thành nhiều dạng khác nhau. Sợi thủy tinh có thể được chia thành hai nhóm chính theo hình học của chúng: các sợi liên tục được sử dụng trong sợi và dệt may, và các sợi không liên tục (ngắn) được sử dụng làm dơi, chăn hoặc bảng để cách điện và lọc. Sợi thủy tinh có thể được hình thành thành sợi giống như len hoặc bông, và được dệt thành vải đôi khi được sử dụng cho các màn hình. Dệt sợi thủy tinh thường được sử dụng làm vật liệu gia cố cho nhựa đúc và nhiều lớp. Len sợi thủy tinh, một vật liệu dày, mịn được làm từ các sợi không liên tục, được sử dụng để cách nhiệt và hấp thụ âm thanh. Nó thường được tìm thấy trong các vách ngăn và thân tàu ngầm và tàu ngầm; Các ngăn động cơ ô tô và lớp lót bảng điều khiển cơ thể; trong lò nung và đơn vị điều hòa không khí; Tường âm thanh và tấm trần; và các phân vùng kiến ​​trúc. Sợi thủy tinh có thể được điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể như loại E (điện), được sử dụng làm băng điện điện, dệt may và gia cố; Loại C (hóa học), có điện trở axit vượt trội và loại T, đối với cách nhiệt.

Mặc dù việc sử dụng thương mại sợi thủy tinh tương đối gần đây, các nghệ nhân đã tạo ra các sợi thủy tinh để trang trí cốc và bình hoa trong thời Phục hưng. Một nhà vật lý người Pháp, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, đã sản xuất hàng dệt may được trang trí bằng các sợi thủy tinh tốt vào năm 1713, và các nhà phát minh người Anh đã nhân đôi kỳ tích vào năm 1822. Một thợ dệt lụa của Anh đã tạo ra một loại vải thủy tinh vào năm 1842, và một nhà phát minh khác Mặc quần áo bằng kính tại Triển lãm Columbia năm 1893 ở Chicago.

Len thủy tinh, một khối sợi không liên tục bằng chiều dài ngẫu nhiên, lần đầu tiên được sản xuất ở châu Âu vào đầu thế kỷ, sử dụng một quá trình liên quan đến việc vẽ các sợi từ các thanh theo chiều ngang đến một trống quay vòng. Vài thập kỷ sau, một quá trình quay được phát triển và được cấp bằng sáng chế. Vật liệu cách điện bằng sợi thủy tinh được sản xuất tại Đức trong Thế chiến I. Nghiên cứu và phát triển nhằm mục đích sản xuất các sợi thủy tinh được tiến hành ở Hoa Kỳ vào những năm 1930, dưới sự chỉ đạo của hai công ty lớn, Công ty Thủy tinh Owens-Illinois và Corning Glass Công trình. Các công ty này đã phát triển một sợi thủy tinh mịn, dễ chịu, chi phí thấp bằng cách vẽ thủy tinh nóng chảy thông qua các lỗ rất mịn. Năm 1938, hai công ty này đã hợp nhất để thành lập Fiberglas Corp của Owens Corp. Hiện được gọi đơn giản là Owens-Corning, nó đã trở thành một công ty trị giá 3 tỷ đô la một năm và là một nhà lãnh đạo trong thị trường sợi thủy tinh.

Nguyên liệu thô

Các nguyên liệu thô cơ bản cho các sản phẩm sợi thủy tinh là một loạt các khoáng chất tự nhiên và hóa chất được sản xuất. Các thành phần chính là cát silica, đá vôi và tro soda. Các thành phần khác có thể bao gồm alumina nung, borax, fenspat, nepheline syenite, magnesite và kaolin, trong số những người khác. Cát silica được sử dụng làm thủy tinh trước đây, và tro soda và đá vôi giúp chủ yếu làm giảm nhiệt độ nóng chảy. Các thành phần khác được sử dụng để cải thiện một số tính chất nhất định, chẳng hạn như borax cho kháng hóa chất. Kính thải, còn được gọi là CONS, cũng được sử dụng làm nguyên liệu thô. Các nguyên liệu thô phải được cân nhắc cẩn thận với số lượng chính xác và trộn kỹ với nhau (được gọi là đợt) trước khi bị tan chảy vào thủy tinh.

Sản xuất
Quá trình

Tan chảy

Khi lô được chuẩn bị, nó được đưa vào một lò để tan chảy. Lò có thể được làm nóng bằng điện, nhiên liệu hóa thạch hoặc kết hợp cả hai. Nhiệt độ phải được kiểm soát chính xác để duy trì dòng thủy tinh mịn, ổn định. Kính nóng chảy phải được giữ ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 2500 ° F [1371 ° C]) so với các loại thủy tinh khác để được hình thành thành sợi. Một khi kính trở nên nóng chảy, nó được chuyển sang thiết bị hình thành thông qua một kênh (Tiền bạc) nằm ở cuối lò.

Hình thành thành sợi

Một số quá trình khác nhau được sử dụng để tạo thành sợi, tùy thuộc vào loại sợi. Sợi dệt có thể được hình thành từ thủy tinh nóng chảy trực tiếp từ lò, hoặc thủy tinh nóng chảy có thể được đưa đầu tiên vào một máy tạo thành các viên bi thủy tinh có đường kính khoảng 0,62 inch (1,6 cm). Những viên bi này cho phép kính được kiểm tra trực quan cho tạp chất. Trong cả quá trình tan chảy trực tiếp và đá cẩm thạch, các viên bi hoặc thủy tinh được cho ăn thông qua các ống lót được làm nóng bằng điện (còn được gọi là spinnerets). Các ống lót được làm bằng hợp kim bạch kim hoặc kim loại, với bất cứ nơi nào từ 200 đến 3.000 lỗ rất tốt. Kính nóng chảy đi qua các lỗ và đi ra như những sợi dây mịn.

Quá trình tập thể liên tục

Một sợi dài, liên tục có thể được sản xuất thông qua quá trình sợi liên tục. Sau khi kính chảy qua các lỗ trong ống lót, nhiều sợi được bắt gặp trên một chiếc áo gió tốc độ cao. Winder xoay ở khoảng 2 dặm (3 km) một phút, nhanh hơn nhiều so với tốc độ dòng chảy từ các ống lót. Căng thẳng kéo ra các sợi trong khi vẫn nóng chảy, tạo thành một phần nhỏ đường kính của các khe hở trong ống lót. Một chất kết dính hóa học được áp dụng, giúp giữ cho sợi không bị phá vỡ trong quá trình xử lý sau này. Dây tóc sau đó bị thương vào ống. Bây giờ nó có thể được xoắn và nhét vào sợi.

Quá trình sợi chủ lực

Một phương pháp thay thế là quá trình Staplefiber. Khi thủy tinh nóng chảy chảy qua các ống lót, các tia khí nhanh chóng làm mát các sợi dây. Các vụ nổ không khí hỗn loạn cũng phá vỡ các sợi thành chiều dài 8-15 inch (20-38 cm). Những sợi này rơi vào một bình xịt dầu bôi trơn vào một cái trống quay vòng, nơi chúng tạo thành một mạng lưới mỏng. Web được rút ra từ trống và kéo vào một chuỗi các sợi được lắp ráp liên tục. Chuỗi này có thể được xử lý thành sợi bởi các quá trình tương tự được sử dụng cho len và bông.

Sợi xắt nhỏ

Thay vì được hình thành thành sợi, sợi liên tục hoặc dài có thể được cắt thành chiều dài ngắn. Chuỗi được gắn trên một bộ bobbins, được gọi là creel và kéo qua một chiếc máy cắt nó thành những mảnh ngắn. Sợi xắt nhỏ được hình thành thành thảm mà một chất kết dính được thêm vào. Sau khi chữa trong lò, thảm được cuộn lên. Trọng lượng và độ dày khác nhau cung cấp các sản phẩm cho bệnh zona, tấm lợp xây dựng hoặc thảm trang trí.

Len thủy tinh

Quá trình quay hoặc spinner được sử dụng để làm len thủy tinh. Trong quá trình này, thủy tinh nóng chảy từ lò chảy vào một thùng chứa hình trụ có lỗ nhỏ. Khi container quay nhanh, các luồng thủy tinh nằm ngang ra khỏi các lỗ. Các dòng thủy tinh nóng chảy được chuyển thành sợi bằng một vụ nổ không khí, khí nóng hoặc cả hai. Các sợi rơi xuống một băng chuyền, nơi chúng xen kẽ với nhau trong một khối fleecy. Điều này có thể được sử dụng để cách nhiệt, hoặc len có thể được phun bằng chất kết dính, nén vào độ dày mong muốn và được chữa khỏi trong lò. Nhiệt đặt chất kết dính và sản phẩm kết quả có thể là một bảng cứng hoặc bán cứng, hoặc một batt linh hoạt.

Lớp phủ bảo vệ

Ngoài các chất kết dính, các lớp phủ khác là cần thiết cho các sản phẩm sợi thủy tinh. Chất bôi trơn được sử dụng để giảm mài mòn sợi và được phun trực tiếp vào sợi hoặc thêm vào chất kết dính. Một chế phẩm chống tĩnh đôi khi cũng được phun lên bề mặt thảm cách nhiệt của sợi thủy tinh trong bước làm mát. Không khí làm mát được vẽ qua thảm làm cho tác nhân chống tĩnh mạch xâm nhập vào toàn bộ độ dày của thảm. Tác nhân chống tĩnh bao gồm hai thành phần, một vật liệu giảm thiểu việc tạo ra tĩnh điện và vật liệu đóng vai trò là chất ức chế ăn mòn và chất ổn định. Phân loại là bất kỳ lớp phủ nào được áp dụng cho các sợi dệt trong hoạt động hình thành, và có thể chứa một hoặc một Nhiều thành phần hơn (chất bôi trơn, chất kết dính hoặc tác nhân ghép). Các tác nhân ghép được sử dụng trên các sợi sẽ được sử dụng để gia cố nhựa, để tăng cường liên kết với vật liệu gia cố. Đôi khi, một hoạt động hoàn thiện là cần thiết để loại bỏ các lớp phủ này hoặc để thêm một lớp phủ khác. Đối với quân tiếp viện nhựa, sizing có thể được loại bỏ bằng nhiệt hoặc hóa chất và một chất kết nối được áp dụng. Đối với các ứng dụng trang trí, các loại vải phải được xử lý nhiệt để loại bỏ sizings và đặt dệt. Lớp phủ cơ bản sau đó được áp dụng trước khi chết hoặc in.

Hình thành thành hình dạng

Các sản phẩm sợi thủy tinh có rất nhiều hình dạng, được thực hiện bằng một số quy trình. Ví dụ, cách nhiệt ống bằng sợi thủy tinh là vết thương trên các dạng giống như que gọi là trục gá trực tiếp từ các đơn vị hình thành, trước khi bảo dưỡng. Các hình thức khuôn, có chiều dài 3 feet (91 cm) hoặc ít hơn, sau đó được chữa khỏi trong lò. Các độ dài được chữa khỏi sau đó được khử-mốc theo chiều dọc và cưa thành các kích thước được chỉ định. Các mặt được áp dụng nếu được yêu cầu, và sản phẩm được đóng gói cho lô hàng.

Kiểm soát chất lượng

Trong quá trình sản xuất vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh, vật liệu được lấy mẫu tại một số vị trí trong quá trình duy trì chất lượng. Những địa điểm này bao gồm: Các lô hỗn hợp được đưa vào Melter điện; Thủy tinh nóng chảy từ ống lót thức ăn cho chất xơ; Sợi thủy tinh ra khỏi máy sợi quang; và sản phẩm chữa khỏi cuối cùng nổi lên từ cuối dây chuyền sản xuất. Các mẫu thủy tinh và sợi số lượng lớn được phân tích thành phần hóa học và sự hiện diện của lỗ hổng bằng cách sử dụng các máy phân tích hóa học tinh vi và kính hiển vi. Phân bố kích thước hạt của vật liệu lô có được bằng cách truyền vật liệu qua một số sàng có kích thước khác nhau. Sản phẩm cuối cùng được đo cho độ dày sau khi đóng gói theo thông số kỹ thuật. Một sự thay đổi về độ dày cho thấy chất lượng thủy tinh dưới tiêu chuẩn.

Các nhà sản xuất cách nhiệt sợi thủy tinh cũng sử dụng nhiều quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn để đo lường, điều chỉnh và tối ưu hóa khả năng chống âm thanh, hấp thụ âm thanh và hiệu suất hàng rào âm thanh. Các tính chất âm học có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các biến sản xuất như đường kính sợi, mật độ khối, độ dày và hàm lượng chất kết dính. Một cách tiếp cận tương tự được sử dụng để kiểm soát các tính chất nhiệt.

Tương lai

Ngành công nghiệp sợi thủy tinh phải đối mặt với một số thách thức lớn trong phần còn lại của những năm 1990 và hơn thế nữa. Số lượng nhà sản xuất vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh đã tăng lên do các công ty con của các công ty nước ngoài của Mỹ và cải thiện năng suất của các nhà sản xuất Hoa Kỳ. Điều này đã dẫn đến năng lực dư thừa, mà thị trường hiện tại và có lẽ tương lai không thể phù hợp.

Ngoài công suất dư thừa, các vật liệu cách nhiệt khác sẽ cạnh tranh. Len đá đã được sử dụng rộng rãi vì quá trình gần đây và cải tiến sản phẩm. Cách nhiệt bọt là một thay thế khác cho sợi thủy tinh trong các bức tường dân cư và mái nhà thương mại. Một vật liệu cạnh tranh khác là cellulose, được sử dụng trong cách nhiệt gác mái.

Do nhu cầu cách nhiệt thấp do thị trường nhà ở mềm, người tiêu dùng đang yêu cầu giá thấp hơn. Nhu cầu này cũng là kết quả của xu hướng liên tục trong việc hợp nhất các nhà bán lẻ và nhà thầu. Đáp lại, ngành công nghiệp cách nhiệt sợi thủy tinh sẽ phải tiếp tục cắt giảm chi phí trong hai lĩnh vực chính: năng lượng và môi trường. Các lò hiệu quả hơn sẽ phải được sử dụng mà không chỉ dựa vào một nguồn năng lượng.

Với các bãi chôn lấp đạt đến công suất tối đa, các nhà sản xuất sợi thủy tinh sẽ phải đạt được sản lượng gần như bằng không đối với chất thải rắn mà không tăng chi phí. Điều này sẽ yêu cầu cải thiện các quy trình sản xuất để giảm chất thải (đối với chất thải và chất thải khí đốt) và tái sử dụng chất thải bất cứ khi nào có thể.

Chất thải như vậy có thể yêu cầu tái xử lý và làm lại trước khi tái sử dụng làm nguyên liệu thô. Một số nhà sản xuất đã giải quyết những vấn đề này.