Як вырабляецца шкловалакно?

Шкловалакно адносіцца да групы прадуктаў, вырабленых з асобных шкляных валокнаў, аб'яднаных у розныя формы. Шкловалакно можна падзяліць на дзве асноўныя групы ў залежнасці ад іх геаметрыі: бесперапынныя валокны, якія выкарыстоўваюцца ў пражы і тэкстылі, і перарывістыя (кароткія) валокны, якія выкарыстоўваюцца ў якасці ват, коўдраў або пліт для ізаляцыі і фільтрацыі. Шкловалакно можна фармаваць у пражу, падобна воўны або бавоўны, і ўплятаць у тканіну, якая часам выкарыстоўваецца для драпіровак. Тэкстыль са шкловалакна звычайна выкарыстоўваецца ў якасці армавальнага матэрыялу для літых і ламінаваных пластмас. Шкловалакно, тоўсты, пухнаты матэрыял, выраблены з перарывістых валокнаў, выкарыстоўваецца для цеплаізаляцыі і гукапаглынання. Яно звычайна сустракаецца ў пераборках і корпусах караблёў і падводных лодак; аўтамабільных маторных адсеках і абліцоўцы панэляў кузава; у печах і кандыцыянерах; акустычных сценных і потолочных панэлях; і архітэктурных перагародках. Шкловалакно можа быць адаптавана для канкрэтных ужыванняў, такіх як тып E (электрычны), які выкарыстоўваецца ў якасці электраізаляцыйнай стужкі, тэкстылю і арматуры; тып C (хімічны), які мае найвышэйшую кісластойкасць, і тып T, для цеплаізаляцыі.

Нягледзячы на ​​тое, што камерцыйнае выкарыстанне шкловалакна з'яўляецца адносна новым, рамеснікі стваралі шкляныя ніткі для ўпрыгожвання кубкаў і ваз у эпоху Адраджэння. Французскі фізік Рэнэ-Антуан Фершо дэ Рэамюр вырабіў тэкстыль, упрыгожаны тонкімі шклянымі ніткамі, у 1713 годзе, а брытанскія вынаходнікі паўтарылі гэты подзвіг у 1822 годзе. Брытанскі ткач шоўку вырабіў шкляную тканіну ў 1842 годзе, а іншы вынаходнік, Эдвард Лібі, прадэманстраваў сукенку, сплеценую са шкла, на Калумбійскай выставе ў Чыкага ў 1893 годзе.

Шкловалакно, пышная маса перарывістага валакна выпадковай даўжыні, упершыню было выраблена ў Еўропе на мяжы стагоддзяў з выкарыстаннем працэсу, які ўключаў гарызантальнае выцягванне валокнаў са стрыжняў на круцільны барабан. Праз некалькі дзесяцігоддзяў быў распрацаваны і запатэнтаваны працэс прадзення. Ізаляцыйны матэрыял са шкловалакна вырабляўся ў Германіі падчас Першай сусветнай вайны. Даследаванні і распрацоўкі, накіраваныя на прамысловай вытворчасці шкловалакна, прасунуліся ў Злучаных Штатах у 1930-х гадах пад кіраўніцтвам дзвюх буйных кампаній: Owens-Illinois Glass Company і Corning Glass Works. Гэтыя кампаніі распрацавалі тонкае, гнуткае і недарагое шкловалакно шляхам выцягвання расплаўленага шкла праз вельмі тонкія адтуліны. У 1938 годзе гэтыя дзве кампаніі аб'ядналіся, каб стварыць Owens-Corning Fiberglas Corp. Цяпер вядомая проста як Owens-Corning, яна стала кампаніяй з гадавым абаротам 3 мільярды долараў і з'яўляецца лідэрам на рынку шкловалакна.

Сыравіна

Асноўнай сыравінай для вырабаў са шкловалакна з'яўляюцца розныя прыродныя мінералы і вырабленыя хімікаты. Асноўнымі інгрэдыентамі з'яўляюцца кварцавы пясок, вапняк і кальцынаваная сода. Іншыя інгрэдыенты могуць уключаць кальцынаваны аксід алюмінію, буру, палявы шпат, нефелінавы сіеніт, магнезіт і каолін, сярод іншага. Кварцавы пясок выкарыстоўваецца ў якасці шклоўтваральніка, а кальцынаваная сода і вапняк у першую чаргу дапамагаюць знізіць тэмпературу плаўлення. Іншыя інгрэдыенты выкарыстоўваюцца для паляпшэння пэўных уласцівасцей, такія як бура для хімічнай устойлівасці. Адходы шкла, якія таксама называюцца шкляным шклом, таксама выкарыстоўваюцца ў якасці сыравіны. Сыравіну неабходна старанна ўзважваць у дакладных колькасцях і старанна змешваць (гэта называецца дазоўкай) перад тым, як плаўляць у шкло.

Вытворчасць
Працэс

Плаўленне

Пасля падрыхтоўкі партыі яе падаюць у печ для плаўлення. Печ можа награвацца электрычнасцю, выкапнёвым палівам або іх камбінацыяй. Тэмпературу неабходна дакладна кантраляваць, каб падтрымліваць плаўны і стабільны паток шкла. Расплаўленае шкло павінна падтрымлівацца пры больш высокай тэмпературы (каля 1371°C), чым іншыя віды шкла, каб яно ператварылася ў валакно. Пасля таго, як шкло расплавіцца, яно перадаецца ў фармавальнае абсталяванне праз канал (пярэднюю печ), размешчаны ў канцы печы.

Фарміраванне ў валокны

У залежнасці ад тыпу валакна для фармавання выкарыстоўваецца некалькі розных працэсаў. Тэкстыльныя валокны могуць быць сфарміраваны з расплаўленага шкла непасрэдна з печы, альбо расплаўленае шкло можа быць спачатку падавана ў машыну, якая фармуе шкляныя шарыкі дыяметрам каля 1,6 см (0,62 цалі). Гэтыя шарыкі дазваляюць візуальна праверыць шкло на наяўнасць прымешак. Як у працэсе прамога плаўлення, так і ў працэсе плаўлення мармуру шкло або шкляныя шарыкі падаюцца праз электрычна награвальныя ўтулкі (таксама званыя фільерамі). Утулка выраблена з плаціны або металічнага сплаву і мае ад 200 да 3000 вельмі дробных адтулін. Расплаўленае шкло праходзіць праз адтуліны і выходзіць у выглядзе тонкіх нітак.

Працэс бесперапыннай ніткі

Доўгае бесперапыннае валакно можна атрымаць з дапамогай працэсу бесперапыннага вырабу нітак. Пасля таго, як шкло праходзіць праз адтуліны ў ўтулцы, некалькі нітак падхопліваюцца хуткаснай намотвальнай машынай. Намотвальная машына круціцца са хуткасцю каля 3 км у хвіліну, што значна хутчэй за хуткасць патоку з утулак. Нацяжэнне выцягвае ніткі, пакуль яны яшчэ расплаўленыя, утвараючы ніткі, дыяметр якіх складае долю ад дыяметра адтулін у ўтулцы. Наносіцца хімічнае злучнае рэчыва, якое дапамагае прадухіліць разрыў валакна падчас наступнай апрацоўкі. Затым нітка намотваецца на трубкі. Цяпер яе можна скручваць і змотваць у пражу.

Працэс вытворчасці штапельнага валакна

Альтэрнатыўным метадам з'яўляецца працэс штапельнага валакна. Па меры таго, як расплаўленае шкло праходзіць праз утулкі, струмені паветра хутка астуджаюць ніткі. Турбулентныя патокі паветра таксама разрываюць ніткі на адрэзкі даўжынёй 8-15 цаляў (20-38 см). Гэтыя ніткі падаюць праз распыленне змазкі на круцільны барабан, дзе яны ўтвараюць тонкае палатно. Палатно выцягваецца з барабана і ператвараецца ў бесперапынную нітку з свабодна сабраных валокнаў. Гэтую нітку можна перапрацаваць у пражу тымі ж працэсамі, якія выкарыстоўваюцца для воўны і бавоўны.

Сечаная валакно

Замест таго, каб фармаваць пражу, бесперапынную або доўгаструменевую нітку можна нарэзаць на кароткія адрэзкі. Нітку насаджваюць на набор шпулек, якія называюцца шпулькай, і працягваюць праз машыну, якая наразае яе на кароткія кавалкі. З нарэзанага валакна робяць мацюкі, да якіх дадаюць злучнае рэчыва. Пасля зацвярдзення ў печы мацюк згортваюць у рулон. Розная вага і таўшчыня дае прадукты для чарапіцы, напластаванага даху або дэкаратыўных мацюкоў.

Шкляная вата

Для вырабу шкловаты выкарыстоўваецца ратацыйны або круцільны працэс. У гэтым працэсе расплаўленае шкло з печы паступае ў цыліндрычны кантэйнер з невялікімі адтулінамі. Па меры хуткага кручэння кантэйнера з адтулін выцякаюць гарызантальныя струмені шкла. Струмені расплаўленага шкла пераўтвараюцца ў валокны пад уздзеяннем паветра, гарачага газу або абодвух рэчываў, накіраваных уніз. Валакна падаюць на канвеерную стужку, дзе яны пераплятаюцца адно з адным у валакністую масу. Гэта можа быць выкарыстана для ізаляцыі, або вату можна апырскаць злучным рэчывам, сціснуць да патрэбнай таўшчыні і зацвярдзець у печы. Цяпло зацвярдзее злучнае рэчыва, і атрыманы прадукт можа быць цвёрдай або напаўцвёрдай плітой або гнуткай ватой.

Ахоўныя пакрыцці

Акрамя звязальных рэчываў, для вырабаў са шкловалакна патрабуюцца і іншыя пакрыцці. Змазкі выкарыстоўваюцца для памяншэння ізаляцыі валокнаў і альбо распыляюцца непасрэдна на валакно, альбо дадаюцца ў звязальнае рэчыва. Антыстатычны склад таксама часам распыляецца на паверхню ізаляцыйных матаў са шкловалакна падчас этапу астуджэння. Ахаладжальнае паветра, якое праходзіць праз мат, прымушае антыстатычны агент пранікаць ва ўсю таўшчыню мата. Антыстатычны агент складаецца з двух інгрэдыентаў - матэрыялу, які мінімізуе выпрацоўку статычнай электрычнасці, і матэрыялу, які служыць інгібітарам карозіі і стабілізатарам. Апрацоўка - гэта любое пакрыццё, якое наносіцца на тэкстыльныя валокны ў аперацыі фармавання, і можа ўтрымліваць адзін або некалькі кампанентаў (змазкі, звязальныя рэчывы або злучныя рэчывы). Злучныя рэчывы выкарыстоўваюцца на нітках, якія будуць выкарыстоўвацца для армавання пластмас, для ўмацавання сувязі з армаваным матэрыялам. Часам патрабуецца аздабленне, каб выдаліць гэтыя пакрыцці або дадаць яшчэ адно пакрыццё. Для пластыкавага армавання апрацоўка можа быць выдалена з дапамогай цяпла або хімічных рэчываў, і нанесены злучны агент. Для дэкаратыўных прымяненняў тканіны павінны быць падвергнуты тэрмічнай апрацоўцы, каб выдаліць апрацоўку і зафіксаваць пляценне. Затым перад фарбаваннем або друкам наносяцца базавыя пакрыцці.

Фарміраванне ў фігуры

Вырабы са шкловалакна бываюць самых розных формаў і вырабляюцца з выкарыстаннем некалькіх працэсаў. Напрыклад, ізаляцыя для труб са шкловалакна намотваецца на стрыжнепадобныя формы, якія называюцца апраўкамі, непасрэдна з фармавальных вузлоў перад зацвярдзеннем. Формы даўжынёй 91 см (3 футы) або менш затым зацвярдзеюць у печы. Затым зацвярдзелыя адрэзкі вымаюцца з формы ўздоўж і распілоўваюцца на зададзеныя памеры. Пры неабходнасці накладваюцца абліцоўкі, і выраб пакуецца для адпраўкі.

Кантроль якасці

Падчас вытворчасці шкловалакнянай ізаляцыі пробы матэрыялу адбіраюцца ў некалькіх месцах для падтрымання якасці. Да гэтых месцаў адносяцца: змяшаная партыя, якая падаецца ў электрычны плавільны апарат; расплаўленае шкло з утулкі, якая сілкуе фібрарызатар; шкловалакно, якое выходзіць з фібрарызатара; і гатовы зацвярдзелы прадукт, які выходзіць з канца вытворчай лініі. Узоры шкла і валакна аналізуюцца на хімічны склад і наяўнасць дэфектаў з дапамогай складаных хімічных аналізатараў і мікраскопаў. Размеркаванне памераў часціц партыйнага матэрыялу атрымліваецца шляхам прапускання матэрыялу праз шэраг сіт рознага памеру. Таўшчыня канчатковага прадукту вымяраецца пасля ўпакоўкі ў адпаведнасці са спецыфікацыямі. Змена таўшчыні сведчыць аб тым, што якасць шкла ніжэйшая за стандартную.

Вытворцы шкловалакністай ізаляцыі таксама выкарыстоўваюць розныя стандартызаваныя працэдуры выпрабаванняў для вымярэння, карэкціроўкі і аптымізацыі акустычнага супраціўлення, гукапаглынання і характарыстык гукаахоўнага бар'ера. Акустычныя ўласцівасці можна кантраляваць, змяняючы такія вытворчыя зменныя, як дыяметр валакна, аб'ёмная шчыльнасць, таўшчыня і ўтрыманне звязальнага рэчыва. Падобны падыход выкарыстоўваецца для кантролю цеплавых уласцівасцей.

Будучыня

Шкловалакновая прамысловасць сутыкнецца з некаторымі сур'ёзнымі праблемамі на працягу астатніх 1990-х гадоў і пазней. Колькасць вытворцаў шкловалакновай ізаляцыі павялічылася дзякуючы амерыканскім даччыным кампаніям замежных кампаній і павышэнню прадукцыйнасці працы амерыканскіх вытворцаў. Гэта прывяло да залішніх магутнасцей, якія цяперашні і, магчыма, будучы рынак не можа задаволіць.

Акрамя залішняй ёмістасці, канкураваць будуць і іншыя ізаляцыйныя матэрыялы. Мінеральная вата стала шырока выкарыстоўвацца дзякуючы нядаўнім удасканаленням працэсаў і прадуктаў. Пенапластавая ізаляцыя — яшчэ адна альтэрнатыва шкловалакну ў сценах жылых памяшканняў і камерцыйных дахах. Яшчэ адным канкуруючым матэрыялам з'яўляецца цэлюлоза, якая выкарыстоўваецца для ўцяплення гарышчаў.

З-за нізкага попыту на ізаляцыю на рынку мяккага жылля спажыўцы патрабуюць зніжэння цэн. Гэты попыт таксама з'яўляецца вынікам працяглай тэндэнцыі да кансалідацыі рознічных гандляроў і падрадчыкаў. У адказ на гэта галіна шкловалакнянай ізаляцыі павінна будзе працягваць скарачаць выдаткі ў двух асноўных галінах: энергетыка і навакольнае асяроддзе. Давядзецца выкарыстоўваць больш эфектыўныя печы, якія не залежаць толькі ад адной крыніцы энергіі.

Паколькі палігоны дасягаюць максімальнай магутнасці, вытворцы шкловалакна павінны будуць дасягнуць практычна нулявога аб'ёму вытворчасці цвёрдых адходаў без павелічэння выдаткаў. Гэта запатрабуе ўдасканалення вытворчых працэсаў для скарачэння адходаў (таксама для вадкіх і газападобных адходаў) і паўторнага выкарыстання адходаў, дзе гэта магчыма.

Такія адходы могуць запатрабаваць перапрацоўкі і пераплаўкі перад паўторным выкарыстаннем у якасці сыравіны. Некалькі вытворцаў ужо вырашаюць гэтыя праблемы.