Staklena vlakna se odnose na grupu proizvoda napravljenih od pojedinačnih staklenih vlakana kombinovanih u različite oblike. Staklena vlakna se mogu podijeliti u dvije glavne grupe prema njihovoj geometriji: kontinuirana vlakna koja se koriste u pređi i tekstilu i diskontinuirana (kratka) vlakna koja se koriste kao vatra, pokrivači ili ploče za izolaciju i filtraciju. Staklena vlakna se mogu oblikovati u pređu slično kao vuna ili pamuk i utkati u tkaninu koja se ponekad koristi za draperije. Tekstil od stakloplastike se obično koristi kao materijal za ojačanje livenih i laminiranih plastika. Staklena vuna, debeli, pahuljasti materijal napravljen od diskontinuiranih vlakana, koristi se za toplotnu izolaciju i apsorpciju zvuka. Obično se nalazi u pregradama i trupovima brodova i podmornica; odjeljcima motora automobila i oblogama karoserije; u pećima i klima uređajima; akustičnim zidnim i plafonskim panelima; i arhitektonskim pregradama. Staklena vlakna se mogu prilagoditi za specifične primjene kao što su tip E (električni), koji se koristi kao električna izolacijska traka, tekstil i ojačanje; tip C (hemijski), koji ima superiornu otpornost na kiseline, i tip T, za toplotnu izolaciju.
Iako je komercijalna upotreba staklenih vlakana relativno nedavna, zanatlije su tokom renesanse stvarale staklene niti za ukrašavanje pehara i vaza. Francuski fizičar, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, proizveo je tekstil ukrašen finim staklenim nitima 1713. godine, a britanski izumitelji su ponovili taj podvig 1822. godine. Britanski tkalac svile napravio je staklenu tkaninu 1842. godine, a drugi izumitelj, Edward Libbey, izložio je haljinu tkanu od stakla na Kolumbijskoj izložbi u Chicagu 1893. godine.
Staklena vuna, pahuljasta masa diskontinuiranih vlakana slučajnih dužina, prvi put je proizvedena u Evropi na prijelazu stoljeća, korištenjem procesa koji je uključivao horizontalno izvlačenje vlakana iz šipki na rotirajući bubanj. Nekoliko decenija kasnije, razvijen je i patentiran proces predenja. Izolacijski materijal od staklenih vlakana proizveden je u Njemačkoj tokom Prvog svjetskog rata. Istraživanje i razvoj usmjereni na industrijsku proizvodnju staklenih vlakana napredovali su u Sjedinjenim Državama 1930-ih, pod vodstvom dvije velike kompanije, Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Works. Ove kompanije su razvile fina, savitljiva i jeftina staklena vlakna izvlačenjem rastopljenog stakla kroz vrlo fine otvore. Godine 1938. ove dvije kompanije su se spojile i formirale Owens-Corning Fiberglas Corp. Sada poznata jednostavno kao Owens-Corning, postala je kompanija s prometom od 3 milijarde dolara godišnje i lider je na tržištu fiberglasa.
Sirovine
Osnovne sirovine za proizvode od fiberglasa su razni prirodni minerali i proizvedene hemikalije. Glavni sastojci su silicijum dioksid, krečnjak i soda. Ostali sastojci mogu uključivati kalcinirani aluminijum oksid, boraks, feldspat, nefelinski sijenit, magnezit i kaolin glinu, između ostalog. Silicijum dioksid se koristi kao sredstvo za formiranje stakla, a soda i krečnjak prvenstveno pomažu u snižavanju temperature topljenja. Drugi sastojci se koriste za poboljšanje određenih svojstava, poput boraksa za hemijsku otpornost. Otpadno staklo, koje se naziva i krhotina, također se koristi kao sirovina. Sirovine se moraju pažljivo izvagati u tačnim količinama i temeljito pomiješati (tzv. šaržiranje) prije nego što se istope u staklo.
Proizvodnja
Proces
Topljenje
Nakon što se smjesa pripremi, ona se ubacuje u peć za topljenje. Peć se može zagrijavati električnom energijom, fosilnim gorivom ili kombinacijom ta dva. Temperatura se mora precizno kontrolirati kako bi se održao nesmetan i stalan protok stakla. Rastopljeno staklo mora se održavati na višoj temperaturi (oko 1371 °C) od drugih vrsta stakla kako bi se oblikovalo u vlakna. Nakon što se staklo rastopi, prenosi se u opremu za oblikovanje putem kanala (predložišta) koji se nalazi na kraju peći.
Oblikovanje u vlakna
Za formiranje vlakana koristi se nekoliko različitih procesa, ovisno o vrsti vlakna. Tekstilna vlakna mogu se formirati od rastopljenog stakla direktno iz peći ili se rastopljeno staklo prvo može dovesti u mašinu koja formira staklene klikere promjera oko 1,6 cm. Ovi klikeri omogućavaju vizuelni pregled stakla na prisustvo nečistoća. I u procesu direktnog topljenja i u procesu topljenja klikera, staklo ili stakleni klikeri se dovode kroz električno zagrijane čahure (također se nazivaju predionice). Čahura je napravljena od platine ili metalne legure, sa od 200 do 3.000 vrlo finih otvora. Rastopljeno staklo prolazi kroz otvore i izlazi kao fine niti.
Proces kontinuiranog filamenta
Duga, kontinuirana vlakna mogu se proizvesti postupkom kontinuiranog filamenta. Nakon što staklo prođe kroz otvore u čahuri, više niti se hvata na namotaču velike brzine. Namotač se okreće brzinom od oko 3 km u minuti, što je mnogo brže od brzine protoka iz čahura. Napetost izvlači niti dok su još rastopljene, formirajući niti promjera djelića otvora u čahuri. Nanosi se hemijsko vezivo koje sprječava lomljenje vlakana tokom kasnije obrade. Nit se zatim namotava na cijevi. Sada se može uvijati i savijati u pređu.
Proces proizvodnje rezanih vlakana
Alternativna metoda je proces sa staple vlaknima. Dok rastopljeno staklo teče kroz čahure, mlazovi zraka brzo hlade niti. Turbulentni naleti zraka također lome niti na dužine od 8-15 inča (20-38 cm). Ove niti padaju kroz sprej maziva na rotirajući bubanj, gdje formiraju tanku mrežu. Mreža se izvlači iz bubnja i pretvara u kontinuirani pramen labavo sastavljenih vlakana. Ovaj pramen se može preraditi u pređu istim procesima koji se koriste za vunu i pamuk.
Sjeckana vlakna
Umjesto oblikovanja u pređu, kontinuirana ili dugačka nit može se isjeckati na kratke komade. Nit se montira na set kalema, nazvan košara, i provlači kroz mašinu koja ga siječe na kratke komade. Isjeckana vlakna se oblikuju u prostirke kojima se dodaje vezivo. Nakon sušenja u peći, prostirka se mota. Različite težine i debljine daju proizvode za šindru, višeslojne krovove ili dekorativne prostirke.
Staklena vuna
Rotacijski ili spinner proces se koristi za proizvodnju staklene vune. U ovom procesu, rastopljeno staklo iz peći teče u cilindrični spremnik s malim rupama. Kako se spremnik brzo okreće, horizontalni mlazovi stakla teku iz rupa. Mlazovi rastopljenog stakla pretvaraju se u vlakna pomoću silaznog strujanja zraka, vrućeg plina ili oboje. Vlakna padaju na transportnu traku, gdje se međusobno isprepliću u runastu masu. Ovo se može koristiti za izolaciju ili se vuna može poprskati vezivom, komprimirati na željenu debljinu i stvrdnuti u pećnici. Toplota stvrdnjava vezivo, a rezultirajući proizvod može biti kruta ili polukruta ploča ili fleksibilna vuna.
Zaštitni premazi
Pored veziva, za proizvode od fiberglasa potrebni su i drugi premazi. Lubrikanti se koriste za smanjenje abrazije vlakana i ili se direktno prskaju na vlakna ili se dodaju u vezivo. Antistatički sastav se također ponekad prska na površinu izolacijskih prostirki od fiberglasa tokom koraka hlađenja. Hladni zrak koji se uvlači kroz prostirku uzrokuje da antistatičko sredstvo prodre u cijelu debljinu prostirke. Antistatičko sredstvo se sastoji od dva sastojka - materijala koji minimizira stvaranje statičkog elektriciteta i materijala koji služi kao inhibitor korozije i stabilizator. Prevlaka je svaki premaz koji se nanosi na tekstilna vlakna tokom operacije oblikovanja i može sadržavati jednu ili više komponenti (lubrikanti, veziva ili sredstva za spajanje). Sredstva za spajanje se koriste na nitima koje će se koristiti za ojačanje plastike, kako bi se ojačala veza s ojačanim materijalom. Ponekad je potrebna završna operacija za uklanjanje ovih premaza ili za dodavanje još jednog premaza. Za plastična ojačanja, sredstva za spajanje se mogu ukloniti toplinom ili hemikalijama i nanijeti sredstvo za spajanje. Za dekorativne primjene, tkanine moraju biti termički obrađene kako bi se uklonila sredstva za spajanje i fiksiralo tkanje. Osnovni premazi za bojenje se zatim nanose prije bojenja ili štampanja.
Oblikovanje u oblike
Proizvodi od fiberglasa dolaze u širokom rasponu oblika, izrađeni korištenjem nekoliko procesa. Na primjer, izolacija za cijevi od fiberglasa se namotava na šipkaste kalupe koji se nazivaju trnovi direktno iz jedinica za oblikovanje, prije stvrdnjavanja. Kalupi, u dužinama od 91 cm ili manje, zatim se stvrdnjavaju u pećnici. Stvrdnuti komadi se zatim vade iz kalupa po dužini i režu na određene dimenzije. Po potrebi se postavljaju obloge, a proizvod se pakuje za otpremu.
Kontrola kvalitete
Tokom proizvodnje izolacije od fiberglasa, materijal se uzorkuje na više lokacija u procesu kako bi se održao kvalitet. Ove lokacije uključuju: miješanu seriju koja se dovodi u električni topionik; rastopljeno staklo iz čahure koja hrani fiberizator; staklena vlakna koja izlaze iz mašine za fiberizator; i konačni očvrsli proizvod koji izlazi na kraju proizvodne linije. Uzorci stakla i vlakana u rasutom stanju analiziraju se na hemijski sastav i prisustvo nedostataka pomoću sofisticiranih hemijskih analizatora i mikroskopa. Raspodjela veličine čestica materijala serije dobija se propuštanjem materijala kroz niz sita različitih veličina. Debljina konačnog proizvoda se mjeri nakon pakovanja u skladu sa specifikacijama. Promjena debljine ukazuje na to da je kvalitet stakla ispod standarda.
Proizvođači izolacije od fiberglasa također koriste razne standardizirane postupke ispitivanja za mjerenje, podešavanje i optimizaciju akustičke otpornosti proizvoda, apsorpcije zvuka i performansi zvučne barijere. Akustička svojstva mogu se kontrolirati podešavanjem proizvodnih varijabli kao što su promjer vlakana, gustoća u rasutom stanju, debljina i sadržaj veziva. Sličan pristup se koristi za kontrolu toplinskih svojstava.
Budućnost
Industrija fiberglasa suočava se s nekim velikim izazovima tokom ostatka 1990-ih i kasnije. Broj proizvođača izolacije od fiberglasa povećao se zahvaljujući američkim podružnicama stranih kompanija i poboljšanjima produktivnosti američkih proizvođača. To je rezultiralo viškom kapaciteta, koje trenutno, a možda i buduće tržište, ne može podnijeti.
Pored viška kapaciteta, i drugi izolacijski materijali će se takmičiti. Kamena vuna je postala široko korištena zbog nedavnih poboljšanja procesa i proizvoda. Pjenasta izolacija je još jedna alternativa fiberglasu u stambenim zidovima i komercijalnim krovovima. Još jedan konkurentski materijal je celuloza, koja se koristi u izolaciji potkrovlja.
Zbog niske potražnje za izolacijom usljed tržišta mekih kuća, potrošači traže niže cijene. Ova potražnja je također rezultat kontinuiranog trenda konsolidacije trgovaca i izvođača radova. Kao odgovor na to, industrija izolacije od fiberglasa morat će nastaviti smanjivati troškove u dva glavna područja: energiji i okolišu. Morat će se koristiti efikasnije peći koje se ne oslanjaju samo na jedan izvor energije.
S obzirom na to da deponije dostižu maksimalni kapacitet, proizvođači fiberglasa morat će postići gotovo nultu proizvodnju čvrstog otpada bez povećanja troškova. To će zahtijevati poboljšanje proizvodnih procesa kako bi se smanjio otpad (i za tečni i gasoviti otpad) i ponovno korištenje otpada gdje god je to moguće.
Takav otpad može zahtijevati ponovnu preradu i ponovno topljenje prije ponovne upotrebe kao sirovine. Nekoliko proizvođača već rješava ova pitanja.
Vrijeme objave: 11. juni 2021.