Skelná vlákna označují skupinu produktů vyrobených z jednotlivých skleněných vláken kombinovaných do různých forem. Skelná vlákna lze rozdělit do dvou hlavních skupin podle jejich geometrie: kontinuální vlákna používaná v přízích a textiliích a nespojitá (krátká) vlákna používaná jako rouna, přikrývky nebo desky pro izolaci a filtraci. Skelná vlákna lze tvarovat do příze podobně jako vlnu nebo bavlnu a tkát do tkaniny, která se někdy používá pro závěsy. Textilie ze skelných vláken se běžně používají jako výztužný materiál pro lisované a laminované plasty. Skelná vlna, silný, nadýchaný materiál vyrobený z nespojitých vláken, se používá pro tepelnou izolaci a absorpci zvuku. Běžně se vyskytuje v přepážkách a trupech lodí a ponorek; v motorových prostorech automobilů a obložení panelů karoserie; v pecích a klimatizačních jednotkách; v akustických stěnových a stropních panelech; a v architektonických příčkách. Skelná vlákna lze přizpůsobit pro specifické aplikace, jako je typ E (elektrický), používaný jako elektrická izolační páska, textilie a výztuž; typ C (chemický), který má vynikající odolnost vůči kyselinám, a typ T pro tepelnou izolaci.
Ačkoli komerční využití skleněných vláken je relativně nedávné, řemeslníci vyráběli skleněné nitě pro zdobení pohárů a váz již během renesance. Francouzský fyzik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur vyrobil v roce 1713 textilie zdobené jemnými skleněnými vlákny a britští vynálezci tento čin zopakovali v roce 1822. Britský tkadlec hedvábí vyrobil v roce 1842 skleněnou tkaninu a další vynálezce Edward Libbey vystavoval šaty utkané ze skla na Kolumbijské výstavě v Chicagu v roce 1893.
Skleněná vata, nadýchaná masa nespojitých vláken v náhodných délkách, byla v Evropě poprvé vyrobena na přelomu století pomocí procesu, který zahrnoval horizontální tažení vláken z tyčí na rotující buben. O několik desetiletí později byl vyvinut a patentován proces spřádání. Izolační materiál ze skleněných vláken se vyráběl v Německu během první světové války. Výzkum a vývoj zaměřený na průmyslovou výrobu skleněných vláken pokročil ve Spojených státech ve 30. letech 20. století pod vedením dvou velkých společností, Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass Works. Tyto společnosti vyvinuly jemné, poddajné a levné skleněné vlákno tažením roztaveného skla velmi jemnými otvory. V roce 1938 se tyto dvě společnosti sloučily a vytvořily Owens-Corning Fiberglas Corp. Nyní známá jednoduše jako Owens-Corning, stala se společností s ročním obratem 3 miliardy dolarů a je lídrem na trhu se skleněnými vlákny.
Suroviny
Základními surovinami pro výrobky ze skelných vláken jsou různé přírodní minerály a vyrobené chemikálie. Hlavními složkami jsou křemičitý písek, vápenec a soda. Dalšími složkami mohou být mimo jiné kalcinovaný oxid hlinitý, borax, živec, nefelinový syenit, magnezit a kaolin. Křemičitý písek se používá jako skelná složka a soda a vápenec pomáhají především snižovat teplotu tání. Další složky se používají ke zlepšení určitých vlastností, například borax pro chemickou odolnost. Jako surovina se používá také odpadní sklo, nazývané také střepy. Suroviny musí být před roztavením na sklo pečlivě zváženy v přesném množství a důkladně smíchány (tzv. dávkování).
Výroba
Proces
Tání
Jakmile je směs připravena, je přivedena do pece k tavení. Pec může být vytápěna elektřinou, fosilními palivy nebo kombinací obou. Teplota musí být přesně regulována, aby se udržel plynulý a stálý tok skla. Roztavené sklo musí být udržováno na vyšší teplotě (asi 1371 °C) než jiné druhy skla, aby se z něj dalo zformovat vlákno. Jakmile se sklo roztaví, je přesunuto do tvarovacího zařízení kanálem (předpecí) umístěným na konci pece.
Tvarování do vláken
K výrobě vláken se používá několik různých procesů v závislosti na typu vlákna. Textilní vlákna mohou být formována z roztaveného skla přímo z pece, nebo může být roztavené sklo nejprve přivedeno do stroje, který formuje skleněné kuličky o průměru přibližně 1,6 cm. Tyto kuličky umožňují vizuální kontrolu skla na přítomnost nečistot. Jak v procesu přímého tavení, tak v procesu tavení mramoru se sklo nebo skleněné kuličky přivádějí elektricky vyhřívanými pouzdry (nazývanými také zvlákňovací trysky). Pouzdro je vyrobeno z platiny nebo kovové slitiny a má 200 až 3 000 velmi jemných otvorů. Roztavené sklo prochází otvory a vychází jako jemná vlákna.
Proces s kontinuálním filamentem
Dlouhé, souvislé vlákno lze vyrobit procesem kontinuálního vlákna. Poté, co sklo protéká otvory v pouzdře, je několik pramenů zachyceno na vysokorychlostním navíjecím stroji. Navíjecí stroj se otáčí rychlostí asi 3 km za minutu, což je mnohem rychlejší rychlost toku z pouzder. Napětí vytahuje vlákna ještě v roztaveném stavu a vytváří prameny o průměru zlomku otvorů v pouzdře. Aplikuje se chemické pojivo, které pomáhá zabránit přetržení vlákna během pozdějšího zpracování. Vlákno se poté navíjí na dutinky. Nyní jej lze kroutit a splést do příze.
Proces výroby střižových vláken
Alternativní metodou je proces výroby staplových vláken. Jak roztavené sklo proudí pouzdry, proudy vzduchu rychle ochlazují vlákna. Turbulentní proudy vzduchu také vlákna lámou na délky 20–38 cm. Tato vlákna padají přes sprej maziva na rotující buben, kde tvoří tenkou síťovinu. Síťovina se z bubnu vytahuje a táhne do souvislého pramene volně spojených vláken. Toto vlákno lze zpracovat na přízi stejnými postupy, jaké se používají pro vlnu a bavlnu.
Sekaná vláknina
Místo tvarování do příze lze souvislý nebo dlouhý pramen vlákna nasekat na krátké kousky. Pramen se nasadí na sadu cívek, nazývaných cívkový stroj, a protáhne se strojem, který jej naseká na krátké kousky. Nasekané vlákno se tvaruje do rohoží, do kterých se přidává pojivo. Po vytvrzení v peci se rohož sroluje. Různé hmotnosti a tloušťky poskytují produkty pro šindele, střešní krytiny nebo dekorativní rohože.
Skleněná vlna
K výrobě skelné vlny se používá rotační neboli zvlákňovací proces. Při tomto procesu roztavené sklo z pece proudí do válcové nádoby s malými otvory. Jak se nádoba rychle otáčí, z otvorů vytékají horizontální proudy skla. Proudy roztaveného skla se přeměňují na vlákna proudem vzduchu, horkého plynu nebo obojího směřujícím dolů. Vlákna padají na dopravní pás, kde se vzájemně proplétají do rounaté hmoty. Ta může být použita k izolaci, nebo může být vlna nastříkána pojivem, stlačena na požadovanou tloušťku a vytvrzena v peci. Teplo pojivo ztvrdne a výsledný produkt může být tuhá nebo polotuhá deska nebo pružná deska.
Ochranné nátěry
Kromě pojiv jsou pro výrobky ze skelných vláken vyžadovány i další povlaky. Maziva se používají ke snížení oděru vláken a buď se přímo stříkají na vlákno, nebo se přidávají do pojiva. Někdy se na povrch izolačních rohoží ze skelných vláken během kroku ochlazování stříká také antistatická směs. Chladicí vzduch nasávaný rohoží způsobí, že antistatické činidlo pronikne celou tloušťkou rohože. Antistatické činidlo se skládá ze dvou složek – materiálu, který minimalizuje tvorbu statické elektřiny, a materiálu, který slouží jako inhibitor koroze a stabilizátor. Šlichtování je jakýkoli povlak aplikovaný na textilní vlákna během tváření a může obsahovat jednu nebo více složek (maziva, pojiva nebo spojovací činidla). Spojovací činidla se používají na pramenech, která budou použita k vyztužení plastů, k posílení vazby s vyztuženým materiálem. Někdy je nutná dokončovací operace k odstranění těchto povlaků nebo k přidání dalšího povlaku. U plastových výztuh lze šlichtování odstranit teplem nebo chemikáliemi a nanést spojovací činidlo. Pro dekorativní aplikace musí být tkaniny tepelně ošetřeny, aby se odstranily šlichty a fixovala vazba. Před barvením nebo potiskem se poté nanášejí základní nátěry barviv.
Tvarování do tvarů
Výrobky ze skelných vláken se dodávají v široké škále tvarů a vyrábějí se pomocí několika procesů. Například izolace pro potrubí ze skelných vláken se před vytvrzením navíjí na tyčovité formy zvané trny přímo z tvarovacích jednotek. Formy o délce 91 cm nebo méně se poté vytvrzují v peci. Vytvrzené kusy se poté podélně vyjmou z formy a nařežou na specifikované rozměry. V případě potřeby se aplikují obklady a výrobek se zabalí k přepravě.
Kontrola kvality
Během výroby sklolaminátové izolace se materiál odebírá na řadě míst, aby se zachovala jeho kvalita. Mezi tato místa patří: směs přiváděná do elektrické tavicí pece; roztavené sklo z pouzdra, které napájí zvlákňovač; skleněná vlákna vycházející z zvlákňovače; a konečný vytvrzený produkt vycházející z konce výrobní linky. Vzorky skla a vláken se analyzují na chemické složení a přítomnost vad pomocí sofistikovaných chemických analyzátorů a mikroskopů. Distribuce velikosti částic vsázky se získává průchodem materiálu přes řadu sít různých velikostí. Po zabalení dle specifikací se měří tloušťka konečného produktu. Změna tloušťky naznačuje, že kvalita skla je pod standardem.
Výrobci sklolaminátové izolace také používají řadu standardizovaných zkušebních postupů k měření, úpravě a optimalizaci akustického odporu, zvukové pohltivosti a zvukové bariéry. Akustické vlastnosti lze řídit úpravou výrobních proměnných, jako je průměr vláken, objemová hmotnost, tloušťka a obsah pojiva. Podobný přístup se používá k řízení tepelných vlastností.
Budoucnost
Průmysl výroby sklolaminátu čelí po zbytek 90. let a i v dalších letech některým závažným výzvám. Počet výrobců sklolaminátové izolace se zvýšil díky americkým dceřiným společnostem zahraničních společností a zlepšení produktivity amerických výrobců. To vedlo k nadměrné kapacitě, kterou současný a možná ani budoucí trh nedokáže uspokojit.
Kromě nadměrné kapacity budou konkurovat i další izolační materiály. Minerální vlna se stala široce používanou díky nedávným vylepšením procesů a produktů. Pěnová izolace je další alternativou ke sklolaminátu v obytných stěnách a komerčních střechách. Dalším konkurenčním materiálem je celulóza, která se používá v izolaci podkroví.
Vzhledem k nízké poptávce po izolaci v důsledku trhu s měkkým bydlením požadují spotřebitelé nižší ceny. Tato poptávka je také výsledkem pokračujícího trendu konsolidace maloobchodníků a dodavatelů. V reakci na to bude muset odvětví sklolaminátových izolací i nadále snižovat náklady ve dvou hlavních oblastech: energetice a životnímu prostředí. Bude nutné používat účinnější pece, které se nespoléhají pouze na jeden zdroj energie.
Vzhledem k tomu, že skládky dosáhnou maximální kapacity, budou muset výrobci skleněných vláken dosáhnout téměř nulové produkce pevného odpadu, aniž by se zvýšily náklady. To bude vyžadovat zlepšení výrobních procesů s cílem snížit množství odpadu (i u kapalného a plynného odpadu) a znovu jej využít, kdekoli je to možné.
Takový odpad může vyžadovat přepracování a přetavení před opětovným použitím jako surovina. Několik výrobců se těmito problémy již zabývá.
Čas zveřejnění: 11. června 2021