Sut Mae Ffibr Gwydr yn Cael ei Wneud?

Mae ffibr gwydr yn cyfeirio at grŵp o gynhyrchion wedi'u gwneud o ffibrau gwydr unigol wedi'u cyfuno i amrywiaeth o ffurfiau. Gellir rhannu ffibrau gwydr yn ddau brif grŵp yn ôl eu geometreg: ffibrau parhaus a ddefnyddir mewn edafedd a thecstilau, a'r ffibrau ysbeidiol (byr) a ddefnyddir fel batiau, blancedi, neu fyrddau ar gyfer inswleiddio a hidlo. Gellir ffurfio ffibr gwydr yn edafedd yn debyg iawn i wlân neu gotwm, a'i wehyddu i ffabrig a ddefnyddir weithiau ar gyfer llenni. Defnyddir tecstilau ffibr gwydr yn gyffredin fel deunydd atgyfnerthu ar gyfer plastigau wedi'u mowldio a'u lamineiddio. Defnyddir gwlân ffibr gwydr, deunydd trwchus, blewog wedi'i wneud o ffibrau ysbeidiol, ar gyfer inswleiddio thermol ac amsugno sain. Fe'i ceir yn gyffredin mewn swmpiau a chregyn llongau a llongau tanfor; adrannau injan ceir a leininau paneli corff; mewn ffwrneisi ac unedau aerdymheru; paneli wal ac nenfwd acwstig; a rhaniadau pensaernïol. Gellir teilwra ffibr gwydr ar gyfer cymwysiadau penodol megis Math E (trydanol), a ddefnyddir fel tâp inswleiddio trydanol, tecstilau ac atgyfnerthu; Math C (cemegol), sydd â gwrthiant asid uwch, a Math T, ar gyfer inswleiddio thermol.

Er bod defnydd masnachol o ffibr gwydr yn gymharol ddiweddar, creodd crefftwyr linynnau gwydr ar gyfer addurno cwpanau a fasys yn ystod y Dadeni. Cynhyrchodd ffisegydd Ffrengig, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, decstilau wedi'u haddurno â llinynnau gwydr mân ym 1713, ac fe wnaeth dyfeiswyr Prydeinig ddyblygu'r gamp ym 1822. Gwnaeth gwehydd sidan Prydeinig ffabrig gwydr ym 1842, ac arddangosodd dyfeisiwr arall, Edward Libbey, ffrog wedi'i gwehyddu o wydr yn Arddangosfa Columbian 1893 yn Chicago.

Cynhyrchwyd gwlân gwydr, màs blewog o ffibr ysbeidiol mewn hydau ar hap, gyntaf yn Ewrop ar droad y ganrif, gan ddefnyddio proses a oedd yn cynnwys tynnu ffibrau o wiail yn llorweddol i ddrym cylchdroi. Sawl degawd yn ddiweddarach, datblygwyd a phatentwyd proses nyddu. Cynhyrchwyd deunydd inswleiddio ffibr gwydr yn yr Almaen yn ystod y Rhyfel Byd Cyntaf. Datblygodd ymchwil a datblygu a anelir at gynhyrchu ffibrau gwydr yn ddiwydiannol yn yr Unol Daleithiau yn y 1930au, dan gyfarwyddyd dau gwmni mawr, sef Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass Works. Datblygodd y cwmnïau hyn ffibr gwydr mân, hyblyg, cost isel trwy dynnu gwydr tawdd trwy agoriadau mân iawn. Ym 1938, unodd y ddau gwmni hyn i ffurfio Owens-Corning Fiberglas Corp. Bellach, a elwir yn syml yn Owens-Corning, mae wedi dod yn gwmni gwerth $3 biliwn y flwyddyn, ac mae'n arweinydd yn y farchnad gwydr ffibr.

Deunyddiau Crai

Y deunyddiau crai sylfaenol ar gyfer cynhyrchion gwydr ffibr yw amrywiaeth o fwynau naturiol a chemegau wedi'u gweithgynhyrchu. Y prif gynhwysion yw tywod silica, calchfaen, a lludw soda. Gall cynhwysion eraill gynnwys alwmina wedi'i galchynnu, boracs, ffelsbar, neffelin syenit, magnesit, a chlai kaolin, ymhlith eraill. Defnyddir tywod silica fel y ffurfiwr gwydr, ac mae lludw soda a chalchfaen yn helpu'n bennaf i ostwng y tymheredd toddi. Defnyddir cynhwysion eraill i wella rhai priodweddau, fel boracs ar gyfer ymwrthedd cemegol. Defnyddir gwydr gwastraff, a elwir hefyd yn cullet, hefyd fel deunydd crai. Rhaid pwyso'r deunyddiau crai yn ofalus mewn meintiau union a'u cymysgu'n drylwyr gyda'i gilydd (a elwir yn swpio) cyn eu toddi'n wydr.

Y Gweithgynhyrchu
Proses

Toddi

Unwaith y bydd y swp wedi'i baratoi, caiff ei fwydo i ffwrnais i'w doddi. Gellir cynhesu'r ffwrnais gan drydan, tanwydd ffosil, neu gyfuniad o'r ddau. Rhaid rheoli'r tymheredd yn fanwl gywir i gynnal llif llyfn a chyson o wydr. Rhaid cadw'r gwydr tawdd ar dymheredd uwch (tua 2500°F [1371°C]) na mathau eraill o wydr er mwyn ei ffurfio'n ffibr. Unwaith y bydd y gwydr yn dod yn dawdd, caiff ei drosglwyddo i'r offer ffurfio trwy sianel (blaen-aelwyd) sydd wedi'i lleoli ar ddiwedd y ffwrnais.

Ffurfio'n ffibrau

Defnyddir sawl proses wahanol i ffurfio ffibrau, yn dibynnu ar y math o ffibr. Gellir ffurfio ffibrau tecstilau o wydr tawdd yn uniongyrchol o'r ffwrnais, neu gellir bwydo'r gwydr tawdd yn gyntaf i beiriant sy'n ffurfio marmor gwydr tua 0.62 modfedd (1.6 cm) mewn diamedr. Mae'r marmor hyn yn caniatáu i'r gwydr gael ei archwilio'n weledol am amhureddau. Yn y broses toddi uniongyrchol a thoddi marmor, caiff y gwydr neu'r marmor gwydr eu bwydo trwy lwyni wedi'u gwresogi'n drydanol (a elwir hefyd yn nyddiau troelli). Mae'r llwyn wedi'i wneud o blatinwm neu aloi metel, gydag unrhyw le rhwng 200 a 3,000 o agoriadau mân iawn. Mae'r gwydr tawdd yn mynd trwy'r agoriadau ac yn dod allan fel ffilamentau mân.

Proses ffilament parhaus

Gellir cynhyrchu ffibr hir, parhaus trwy'r broses ffilament parhaus. Ar ôl i'r gwydr lifo trwy'r tyllau yn y bwshing, mae llinynnau lluosog yn cael eu dal ar weindiwr cyflym. Mae'r weindiwr yn cylchdroi tua 2 filltir (3 km) y funud, yn llawer cyflymach na chyfradd llif y bwshings. Mae'r tensiwn yn tynnu'r ffilamentau allan tra'u bod yn dal i doddi, gan ffurfio llinynnau sydd ychydig yn llai na diamedr yr agoriadau yn y bwshing. Cymhwysir rhwymwr cemegol, sy'n helpu i atal y ffibr rhag torri yn ystod prosesu diweddarach. Yna caiff y ffilament ei weinio ar diwbiau. Gellir ei droelli a'i blethu'n edafedd nawr.

Proses ffibr-stapl

Dull arall yw'r broses ffibr stwffwl. Wrth i'r gwydr tawdd lifo trwy'r bwshiau, mae jetiau o aer yn oeri'r ffilamentau'n gyflym. Mae'r ffrwydradau aer cythryblus hefyd yn torri'r ffilamentau'n hydoedd o 8-15 modfedd (20-38 cm). Mae'r ffilamentau hyn yn disgyn trwy chwistrelliad o iraid ar ddrym cylchdroi, lle maent yn ffurfio gwe denau. Mae'r we yn cael ei thynnu o'r drwm a'i thynnu'n llinyn parhaus o ffibrau wedi'u cydosod yn rhydd. Gellir prosesu'r llinyn hwn yn edafedd gan yr un prosesau a ddefnyddir ar gyfer gwlân a chotwm.

Ffibr wedi'i dorri

Yn lle cael ei ffurfio'n edafedd, gellir torri'r llinyn parhaus neu hir-stapel yn ddarnau byr. Mae'r llinyn wedi'i osod ar set o fobinau, o'r enw cril, a'i dynnu trwy beiriant sy'n ei dorri'n ddarnau byr. Mae'r ffibr wedi'i dorri'n cael ei ffurfio'n fatiau y mae rhwymwr yn cael ei ychwanegu atynt. Ar ôl halltu mewn popty, mae'r mat yn cael ei rolio i fyny. Mae pwysau a thrwch amrywiol yn rhoi cynhyrchion ar gyfer teils, toeau adeiledig, neu fatiau addurniadol.

Gwlân gwydr

Defnyddir y broses gylchdro neu nyddu i wneud gwlân gwydr. Yn y broses hon, mae gwydr tawdd o'r ffwrnais yn llifo i gynhwysydd silindrog sydd â thyllau bach. Wrth i'r cynhwysydd droelli'n gyflym, mae ffrydiau llorweddol o wydr yn llifo allan o'r tyllau. Mae'r ffrydiau gwydr tawdd yn cael eu trosi'n ffibrau gan chwyth tuag i lawr o aer, nwy poeth, neu'r ddau. Mae'r ffibrau'n disgyn ar gludfelt, lle maent yn plethu â'i gilydd mewn màs gwlân. Gellir defnyddio hyn ar gyfer inswleiddio, neu gellir chwistrellu'r gwlân â rhwymwr, ei gywasgu i'r trwch a ddymunir, a'i halltu mewn popty. Mae'r gwres yn gosod y rhwymwr, a gall y cynnyrch sy'n deillio o hyn fod yn fwrdd anhyblyg neu led-anhyblyg, neu fat hyblyg.

Haenau amddiffynnol

Yn ogystal â rhwymwyr, mae angen haenau eraill ar gyfer cynhyrchion gwydr ffibr. Defnyddir ireidiau i leihau crafiad ffibr ac maent naill ai'n cael eu chwistrellu'n uniongyrchol ar y ffibr neu eu hychwanegu at y rhwymwr. Weithiau caiff cyfansoddiad gwrth-statig ei chwistrellu ar wyneb matiau inswleiddio gwydr ffibr yn ystod y cam oeri. Mae aer oeri sy'n cael ei dynnu trwy'r mat yn achosi i'r asiant gwrth-statig dreiddio trwch cyfan y mat. Mae'r asiant gwrth-statig yn cynnwys dau gynhwysyn - deunydd sy'n lleihau cynhyrchu trydan statig, a deunydd sy'n gwasanaethu fel atalydd cyrydiad a sefydlogwr. Maint yw unrhyw orchudd a roddir ar ffibrau tecstilau yn y llawdriniaeth ffurfio, a gall gynnwys un neu fwy o gydrannau (ireidiau, rhwymwyr, neu asiantau cyplu). Defnyddir asiantau cyplu ar linynnau a fydd yn cael eu defnyddio ar gyfer atgyfnerthu plastigau, i gryfhau'r bond i'r deunydd atgyfnerthiedig. Weithiau mae angen llawdriniaeth gorffen i gael gwared ar yr haenau hyn, neu i ychwanegu gorchudd arall. Ar gyfer atgyfnerthiadau plastig, gellir cael gwared ar orchudd gyda gwres neu gemegau a rhoi asiant cyplu. Ar gyfer cymwysiadau addurniadol, rhaid trin ffabrigau â gwres i gael gwared ar orchudd ac i osod y gwehyddiad. Yna caiff haenau sylfaen llifyn eu rhoi cyn lliwio neu argraffu.

Ffurfio i mewn i siapiau

Mae cynhyrchion ffibr gwydr ar gael mewn amrywiaeth eang o siapiau, wedi'u gwneud gan ddefnyddio sawl proses. Er enghraifft, mae inswleiddio pibellau ffibr gwydr yn cael ei weindio ar ffurfiau tebyg i wialen o'r enw mandrels yn uniongyrchol o'r unedau ffurfio, cyn eu halltu. Yna caiff y ffurfiau mowld, mewn hyd o 3 troedfedd (91 cm) neu lai, eu halltu mewn popty. Yna caiff y darnau wedi'u halltu eu dad-fowldio'n hydredol, a'u llifio i ddimensiynau penodol. Rhoddir wynebau os oes angen, a chaiff y cynnyrch ei becynnu i'w gludo.

Rheoli Ansawdd

Yn ystod cynhyrchu inswleiddio gwydr ffibr, caiff deunydd ei samplu mewn nifer o leoliadau yn y broses er mwyn cynnal ansawdd. Mae'r lleoliadau hyn yn cynnwys: y swp cymysg sy'n cael ei fwydo i'r toddiwr trydan; gwydr tawdd o'r bwsh sy'n bwydo'r ffibrydd; ffibr gwydr sy'n dod allan o'r peiriant ffibrydd; a'r cynnyrch terfynol wedi'i halltu sy'n dod allan o ddiwedd y llinell gynhyrchu. Caiff y samplau gwydr a ffibr swmp eu dadansoddi am gyfansoddiad cemegol a phresenoldeb diffygion gan ddefnyddio dadansoddwyr cemegol a microsgopau soffistigedig. Ceir dosbarthiad maint gronynnau'r deunydd swp trwy basio'r deunydd trwy nifer o ridyllau o wahanol feintiau. Caiff y cynnyrch terfynol ei fesur am drwch ar ôl ei becynnu yn unol â manylebau. Mae newid mewn trwch yn dangos bod ansawdd y gwydr islaw'r safon.

Mae gweithgynhyrchwyr inswleiddio ffibr gwydr hefyd yn defnyddio amrywiaeth o weithdrefnau prawf safonol i fesur, addasu ac optimeiddio ymwrthedd acwstig cynnyrch, amsugno sain a pherfformiad rhwystr sain. Gellir rheoli'r priodweddau acwstig trwy addasu newidynnau cynhyrchu fel diamedr ffibr, dwysedd swmp, trwch a chynnwys rhwymwr. Defnyddir dull tebyg i reoli priodweddau thermol.

Y Dyfodol

Mae'r diwydiant gwydr ffibr yn wynebu rhai heriau mawr dros weddill y 1990au a thu hwnt. Mae nifer y cynhyrchwyr inswleiddio gwydr ffibr wedi cynyddu oherwydd is-gwmnïau Americanaidd cwmnïau tramor a gwelliannau mewn cynhyrchiant gan weithgynhyrchwyr yr Unol Daleithiau. Mae hyn wedi arwain at gapasiti gormodol, na all y farchnad bresennol a'r farchnad yn y dyfodol ei ddarparu.

Yn ogystal â chapasiti gormodol, bydd deunyddiau inswleiddio eraill yn cystadlu. Mae gwlân craig wedi dod yn ddefnydd helaeth oherwydd gwelliannau diweddar i brosesau a chynhyrchion. Mae inswleiddio ewyn yn ddewis arall yn lle gwydr ffibr mewn waliau preswyl a thoeau masnachol. Deunydd cystadleuol arall yw cellwlos, a ddefnyddir mewn inswleiddio atig.

Oherwydd y galw isel am inswleiddio oherwydd marchnad dai feddal, mae defnyddwyr yn mynnu prisiau is. Mae'r galw hwn hefyd yn ganlyniad i'r duedd barhaus o gydgrynhoi manwerthwyr a chontractwyr. Mewn ymateb, bydd yn rhaid i'r diwydiant inswleiddio gwydr ffibr barhau i dorri costau mewn dau brif faes: ynni a'r amgylchedd. Bydd yn rhaid defnyddio ffwrneisi mwy effeithlon nad ydynt yn dibynnu ar un ffynhonnell ynni yn unig.

Gyda safleoedd tirlenwi yn cyrraedd eu capasiti mwyaf, bydd yn rhaid i weithgynhyrchwyr gwydr ffibr gyflawni bron dim allbwn ar wastraff solet heb gynyddu costau. Bydd hyn yn gofyn am wella prosesau gweithgynhyrchu i leihau gwastraff (ar gyfer gwastraff hylif a nwy hefyd) ac ailddefnyddio gwastraff lle bynnag y bo modd.

Efallai y bydd angen ailbrosesu ac aildoddi gwastraff o'r fath cyn ei ailddefnyddio fel deunydd crai. Mae sawl gweithgynhyrchydd eisoes yn mynd i'r afael â'r materion hyn.