Klaaskiud viitab toodete rühmale, mis on valmistatud üksikutest klaaskiududest, mis on ühendatud mitmesugusteks vormideks. Klaaskiud võib geomeetria järgi jagada kahte põhirühma: pidevad kiud, mida kasutatakse lõngade ja tekstiilide valmistamiseks, ning katkendlikud (lühikesed) kiud, mida kasutatakse isolatsiooniks ja filtreerimiseks mõeldud vattide, tekkide või plaatidena. Klaaskiudu saab vormida lõngaks sarnaselt villale või puuvillale ja kootud kangaks, mida mõnikord kasutatakse kardinate valmistamiseks. Klaaskiust tekstiile kasutatakse tavaliselt vormitud ja lamineeritud plastide tugevdusmaterjalina. Klaaskiudvill, paks ja kohev materjal, mis on valmistatud katkendlikest kiududest, on mõeldud soojusisolatsiooniks ja heli neeldumiseks. Seda leidub tavaliselt laevade ja allveelaevade vaheseintes ja keredes; autode mootoriruumides ja kerepaneelide vooderdis; ahjudes ja kliimaseadmetes; akustilistes seina- ja laepaneelides; ning arhitektuursetes vaheseintes. Klaaskiudu saab kohandada spetsiifiliste rakenduste jaoks, näiteks E-tüüpi (elektriline), mida kasutatakse elektriisolatsioonilindina, tekstiilides ja tugevdusena; C-tüüpi (keemiline), millel on parem happekindlus, ja T-tüüpi soojusisolatsiooniks.
Kuigi klaaskiu kommertskasutus on suhteliselt hiljutine nähtus, lõid käsitöölised renessansiajal klaasniite pokaalide ja vaaside kaunistamiseks. Prantsuse füüsik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur valmistas 1713. aastal peente klaasniitidega kaunistatud tekstiile ja Briti leiutajad kordasid seda saavutust 1822. aastal. Briti siidikuduja valmistas 1842. aastal klaaskanga ja teine leiutaja, Edward Libbey, esitles 1893. aasta Columbian Expositionil Chicagos klaasist kootud kleiti.
Klaasvill, kohev juhuslike pikkustega katkendlike kiudude mass, toodeti Euroopas esmakordselt sajandivahetusel, kasutades protsessi, mis hõlmas kiudude horisontaalset tõmbamist varrastest pöörlevasse trumlisse. Mitu aastakümmet hiljem töötati välja ja patenteeriti ketrusprotsess. Klaaskiust isoleermaterjali toodeti Saksamaal Esimese maailmasõja ajal. Klaaskiudude tööstuslikule tootmisele suunatud uurimis- ja arendustegevus edenes Ameerika Ühendriikides 1930. aastatel kahe suure ettevõtte, Owens-Illinois Glass Company ja Corning Glass Worksi juhtimisel. Need ettevõtted arendasid välja peene, painduva ja odava klaaskiu, tõmmates sulaklaasi läbi väga peente avade. 1938. aastal ühinesid need kaks ettevõtet, moodustades Owens-Corning Fiberglas Corp. Nüüdseks lihtsalt Owens-Corningina tuntud ettevõttest on saanud 3 miljardi dollari suurune aastakäivega ettevõte ja klaaskiust turu liider.
Toorained
Klaaskiudtoodete põhitoormaterjalid on mitmesugused looduslikud mineraalid ja tööstuskemikaalid. Peamised koostisosad on kvartsliiv, lubjakivi ja sooda. Teiste koostisosade hulka võivad kuuluda kaltsineeritud alumiiniumoksiid, booraks, päevakivi, nefeliinsüeniit, magnesiit ja kaoliinsavi. Klaasimoodustajana kasutatakse kvartsliiva ning sooda ja lubjakivi aitavad peamiselt alandada sulamistemperatuuri. Teisi koostisosi kasutatakse teatud omaduste parandamiseks, näiteks booraksi keemilise vastupidavuse suurendamiseks. Toorainena kasutatakse ka klaasijäätmeid ehk klaaskiudu. Toormaterjalid tuleb enne klaasiks sulatamist hoolikalt täpsetes kogustes kaaluda ja korralikult läbi segada (nimetatakse partiideks segamiseks).
Tootmine
Protsess
Sulamine
Kui segu on ette valmistatud, suunatakse see sulatamiseks ahju. Ahju võib köeti elektri, fossiilkütuse või nende kahe kombinatsiooniga. Klaasi sujuva ja püsiva voolu säilitamiseks tuleb temperatuuri täpselt reguleerida. Sula klaasi tuleb kiududeks vormimiseks hoida kõrgemal temperatuuril (umbes 1371 °C) kui teist tüüpi klaasi. Kui klaas on sulanud, kantakse see ahju otsas asuva kanali (eesmise kolde) kaudu vormimisseadmesse.
Kiududeks moodustamine
Kiudude moodustamiseks kasutatakse mitut erinevat protsessi, olenevalt kiu tüübist. Tekstiilkiude saab valmistada sulaklaasist otse ahjust või suunata sulaklaasi esmalt masinasse, mis vormib umbes 1,6 cm läbimõõduga klaaskuule. Need klaaskuulid võimaldavad klaasi visuaalselt kontrollida lisandite suhtes. Nii otsesulatus- kui ka marmorisulatusprotsessis juhitakse klaas või klaaskuulid läbi elektriliselt kuumutatavate pukside (nimetatakse ka ketrusdüüsideks). Puks on valmistatud plaatinast või metallisulamist, millel on 200 kuni 3000 väga peent ava. Sula klaas läbib avasid ja tuleb välja peente niitidena.
Pidevfilamentprotsess
Pidevfilamendi protsessi abil saab toota pikka ja pidevat kiudu. Pärast seda, kui klaas on läbi puksi aukude voolanud, keritakse mitu kiudu kiirele kerimismasinale. Kerimismasin pöörleb umbes 3 km minutis, mis on palju kiirem kui puksidest väljuv voolukiirus. Pinge tõmbab kiud välja veel sulana, moodustades kiude, mis on vaid murdosa puksi avade läbimõõdust. Kantakse peale keemiline sideaine, mis aitab kiul hilisema töötlemise ajal puruneda. Seejärel keritakse kiud torudele. Nüüd saab seda keerata ja lõngaks kerida.
Staapelkiu protsess
Alternatiivne meetod on staapelkiudprotsess. Kui sula klaas voolab läbi pukside, jahutavad õhujoad filamente kiiresti. Turbulentsed õhupursked purustavad filamendid ka 8–15 tolli (20–38 cm) pikkusteks tükkideks. Need filamendid langevad läbi määrdeaine pihustuse pöörlevale trumlile, kus nad moodustavad õhukese kiudude võrgu. Võrk tõmmatakse trumlist välja ja tõmmatakse pidevaks lõdvalt kokku pandud kiudude kiuks. Seda kiudu saab lõngaks töödelda samade protsesside abil, mida kasutatakse villa ja puuvilla puhul.
Hakitud kiud
Lõnga vormimise asemel võib pideva või pikakiulise kiu lühikesteks tükkideks lõigata. Kiud kinnitatakse poolide komplektile, mida nimetatakse kreeliks, ja tõmmatakse läbi masina, mis lõikab selle lühikesteks tükkideks. Hakitud kiust vormitakse matid, millele lisatakse sideaine. Pärast ahjus kõvenemist rullitakse matt kokku. Erineva raskuse ja paksusega tooteid saab kasutada katusesindlite, katusematerjalide või dekoratiivmattide jaoks.
Klaasvill
Klaasvilla valmistamiseks kasutatakse pöörlevat ehk tsentrifuugprotsessi. Selle protsessi käigus voolab sula klaas ahjust silindrilisse anumasse, millel on väikesed augud. Anuma kiirel pöörlemisel voolavad aukudest välja horisontaalsed klaasijoad. Sula klaasijoad muundatakse allapoole suunatud õhu-, kuuma gaasi- või mõlema abil kiududeks. Kiud langevad konveierilindile, kus nad põimuvad omavahel fliisjaks massiks. Seda saab kasutada isolatsioonina või villa saab pihustada sideainega, kokku suruda soovitud paksuseni ja ahjus kõvendada. Kuumus kuivatab sideainet ja saadud toode võib olla jäik või pooljäik plaat või painduv vatt.
Kaitsekatted
Lisaks sideainetele on klaaskiust toodete puhul vaja ka teisi katteid. Kiudude hõõrdumise vähendamiseks kasutatakse määrdeaineid, mida kas pihustatakse otse kiududele või lisatakse sideainesse. Jahutusetapis pihustatakse klaaskiust isolatsioonimattide pinnale mõnikord ka antistaatilist kompositsiooni. Mati kaudu imetav jahutusõhk paneb antistaatilise aine tungima läbi kogu mati paksuse. Antistaatiline aine koosneb kahest koostisosast – materjalist, mis minimeerib staatilise elektri teket, ja materjalist, mis toimib korrosiooni inhibiitori ja stabilisaatorina. Mets on igasugune kate, mida kantakse tekstiilkiududele vormimisoperatsiooni käigus ja mis võib sisaldada ühte või mitut komponenti (määrdeained, sideained või sideained). Sideaineid kasutatakse plastide tugevdamiseks kasutatavatel kiududel, et tugevdada sidet tugevdatud materjaliga. Mõnikord on nende katete eemaldamiseks või uue katte lisamiseks vaja viimistlusoperatsiooni. Plasttugevduste puhul võib metid eemaldada kuumuse või kemikaalide abil ja kanda peale sideainet. Dekoratiivseks kasutamiseks tuleb kangaid metide eemaldamiseks ja koe kinnistamiseks kuumtöödelda. Seejärel kantakse enne värvimist või trükkimist peale värvipõhised katted.
Kujude vormimine
Klaaskiust tooteid on saadaval väga erineva kujuga ja nende valmistamisel kasutatakse mitmeid protsesse. Näiteks keritakse klaaskiust toruisolatsioon enne kõvendamist otse vormimisüksustest vardakujulistele vormidele, mida nimetatakse mandreliteks. Seejärel kõvendatakse ahjus vormid, mille pikkus on kuni 3 jalga (91 cm). Kõvenenud tükid võetakse seejärel pikuti vormist välja ja saetakse kindlaksmääratud mõõtmeteks. Vajadusel kantakse peale katted ja toode pakendatakse saatmiseks.
Kvaliteedikontroll
Klaaskiust isolatsiooni tootmise käigus võetakse materjali kvaliteedi säilitamiseks proove mitmest kohast. Nende hulka kuuluvad: segatud partii, mis suunatakse elektrilisele sulatusmasinale; sula klaas puksist, mis varustab kiudainerit; klaaskiud, mis tuleb kiudainemismasinast välja; ja lõppkõvenenud toode, mis väljub tootmisliini lõpust. Klaasi- ja kiudproove analüüsitakse keemilise koostise ja defektide olemasolu suhtes, kasutades keerukaid keemilisi analüsaatoreid ja mikroskoope. Partiimaterjali osakeste suurusjaotus saadakse materjali läbilaskmisel läbi mitme erineva suurusega sõela. Lõpptoote paksust mõõdetakse pärast pakendamist vastavalt spetsifikatsioonidele. Paksuse muutus näitab, et klaasi kvaliteet on standardist madalam.
Klaaskiust isolatsiooni tootjad kasutavad toote akustilise takistuse, heli neeldumise ja heliisolatsiooni toimivuse mõõtmiseks, reguleerimiseks ja optimeerimiseks ka mitmesuguseid standardiseeritud katsemenetlusi. Akustilisi omadusi saab kontrollida selliste tootmismuutujate reguleerimise abil nagu kiudude läbimõõt, mahutihedus, paksus ja sideaine sisaldus. Sarnast lähenemisviisi kasutatakse ka termiliste omaduste kontrollimiseks.
Tulevik
Klaaskiust tööstus seisab 1990. aastate ülejäänud osas ja pärast seda silmitsi suurte väljakutsetega. Klaaskiust isolatsiooni tootjate arv on suurenenud tänu välismaiste ettevõtete Ameerika tütarettevõtetele ja USA tootjate tootlikkuse paranemisele. See on toonud kaasa üleliigse tootmisvõimsuse, mida praegune ja võib-olla ka tulevane turg ei suuda mahutada.
Lisaks liigsele võimsusele konkureerivad ka teised isolatsioonimaterjalid. Kivivill on laialdaselt kasutusel tänu hiljutistele protsesside ja toodete täiustustele. Vahtplastist isolatsioon on klaaskiust teine alternatiiv elamute seinte ja ärihoonete katuste puhul. Teine konkureeriv materjal on tselluloos, mida kasutatakse pööninguisolatsioonis.
Kuna isolatsioonimaterjalide nõudlus on pehme kinnisvaraturu tõttu madal, nõuavad tarbijad madalamaid hindu. See nõudlus on tingitud ka jaemüüjate ja töövõtjate jätkuvast konsolideerumisest. Sellele reageerides peab klaaskiust isolatsioonitööstus jätkama kulude kärpimist kahes peamises valdkonnas: energia ja keskkond. Kasutama tuleb tõhusamaid ahjusid, mis ei sõltu ainult ühest energiaallikast.
Kuna prügimäed saavutavad oma maksimaalse mahutavuse, peavad klaaskiust tootjad saavutama tahkete jäätmete peaaegu nulltoodangu ilma kulusid suurendamata. See nõuab tootmisprotsesside täiustamist jäätmete (samuti vedelate ja gaasiliste jäätmete) vähendamiseks ning jäätmete taaskasutamist kõikjal, kus see on võimalik.
Sellised jäätmed võivad enne toorainena taaskasutamist vajada ümbertöötlemist ja ümbersulatamist. Mitmed tootjad tegelevad juba nende probleemidega.
Postituse aeg: 11. juuni 2021