Staklena vlakna odnose se na skupinu proizvoda izrađenih od pojedinačnih staklenih vlakana kombiniranih u različite oblike. Staklena vlakna mogu se podijeliti u dvije glavne skupine prema njihovoj geometriji: kontinuirana vlakna koja se koriste u pređi i tekstilu te diskontinuirana (kratka) vlakna koja se koriste kao vatra, deke ili ploče za izolaciju i filtraciju. Staklena vlakna mogu se oblikovati u pređu slično kao vuna ili pamuk i utkati u tkaninu koja se ponekad koristi za draperije. Tekstil od stakloplastike obično se koristi kao materijal za ojačanje lijevanih i laminiranih plastika. Staklena vuna, debeli, pahuljasti materijal izrađen od diskontinuiranih vlakana, koristi se za toplinsku 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 stropnim pločama; i arhitektonskim pregradama. Staklena vlakna mogu se prilagoditi za specifične primjene kao što su tip E (električni), koji se koristi kao električna izolacijska traka, tekstil i armatura; tip C (kemijski), koji ima vrhunsku otpornost na kiseline, i tip T, za toplinsku izolaciju.
Iako je komercijalna upotreba staklenih vlakana relativno nedavna, obrtnici su tijekom renesanse stvarali 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 ponovili su 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 duljina, prvi put je proizvedena u Europi na prijelazu stoljeća, korištenjem procesa koji je uključivao horizontalno izvlačenje vlakana iz šipki na rotirajući bubanj. Nekoliko desetljeća kasnije, razvijen je i patentiran proces predenja. Izolacijski materijal od staklenih vlakana proizvodio se u Njemačkoj tijekom Prvog svjetskog rata. Istraživanje i razvoj usmjereni na industrijsku proizvodnju staklenih vlakana napredovali su u Sjedinjenim Državama 1930-ih, pod vodstvom dviju velikih tvrtki, Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Works. Ove su tvrtke razvile fina, savitljiva i jeftina staklena vlakna izvlačenjem rastaljenog stakla kroz vrlo fine otvore. Godine 1938. ove su se dvije tvrtke spojile i osnovale Owens-Corning Fiberglas Corp. Sada jednostavno poznata kao Owens-Corning, postala je tvrtka s godišnjim prometom od 3 milijarde dolara i lider je na tržištu stakloplastike.
Sirovine
Osnovne sirovine za proizvode od stakloplastike su razni prirodni minerali i proizvedene kemikalije. Glavni sastojci su silicijev pijesak, vapnenac i soda. Ostali sastojci mogu uključivati kalcinirani aluminijev oksid, boraks, feldspat, nefelinski sienit, magnezit i kaolin, između ostalog. Silicijev pijesak se koristi kao sredstvo za stvaranje stakla, a soda i vapnenac prvenstveno pomažu u snižavanju temperature taljenja. Drugi sastojci se koriste za poboljšanje određenih svojstava, poput boraksa za kemijsku otpornost. Otpadno staklo, koje se naziva i krhotina, također se koristi kao sirovina. Sirovine se moraju pažljivo izvagati u točnim količinama i temeljito pomiješati (tzv. šaržiranje) prije nego što se rastale u staklo.
Proizvodnja
Proces
Taljenje
Nakon što je smjesa pripremljena, uvodi se u peć za taljenje. 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. Rastaljeno staklo mora se održavati na višoj temperaturi (oko 1371 °C) od drugih vrsta stakla kako bi se oblikovalo u vlakna. Nakon što se staklo rastali, prenosi se u opremu za oblikovanje putem kanala (predložišta) koji se nalazi na kraju peći.
Oblikovanje u vlakna
Za oblikovanje vlakana koristi se nekoliko različitih procesa, ovisno o vrsti vlakana. Tekstilna vlakna mogu se oblikovati od rastaljenog stakla izravno iz peći ili se rastaljeno staklo prvo može dovesti u stroj koji oblikuje staklene kuglice promjera oko 1,6 cm. Ove kuglice omogućuju vizualni pregled stakla na nečistoće. I u postupku izravnog taljenja i u postupku taljenja mramora, staklo ili staklene kuglice se dovode kroz električno grijane čahure (također se nazivaju mlaznice za predenje). Čahura je izrađena od platine ili metalne legure, s 200 do 3000 vrlo finih otvora. Rastaljeno staklo prolazi kroz otvore i izlazi kao fine niti.
Postupak s kontinuiranim filamentom
Duga, kontinuirana vlakna mogu se proizvesti postupkom kontinuiranog filamenta. Nakon što staklo prođe kroz rupe 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 rastaljene, formirajući niti promjera djelića otvora u čahuri. Nanosi se kemijsko vezivo koje sprječava pucanje vlakana tijekom kasnije obrade. Nit se zatim namotava na cijevi. Sada se može uvijati i savijati u pređu.
Postupak proizvodnje rezanih vlakana
Alternativna metoda je postupak s vlaknima od rezanog stakla. Dok rastaljeno staklo teče kroz čahure, mlazovi zraka brzo hlade niti. Turbulentni naleti zraka također lome niti na duljine od 20-38 cm. Ove niti padaju kroz sprej maziva na rotirajući bubanj, gdje tvore tanku mrežu. Mreža se izvlači iz bubnja i pretvara u kontinuiranu nit labavo sastavljenih vlakana. Ova se nit može preraditi u pređu istim postupcima koji se koriste za vunu i pamuk.
Sjeckana vlakna
Umjesto oblikovanja u pređu, kontinuirana ili dugačka nit može se sjeckati na kratke komade. Nit se postavlja na skup kalema, nazvanih košara, i provlači kroz stroj koji ga reže na kratke komade. Sjeckana vlakna se oblikuju u prostirke kojima se dodaje vezivo. Nakon sušenja u pećnici, prostirka se rola. Različite težine i debljine daju proizvode za šindre, višeslojne krovove ili ukrasne prostirke.
Staklena vuna
Rotacijski ili spinner proces koristi se za izradu staklene vune. U ovom procesu, rastaljeno staklo iz peći teče u cilindrični spremnik s malim rupama. Kako se spremnik brzo okreće, horizontalni mlazovi stakla teku iz rupa. Mlazovi rastaljenog stakla pretvaraju se u vlakna mlazom zraka, vrućeg plina ili oboje. Vlakna padaju na transportnu traku, gdje se međusobno isprepliću u runastu masu. To se može koristiti za izolaciju ili se vuna može poprskati vezivom, komprimirati na željenu debljinu i stvrdnuti u pećnici. Toplina stvrdnjava vezivo, a rezultirajući proizvod može biti kruta ili polukruta ploča ili fleksibilna vuna.
Zaštitni premazi
Osim veziva, za proizvode od stakloplastike potrebni su i drugi premazi. Maziva se koriste za smanjenje abrazije vlakana i ili se izravno raspršuju na vlakna ili se dodaju u vezivo. Antistatički sastav se također ponekad raspršuje na površinu izolacijskih prostirki od stakloplastike tijekom koraka hlađenja. Hladni zrak koji se uvlači kroz prostirku uzrokuje da antistatičko sredstvo prodre u cijelu debljinu prostirke. Antistatičko sredstvo sastoji se 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 tijekom postupka oblikovanja i može sadržavati jednu ili više komponenti (maziva, veziva ili sredstva za spajanje). Sredstva za spajanje koriste se 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 mogu se ukloniti toplinom ili kemikalijama i nanijeti sredstvo za spajanje. Za dekorativne primjene, tkanine se moraju toplinski obraditi kako bi se uklonila sredstva za spajanje i fiksiralo tkanje. Osnovni premazi za bojenje se zatim nanose prije bojenja ili tiska.
Oblikovanje u oblike
Proizvodi od stakloplastike dolaze u širokom rasponu oblika, izrađeni korištenjem nekoliko procesa. Na primjer, izolacija od stakloplastike za cijevi se namotava na šipkaste kalupe koji se nazivaju trnovi izravno iz jedinica za oblikovanje, prije stvrdnjavanja. Kalupi, duljine 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 pakira za otpremu.
Kontrola kvalitete
Tijekom proizvodnje izolacije od stakloplastike, materijal se uzorkuje na brojnim mjestima u procesu kako bi se održala kvaliteta. Ta mjesta uključuju: miješanu smjesu koja se dovodi u električnu talionicu; rastaljeno staklo iz čahure koja hrani fiberizator; staklena vlakna koja izlaze iz stroja za fiberizator; i konačni očvrsli proizvod koji izlazi s kraja proizvodne linije. Uzorci stakla i vlakana analiziraju se na kemijski sastav i prisutnost nedostataka pomoću sofisticiranih kemijskih analizatora i mikroskopa. Raspodjela veličine čestica materijala smjese dobiva se propuštanjem materijala kroz niz sita različitih veličina. Debljina konačnog proizvoda mjeri se nakon pakiranja prema specifikacijama. Promjena debljine ukazuje na to da je kvaliteta stakla ispod standarda.
Proizvođači izolacije od stakloplastike 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 koristi se za kontrolu toplinskih svojstava.
Budućnost
Industrija stakloplastike suočava se s nekim velikim izazovima tijekom ostatka 1990-ih i kasnije. Broj proizvođača izolacije od stakloplastike povećao se zbog američkih podružnica stranih tvrtki i poboljšanja produktivnosti američkih proizvođača. To je rezultiralo viškom kapaciteta koje trenutno, a možda i buduće tržište, ne može zadovoljiti.
Osim viška kapaciteta, konkurirat će i drugi izolacijski materijali. Kamena vuna postala je široko korištena zbog nedavnih poboljšanja procesa i proizvoda. Pjenasta izolacija je još jedna alternativa stakloplastici u stambenim zidovima i komercijalnim krovovima. Drugi konkurentski materijal je celuloza, koja se koristi u izolaciji potkrovlja.
Zbog niske potražnje za izolacijom uslijed tržišta mekih kuća, potrošači traže niže cijene. Ta je potražnja također rezultat kontinuiranog trenda konsolidacije trgovaca i izvođača radova. Kao odgovor na to, industrija izolacije od stakloplastike morat će nastaviti smanjivati troškove u dva glavna područja: energiji i okolišu. Morat će se koristiti učinkovitije peći koje se ne oslanjaju samo na jedan izvor energije.
S obzirom na to da odlagališta otpada dosežu maksimalni kapacitet, proizvođači stakloplastike morat će postići gotovo nultu proizvodnju krutog otpada bez povećanja troškova. To će zahtijevati poboljšanje proizvodnih procesa kako bi se smanjio otpad (i za tekući i plinoviti otpad) i ponovna upotreba otpada gdje god je to moguće.
Takav otpad može zahtijevati ponovnu obradu i ponovno taljenje prije ponovne upotrebe kao sirovine. Nekoliko proizvođača već se bavi tim problemima.
Vrijeme objave: 11. lipnja 2021.