Fiberglas se odnosi na skupinu proizvoda izrađenih od pojedinačnih staklenih vlakana kombiniranih u različite oblike.Staklena vlakna mogu se podijeliti u dvije velike skupine prema njihovoj geometriji: kontinuirana vlakna koja se koriste u pređi i tekstilu i diskontinuirana (kratka) vlakna koja se koriste kao letvice, pokrivači ili ploče za izolaciju i filtraciju.Stakloplastika se može oblikovati u pređu poput vune ili pamuka i utkati u tkaninu koja se ponekad koristi za draperije.Tekstil od stakloplastike obično se koristi kao materijal za pojačanje lijevane i laminirane plastike.Za toplinsku izolaciju i apsorpciju zvuka koristi se staklena vuna, gusti, pahuljasti materijal izrađen od diskontinuiranih vlakana.Obično se nalazi u pregradama i trupovima brodova i podmornica;Odjeljci motora automobila i obloge panela karoserije;u pećima i klima uređajima;akustični zidni i stropni paneli;i arhitektonske pregrade.Stakloplastika se može prilagoditi za specifične primjene kao što je tip E (elektrika), koristi se kao električna izolacijska traka, tekstil i ojačanje;Tip C (kemijski), koji ima vrhunsku otpornost na kiseline, i tip T, za toplinsku izolaciju.
Iako je komercijalna upotreba staklenih vlakana relativno nova, obrtnici su stvorili staklene niti za ukrašavanje pehara i vaza tijekom renesanse.Francuski fizičar, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, proizveo je tekstil ukrašen finim staklenim nitima 1713., a britanski izumitelji ponovili su taj podvig 1822. Britanski tkalac svile napravio je staklenu tkaninu 1842., a drugi izumitelj, Edward Libbey, izložio je haljina tkana od stakla na kolumbijskoj izložbi u Chicagu 1893.
Staklena vuna, pahuljasta masa diskontinuiranih vlakana nasumičnih duljina, prvi put je proizvedena u Europi na prijelazu stoljeća, korištenjem procesa koji je uključivao izvlačenje vlakana iz šipki vodoravno u 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 usmjeren na industrijsku proizvodnju staklenih vlakana napredovao je u Sjedinjenim Državama 1930-ih, pod vodstvom dviju velikih kompanija, Owens-Illinois Glass Company i Corning Glass Djela.Te su tvrtke razvile fina, savitljiva, jeftina staklena vlakna provlačenjem rastaljenog stakla kroz vrlo fine otvore.Godine 1938. ove dvije tvrtke spojile su se u Owens-Corning Fiberglas Corp. Sada poznata jednostavno kao Owens-Corning, postala je tvrtka s 3 milijarde dolara godišnje i vodeća je na tržištu staklenih vlakana.
Sirovine
Osnovne sirovine za proizvode od stakloplastike su različiti prirodni minerali i proizvedene kemikalije.Glavni sastojci su kremeni pijesak, vapnenac i soda.Među ostalim sastojcima mogu biti kalcinirana glinica, boraks, feldspat, nefelin sienit, magnezit i kaolin glina.Silikatni pijesak koristi se kao oblik stakla, a natron soda i vapnenac prvenstveno pomažu u snižavanju temperature taljenja.Drugi sastojci se koriste za poboljšanje određenih svojstava, kao što je boraks za kemijsku otpornost.Kao sirovina koristi se i otpadno staklo, koje se naziva i krtolo.Sirovine se moraju pažljivo izvagati u točnim količinama i temeljito pomiješati (tzv. šarža) prije nego što se pretape u staklo.
Proizvodnja
Postupak
Topljenje
Nakon što je šarža pripremljena, stavlja se u peć za topljenje.Peć se može grijati električnom energijom, fosilnim gorivom ili kombinacijom ta dva.Temperatura se mora precizno kontrolirati kako bi se održao nesmetan, stabilan protok stakla.Rastaljeno staklo mora se držati na višoj temperaturi (oko 2500°F [1371°C]) nego druge vrste stakla kako bi se oblikovalo u vlakno.Nakon što se staklo rastali, prenosi se u opremu za oblikovanje preko kanala (prednjeg ložišta) koji se nalazi na kraju peći.
Oblikovanje u vlakna
Za oblikovanje vlakana koristi se nekoliko različitih procesa, ovisno o vrsti vlakna.Tekstilna vlakna mogu se oblikovati iz rastaljenog stakla izravno iz peći ili se rastaljeno staklo može prvo unijeti u stroj koji oblikuje staklene klikere promjera oko 0,62 inča (1,6 cm).Ovi klikeri omogućuju vizualni pregled stakla na nečistoće.I u postupku izravnog taljenja i taljenja mramora, staklo ili stakleni klikeri prolaze kroz električno grijane čahure (koje se nazivaju i spinereti).Čahura je izrađena od platine ili metalne legure, s bilo gdje od 200 do 3000 vrlo finih otvora.Rastaljeno staklo prolazi kroz otvore i izlazi kao fina vlakna.
Proces kontinuiranog filamenta
Dugo, kontinuirano vlakno može se proizvesti postupkom kontinuiranog filamenta.Nakon što staklo prođe kroz rupe u čahuri, višestruke niti bivaju zahvaćene na brzom namotaču.Namatač se okreće brzinom od oko 2 milje (3 km) u minuti, mnogo brže od brzine protoka iz čahura.Napetost izvlači filamente dok su još rastaljeni, tvoreći niti djelić promjera otvora u čahuri.Primjenjuje se kemijsko vezivo koje pomaže da se vlakno ne lomi tijekom kasnije obrade.Filament se zatim namotava na cijevi.Sada se može savijati i savijati u pređu.
Proces spajanja vlakana
Alternativna metoda je staplefiber postupak.Dok rastaljeno staklo teče kroz čahure, mlazovi zraka brzo hlade niti.Turbulentni udari zraka također lome filamente u duljine od 8-15 inča (20-38 cm).Ova vlakna padaju kroz raspršeni lubrikant na rotirajući bubanj, gdje tvore tanku mrežu.Mreža se izvlači iz bubnja i uvlači u kontinuiranu nit labavo spojenih vlakana.Ovaj se konac može preraditi u pređu istim postupcima koji se koriste za vunu i pamuk.
Sjeckana vlakna
Umjesto da se oblikuje u pređu, neprekinuti ili dugi spojni konac može se nasjeckati na kratke komade.Vrpca se postavlja na niz bobina, koji se nazivaju špulica, i provlači kroz stroj koji ga sjecka na kratke komade.Usitnjena vlakna se oblikuju u matice kojima se dodaje vezivo.Nakon sušenja u pećnici, prostirka se smota.Različite težine i debljine daju proizvode za šindre, zidane krovove ili ukrasne prostirke.
Staklena vuna
Za izradu staklene vune koristi se rotacijski ili centrifugalni postupak.U tom procesu rastaljeno staklo iz peći teče u cilindrični spremnik s malim rupama.Kako se posuda brzo okreće, vodoravni tokovi stakla izlaze iz rupa.Struje rastaljenog stakla pretvaraju se u vlakna puhanjem zraka prema dolje, vrućim plinom ili oboje.Vlakna padaju na pokretnu traku, gdje se međusobno isprepliću u runastu masu.To se može koristiti za izolaciju ili se vuna može poprskati vezivom, stisnuti u željenu debljinu i osušiti u pećnici.Toplina stvrdnjava vezivo, a dobiveni proizvod može biti kruta ili polukruta ploča ili fleksibilna pločica.
Zaštitni premazi
Osim veziva, za proizvode od stakloplastike potrebni su i drugi premazi.Lubrikanti se koriste za smanjenje abrazije vlakana i ili se izravno raspršuju na vlakna ili se dodaju u vezivo.Antistatički sastav također se ponekad raspršuje na površinu izolacijskih prostirki od stakloplastike tijekom koraka hlađenja.Rashladni zrak uvučen kroz prostirku uzrokuje prodiranje antistatičkog sredstva 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. Dimenzioniranje je svaki premaz koji se nanosi na tekstilna vlakna tijekom operacije oblikovanja i može sadržavati jedan ili više komponenti (maziva, veziva ili sredstava za spajanje).Sredstva za spajanje koriste se na nitima koje će se koristiti za ojačavanje plastike, kako bi se ojačala veza s ojačanim materijalom. Ponekad je potrebna završna operacija za uklanjanje ovih premaza ili dodavanje drugog premaza.Za plastična ojačanja, dimenzioniranje se može ukloniti toplinom ili kemikalijama i primjenom sredstva za spajanje.Za dekorativne primjene, tkanine moraju biti toplinski obrađene kako bi se uklonile veličine i postavile tkanje.Osnovni premazi boje se zatim nanose prije bojenja ili tiskanja.
Oblikovanje u oblike
Proizvodi od stakloplastike dolaze u raznim oblicima, izrađeni pomoću nekoliko procesa.Na primjer, izolacija cijevi od stakloplastike namotava se na štapićaste oblike koji se nazivaju trnovi izravno iz jedinica za oblikovanje, prije stvrdnjavanja.Oblici kalupa, u duljini od 3 stope (91 cm) ili manje, zatim se suše u pećnici.Stvrdnute duljine se zatim odlijepe po dužini i pile 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 više mjesta u procesu kako bi se održala kvaliteta.Ta mjesta uključuju: miješanu šaržu koja se dovodi u električni talionik;rastaljeno staklo iz čahure koja dovodi fiberizator;staklena vlakna koja izlaze iz stroja za izradu vlakana;i konačni stvrdnuti proizvod koji izlazi s kraja proizvodne linije.Skupni uzorci stakla i vlakana analiziraju se na kemijski sastav i prisutnost nedostataka pomoću sofisticiranih kemijskih analizatora i mikroskopa.Raspodjela veličine čestica šaržnog materijala dobiva se propuštanjem materijala kroz nekoliko sita različitih veličina.Konačnom proizvodu se mjeri debljina nakon pakiranja prema specifikacijama.Promjena debljine pokazuje da je kvaliteta stakla ispod standarda.
Proizvođači izolacije od stakloplastike također koriste različite standardizirane ispitne postupke za mjerenje, prilagodbu i optimizaciju akustičke otpornosti proizvoda, apsorpcije zvuka i izvedbe zvučne barijere.Akustična svojstva se mogu kontrolirati podešavanjem proizvodnih varijabli kao što su promjer vlakana, nasipna gustoća, debljina i sadržaj veziva.Sličan pristup koristi se za kontrolu toplinskih svojstava.
Budućnost
Industrija staklenih vlakana suočava se s velikim izazovima tijekom ostatka 1990-ih i kasnije.Broj proizvođača izolacije od stakloplastike povećao se zahvaljujući američkim podružnicama stranih tvrtki i poboljšanju produktivnosti američkih proizvođača.To je rezultiralo viškom kapaciteta, koji sadašnje, a možda i buduće tržište ne može prihvatiti.
Osim viška kapaciteta, natjecat će se i drugi izolacijski materijali.Kamena vuna postala je široko korištena zbog nedavnih poboljšanja procesa i proizvoda.Pjenasta izolacija još je jedna alternativa staklenim vlaknima u stambenim zidovima i poslovnim krovovima.Još jedan konkurentni materijal je celuloza, koja se koristi za izolaciju potkrovlja.
Zbog niske potražnje za izolacijom zbog slabog stambenog tržišta, potrošači zahtijevaju niže cijene.Ova potražnja također je rezultat nastavka trenda okrupnjavanja trgovaca i poduzetnika.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 odlagalištima koja postižu maksimalan kapacitet, proizvođači stakloplastike morat će postići gotovo nulti učinak na krutom otpadu bez povećanja troškova.To će zahtijevati poboljšanje proizvodnih procesa kako bi se smanjio otpad (također za tekući i plinski otpad) i ponovno korištenje otpada gdje god je to moguće.
Takav otpad može zahtijevati ponovnu obradu i topljenje prije ponovne upotrebe kao sirovine.Nekoliko proizvođača već rješava ove probleme.
Vrijeme objave: 11. lipnja 2021