Hvernig er trefjaplast framleitt?

Trefjagler vísar til hóps vara sem gerðar eru úr einstökum glerþráðum sem eru settar saman í ýmsar myndir. Glerþráðum má skipta í tvo meginflokka eftir lögun þeirra: samfelldar trefjar sem notaðar eru í garn og vefnaðarvöru, og ósamfelldar (stuttar) trefjar sem notaðar eru sem batts, teppi eða plötur til einangrunar og síunar. Trefjagler er hægt að móta í garn svipað og ull eða bómull, og ofið í efni sem stundum er notað í gluggatjöld. Trefjaglertextíl er almennt notað sem styrkingarefni fyrir mótað og lagskipt plast. Trefjaglerull, þykkt, mjúkt efni úr ósamfelldum trefjum, er notað til varmaeinangrunar og hljóðgleypni. Það er almennt að finna í skipa- og kafbátaþiljum og skrokkum; vélarrými bíla og klæðningum á yfirbyggingu; í ​​ofnum og loftkælingareiningum; hljóðeinangrandi vegg- og loftplötum; og byggingarlistarveggjum. Trefjagler er hægt að sníða fyrir sérstök forrit eins og gerð E (rafmagns), notað sem rafmagns einangrunarband, vefnaðarvöru og styrking; gerð C (efnafræðileg), sem hefur yfirburða sýruþol, og gerð T, fyrir varmaeinangrun.

Þótt notkun glerþráða í viðskiptalegum tilgangi sé tiltölulega nýleg, þá bjuggu handverksmenn til glerþræði til að skreyta bikara og vasa á endurreisnartímanum. Franskur eðlisfræðingur, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, framleiddi textíl skreyttan með fínum glerþráðum árið 1713, og breskir uppfinningamenn endurtóku afrekið árið 1822. Breskur silkivefari bjó til glerefni árið 1842, og annar uppfinningamaður, Edward Libbey, sýndi kjól ofinn úr gleri á Columbian Exposition í Chicago árið 1893.

Glerull, mjúkur massi af ósamfelldum trefjum í handahófskenndum lengdum, var fyrst framleiddur í Evrópu um aldamótin 1900 með ferli sem fól í sér að draga trefjar lárétt frá stöngum yfir í snúningstrommu. Nokkrum áratugum síðar var spunaferli þróað og einkaleyfisverndað. Einangrunarefni úr glerþráðum var framleitt í Þýskalandi í fyrri heimsstyrjöldinni. Rannsóknir og þróun sem miðaði að iðnaðarframleiðslu glerþráða þróaðist í Bandaríkjunum á fjórða áratug síðustu aldar undir stjórn tveggja stórfyrirtækja, Owens-Illinois Glass Company og Corning Glass Works. Þessi fyrirtæki þróuðu fínar, sveigjanlegar og ódýrar glerþræðir með því að draga bráðið gler í gegnum mjög fínar op. Árið 1938 sameinuðust þessi tvö fyrirtæki og mynduðu Owens-Corning Fiberglas Corp. Nú einfaldlega þekkt sem Owens-Corning, hefur það orðið fyrirtæki sem veltir 3 milljörðum dala á ári og er leiðandi á markaði fyrir trefjaplast.

Hráefni

Helstu hráefnin í trefjaplasti eru fjölbreytt náttúruleg steinefni og tilbúin efni. Helstu innihaldsefnin eru kísilsandur, kalksteinn og sódaaska. Önnur innihaldsefni geta verið brennt áloxíð, bórax, feldspat, nefelínsýenít, magnesít og kaólínleir, svo eitthvað sé nefnt. Kísilsandur er notaður sem glermyndari og sódaaska og kalksteinn hjálpa fyrst og fremst til við að lækka bræðslumarkið. Önnur innihaldsefni eru notuð til að bæta ákveðna eiginleika, svo sem bórax til að auka efnaþol. Úrgangsgler, einnig kallað glerbrot, er einnig notað sem hráefni. Hráefnin verða að vera vandlega vegin í nákvæmum magni og blandað vel saman (kölluð batching) áður en þau eru brædd í gler.

Framleiðslan
Ferli

Bráðnun

Þegar blöndunni hefur verið útbúið er hún sett í bræðsluofn. Ofninn getur verið hitaður með rafmagni, jarðefnaeldsneyti eða blöndu af hvoru tveggja. Hitastigið verður að vera nákvæmlega stjórnað til að viðhalda jöfnum og stöðugum flæði glersins. Brædda glerið verður að halda við hærra hitastig (um 1371°C) en aðrar gerðir af gleri til að hægt sé að móta það í trefjar. Þegar glerið er bráðið er það flutt í mótunarbúnaðinn um rás (forhita) sem er staðsettur í enda ofnsins.

Myndast í trefjar

Nokkrar mismunandi aðferðir eru notaðar til að mynda trefjar, allt eftir gerð trefjanna. Hægt er að mynda vefnaðartrefjar úr bráðnu gleri beint úr ofninum, eða brædda glerið má fyrst fæða í vél sem myndar glerkúlur sem eru um 1,6 cm í þvermál. Þessar kúlur gera kleift að skoða glerið sjónrænt fyrir óhreinindi. Bæði í beinni bræðslu og marmarabræðslu eru glerið eða glerkúlurnar fæðaðar í gegnum rafmagnshitaðar hylsingar (einnig kallaðar snúningsþræðir). Hylsið er úr platínu eða málmblöndu, með allt frá 200 til 3.000 mjög fínum opum. Brædda glerið fer í gegnum opin og kemur út sem fínir þræðir.

Samfelld þráðferli

Hægt er að framleiða langa, samfellda trefjaþræði með samfelldri þráðvinnslu. Eftir að glerið hefur flætt í gegnum götin í hylsun eru margir þræðir gripnir á hraðvirkri vindingarvél. Vindingarvélin snýst á um 3 km hraða á mínútu, mun hraðar en flæðishraðinn frá hylsuninni. Spennan togar þræðina út á meðan þeir eru enn bráðnir og myndar þræði sem eru aðeins brot af þvermáli opnunarinnar í hylsuninni. Efnabindiefni er notað sem hjálpar til við að koma í veg fyrir að trefjarnar brotni við síðari vinnslu. Þræðinum er síðan vafinn á rör. Nú er hægt að snúa honum og flétta hann í garn.

Staplaþráðaferli

Önnur aðferð er heftaþráðaferlið. Þegar bráðið gler rennur í gegnum hylsurnar kæla loftþrærnar hratt. Ókyrrðar loftstreymin brjóta einnig þræðina í 20-38 cm langa lengd. Þessir þræðir falla með úða af smurefni ofan á snúningstrommu þar sem þeir mynda þunnan vef. Vefurinn er dreginn úr trommunni og dreginn í samfelldan þráð af lauslega samsettum trefjum. Þennan þráð er hægt að vinna í garn með sömu aðferðum og notaðar eru fyrir ull og bómull.

Saxað trefjar

Í stað þess að móta garn er hægt að saxa samfellda eða langa heftaþráðinn í stuttar bita. Þráðurinn er festur á spólur, sem kallast spóla, og dreginn í gegnum vél sem saxar hann í stutta bita. Saxaða trefjarnar eru mótaðar í mottur sem bindiefni er bætt við. Eftir herðingu í ofni er mottan rúllað upp. Ýmsar þyngdir og þykktir gefa vörur fyrir þakskífur, þakuppbyggingu eða skrautmottur.

Glerull

Snúnings- eða snúningsferlið er notað til að búa til glerull. Í þessu ferli rennur bráðið gler úr ofninum inn í sívalningslaga ílát með litlum götum. Þegar ílátið snýst hratt streyma láréttir glerstraumar út um göturnar. Bráðnu glerstraumarnir breytast í trefjar með niðuráviðslofti, heitu gasi eða hvoru tveggja. Trefjarnar falla á færiband þar sem þær fléttast saman í loðkenndan massa. Þetta er hægt að nota til einangrunar, eða ullina er hægt að úða með bindiefni, þjappa því í æskilega þykkt og herða í ofni. Hitinn herðir bindiefnið og útkoman getur verið stíf eða hálfstíf plata, eða sveigjanleg dúkur.

Verndarhúðun

Auk bindiefna eru aðrar húðanir nauðsynlegar fyrir trefjaplastvörur. Smurefni eru notuð til að draga úr núningi trefja og eru annað hvort úðað beint á trefjarnar eða bætt út í bindiefnið. Stundum er einnig úðað andstöðuefni á yfirborð trefjaplasteinangrunarmotta við kælingu. Kælandi loft sem dregið er í gegnum mottuna veldur því að andstöðuefnið smýgur í gegnum alla þykkt mottunnar. Andstöðuefnið samanstendur af tveimur innihaldsefnum - efni sem lágmarkar myndun stöðurafmagns og efni sem virkar sem tæringarvarnarefni og stöðugleiki. Límefni er hvaða húðun sem er borin á textíltrefjar í mótun og getur innihaldið eitt eða fleiri efni (smurefni, bindiefni eða tengiefni). Tengiefni eru notuð á þræði sem verða notaðir til að styrkja plast, til að styrkja tenginguna við styrkta efnið. Stundum þarf frágang til að fjarlægja þessar húðanir eða bæta við annarri húð. Fyrir plaststyrkingar má fjarlægja límefni með hita eða efnum og nota tengiefni. Fyrir skreytingar verður að hitameðhöndla efni til að fjarlægja límefni og til að festa vefnaðinn. Litarefnisgrunnhúðun er síðan borin á áður en litun eða prentun fer fram.

Að móta í form

Trefjaplastsvörur eru fáanlegar í fjölbreyttum formum og framleiddar með nokkrum aðferðum. Til dæmis er einangrun úr trefjaplastspípum vafin á stönglaga form sem kallast dorn beint frá mótunareiningunum, áður en þær eru herðar. Mótformin, í lengdum sem eru 3 fet (91 cm) eða styttri, eru síðan hert í ofni. Hertu lengdirnar eru síðan teknar úr mótinu eftir endilöngu og sagaðar í tilteknar stærðir. Yfirborðsklæðning er sett á ef þörf krefur og varan er pökkuð til sendingar.

Gæðaeftirlit

Við framleiðslu á trefjaplastseinangrun eru sýni tekin af efninu á nokkrum stöðum í ferlinu til að viðhalda gæðum. Þessir staðir eru meðal annars: blandaða framleiðslulotan sem er borin í rafmagnsbræðsluna; brætt gler úr hylsun sem nærir trefjavinnsluna; glerþræðir sem koma út úr trefjavinnsluvélinni; og lokaherta afurðin sem kemur út úr enda framleiðslulínunnar. Laus gler- og trefjasýnin eru greind með tilliti til efnasamsetningar og galla með því að nota háþróaða efnagreiningartæki og smásjár. Dreifing agnastærðar framleiðslulotunnar fæst með því að láta efnið fara í gegnum nokkur sigti af mismunandi stærðum. Þykkt lokaafurðarinnar er mæld eftir pökkun samkvæmt forskriftum. Breyting á þykkt gefur til kynna að gæði glersins séu undir stöðluðum stöðlum.

Framleiðendur trefjaplastseinangrunar nota einnig ýmsar staðlaðar prófunaraðferðir til að mæla, stilla og hámarka hljóðþol, hljóðgleypni og hljóðhindrun vara. Hægt er að stjórna hljóðeiginleikunum með því að stilla framleiðslubreytur eins og þvermál trefja, þéttleika, þykkt og bindiefni. Svipuð aðferð er notuð til að stjórna varmaeiginleikum.

Framtíðin

Trefjaplastiðnaðurinn stendur frammi fyrir nokkrum miklum áskorunum á afganginum af tíunda áratugnum og síðar. Fjöldi framleiðenda trefjaplasteinangrunar hefur aukist vegna bandarískra dótturfélaga erlendra fyrirtækja og aukinnar framleiðni bandarískra framleiðenda. Þetta hefur leitt til umframframleiðslugetu, sem núverandi og hugsanlega framtíðarmarkaður ræður ekki við.

Auk umframframleiðslugetu munu önnur einangrunarefni keppa. Steinull hefur orðið mikið notuð vegna nýlegra framfara í ferlum og vörum. Froðueinangrun er annar valkostur við trefjaplast í veggjum íbúðarhúsa og þökum atvinnuhúsnæðis. Annað samkeppnisefni er sellulósi, sem notað er í einangrun á háaloftum.

Vegna lítillar eftirspurnar eftir einangrun vegna veiks húsnæðismarkaðar eru neytendur að krefjast lægri verðs. Þessi eftirspurn er einnig afleiðing af áframhaldandi sameiningu smásala og verktaka. Til að bregðast við því verður einangrunariðnaðurinn sem notar trefjaplast að halda áfram að lækka kostnað á tveimur meginsviðum: orku og umhverfismálum. Nota þarf skilvirkari ofna sem reiða sig ekki aðeins á eina orkugjafa.

Þar sem urðunarstaðir eru að ná hámarksafköstum þurfa framleiðendur trefjaplasts að ná nánast engum framleiðslu á föstum úrgangi án þess að auka kostnað. Þetta mun krefjast þess að bæta framleiðsluferla til að draga úr úrgangi (einnig fyrir fljótandi og gaskenndan úrgang) og endurnýta úrgang þar sem það er mögulegt.

Slíkt úrgangur gæti þurft endurvinnslu og endurbræðslu áður en hann er endurnýttur sem hráefni. Nokkrir framleiðendur eru þegar að taka á þessum málum.