Kaip gaminamas stiklo pluoštas?

Stiklo pluoštas – tai gaminių grupė, pagaminta iš atskirų stiklo pluoštų, sujungtų į įvairias formas. Stiklo pluoštus galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes pagal jų geometriją: ištisiniai pluoštai, naudojami verpaluose ir tekstilėje, ir netolydūs (trumpi) pluoštai, naudojami kaip vatos, antklodės ar plokštės izoliacijai ir filtravimui. Stiklo pluoštas gali būti formuojamas į verpalus panašiai kaip vilna ar medvilnė, ir austas į audinį, kuris kartais naudojamas užuolaidoms. Stiklo pluošto tekstilė dažniausiai naudojama kaip armavimo medžiaga liejamiems ir laminuotiems plastikams. Stiklo pluošto vata, stora, puri medžiaga, pagaminta iš netolydžių pluoštų, naudojama šilumos izoliacijai ir garso sugėrimui. Ji dažniausiai randama laivų ir povandeninių laivų pertvarose ir korpusuose; automobilių variklių skyriuose ir kėbulų plokščių apmušaluose; krosnyse ir oro kondicionavimo įrenginiuose; akustinėse sienų ir lubų plokštėse; ir architektūrinėse pertvarose. Stiklo pluoštas gali būti pritaikytas konkrečioms reikmėms, pavyzdžiui, E tipo (elektros), naudojamas kaip elektros izoliacinė juosta, tekstilėje ir armatūroje; C tipo (cheminis), kuris pasižymi dideliu atsparumu rūgštims, ir T tipo, skirtas šilumos izoliacijai.

Nors komercinis stiklo pluošto naudojimas yra gana naujas, Renesanso laikais amatininkai kūrė stiklo gijas taurėms ir vazoms dekoruoti. Prancūzų fizikas Rene-Antoine'as Ferchault'as de Reaumur'as 1713 m. pagamino tekstilės gaminius, dekoruotus plonomis stiklo gijomis, o britų išradėjai šį žygdarbį pakartojo 1822 m. Britų šilko audėjas 1842 m. pagamino stiklo audinį, o kitas išradėjas Edwardas Libbey'us 1893 m. Kolumbijos parodoje Čikagoje eksponavo iš stiklo austą suknelę.

Stiklo vata – puri, netolygių, atsitiktinių ilgių pluoštų masė – pirmą kartą Europoje buvo pagaminta amžių sandūroje, naudojant procesą, kurio metu pluoštai buvo tempiami horizontaliai nuo strypų iki besisukančio būgno. Po kelių dešimtmečių buvo sukurtas ir patentuotas verpimo procesas. Stiklo pluošto izoliacinė medžiaga buvo gaminama Vokietijoje Pirmojo pasaulinio karo metu. Tyrimai ir plėtra, skirti pramoninei stiklo pluošto gamybai, Jungtinėse Valstijose vyko 1930-aisiais, vadovaujant dviem didelėms įmonėms – „Owens-Illinois Glass Company“ ir „Corning Glass Works“. Šios įmonės sukūrė puikų, lankstų ir nebrangų stiklo pluoštą, traukdamos išlydytą stiklą per labai smulkias angas. 1938 m. šios dvi įmonės susijungė ir įkūrė „Owens-Corning Fiberglas Corp.“. Dabar tiesiog žinoma kaip „Owens-Corning“, ji tapo 3 milijardų dolerių per metus apyvartą siekiančia įmone ir yra stiklo pluošto rinkos lydere.

Žaliavos

Pagrindinės stiklo pluošto gaminių žaliavos yra įvairūs natūralūs mineralai ir dirbtinės cheminės medžiagos. Pagrindinės sudedamosios dalys yra silicio smėlis, kalkakmenis ir soda. Kitos sudedamosios dalys gali būti kalcinuotas aliuminio oksidas, boraksas, feldšpatas, nefelino sienitas, magnezitas ir kaolino molis. Silicio smėlis naudojamas kaip stiklo formuotojas, o soda ir kalkakmenis pirmiausia padeda sumažinti lydymosi temperatūrą. Kiti ingredientai naudojami tam tikroms savybėms pagerinti, pavyzdžiui, boraksas cheminiam atsparumui. Stiklo atliekos, dar vadinamos stiklo šukėmis, taip pat naudojamos kaip žaliava. Žaliavos turi būti kruopščiai pasvertos tiksliais kiekiais ir kruopščiai sumaišytos (vadinamos maišymu), prieš išlydant į stiklą.

Gamyba
Procesas

Lydymasis

Paruošus mišinį, jis tiekiamas į lydymo krosnį. Krosnis gali būti šildoma elektra, iškastiniu kuru arba šių dviejų būdų deriniu. Temperatūra turi būti tiksliai kontroliuojama, kad stiklo srautas būtų tolygus ir pastovus. Išlydytas stiklas turi būti laikomas aukštesnėje temperatūroje (apie 1371 °C) nei kitų rūšių stiklas, kad būtų suformuotas į pluoštą. Kai stiklas išsilydo, jis per kanalą (priekinę ertmę), esantį krosnies gale, perkeliamas į formavimo įrangą.

Formavimasis į pluoštus

Priklausomai nuo pluošto tipo, pluoštui formuoti naudojami keli skirtingi procesai. Tekstilės pluoštai gali būti formuojami iš išlydyto stiklo tiesiai iš krosnies arba išlydytas stiklas pirmiausia gali būti tiekiamas į mašiną, kuri formuoja maždaug 0,62 colio (1,6 cm) skersmens stiklo rutuliukus. Šie rutuliukai leidžia vizualiai patikrinti stiklą, ar nėra priemaišų. Tiek tiesioginio lydymo, tiek marmuro lydymo procese stiklas arba stiklo rutuliukai tiekiami per elektra kaitinamas įvores (dar vadinamas verpimo įrankiais). Įvorė pagaminta iš platinos arba metalo lydinio, turinti nuo 200 iki 3000 labai smulkių angų. Išlydytas stiklas praeina pro angas ir išeina smulkių gijų pavidalu.

Nuolatinio pluošto procesas

Ilgas, ištisinis pluoštas gali būti pagamintas naudojant ištisinio siūlo procesą. Stiklui pratekėjus per įvorės skylutes, kelios gijos pagaunamos ant greitaeigio vyniotuvo. Vyniotuvas sukasi maždaug 3 km per minutę greičiu, tai yra daug greičiau nei srauto iš įvorių greitis. Įtempimas ištraukia vis dar išsilydžiusius siūlus, suformuodamas gijas, kurios yra tik dalis įvorės angų skersmens. Naudojamas cheminis rišiklis, kuris padeda apsaugoti pluoštą nuo lūžimo vėlesnio apdorojimo metu. Tada siūlas vyniojamas ant vamzdelių. Dabar jį galima susukti ir suvynioti į siūlus.

Kuokštelinio pluošto procesas

Alternatyvus metodas yra štapelio pluošto procesas. Išlydytam stiklui tekant per įvores, oro srovės greitai ataušina gijas. Turbulentiniai oro pliūpsniai taip pat sulaužo gijas į 8–15 colių (20–38 cm) ilgio gabalėlius. Šie siūlai, purškiami tepalu, krenta ant besisukančio būgno, kur suformuoja ploną tinklą. Tinklelis ištraukiamas iš būgno ir traukiamas į ištisinę laisvai surinktų pluoštų giją. Ši gija gali būti perdirbta į verpalus tais pačiais procesais, kurie naudojami vilnai ir medvilnei.

Susmulkintas pluoštas

Užuot formuoti į siūlus, ištisinis arba ilgas pluoštas gali būti sukapotas į trumpus gabalėlius. Sruoga užmaunama ant ričių rinkinio, vadinamo krepšeliu, ir traukiama per mašiną, kuri ją susmulkina į trumpus gabalėlius. Susmulkintas pluoštas suformuojamas į kilimėlius, į kuriuos pridedama rišiklio. Po sukietinimo krosnyje kilimėlis susukamas. Įvairaus svorio ir storio gaminiai skirti čerpėms, stogų dangoms ar dekoratyviniams kilimėliams.

Stiklo vata

Stiklo vata gaminama rotaciniu arba verpimo būdu. Šio proceso metu išlydytas stiklas iš krosnies teka į cilindrinį indą su mažomis skylutėmis. Indui greitai sukant, iš skylučių teka horizontalūs stiklo srautai. Išlydyto stiklo srautai paverčiami pluoštais žemyn nukreipto oro, karštų dujų arba abiejų jėgų srauto pagalba. Pluoštai krenta ant konvejerio juostos, kur jie susipina į minkštą masę. Tai gali būti naudojama izoliacijai arba vata gali būti apipurkšta rišikliu, suspausta iki norimo storio ir kietinama krosnyje. Karštis sukietina rišiklį, o gautas produktas gali būti standi arba pusiau standi plokštė arba lanksti vata.

Apsauginės dangos

Be rišiklių, stiklo pluošto gaminiams reikalingos ir kitos dangos. Tepalai naudojami pluošto dilimui sumažinti ir purškiami tiesiai ant pluošto arba įmaišomi į rišiklį. Aušinimo metu ant stiklo pluošto izoliacinių kilimėlių paviršiaus taip pat kartais purškiama antistatinė kompozicija. Per kilimėlį įtraukiamas aušinimo oras priverčia antistatinę medžiagą įsiskverbti į visą kilimėlio storį. Antistatinę medžiagą sudaro du ingredientai – medžiaga, kuri sumažina statinės elektros susidarymą, ir medžiaga, kuri veikia kaip korozijos inhibitorius ir stabilizatorius. Klijavimas yra bet kokia danga, užtepama ant tekstilės pluoštų formavimo metu, ir gali turėti vieną ar daugiau komponentų (tepalų, rišiklių arba jungiamųjų medžiagų). Jungiamosios medžiagos naudojamos ant gijų, kurios bus naudojamos plastikui armuoti, siekiant sustiprinti sukibimą su armuotąja medžiaga. Kartais reikia atlikti apdailos operaciją, kad būtų pašalintos šios dangos arba uždėta kita danga. Plastikinių armatūrų klijai gali būti pašalinti karščiu arba cheminėmis medžiagomis ir užtepama jungiamoji medžiaga. Dekoratyviniams tikslams audiniai turi būti termiškai apdoroti, kad būtų pašalinti klijai ir sutvirtintas pynimas. Dažų pagrindo dangos užtepamos prieš dažymą arba spausdinimą.

Formavimas į formas

Stiklo pluošto gaminiai būna įvairių formų ir gaminami naudojant kelis procesus. Pavyzdžiui, stiklo pluošto vamzdžių izoliacija prieš kietinimą vyniojama ant strypų pavidalo formų, vadinamų įtvarais, tiesiai iš formavimo įrenginių. Formos, kurių ilgis ne didesnis kaip 3 pėdos (91 cm), tada kietinamos krosnyje. Sukietėję gaminiai tada išilgai išimami iš formos ir supjaustomi pagal nurodytus matmenis. Jei reikia, uždedamos apdailos, o produktas supakuojamas siuntimui.

Kokybės kontrolė

Gaminant stiklo pluošto izoliaciją, siekiant išlaikyti kokybę, medžiagos mėginiai imami keliose proceso vietose. Šios vietos apima: sumaišytą partiją, tiekiamą į elektrinį lydymo aparatą; išlydytą stiklą iš įvorės, kuri tiekia pluošto generatorių; stiklo pluoštą, išeinantį iš pluošto generatoriaus; ir galutinį sukietėjusį produktą, išeinantį iš gamybos linijos galo. Dideli stiklo ir pluošto mėginiai analizuojami dėl cheminės sudėties ir defektų buvimo naudojant sudėtingus cheminius analizatorius ir mikroskopus. Paruoštos medžiagos dalelių dydžio pasiskirstymas nustatomas perleidžiant medžiagą per daugybę skirtingo dydžio sietų. Galutinio produkto storis matuojamas po pakavimo pagal specifikacijas. Storio pokytis rodo, kad stiklo kokybė yra žemesnė už standartą.

Stiklo pluošto izoliacijos gamintojai taip pat naudoja įvairias standartizuotas bandymų procedūras, kad išmatuotų, sureguliuotų ir optimizuotų gaminio akustinę varžą, garso sugertį ir garso barjero charakteristikas. Akustines savybes galima kontroliuoti koreguojant tokius gamybos kintamuosius kaip pluošto skersmuo, tūrinis tankis, storis ir rišiklio kiekis. Panašus metodas naudojamas ir šiluminėms savybėms kontroliuoti.

Ateitis

Stiklo pluošto pramonė susiduria su dideliais iššūkiais likusiame XX a. dešimtajame dešimtmetyje ir vėliau. Stiklo pluošto izoliacijos gamintojų skaičius išaugo dėl užsienio bendrovių dukterinių įmonių Amerikoje ir JAV gamintojų produktyvumo padidėjimo. Dėl to susidarė pertekliniai pajėgumai, kurių dabartinė ir galbūt būsima rinka negali patenkinti.

Be perteklinių pajėgumų, konkuruos ir kitos izoliacinės medžiagos. Akmens vata tapo plačiai naudojama dėl pastaruoju metu patobulintų procesų ir gaminių. Putplasčio izoliacija yra dar viena stiklo pluošto alternatyva gyvenamųjų namų sienoms ir komercinių pastatų stogams. Kita konkuruojanti medžiaga yra celiuliozė, naudojama palėpių izoliacijai.

Dėl silpnos būsto rinkos sumažėjusios izoliacijos paklausos vartotojai reikalauja mažesnių kainų. Ši paklausa taip pat yra nuolatinės mažmenininkų ir rangovų konsolidacijos tendencijos rezultatas. Reaguodama į tai, stiklo pluošto izoliacijos pramonė turės toliau mažinti išlaidas dviejose pagrindinėse srityse: energetikos ir aplinkosaugos. Reikės naudoti efektyvesnes krosnis, kurios nesiremtų tik vienu energijos šaltiniu.

Sąvartynams pasiekus maksimalų pajėgumą, stiklo pluošto gamintojai turės pasiekti beveik nulinį kietųjų atliekų kiekį nedidindami sąnaudų. Tam reikės tobulinti gamybos procesus, kad būtų sumažintas atliekų (taip pat skystųjų ir dujų atliekų) kiekis, ir pakartotinai naudoti atliekas, kai tik įmanoma.

Tokias atliekas gali tekti perdirbti ir išlydyti prieš pakartotinai naudojant kaip žaliavą. Keletas gamintojų jau sprendžia šias problemas.