Како се прави фиберглас?

Фибергласот се однесува на група производи направени од поединечни стаклени влакна комбинирани во различни форми. Стаклените влакна можат да се поделат во две главни групи според нивната геометрија: континуирани влакна што се користат во предива и текстил, и дисконтинуирани (кратки) влакна што се користат како ленти, ќебиња или плочи за изолација и филтрирање. Фибергласот може да се обликува во предиво слично како волна или памук, и да се вткае во ткаенина што понекогаш се користи за завеси. Текстилите од фиберглас најчесто се користат како материјал за зајакнување на обликувана и ламинирана пластика. Фибергласната волна, дебел, мек материјал направен од дисконтинуирани влакна, се користи за топлинска изолација и апсорпција на звук. Најчесто се наоѓа во прегради и трупови на бродови и подморници; моторни простори на автомобили и облоги на каросеријата; во печки и клима уреди; акустични ѕидни и тавански панели; и архитектонски прегради. Фибергласот може да се прилагоди за специфични апликации како што се Тип Е (електричен), што се користи како електрична изолациска лента, текстил и зајакнување; Тип Ц (хемиски), кој има супериорна отпорност на киселина, и Тип Т, за топлинска изолација.

Иако комерцијалната употреба на стаклени влакна е релативно неодамнешна, занаетчиите создале стаклени нишки за украсување пехари и вазни за време на ренесансата. Францускиот физичар, Рене-Антоан Фершол де Реомур, произвел текстил украсен со фини стаклени нишки во 1713 година, а британските пронаоѓачи го повториле подвигот во 1822 година. Британски ткајач на свила направил стаклена ткаенина во 1842 година, а друг пронаоѓач, Едвард Либи, изложил фустан ткаен од стакло на Колумбиската изложба во Чикаго во 1893 година.

Стаклената волна, мека маса од дисконтинуирани влакна во случајни должини, за прв пат била произведена во Европа на почетокот на векот, користејќи процес што вклучувал хоризонтално влечење влакна од прачки до ротирачки барабан. Неколку децении подоцна, бил развиен и патентиран процес на предење. Изолациски материјал од стаклени влакна бил произведен во Германија за време на Првата светска војна. Истражувањето и развојот насочени кон индустриско производство на стаклени влакна напредувале во Соединетите Американски Држави во 1930-тите, под раководство на две големи компании, Owens-Illinois Glass Company и Corning Glass Works. Овие компании развиле фино, свитливо, нискобуџетно стаклено влакно со влечење стопено стакло низ многу фини отвори. Во 1938 година, овие две компании се споиле за да ја формираат Owens-Corning Fiberglas Corp. Сега едноставно позната како Owens-Corning, таа станала компанија со годишен приход од 3 милијарди долари и е лидер на пазарот на фиберглас.

Суровини

Основните суровини за производи од фиберглас се различни природни минерали и произведени хемикалии. Главните состојки се силициумски песок, варовник и сода пепел. Други состојки може да вклучуваат калциниран алумина, боракс, фелдспат, нефелински сиенит, магнезит и каолинска глина, меѓу другите. Силициумскиот песок се користи како средство за формирање стакло, а содата пепел и варовникот помагаат првенствено за намалување на температурата на топење. Други состојки се користат за подобрување на одредени својства, како што е бораксот за хемиска отпорност. Отпадното стакло, исто така наречено кулет, исто така се користи како суровина. Суровините мора внимателно да се измерат во точни количини и темелно да се измешаат заедно (наречено дозирање) пред да се стопат во стакло.

Производството
Процес

Топење

Откако ќе се подготви серијата, таа се внесува во печка за топење. Печката може да се загрева со електрична енергија, фосилно гориво или комбинација од двете. Температурата мора прецизно да се контролира за да се одржи непречен, стабилен проток на стакло. Стопеното стакло мора да се одржува на повисока температура (околу 1371°C [2500°F]) од другите видови стакло за да се обликува во влакна. Откако стаклото ќе се стопи, се пренесува до опремата за обликување преку канал (предно огниште) што се наоѓа на крајот од печката.

Формирање во влакна

За формирање на влакна се користат неколку различни процеси, во зависност од видот на влакното. Текстилните влакна може да се формираат од стопено стакло директно од печката, или стопеното стакло може прво да се внесе во машина која формира стаклени мермери со дијаметар од околу 0,62 инчи (1,6 см). Овие мермери овозможуваат стаклото визуелно да се провери за нечистотии. И во процесот на директно топење и во процесот на топење на мермер, стаклото или стаклените мермери се внесуваат низ електрично загреани втулки (исто така наречени спинерети). Втулката е направена од платина или метална легура, со од 200 до 3.000 многу фини отвори. Стопеното стакло поминува низ отворите и излегува како фини филаменти.

Континуиран филаментен процес

Долго, континуирано влакно може да се произведе преку процесот на континуирано влакно. Откако стаклото ќе протече низ дупките во вдлабнатината, повеќе нишки се фаќаат на машина за намотување со голема брзина. Машината за намотување се врти со околу 2 милји (3 км) во минута, многу побрзо од брзината на проток од вдлабнатините. Затегнатоста ги извлекува нишките додека се уште се стопени, формирајќи нишки со дел од дијаметарот на отворите во вдлабнатината. Се нанесува хемиско врзивно средство, кое помага влакното да не се скрши за време на подоцнежната обработка. Потоа филаментот се намотува на цевки. Сега може да се извитка и да се намотува во преѓа.

Процес на хефтални влакна

Алтернативен метод е процесот со хеклани влакна. Како што стопеното стакло тече низ вдлабнатините, млазовите воздух брзо ги ладат филаментите. Турбулентните налети на воздух, исто така, ги кршат филаментите на должини од 8-15 инчи (20-38 см). Овие филаменти паѓаат низ распрскување на лубрикант врз ротирачки барабан, каде што формираат тенка мрежа. Мрежата се извлекува од барабанот и се влече во континуирана нишка од лабаво составени влакна. Оваа нишка може да се преработи во преѓа со истите процеси што се користат за волна и памук.

Сецкани влакна

Наместо да се обликува во преѓа, континуираната или долга нишка со хефтала може да се исечка на кратки парчиња. Нишката се монтира на сет калеми, наречени креел, и се влече низ машина која ја сечка на кратки парчиња. Сечканите влакна се обликуваат во подлоги на кои им се додава врзивно средство. По сушењето во рерна, подлогата се свиткува. Различни тежини и дебелини даваат производи за ќерамиди, изградени покриви или декоративни подлоги.

Стаклена волна

Ротациониот или центрифугалниот процес се користи за производство на стаклена волна. Во овој процес, стопеното стакло од печката тече во цилиндричен сад со мали дупки. Како што садот брзо се врти, хоризонталните струи од стакло излегуваат од дупките. Стопените струи од стакло се претвораат во влакна со надолу насочен воздух, топол гас или и двете. Влакната паѓаат на транспортерска лента, каде што се испреплетуваат едни со други во рунеста маса. Ова може да се користи за изолација, или волната може да се испрска со врзивно средство, да се компресира до саканата дебелина и да се стврдне во рерна. Топлината го стврднува врзивно средство, а добиениот производ може да биде цврста или полуцврста плоча или флексибилна палета.

Заштитни премази

Покрај врзива, за производите од фиберглас се потребни и други премази. Лубрикантите се користат за намалување на абењето на влакната и или се прскаат директно врз влакната или се додаваат во врзивното средство. Антистатички состав понекогаш се прска и врз површината на изолационите подлоги од фиберглас за време на фазата на ладење. Воздухот за ладење што се влече низ подлогата предизвикува антистатичкиот агенс да навлезе во целата дебелина на подлогата. Антистатичкиот агенс се состои од две состојки - материјал што го минимизира генерирањето на статички електрицитет и материјал што служи како инхибитор на корозија и стабилизатор. Калирањето е секој премаз што се нанесува на текстилните влакна во операцијата на обликување и може да содржи една или повеќе компоненти (лубриканти, врзива или средства за спојување). Средствата за спојување се користат на нишки што ќе се користат за зајакнување на пластика, за зајакнување на врската со зајакнатиот материјал. Понекогаш е потребна завршна операција за отстранување на овие премази или за додавање на друг премаз. За пластични зајакнувања, калибрациите може да се отстранат со топлина или хемикалии и да се нанесе средство за спојување. За декоративни апликации, ткаенините мора да се третираат термички за да се отстранат калибрациите и да се зацврсти ткаењето. Потоа се нанесуваат премази со основа за боја пред боење или печатење.

Формирање во форми

Производите од фиберглас се достапни во широк спектар на форми, изработени со користење на неколку процеси. На пример, изолацијата на цевки од фиберглас се намотува на форми во форма на прачка наречени трнели директно од единиците за обликување, пред да се стврдне. Формите на калапот, со должина од 3 стапки (91 см) или помалку, потоа се стврднуваат во рерна. Стврднатите должини потоа се вадат од калапот по должина и се сечат во одредени димензии. Доколку е потребно, се нанесуваат фасади, а производот се пакува за испорака.

Контрола на квалитет

За време на производството на изолација од фиберглас, материјалот се зема на повеќе локации во процесот за да се одржи квалитетот. Овие локации вклучуваат: мешаната серија што се внесува во електричниот топител; стопено стакло од чаурата што го напојува фиберизаторот; стаклени влакна што излегуваат од машината за фиберизатор; и финален стврднат производ што излегува од крајот на производствената линија. Примероците од стакло и влакна во голема количина се анализираат за хемиски состав и присуство на недостатоци со помош на софистицирани хемиски анализатори и микроскопи. Распределбата на големината на честичките на материјалот од серијата се добива со поминување на материјалот низ повеќе сита со различни големини. Дебелината на финалниот производ се мери по пакување според спецификациите. Промената во дебелината покажува дека квалитетот на стаклото е под стандардот.

Производителите на изолација од фиберглас, исто така, користат различни стандардизирани процедури за тестирање за мерење, прилагодување и оптимизирање на акустичната отпорност на производот, апсорпцијата на звук и перформансите на звучната бариера. Акустичните својства може да се контролираат со прилагодување на производствените варијабли како што се дијаметарот на влакната, густината на волуменот, дебелината и содржината на врзивно средство. Сличен пристап се користи за контрола на термичките својства.

Иднината

Индустријата за фиберглас се соочува со некои големи предизвици во текот на остатокот од 1990-тите и понатаму. Бројот на производители на изолација од фиберглас се зголеми поради американските подружници на странски компании и подобрувањата во продуктивноста од страна на американските производители. Ова резултираше со вишок капацитет, кој сегашниот, а можеби и идниот пазар не може да го прифати.

Покрај вишокот капацитет, ќе се натпреваруваат и други изолациски материјали. Камената волна стана широко користена поради неодамнешните подобрувања на процесите и производите. Пенестата изолација е друга алтернатива на фибергласот во станбените ѕидови и комерцијалните покриви. Друг конкурентен материјал е целулозата, која се користи во изолацијата на таванот.

Поради малата побарувачка за изолација поради слабиот пазар на домување, потрошувачите бараат пониски цени. Ова барање е исто така резултат на континуираниот тренд на консолидација на трговците на мало и изведувачите. Како одговор на тоа, индустријата за изолација од фиберглас ќе мора да продолжи да ги намалува трошоците во две главни области: енергија и животна средина. Ќе мора да се користат поефикасни печки кои не се потпираат само на еден извор на енергија.

Со оглед на тоа што депониите го достигнуваат максималниот капацитет, производителите на фиберглас ќе мора да постигнат речиси нула производство на цврст отпад без зголемување на трошоците. Ова ќе бара подобрување на производствените процеси за намалување на отпадот (исто така и за течен и гасен отпад) и повторна употреба на отпадот секогаш кога е можно.

Таквиот отпад може да бара повторна преработка и повторно топење пред повторна употреба како суровина. Неколку производители веќе се справуваат со овие проблеми.