Hvordan lages glassfiber?

Glassfiber refererer til en gruppe produkter laget av individuelle glassfibre kombinert i en rekke former.Glassfibre kan deles inn i to hovedgrupper i henhold til deres geometri: kontinuerlige fibre som brukes i garn og tekstiler, og diskontinuerlige (korte) fibre som brukes som vatt, tepper eller plater for isolasjon og filtrering.Glassfiber kan formes til garn omtrent som ull eller bomull, og veves inn i stoff som noen ganger brukes til draperier.Glassfibertekstiler brukes ofte som forsterkningsmateriale for støpt og laminert plast.Glassfiberull, et tykt, luftig materiale laget av diskontinuerlige fibre, brukes til termisk isolasjon og lydabsorpsjon.Det er ofte funnet i skips- og ubåtskott og skrog;bilmotorrom og karosseripanelforinger;i ovner og klimaanlegg;akustiske vegg- og takpaneler;og arkitektoniske skillevegger.Glassfiber kan skreddersys for spesifikke bruksområder som Type E (elektrisk), brukt som elektrisk isolasjonstape, tekstiler og armering;Type C (kjemisk), som har overlegen syrebestandighet, og Type T, for termisk isolasjon.

Selv om kommersiell bruk av glassfiber er relativt nylig, skapte håndverkere glasstråder for å dekorere begre og vaser under renessansen.En fransk fysiker, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produserte tekstiler dekorert med fine glasstråder i 1713, og britiske oppfinnere dupliserte bragden i 1822. En britisk silkevever laget et glassstoff i 1842, og en annen oppfinner, Edward Libbey, stilte ut en kjole vevd av glass på Columbian Exposition i Chicago i 1893.

Glassull, en luftig masse av diskontinuerlige fibre i tilfeldige lengder, ble først produsert i Europa ved århundreskiftet, ved å bruke en prosess som innebar å trekke fibre fra stenger horisontalt til en roterende trommel.Flere tiår senere ble en spinneprosess utviklet og patentert.Glassfiberisolasjonsmateriale ble produsert i Tyskland under første verdenskrig. Forskning og utvikling rettet mot industriell produksjon av glassfiber utviklet seg i USA på 1930-tallet, under ledelse av to store selskaper, Owens-Illinois Glass Company og Corning Glass Virker.Disse selskapene utviklet en fin, smidig, rimelig glassfiber ved å trekke smeltet glass gjennom veldig fine åpninger.I 1938 fusjonerte disse to selskapene for å danne Owens-Corning Fiberglass Corp. Nå bare kjent som Owens-Corning, har det blitt et selskap på 3 milliarder dollar i året, og er ledende på glassfibermarkedet.

Råvarer

De grunnleggende råvarene for glassfiberprodukter er en rekke naturlige mineraler og produserte kjemikalier.De viktigste ingrediensene er silikasand, kalkstein og soda.Andre ingredienser kan inkludere kalsinert alumina, boraks, feltspat, nefelinsyenitt, magnesit og kaolinleire, blant andre.Silikasand brukes som glassdanner, og soda og kalkstein bidrar først og fremst til å senke smeltetemperaturen.Andre ingredienser brukes til å forbedre visse egenskaper, for eksempel boraks for kjemisk motstand.Glassavfall, også kalt cullet, brukes også som råstoff.Råvarene må veies nøye i nøyaktige mengder og blandes grundig sammen (kalt batching) før de smeltes til glass.

Produksjonen
Prosess

Smelting

Når partiet er forberedt, blir det matet inn i en ovn for smelting.Ovnen kan varmes opp med elektrisitet, fossilt brensel eller en kombinasjon av de to.Temperaturen må kontrolleres nøyaktig for å opprettholde en jevn, jevn flyt av glass.Det smeltede glasset må holdes ved en høyere temperatur (ca. 2500°F [1371°C]) enn andre typer glass for å formes til fiber.Når glasset er smeltet, overføres det til formingsutstyret via en kanal (forherden) plassert i enden av ovnen.

Formes til fibre

Det brukes flere forskjellige prosesser for å danne fibre, avhengig av fibertype.Tekstilfibre kan dannes fra smeltet glass direkte fra ovnen, eller det smeltede glasset kan mates først til en maskin som danner glasskuler med en diameter på ca. 0,62 tommer (1,6 cm).Disse kulene gjør at glasset kan inspiseres visuelt for urenheter.I både direktesmelte- og marmorsmelteprosessen mates glass- eller glasskulene gjennom elektrisk oppvarmede bøssinger (også kalt spinnedyser).Bøsningen er laget av platina eller metallegering, med alt fra 200 til 3000 veldig fine åpninger.Det smeltede glasset passerer gjennom åpningene og kommer ut som fine filamenter.

Kontinuerlig filamentprosess

En lang, kontinuerlig fiber kan produseres gjennom den kontinuerlige filamentprosessen.Etter at glasset strømmer gjennom hullene i bøssingen, blir flere tråder fanget opp på en høyhastighets oppruller.Vinderen roterer rundt 3 km i minuttet, mye raskere enn strømningshastigheten fra bøssingene.Spenningen trekker ut filamentene mens de fortsatt er smeltet, og danner tråder en brøkdel av diameteren til åpningene i bøssingen.Det påføres et kjemisk bindemiddel som hjelper til med å forhindre at fiberen går i stykker under senere bearbeiding.Filamentet vikles deretter på rør.Den kan nå tvinnes og tømmes til garn.

Staple-fiber prosess

En alternativ metode er stiftefiberprosessen.Når det smeltede glasset strømmer gjennom bøssingene, avkjøler luftstråler filamentene raskt.De turbulente luftutbruddene bryter også filamentene i lengder på 8-15 tommer (20-38 cm).Disse filamentene faller gjennom en spray av smøremiddel på en roterende trommel, hvor de danner en tynn bane.Banen trekkes fra trommelen og trekkes inn i en kontinuerlig tråd av løst sammensatte fibre.Denne tråden kan bearbeides til garn ved de samme prosessene som brukes for ull og bomull.

Hakket fiber

I stedet for å formes til garn, kan den kontinuerlige eller langstiftede tråden kuttes i korte lengder.Tråden er montert på et sett med spoler, kalt spoler, og trukket gjennom en maskin som kutter den i korte biter.Den oppkuttede fiberen formes til matter som tilsettes et bindemiddel.Etter herding i ovn rulles matten sammen.Ulike vekter og tykkelser gir produkter for helvetesild, oppbygget tak eller dekorative matter.

Glassull

Rotasjons- eller spinnerprosessen brukes til å lage glassull.I denne prosessen strømmer smeltet glass fra ovnen inn i en sylindrisk beholder med små hull.Når beholderen snurrer raskt, strømmer horisontale glassstrømmer ut av hullene.De smeltede glassstrømmene omdannes til fibre ved en nedadgående blåsing av luft, varm gass eller begge deler.Fibrene faller ned på et transportbånd, hvor de flettes sammen i en fleecy masse.Denne kan brukes til isolasjon, eller ullen kan sprayes med et bindemiddel, komprimeres til ønsket tykkelse og herdes i ovn.Varmen stivner bindemidlet, og det resulterende produktet kan være en stiv eller halvstiv plate, eller en fleksibel vatt.

Beskyttende belegg

I tillegg til bindemidler kreves andre belegg for glassfiberprodukter.Smøremidler brukes for å redusere fiberslitasje og sprayes enten direkte på fiberen eller tilsettes i bindemidlet.En antistatisk sammensetning sprayes også noen ganger på overflaten av glassfiberisolasjonsmatter under avkjølingstrinnet.Kjøleluft som trekkes gjennom matten får det antistatiske middelet til å trenge gjennom hele mattens tykkelse.Det antistatiske middelet består av to ingredienser – et materiale som minimerer genereringen av statisk elektrisitet, og et materiale som fungerer som en korrosjonsinhibitor og stabilisator. Liming er ethvert belegg som påføres tekstilfibre i formingsoperasjonen, og kan inneholde en eller flere komponenter (smøremidler, bindemidler eller koblingsmidler).Koblingsmidler brukes på tråder som skal brukes til å forsterke plast, for å styrke bindingen til det forsterkede materialet. Noen ganger er det nødvendig med en etterbehandlingsoperasjon for å fjerne disse beleggene, eller for å legge til et annet belegg.For plastforsterkninger kan lim fjernes med varme eller kjemikalier og et koblingsmiddel påføres.For dekorative bruksområder må tekstiler varmebehandles for å fjerne lim og for å sette vevingen.Fargegrunnlag påføres deretter før farging eller trykking.

Forming til former

Glassfiberprodukter kommer i en lang rekke former, laget ved hjelp av flere prosesser.For eksempel vikles glassfiberrørisolasjon på stavlignende former som kalles dorer direkte fra formingsenhetene før herding.Formene, i lengder på 91 cm eller mindre, herdes deretter i en ovn.De herdede lengdene avstøpes deretter på langs, og sages til spesifiserte dimensjoner.Belegg påføres om nødvendig, og produktet pakkes for forsendelse.

Kvalitetskontroll

Under produksjonen av glassfiberisolasjon blir det prøvetatt materiale på en rekke steder i prosessen for å opprettholde kvaliteten.Disse stedene inkluderer: den blandede batchen som mates til den elektriske applikatoren;smeltet glass fra bøssingen som mater fibermakeren;glassfiber som kommer ut av fibermaskinen;og endelig herdet produkt som kommer fra slutten av produksjonslinjen.Masseprøvene av glass og fiber analyseres for kjemisk sammensetning og tilstedeværelse av feil ved hjelp av sofistikerte kjemiske analysatorer og mikroskoper.Partikkelstørrelsesfordeling av batchmaterialet oppnås ved å føre materialet gjennom en rekke sikter med forskjellige størrelser.Sluttproduktet måles for tykkelse etter pakking i henhold til spesifikasjoner.En endring i tykkelse indikerer at glasskvaliteten er under standarden.

Produsenter av glassfiberisolasjon bruker også en rekke standardiserte testprosedyrer for å måle, justere og optimalisere produktets akustiske motstand, lydabsorpsjon og lydbarriereytelse.De akustiske egenskapene kan kontrolleres ved å justere slike produksjonsvariabler som fiberdiameter, bulktetthet, tykkelse og bindemiddelinnhold.En lignende tilnærming brukes til å kontrollere termiske egenskaper.

Fremtiden

Glassfiberindustrien står overfor noen store utfordringer i løpet av resten av 1990-tallet og utover.Antall produsenter av glassfiberisolasjon har økt på grunn av amerikanske datterselskaper av utenlandske selskaper og forbedringer i produktiviteten fra amerikanske produsenter.Dette har resultert i overkapasitet, som dagens og kanskje fremtidige marked ikke kan ta imot.

I tillegg til overkapasitet vil andre isolasjonsmaterialer konkurrere.Steinull har blitt mye brukt på grunn av nyere prosess- og produktforbedringer.Skumisolasjon er et annet alternativ til glassfiber i boligvegger og næringstak.Et annet konkurrerende materiale er cellulose, som brukes i loftsisolasjon.

På grunn av lav etterspørsel etter isolasjon på grunn av et mykt boligmarked, krever forbrukerne lavere priser.Denne etterspørselen er også et resultat av den fortsatte trenden i konsolidering av forhandlere og entreprenører.Som svar vil glassfiberisolasjonsindustrien måtte fortsette å kutte kostnader på to hovedområder: energi og miljø.Det må brukes mer effektive ovner som ikke er avhengige av bare én energikilde.

Med deponier som når maksimal kapasitet, vil glassfiberprodusenter måtte oppnå nesten null produksjon på fast avfall uten å øke kostnadene.Dette vil kreve forbedring av produksjonsprosessene for å redusere avfall (også for flytende og gassavfall) og gjenbruk av avfall der det er mulig.

Slikt avfall kan kreve reprosessering og omsmelting før det gjenbrukes som råstoff.Flere produsenter har allerede tatt tak i disse problemene.