Ako sa vyrába sklolaminát?

Sklené vlákno označuje skupinu produktov vyrobených z jednotlivých sklenených vlákien kombinovaných do rôznych foriem. Sklené vlákna možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín podľa ich geometrie: kontinuálne vlákna používané v priadzach a textíliách a nespojité (krátke) vlákna používané ako rúna, prikrývky alebo dosky na izoláciu a filtráciu. Sklené vlákno sa môže tvarovať do priadze podobne ako vlna alebo bavlna a tkané do tkaniny, ktorá sa niekedy používa na závesy. Sklené textílie sa bežne používajú ako výstužný materiál pre lisované a laminované plasty. Sklená vlna, hrubý, nadýchaný materiál vyrobený z nespojitých vlákien, sa používa na tepelnú izoláciu a pohlcovanie zvuku. Bežne sa nachádza v priečkach a trupoch lodí a ponoriek; v motorových priestoroch automobilov a obložení panelov karosérie; v peciach a klimatizačných jednotkách; v akustických stenových a stropných paneloch; a v architektonických priečkach. Sklené vlákno sa môže prispôsobiť na špecifické aplikácie, ako napríklad typ E (elektrické), používaný ako elektrická izolačná páska, textílie a výstuž; typ C (chemické), ktorý má vynikajúcu odolnosť voči kyselinám, a typ T na tepelnú izoláciu.

Hoci komerčné využitie sklenených vlákien je relatívne nedávne, remeselníci vytvorili sklenené vlákna na zdobenie pohárov a váz počas renesancie. Francúzsky fyzik Rene-Antoine Ferchault de Reaumur vyrobil v roku 1713 textílie zdobené jemnými sklenenými vláknami a britskí vynálezcovia tento výkon zopakovali v roku 1822. Britský tkáč hodvábu vyrobil v roku 1842 sklenenú tkaninu a ďalší vynálezca Edward Libbey vystavil šaty utkané zo skla na Kolumbijskej výstave v Chicagu v roku 1893.

Sklenená vata, nadýchaná masa nespojitých vlákien v náhodných dĺžkach, sa prvýkrát vyrábala v Európe na prelome storočí pomocou procesu, ktorý zahŕňal horizontálne ťahanie vlákien z tyčí do otáčavého bubna. O niekoľko desaťročí neskôr bol vyvinutý a patentovaný proces spriadania. Izolačný materiál zo sklenených vlákien sa vyrábal v Nemecku počas prvej svetovej vojny. Výskum a vývoj zameraný na priemyselnú výrobu sklenených vlákien pokročil v Spojených štátoch v 30. rokoch 20. storočia pod vedením dvoch veľkých spoločností, Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass Works. Tieto spoločnosti vyvinuli jemné, ohybné a lacné sklenené vlákno ťahaním roztaveného skla cez veľmi jemné otvory. V roku 1938 sa tieto dve spoločnosti zlúčili a vytvorili Owens-Corning Fiberglas Corp. Dnes známa jednoducho ako Owens-Corning, stala sa spoločnosťou s ročným obratom 3 miliardy dolárov a je lídrom na trhu so sklenenými vláknami.

Suroviny

Základnými surovinami pre výrobky zo sklenených vlákien sú rôzne prírodné minerály a vyrobené chemikálie. Hlavnými zložkami sú kremičitý piesok, vápenec a sóda. Medzi ďalšie zložky môže patriť okrem iného kalcinovaný oxid hlinitý, bórax, živec, nefelínový syenit, magnezit a kaolínový íl. Kremičitý piesok sa používa ako sklárska látka a sóda a vápenec pomáhajú predovšetkým znižovať teplotu topenia. Na zlepšenie určitých vlastností sa používajú aj ďalšie zložky, ako napríklad bórax pre chemickú odolnosť. Ako surovina sa používa aj odpadové sklo, nazývané aj črepy. Suroviny sa musia pred roztavením na sklo starostlivo odvážiť v presných množstvách a dôkladne zmiešať (tzv. dávkovanie).

Výroba
Proces

Topenie

Po príprave dávky sa vloží do pece na tavenie. Pec sa môže ohrievať elektrinou, fosílnym palivom alebo kombináciou oboch. Teplota musí byť presne regulovaná, aby sa udržal plynulý a stabilný tok skla. Roztavené sklo sa musí udržiavať na vyššej teplote (približne 1371 °C) ako iné druhy skla, aby sa z neho dalo sformovať vlákno. Keď sa sklo roztaví, prenesie sa do tvarovacieho zariadenia cez kanál (predpecie) umiestnený na konci pece.

Tvarovanie do vlákien

Na výrobu vlákien sa používa niekoľko rôznych procesov v závislosti od typu vlákna. Textilné vlákna sa môžu vyrábať z roztaveného skla priamo z pece alebo sa roztavené sklo môže najprv privádzať do stroja, ktorý vyrába sklenené guľôčky s priemerom približne 1,6 cm. Tieto guľôčky umožňujú vizuálnu kontrolu skla na prítomnosť nečistôt. Pri procese priameho tavenia aj tavenia mramoru sa sklo alebo sklenené guľôčky privádzajú cez elektricky vyhrievané puzdrá (nazývané aj zvlákňovacie trysky). Puzdro je vyrobené z platiny alebo kovovej zliatiny s 200 až 3 000 veľmi jemnými otvormi. Roztavené sklo prechádza cez otvory a vychádza ako jemné vlákna.

Proces s kontinuálnym vláknom

Dlhé, súvislé vlákno sa dá vyrobiť procesom kontinuálneho vlákna. Po pretečení skla otvormi v puzdre sa viacero prameňov zachytí na vysokorýchlostnom navíjači. Navíjač sa otáča rýchlosťou približne 3 km za minútu, čo je oveľa rýchlejšie ako rýchlosť toku z puzdier. Napätie vyťahuje vlákna, kým sú ešte roztavené, a vytvára pramene s priemerom zlomku otvorov v puzdre. Aplikuje sa chemické spojivo, ktoré pomáha zabrániť pretrhnutiu vlákna počas neskoršieho spracovania. Vlákno sa potom navíja na dutinky. Teraz sa môže skrútiť a splietať do priadze.

Proces výroby strižových vlákien

Alternatívnou metódou je proces so strižovými vláknami. Keď roztavené sklo prúdi cez puzdrá, prúdy vzduchu rýchlo ochladzujú vlákna. Turbulentné prúdy vzduchu tiež lámu vlákna na dĺžky 8-15 palcov (20-38 cm). Tieto vlákna padajú cez sprej maziva na rotujúci bubon, kde tvoria tenkú sieťovinu. Sieťovina sa vyťahuje z bubna a ťahá sa do súvislého prameňa voľne zostavených vlákien. Tento prameň sa môže spracovať na priadzu rovnakými postupmi, aké sa používajú na vlnu a bavlnu.

Sekané vlákno

Namiesto tvarovania do priadze sa môže súvislý alebo dlhovláknitý prameň nasekať na krátke kúsky. Prameň sa upevní na súpravu cievok, nazývaných cievka, a pretiahne sa strojom, ktorý ho naseká na krátke kúsky. Nasekané vlákno sa tvaruje do rohoží, do ktorých sa pridáva spojivo. Po vytvrdnutí v peci sa rohož zroluje. Rôzne hmotnosti a hrúbky poskytujú produkty na šindle, strešné krytiny alebo dekoratívne rohože.

Sklenená vata

Na výrobu sklenenej vlny sa používa rotačný alebo rozmetací proces. Pri tomto procese roztavené sklo z pece prúdi do valcovej nádoby s malými otvormi. Keď sa nádoba rýchlo otáča, z otvorov vytekajú horizontálne prúdy skla. Prúdy roztaveného skla sa premieňajú na vlákna prúdom vzduchu, horúceho plynu alebo oboch smerom nadol. Vlákna padajú na dopravný pás, kde sa navzájom prepletajú do vlnitej hmoty. Táto hmota sa môže použiť na izoláciu alebo sa vlna môže nastriekať spojivom, stlačiť na požadovanú hrúbku a vytvrdiť v peci. Teplo spojivo stvrdne a výsledný produkt môže byť tuhá alebo polotuhá doska alebo flexibilná doska.

Ochranné nátery

Okrem spojív sú pre výrobky zo sklenených vlákien potrebné aj ďalšie nátery. Na zníženie oderu vlákien sa používajú mazivá, ktoré sa buď priamo nastriekajú na vlákno, alebo sa pridávajú do spojiva. Počas chladenia sa na povrch izolačných rohoží zo sklenených vlákien niekedy nastrieka aj antistatická kompozícia. Chladiaci vzduch nasávaný cez rohož spôsobuje, že antistatické činidlo prenikne do celej hrúbky rohože. Antistatické činidlo sa skladá z dvoch zložiek – materiálu, ktorý minimalizuje tvorbu statickej elektriny, a materiálu, ktorý slúži ako inhibítor korózie a stabilizátor. Šlichtovací prostriedok je akýkoľvek náter aplikovaný na textilné vlákna počas tvárnia a môže obsahovať jednu alebo viac zložiek (mazivá, spojivá alebo spojovacie činidlá). Spojovacie činidlá sa používajú na prameňoch, ktoré sa použijú na vystuženie plastov, na posilnenie väzby s vystuženým materiálom. Niekedy je potrebná dokončovacia operácia na odstránenie týchto náterov alebo na pridanie ďalšieho náteru. Pri plastových výstužiach sa šlichtovacie prostriedky môžu odstrániť teplom alebo chemikáliami a naniesť sa spojovacie činidlo. Pri dekoratívnych aplikáciách musia byť tkaniny tepelne upravené, aby sa odstránili šlichtovacie prostriedky a fixovala väzba. Pred farbením alebo tlačou sa potom nanášajú základné nátery farbív.

Tvarovanie do tvarov

Výrobky zo sklenených vlákien sa dodávajú v širokej škále tvarov a vyrábajú sa pomocou niekoľkých procesov. Napríklad izolácia zo sklenených vlákien na potrubie sa pred vytvrdzovaním navíja na tyčové formy nazývané tŕne priamo z tvarovacích jednotiek. Formy s dĺžkou 91 cm alebo menej sa potom vytvrdzujú v peci. Vytvrdené kusy sa potom pozdĺžne vyberú z formy a narežú na určené rozmery. V prípade potreby sa aplikujú obklady a výrobok sa zabalí na prepravu.

Kontrola kvality

Počas výroby izolácie zo sklenených vlákien sa materiál odoberá na viacerých miestach, aby sa zachovala kvalita. Medzi tieto miesta patria: zmiešaná dávka privádzaná do elektrického taviaceho zariadenia; roztavené sklo z puzdra, ktoré napája zvlákňovač; sklenené vlákno vychádzajúce zo zvlákňovača; a konečný vytvrdený produkt vychádzajúci z konca výrobnej linky. Vzorky skla a vlákien sa analyzujú na chemické zloženie a prítomnosť chýb pomocou sofistikovaných chemických analyzátorov a mikroskopov. Distribúcia veľkosti častíc vsádzkového materiálu sa získa preosiatím materiálu cez niekoľko sít rôznych veľkostí. Hrúbka konečného produktu sa meria po zabalení podľa špecifikácií. Zmena hrúbky naznačuje, že kvalita skla je nižšia ako štandard.

Výrobcovia izolácií zo sklenených vlákien tiež používajú rôzne štandardizované testovacie postupy na meranie, úpravu a optimalizáciu akustického odporu, pohlcovania zvuku a vlastností zvukovej bariéry. Akustické vlastnosti je možné regulovať úpravou výrobných premenných, ako je priemer vlákien, objemová hustota, hrúbka a obsah spojiva. Podobný prístup sa používa aj na riadenie tepelných vlastností.

Budúcnosť

Priemysel výroby sklolaminátu čelí v priebehu 90. rokov a neskôr niekoľkým významným výzvam. Počet výrobcov izolácie zo sklolaminátu sa zvýšil vďaka americkým dcérskym spoločnostiam zahraničných spoločností a zlepšeniu produktivity amerických výrobcov. To viedlo k nadmernej kapacite, ktorú súčasný a možno ani budúci trh nedokáže uspokojiť.

Okrem nadmernej kapacity budú konkurovať aj iné izolačné materiály. Minerálna vlna sa stala široko používanou vďaka nedávnym vylepšeniam procesov a produktov. Penová izolácia je ďalšou alternatívou ku sklolaminátu v obytných stenách a komerčných strechách. Ďalším konkurenčným materiálom je celulóza, ktorá sa používa na izoláciu podkrovia.

Vzhľadom na nízky dopyt po izolácii v dôsledku trhu s mäkkým bývaním spotrebitelia požadujú nižšie ceny. Tento dopyt je tiež výsledkom pokračujúceho trendu konsolidácie maloobchodníkov a dodávateľov. V reakcii na to bude musieť odvetvie sklolaminátových izolácií naďalej znižovať náklady v dvoch hlavných oblastiach: energia a životné prostredie. Bude potrebné používať účinnejšie pece, ktoré sa nespoliehajú len na jeden zdroj energie.

Keďže skládky dosiahnu maximálnu kapacitu, výrobcovia sklenených vlákien budú musieť dosiahnuť takmer nulovú produkciu tuhého odpadu bez zvýšenia nákladov. To si bude vyžadovať zlepšenie výrobných procesov s cieľom znížiť množstvo odpadu (aj v prípade kvapalného a plynného odpadu) a opätovné využitie odpadu všade, kde je to možné.

Takýto odpad môže vyžadovať opätovné spracovanie a pretavenie pred opätovným použitím ako surovina. Niekoľko výrobcov sa týmito problémami už zaoberá.