Fiberglas Nasıl Üretilir?

Fiberglas, çeşitli şekillerde bir araya getirilmiş tek tek cam liflerinden yapılan bir ürün grubunu ifade eder. Cam lifleri, geometrilerine göre iki ana gruba ayrılabilir: iplik ve tekstillerde kullanılan sürekli lifler ve yalıtım ve filtrasyon için kullanılan kesikli (kısa) lifler. Fiberglas, yün veya pamuk gibi iplik haline getirilebilir ve bazen perdeler için kullanılan kumaşlara dokunabilir. Fiberglas tekstiller, kalıplanmış ve lamine edilmiş plastikler için genellikle takviye malzemesi olarak kullanılır. Kesikli liflerden yapılan kalın, kabarık bir malzeme olan fiberglas yünü, ısı yalıtımı ve ses emilimi için kullanılır. Genellikle gemi ve denizaltı bölmelerinde ve gövdelerinde; otomobil motor bölmelerinde ve gövde paneli kaplamalarında; fırınlarda ve klima ünitelerinde; akustik duvar ve tavan panellerinde; ve mimari bölmelerde bulunur. Fiberglas, elektrik yalıtım bandı, tekstil ve takviye olarak kullanılan Tip E (elektrik), üstün asit direncine sahip Tip C (kimyasal) ve ısı yalıtımı için Tip T gibi belirli uygulamalar için özelleştirilebilir.

Cam elyafının ticari kullanımı nispeten yeni olsa da, zanaatkarlar Rönesans döneminde kadeh ve vazoları süslemek için cam teller üretmişlerdir. Fransız fizikçi Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, 1713'te ince cam tellerle süslenmiş tekstil ürünleri üretmiş ve İngiliz mucitler bu başarıyı 1822'de tekrarlamışlardır. Bir İngiliz ipek dokumacısı 1842'de cam kumaş üretmiş ve bir başka mucit Edward Libbey, 1893'te Chicago'daki Kolombiya Sergisi'nde camdan dokunmuş bir elbise sergilemiştir.

Cam yünü, rastgele uzunluklarda süreksiz liflerden oluşan kabarık bir kütle olup, ilk olarak yüzyılın başında Avrupa'da, liflerin yatay çubuklardan dönen bir tambura çekilmesini içeren bir işlem kullanılarak üretilmiştir. Birkaç on yıl sonra, bir eğirme işlemi geliştirilmiş ve patentlenmiştir. Cam elyafı yalıtım malzemesi, Birinci Dünya Savaşı sırasında Almanya'da üretilmiştir. Cam elyaflarının endüstriyel üretimine yönelik araştırma ve geliştirme çalışmaları, 1930'larda Amerika Birleşik Devletleri'nde, Owens-Illinois Glass Company ve Corning Glass Works adlı iki büyük şirketin yönetiminde ilerlemiştir. Bu şirketler, erimiş camı çok ince deliklerden çekerek ince, esnek ve düşük maliyetli bir cam elyafı geliştirmişlerdir. 1938'de bu iki şirket birleşerek Owens-Corning Fiberglas Corp.'u oluşturmuştur. Şimdi sadece Owens-Corning olarak bilinen şirket, yıllık 3 milyar dolarlık bir ciroya ulaşmış ve cam elyafı pazarında lider konumdadır.

İşlenmemiş içerikler

Fiberglas ürünlerinin temel hammaddeleri çeşitli doğal mineraller ve üretilmiş kimyasallardır. Başlıca bileşenler silika kumu, kireç taşı ve soda külüdür. Diğer bileşenler arasında kalsine alümina, boraks, feldispat, nefelin siyenit, magnezit ve kaolin kili gibi maddeler de bulunabilir. Silika kumu cam oluşturucu olarak kullanılırken, soda külü ve kireç taşı esas olarak erime sıcaklığını düşürmeye yardımcı olur. Diğer bileşenler ise kimyasal direnç için boraks gibi belirli özellikleri iyileştirmek için kullanılır. Atık cam, diğer adıyla kırık cam, hammadde olarak da kullanılır. Hammaddeler, cama dönüştürülmeden önce dikkatlice ve tam miktarlarda tartılmalı ve iyice karıştırılmalıdır (karışımlama denir).

Üretim
İşlem

Erime

Hazırlanan karışım, eritmek için bir fırına beslenir. Fırın elektrikle, fosil yakıtla veya ikisinin bir kombinasyonuyla ısıtılabilir. Camın düzgün ve istikrarlı bir şekilde akmasını sağlamak için sıcaklık hassas bir şekilde kontrol edilmelidir. Eritilmiş cam, elyaf haline getirilebilmesi için diğer cam türlerinden daha yüksek bir sıcaklıkta (yaklaşık 2500°F [1371°C]) tutulmalıdır. Cam eridikten sonra, fırının sonunda bulunan bir kanal (ön ocak) aracılığıyla şekillendirme ekipmanına aktarılır.

Lifler halinde oluşmak

Elyaf türüne bağlı olarak, elyaf oluşturmak için çeşitli farklı işlemler kullanılır. Tekstil elyafları, doğrudan fırından alınan erimiş camdan oluşturulabilir veya erimiş cam önce yaklaşık 1,6 cm çapında cam bilyeler oluşturan bir makineye beslenebilir. Bu bilyeler, camın safsızlıklar açısından görsel olarak incelenmesine olanak tanır. Hem doğrudan eritme hem de bilye eritme işleminde, cam veya cam bilyeler elektrikle ısıtılan burçlardan (aynı zamanda iplikçik olarak da adlandırılır) geçirilir. Burç, platin veya metal alaşımdan yapılmıştır ve 200 ila 3000 arasında çok ince deliğe sahiptir. Erimiş cam bu deliklerden geçer ve ince filamentler halinde çıkar.

Sürekli filament prosesi

Sürekli filament işlemiyle uzun, kesintisiz bir elyaf üretilebilir. Cam, burçtaki deliklerden aktıktan sonra, çok sayıda tel yüksek hızlı bir sarıcıya yakalanır. Sarıcı dakikada yaklaşık 3 km hızla döner; bu, burçlardan akış hızından çok daha hızlıdır. Gerilim, filamentleri hala erimiş haldeyken dışarı çeker ve burçtaki açıklıkların çapının bir kısmına denk gelen teller oluşturur. Daha sonraki işlemlerde elyafın kırılmasını önlemeye yardımcı olan kimyasal bir bağlayıcı uygulanır. Filament daha sonra tüplere sarılır. Artık bükülüp iplik haline getirilebilir.

Elyaf işleme

Alternatif bir yöntem ise elyaf işleme yöntemidir. Erimiş cam, burçlardan akarken, hava jetleri filamentleri hızla soğutur. Türbülanslı hava patlamaları ayrıca filamentleri 8-15 inç (20-38 cm) uzunluğunda parçalara ayırır. Bu filamentler, yağlayıcı bir spreyden geçerek dönen bir tambura düşer ve burada ince bir ağ oluştururlar. Ağ, tamburdan çekilir ve gevşek bir şekilde bir araya getirilmiş liflerden oluşan sürekli bir tel haline getirilir. Bu tel, yün ve pamuk için kullanılan aynı işlemlerle ipliğe dönüştürülebilir.

Doğranmış lif

Sürekli veya uzun elyaf demeti iplik haline getirilmek yerine kısa parçalara doğranabilir. Demet, makara adı verilen bir dizi bobine sarılır ve kısa parçalara doğrayan bir makineden geçirilir. Doğranmış elyaf, bağlayıcı madde eklenen matlar haline getirilir. Fırında kürlendikten sonra mat rulo haline getirilir. Çeşitli ağırlık ve kalınlıklar, kiremit, çok katmanlı çatı kaplaması veya dekoratif matlar için ürünler sağlar.

Cam yünü

Döner veya eğirme yöntemi, cam yünü üretmek için kullanılır. Bu işlemde, fırından çıkan erimiş cam, küçük deliklere sahip silindirik bir kaba akar. Kap hızla dönerken, deliklerden yatay cam akıntıları çıkar. Erimiş cam akıntıları, aşağı doğru bir hava, sıcak gaz veya her ikisinin püskürtülmesiyle liflere dönüştürülür. Lifler bir konveyör bandına düşer ve burada birbirleriyle kenetlenerek yünlü bir kütle oluştururlar. Bu, yalıtım için kullanılabilir veya yün, bir bağlayıcı madde ile püskürtülüp istenen kalınlığa sıkıştırılabilir ve bir fırında kürlenebilir. Isı, bağlayıcı maddeyi sertleştirir ve ortaya çıkan ürün sert veya yarı sert bir levha veya esnek bir elyaf olabilir.

Koruyucu kaplamalar

Bağlayıcılara ek olarak, fiberglas ürünler için başka kaplamalar da gereklidir. Yağlayıcılar, lif aşınmasını azaltmak için kullanılır ve ya doğrudan lif üzerine püskürtülür ya da bağlayıcıya eklenir. Soğutma aşamasında fiberglas yalıtım matlarının yüzeyine bazen antistatik bir bileşim de püskürtülür. Matın içinden çekilen soğutma havası, antistatik ajanın matın tüm kalınlığına nüfuz etmesine neden olur. Antistatik ajan iki bileşenden oluşur: statik elektrik oluşumunu en aza indiren bir malzeme ve korozyon önleyici ve dengeleyici görevi gören bir malzeme. Boyutlandırma, şekillendirme işleminde tekstil liflerine uygulanan herhangi bir kaplamadır ve bir veya daha fazla bileşen (yağlayıcılar, bağlayıcılar veya birleştirme ajanları) içerebilir. Birleştirme ajanları, takviyeli plastikler için kullanılacak tellerde, takviye edilen malzemeye olan bağı güçlendirmek için kullanılır. Bazen bu kaplamaları çıkarmak veya başka bir kaplama eklemek için bir son işlem gereklidir. Plastik takviyeler için, boyutlandırmalar ısı veya kimyasallar ile çıkarılabilir ve bir birleştirme ajanı uygulanabilir. Dekoratif uygulamalar için kumaşlar, apre maddelerini çıkarmak ve dokuyu sabitlemek amacıyla ısı işlemine tabi tutulmalıdır. Daha sonra boyama veya baskı işleminden önce boya bazlı kaplamalar uygulanır.

Şekiller oluşturmak

Fiberglas ürünler, çeşitli işlemler kullanılarak üretilen çok çeşitli şekillerde bulunur. Örneğin, fiberglas boru izolasyonu, kürleme işleminden önce doğrudan kalıp ünitelerinden mandrel adı verilen çubuk benzeri formlara sarılır. 91 cm veya daha kısa uzunluktaki kalıplar daha sonra bir fırında kürlenir. Kürlenmiş parçalar daha sonra uzunlamasına kalıptan çıkarılır ve belirtilen boyutlarda kesilir. Gerekirse kaplamalar uygulanır ve ürün sevkiyat için paketlenir.

Kalite Kontrol

Cam elyafı izolasyon üretiminde, kaliteyi korumak için işlem sürecinin çeşitli noktalarından malzeme örnekleri alınır. Bu noktalar şunlardır: elektrikli eriticiye beslenen karışık parti; elyaflaştırıcıyı besleyen burçtan gelen erimiş cam; elyaflaştırıcı makineden çıkan cam elyafı; ve üretim hattının sonundan çıkan nihai kürlenmiş ürün. Toplu cam ve elyaf örnekleri, gelişmiş kimyasal analizörler ve mikroskoplar kullanılarak kimyasal bileşim ve kusurların varlığı açısından analiz edilir. Parti malzemenin partikül boyut dağılımı, malzemenin çeşitli boyutlardaki eleklerden geçirilmesiyle elde edilir. Nihai ürün, spesifikasyonlara göre paketlendikten sonra kalınlığı ölçülür. Kalınlıktaki bir değişiklik, cam kalitesinin standardın altında olduğunu gösterir.

Cam elyafı yalıtım üreticileri, ürünün akustik direncini, ses emilimini ve ses bariyeri performansını ölçmek, ayarlamak ve optimize etmek için çeşitli standartlaştırılmış test prosedürleri de kullanmaktadır. Akustik özellikler, elyaf çapı, yoğunluk, kalınlık ve bağlayıcı içeriği gibi üretim değişkenleri ayarlanarak kontrol edilebilir. Termal özellikleri kontrol etmek için de benzer bir yaklaşım kullanılır.

Gelecek

Fiberglas endüstrisi, 1990'ların geri kalanında ve sonrasında bazı önemli zorluklarla karşı karşıya. Yabancı şirketlerin Amerikan iştirakleri ve ABD üreticilerinin verimliliğindeki iyileşmeler nedeniyle fiberglas yalıtım üreticilerinin sayısı arttı. Bu durum, mevcut ve belki de gelecekteki pazarın karşılayamayacağı bir kapasite fazlalığına yol açtı.

Fazla kapasiteye ek olarak, diğer yalıtım malzemeleri de rekabet edecektir. Taş yünü, son dönemdeki işlem ve ürün iyileştirmeleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Köpük yalıtım, konut duvarlarında ve ticari çatılarda cam elyafına bir başka alternatiftir. Bir diğer rakip malzeme ise tavan arası yalıtımında kullanılan selülozdur.

Konut piyasasının durgunluğu nedeniyle yalıtım malzemelerine olan talebin düşük olması, tüketicilerin daha düşük fiyatlar talep etmesine yol açıyor. Bu talep aynı zamanda perakendecilerin ve yüklenicilerin birleşme eğiliminin devam etmesinin de bir sonucu. Buna karşılık, fiberglas yalıtım endüstrisinin iki önemli alanda maliyetleri düşürmeye devam etmesi gerekecek: enerji ve çevre. Sadece tek bir enerji kaynağına bağlı olmayan, daha verimli fırınların kullanılması gerekecek.

Çöp depolama alanlarının maksimum kapasiteye ulaşmasıyla birlikte, fiberglas üreticilerinin maliyetleri artırmadan katı atık üretimini neredeyse sıfıra indirmeleri gerekecek. Bu, atıkları (sıvı ve gaz atıkları da dahil olmak üzere) azaltmak için üretim süreçlerinin iyileştirilmesini ve mümkün olan her yerde atıkların yeniden kullanılmasını gerektirecektir.

Bu tür atıkların hammadde olarak yeniden kullanılmadan önce yeniden işlenmesi ve eritilmesi gerekebilir. Birçok üretici bu sorunları zaten ele alıyor.