玻璃纤维是如何制造的？

玻璃纤维是指由单根玻璃纤维组合成多种形式制成的一组产品。玻璃纤维根据其几何形状可分为两大类：用于纱线和纺织品的连续纤维，以及用作绝缘和过滤的棉絮、毯子或板的不连续（短）纤维。玻璃纤维可以像羊毛或棉花一样形成纱线，并编织成有时用于窗帘的织物。玻璃纤维纺织品通常用作模制和层压塑料的增强材料。玻璃纤维棉是一种由不连续纤维制成的厚而蓬松的材料，用于隔热和吸音。它常见于船舶和潜艇的舱壁和船体；汽车发动机舱和车身板内衬；在熔炉和空调装置中；隔音墙和天花板；和建筑隔断。玻璃纤维可针对特定应用进行定制，例如 E 型（电气），用作电气绝缘胶带、纺织品和增强材料；C 型（化学）具有优异的耐酸性，T 型用于隔热。

尽管玻璃纤维的商业应用相对较新，但文艺复兴时期的工匠们已经制造出玻璃丝来装饰高脚杯和花瓶。法国物理学家 Rene-Antoine Ferchault de Reaumur 于 1713 年生产了用细玻璃丝装饰的纺织品，英国发明家于 1822 年复制了这一壮举。英国丝织工于 1842 年制造了玻璃织物，另一位发明家 Edward Libbey 则展示了1893 年芝加哥哥伦比亚博览会上的玻璃编织连衣裙。

玻璃棉是一种蓬松的、长度不定的不连续纤维，最初于世纪之交在欧洲生产，采用的工艺是将纤维从棒上水平拉到转鼓上。几十年后，纺纱工艺被开发出来并获得专利。玻璃纤维绝缘材料是在第一次世界大战期间在德国制造的。20世纪30年代，在欧文斯-伊利诺伊玻璃公司和康宁玻璃这两家大公司的指导下，美国在玻璃纤维工业生产方面取得了进展。作品。这些公司通过将熔融玻璃拉过非常精细的孔口，开发出一种精细、柔韧、低成本的玻璃纤维。1938 年，这两家公司合并成立了欧文斯康宁玻璃纤维公司。现在简称为欧文斯康宁，它已成为一家年营业额 30 亿美元的公司，并且是玻璃纤维市场的领导者。

原料

玻璃纤维产品的基本原材料是各种天然矿物和人造化学品。主要成分是硅砂、石灰石和纯碱。其他成分可包括煅烧氧化铝、硼砂、长石、霞石正长岩、菱镁矿和高岭土等。硅砂用作玻璃形成剂，纯碱和石灰石主要有助于降低熔化温度。其他成分用于改善某些性能，例如硼砂用于提高耐化学性。废玻璃，也称为碎玻璃，也被用作原材料。在熔化成玻璃之前，必须仔细称量原材料并充分混合在一起（称为配料）。

制造业
过程

融化

一旦批次准备好，就将其送入熔炉中进行熔化。该熔炉可以通过电、化石燃料或两者的组合来加热。必须精确控制温度以保持玻璃流畅、稳定的流动。熔融玻璃必须保持在比其他类型玻璃更高的温度（约 2500°F [1371°C]）才能形成纤维。一旦玻璃熔化，它就会通过位于熔炉末端的通道（料道）转移到成型设备。

形成纤维

根据纤维的类型，使用几种不同的工艺来形成纤维。纺织纤维可以由直接来自熔炉的熔融玻璃形成，或者可以首先将熔融玻璃供给至形成直径约0.62英寸(1.6cm)的玻璃弹的机器。这些大理石可以目视检查玻璃是否有杂质。在直接熔化和大理石熔化工艺中，玻璃或玻璃弹通过电加热套管（也称为喷丝板）供给。套管由铂或金属合金制成，有 200 至 3,000 个非常细的孔。熔融玻璃通过孔口并以细丝形式出现。

连续长丝工艺

通过连续长丝工艺可以生产长的连续纤维。玻璃流过套管中的孔后，多股玻璃被高速卷绕机卷起。卷绕器以每分钟约 2 英里（3 公里）的速度旋转，比套管的流速快得多。张力将仍处于熔融状态的细丝拉出，形成套管中开口直径的几分之一的线。使用化学粘合剂，有助于防止纤维在后续加工过程中断裂。然后将细丝缠绕到管上。现在可以将其加捻并合股成纱线。

短纤维工艺

另一种方法是短纤维工艺。当熔融玻璃流过套管时，空气射流迅速冷却灯丝。空气的湍流也会将细丝断裂成 8-15 英寸（20-38 厘米）的长度。这些细丝通过润滑剂喷雾落到旋转滚筒上，在那里形成薄网。将纤维网从滚筒中拉出并拉成松散组装的纤维的连续股。这种股线可以通过与羊毛和棉花相同的工艺加工成纱线。

短切纤维

可以将连续或长纤维束短切成短长度，而不是形成纱线。股线安装在一组称为筒子架的线轴上，并通过机器将其切成短段。将短切纤维形成垫子并添加粘合剂。在烤箱中固化后，将垫子卷起。用于木瓦、组合屋顶或装饰垫的产品有不同的重量和厚度。

玻璃棉

旋转工艺用于制造玻璃棉。在此过程中，来自熔炉的熔融玻璃流入具有小孔的圆柱形容器中。当容器快速旋转时，水平的玻璃流从孔中流出。通过向下吹空气、热气体或两者，将熔融玻璃流转化为纤维。纤维落到传送带上，在传送带上它们相互交织成绒状。这可以用于隔热，或者可以将羊毛喷上粘合剂，压缩成所需的厚度，然后在烤箱中固化。热固化粘合剂，所得产品可以是刚性或半刚性板，或柔性棉胎。

防护涂层

除了粘合剂之外，玻璃纤维产品还需要其他涂层。润滑剂用于减少纤维磨损，可以直接喷洒在纤维上，也可以添加到粘合剂中。有时在冷却步骤期间还将抗静电组合物喷涂到玻璃纤维绝缘垫的表面上。通过垫子吸入的冷却空气使抗静电剂渗透到垫子的整个厚度。抗静电剂由两种成分组成，一种是最大限度地减少静电产生的材料，另一种是用作腐蚀抑制剂和稳定剂的材料。浆料是在成型操作中应用于纺织纤维的任何涂层，可以包含一种或多种。更多成分（润滑剂、粘合剂或偶联剂）。偶联剂用于增强塑料的股线上，以增强与增强材料的粘合。有时需要进行精加工操作来去除这些涂层，或添加另一种涂层。对于塑料增强材料，可以通过加热或化学物质以及应用偶联剂来去除浆料。对于装饰应用，必须对织物进行热处理以去除浆料并固定组织。然后在染色或印刷之前涂上染料底漆。

成型

玻璃纤维产品有多种形状，采用多种工艺制成。例如，在固化之前，玻璃纤维管道绝缘材料直接从成型单元缠绕到称为心轴的棒状形式上。然后将长度为 3 英尺（91 厘米）或更短的模具在烤箱中固化。然后将固化长度纵向脱模，并锯成指定尺寸。如果需要，可以应用饰面，然后包装产品以供运输。

质量控制

在玻璃纤维绝缘材料的生产过程中，我们会在多个地点对材料进行取样，以保持质量。这些位置包括： 将混合批次送入电动熔化器；来自为成纤机供料的套管的熔融玻璃；从成纤机出来的玻璃纤维；以及从生产线末端出现的最终固化产品。使用先进的化学分析仪和显微镜分析大块玻璃和纤维样品的化学成分和缺陷的存在。通过使材料通过许多不同尺寸的筛子来获得批料的粒度分布。最终产品根据规格包装后测量厚度。厚度变化表明玻璃质量低于标准。

玻璃纤维绝缘材料制造商还使用各种标准化测试程序来测量、调整和优化产品的声阻、吸声和声屏障性能。声学性能可以通过调整纤维直径、堆积密度、厚度和粘合剂含量等生产变量来控制。类似的方法用于控制热性能。

未来

在 20 世纪 90 年代剩余时间及以后，玻璃纤维行业面临着一些重大挑战。由于外国公司在美国的子公司以及美国制造商生产力的提高，玻璃纤维绝缘材料生产商的数量有所增加。这导致产能过剩，当前乃至未来的市场都无法容纳。

除了产能过剩，其他保温材料也将参与竞争。由于最近的工艺和产品改进，岩棉已得到广泛使用。泡沫隔热材料是住宅墙壁和商业屋顶玻璃纤维的另一种替代品。另一种竞争材料是纤维素，用于阁楼隔热。

由于房地产市场疲软，对隔热材料的需求较低，消费者要求降低价格。这种需求也是零售商和承包商持续整合趋势的结果。对此，玻璃纤维绝缘材料行业将不得不继续在能源和环境两大领域削减成本。必须使用更高效的熔炉，而不是仅依赖一种能源。

随着垃圾填埋场达到最大容量，玻璃纤维制造商将必须在不增加成本的情况下实现固体废物几乎为零的产量。这将需要改进制造工艺以减少废物（也包括液体和气体废物）并尽可能重复利用废物。

此类废物可能需要重新加工和重熔才能重新用作原材料。一些制造商已经在解决这些问题。