Стекловолокно

<час />

Фон

Стекловолокно относится к группе продуктов, состоящих из отдельных стекловолокон, объединенных в различные формы. Стекловолокно можно разделить на две основные группы в соответствии с их геометрией:непрерывные волокна, используемые в пряже и текстиле, и прерывистые (короткие) волокна, используемые в качестве войлока, одеял или плит для изоляции и фильтрации. Из стекловолокна можно изготавливать пряжу так же, как шерсть или хлопок, и ткать ее в ткань, которая иногда используется для драпировок. Стекловолокно обычно используется в качестве армирующего материала для формованных и ламинированных пластиков. Стекловолокно, толстый пушистый материал, состоящий из прерывистых волокон, используется для теплоизоляции и звукопоглощения. Обычно встречается в переборках и корпусах кораблей и подводных лодок; автомобильные моторные отсеки и облицовки кузовных панелей; в печах и установках кондиционирования; акустические стеновые и потолочные панели; и архитектурные перегородки. Стекловолокно может быть адаптировано для конкретных применений, таких как тип E (электрическое), используемое в качестве изоляционной ленты, текстиля и армирования; Тип C (химический), который имеет превосходную кислотостойкость, и тип T, для теплоизоляции.

Хотя промышленное использование стекловолокна сравнительно недавно, ремесленники создавали стеклянные нити для украшения кубков и ваз в эпоху Возрождения. Французский физик Рене-Антуан Фершо де Реомюр в 1713 году произвел ткани, украшенные тонкими стеклянными нитями, а британские изобретатели повторили этот подвиг в 1822 году. Британский ткач по шелку сделал стеклянную ткань в 1842 году, а другой изобретатель, Эдвард Либби, представил картину. платье из стекла на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго.

Стекловата, пушистая масса прерывистых волокон произвольной длины, была впервые произведена в Европе на рубеже веков с использованием процесса, который включал вытягивание волокон из стержней по горизонтали во вращающийся барабан. Спустя несколько десятилетий был разработан и запатентован процесс прядения. Изоляционный материал из стекловолокна был произведен в Германии во время Первой мировой войны. Исследования и разработки, направленные на промышленное производство стекловолокна, продолжались в Соединенных Штатах в 1930-х годах под руководством двух крупных компаний, Owens-Illinois Glass Company и Corning Glass. Работает. Эти компании разработали тонкое, гибкое и дешевое стекловолокно, протягивая расплавленное стекло через очень мелкие отверстия. В 1938 году эти две компании объединились в Owens-Corning Fiberglas Corp. Теперь известная просто как Owens-Corning, она стала компанией с годовым доходом в 3 миллиарда долларов и лидером на рынке стекловолокна.

Сырье

Основным сырьем для изделий из стекловолокна являются различные природные минералы и химические вещества промышленного производства. Основными ингредиентами являются кварцевый песок, известняк и кальцинированная сода. Другие ингредиенты могут включать, среди прочего, кальцинированный оксид алюминия, буру, полевой шпат, нефелиновый сиенит, магнезит и каолиновую глину. В качестве стеклообразователя используется кварцевый песок, а кальцинированная сода и известняк в первую очередь помогают снизить температуру плавления. Другие ингредиенты используются для улучшения определенных свойств, например, бура для химической стойкости. Стеклянные отходы, также называемые стеклобоем, также используются в качестве сырья. Сырье необходимо тщательно взвесить в точных количествах и тщательно перемешать (так называемое дозирование) перед тем, как превратить его в стекло.

Производственный
процесс

Таяние

• 1 После приготовления шихта ее подают в печь для плавления. Печь может нагреваться электричеством, ископаемым топливом или их комбинацией. Необходимо точно контролировать температуру, чтобы стекло оставалось ровным и устойчивым. Расплавленное стекло должно храниться при более высокой температуре (около 2500 ° F [1371 ° C]), чем другие типы стекла, чтобы из него можно было сформировать волокно. Как только стекло становится расплавленным, оно передается в формовочное оборудование через канал (питатель), расположенный в конце печи.

Формование в волокна

• 2 В зависимости от типа волокна для формирования волокон используются несколько различных процессов. Текстильные волокна могут быть сформированы из расплавленного стекла непосредственно из печи, или расплавленное стекло может быть сначала загружено в машину. , который формирует стеклянные шарики диаметром около 1,62 дюйма (1,6 см). Эти шарики позволяют визуально проверять стекло на наличие загрязнений. Как в процессе прямого плавления, так и в процессе плавления мрамора стекло или стеклянный мрамор подают через электрически нагреваемые втулки (также называемые фильерами). Втулка изготовлена ​​из платины или металлического сплава и имеет от 200 до 3000 очень мелких отверстий. Расплавленное стекло проходит через отверстия и выходит в виде тонких нитей.

Процесс с непрерывной нитью

• 3 Длинное непрерывное волокно может быть получено методом непрерывной нити. После того, как стекло проходит через отверстия во втулке, несколько нитей захватываются высокоскоростной намоточной машиной. Лебедка вращается со скоростью около 2 миль (3 км) в минуту, что намного быстрее, чем скорость потока от втулок. Натяжение вытягивает нити, пока они еще расплавлены, образуя пряди, составляющие часть диаметра отверстий во втулке. Применяется химическое связующее, которое помогает предотвратить разрыв волокна во время дальнейшей обработки. Затем нить наматывают на трубки. Теперь его можно скручивать и скручивать в пряжу.

Производство штапельного волокна

• 4 Альтернативный метод - это штапельное волокно. Когда расплавленное стекло течет через втулки, струи воздуха быстро охлаждают волокна. Турбулентные порывы воздуха также разрывают нити на длину 8-15 дюймов (20-38 см). Эти волокна падают через брызги смазки на вращающийся барабан, где они образуют тонкую ткань. Полотно вытягивается из барабана и превращается в непрерывную прядь из свободно собранных волокон. Эту пряжу можно перерабатывать в пряжу с помощью тех же процессов, что и для шерсти и хлопка.

Рубленое волокно

• 5 Вместо того, чтобы превращаться в пряжу, непрерывную или длинноволокнистую прядь можно нарезать на короткие отрезки. Нить крепится на наборе шпуль, называемом шпулярником, и протягивается через машину, которая разрезает ее на короткие кусочки. Из рубленого волокна формуют маты, в которые добавляют связующее. После выдержки в духовке мат скатывают. Различного веса и толщины дают изделия для черепицы, сборной кровли или декоративных матов.

Стекловата

• 6 Для производства стекловаты используется ротационный или прядильный процесс. В этом процессе расплавленное стекло из печи перетекает в цилиндрический контейнер с небольшими отверстиями. Поскольку контейнер быстро вращается, из отверстий вытекают горизонтальные потоки стекла. Потоки расплавленного стекла превращаются в волокна направленной вниз струей воздуха, горячего газа или того и другого. Волокна падают на конвейерную ленту, где они переплетаются друг с другом в ворсистую массу. Его можно использовать для изоляции, или на шерсть можно распылить связующее, сжать до желаемой толщины и высушить в печи. Под воздействием тепла связующее затвердевает, и получаемый продукт может быть жесткой или полужесткой плитой или гибким войлоком.

Защитные покрытия

• 7 Помимо связующих, для изделий из стекловолокна требуются и другие покрытия. Смазочные материалы используются для уменьшения истирания волокон и либо непосредственно распыляются на волокно, либо добавляются в связующее. Антистатический состав также иногда распыляется на поверхность изоляционных матов из стекловолокна во время стадии охлаждения. Охлаждающий воздух, проходящий через мат, заставляет антистатический агент проникать на всю толщину мата. Антистатический агент состоит из двух ингредиентов - материала, который сводит к минимуму образование статического электричества, и материала, который служит ингибитором коррозии и стабилизатором.

  Проклейка - это любое покрытие, наносимое на текстильные волокна в процессе формования, и оно может содержать один или несколько компонентов (смазки, связующие или связующие). Связующие вещества используются на прядях, которые будут использоваться для армирования пластмасс, чтобы усилить связь с армированным материалом.

  Иногда требуется отделочная операция для удаления этих покрытий или добавления другого покрытия. Для пластикового армирования проклейки можно удалить нагреванием или химикатами и нанести связующий агент. Для декоративных применений ткани необходимо подвергнуть термообработке для удаления проклейки и закрепления переплетения. Покрытия на основе красителя затем наносятся перед окрашиванием или печатью.

Формирование фигур

• 8 Изделия из стекловолокна бывают самых разнообразных форм, которые производятся с помощью нескольких процессов. Например, изоляция для труб из стекловолокна наматывается на стержневые формы, называемые оправками, непосредственно из формующих блоков перед отверждением. Формы длиной 3 фута (91 см) или меньше затем выдерживают в печи. Отвержденные отрезки затем извлекают из формы в продольном направлении и распиливают до заданных размеров. При необходимости накладываются покрытия, и товар расфасовывается для отгрузки.

Контроль качества

Во время производства стекловолоконной изоляции образцы материала отбираются в нескольких местах для поддержания качества. Эти места включают в себя:смешанную партию, подаваемую в электрическую плавильную печь; расплавленное стекло из втулки, питающей волокнообразователь; стекловолокно, выходящее из машины для производства волокон; и конечный отвержденный продукт, выходящий из конца производственной линии. Объемные образцы стекла и волокна анализируются на химический состав и наличие дефектов с помощью сложных химических анализаторов и микроскопов. Гранулометрический состав загружаемого материала получают путем пропускания материала через несколько сит разного размера. После упаковки конечный продукт измеряется по толщине в соответствии со спецификациями. Изменение толщины указывает на то, что качество стекла ниже нормы.

Производители стекловолоконной изоляции также используют различные стандартные процедуры испытаний для измерения, регулировки и оптимизации акустического сопротивления продукта, звукопоглощения и звукоизоляции. Акустическими свойствами можно управлять, регулируя такие производственные переменные, как диаметр волокна, насыпная плотность, толщина и содержание связующего. Аналогичный подход используется для управления тепловыми свойствами.

Будущее

Промышленность стекловолокна столкнется с некоторыми серьезными проблемами в оставшуюся часть 1990-х годов и в последующий период. Число производителей изоляционных материалов из стекловолокна увеличилось за счет американских дочерних компаний иностранных компаний и повышения производительности американских производителей. Это привело к избыточной мощности, которую не может вместить текущий и, возможно, будущий рынок.

Помимо избыточной мощности, конкурируют другие изоляционные материалы. Минеральная вата получила широкое распространение благодаря недавним усовершенствованиям процессов и продуктов. Пенная изоляция - еще одна альтернатива стекловолокну в жилых стенах и коммерческих крышах. Другой конкурирующий материал - целлюлоза, которая используется для утепления чердака.

Из-за низкого спроса на изоляцию из-за рынка мягкого жилья потребители требуют более низких цен. Этот спрос также является результатом продолжающейся тенденции к консолидации розничных торговцев и подрядчиков. В ответ отрасль производства стекловолоконных изоляционных материалов должна будет продолжать сокращать расходы в двух основных областях:энергия и окружающая среда. Придется использовать более эффективные печи, которые не полагаются только на один источник энергии.

Когда свалки достигнут максимальной емкости, производители стекловолокна должны будут добиться почти нулевого выхода по твердым отходам без увеличения затрат. Это потребует улучшения производственных процессов для уменьшения количества отходов (в том числе жидких и газовых) и повторного использования отходов, где это возможно.

Такие отходы могут потребовать повторной обработки и переплавки перед повторным использованием в качестве сырья. Некоторые производители уже решают эти вопросы.