Fiberglas

Hintergrund

Fiberglas bezieht sich auf eine Gruppe von Produkten aus einzelnen Glasfasern, die zu einer Vielzahl von Formen kombiniert werden. Glasfasern können entsprechend ihrer Geometrie in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: kontinuierliche Fasern, die in Garnen und Textilien verwendet werden, und die diskontinuierlichen (kurzen) Fasern, die als Fledermäuse, Decken oder Platten zur Isolierung und Filtration verwendet werden., Fiberglas kann zu Garn ähnlich wie Wolle oder Baumwolle geformt und zu Stoff gewebt werden, der manchmal für Vorhänge verwendet wird. Glasfasertextilien werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial für geformte und laminierte Kunststoffe verwendet. Glasfaserwolle, ein dickes, flauschiges Material aus diskontinuierlichen Fasern, wird zur Wärmedämmung und Schallabsorption verwendet. Es wird häufig in Schiffs-und U-Boot-Schotten und Rümpfen gefunden; Automobilmotorabteile und Karosserieverkleidungen; in Öfen und Klimaanlagen; akustische Wand-und Deckenpaneele; und architektonische Trennwände., Fiberglas kann für spezifische Anwendungen wie Typ E (elektrisch), verwendet als elektrisches Isolierband, Textilien und Verstärkung zugeschnitten werden; Typ C (chemisch), der überlegene Säurebeständigkeit hat, und Typ T, für Wärmedämmung.

Obwohl die kommerzielle Verwendung von Glasfasern relativ neu ist, schufen Handwerker in der Renaissance Glasstränge zum Dekorieren von Bechern und Vasen. Ein französischer Physiker, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, produzierte 1713 Textilien, die mit feinen Glassträngen verziert waren, und britische Erfinder duplizierten das Kunststück 1822., Ein britischer Seidenweber fertigte 1842 einen Glasstoff an, und ein anderer Erfinder, Edward Libbey, stellte 1893 auf der Columbian Exposition in Chicago ein aus Glas gewebtes Kleid aus.

Glaswolle, eine flauschige Masse diskontinuierlicher Fasern in zufälligen Längen, wurde erstmals um die Jahrhundertwende in Europa hergestellt, wobei Fasern von Stäben horizontal zu einer sich drehenden Trommel gezogen wurden. Einige Jahrzehnte später wurde ein Spinnverfahren entwickelt und patentiert. Glasfaser-Isoliermaterial wurde in Deutschland während des Ersten Weltkriegs hergestellt., Die Forschung und Entwicklung zur industriellen Herstellung von Glasfasern erfolgte in den 1930er Jahren in den USA unter der Leitung von zwei großen Unternehmen, der Owens-Illinois Glass Company und der Corning Glass Works. Diese Unternehmen entwickelten eine feine, biegsame, kostengünstige Glasfaser, indem sie geschmolzenes Glas durch sehr feine Öffnungen zogen. Im Jahr 1938 fusionierten diese beiden Unternehmen zu Owens-Corning Fiberglas Corp. Jetzt einfach als Owens-Corning bekannt, es hat sich zu einem $3-Milliarden-a-Year-Unternehmen, und ist ein führendes Unternehmen auf dem Glasfasermarkt.,

Rohstoffe

Die Grundrohstoffe für Glasfaserprodukte sind eine Vielzahl natürlicher Mineralien und hergestellter Chemikalien. Die Hauptbestandteile sind Quarzsand, Kalkstein und Soda. Andere Bestandteile können unter anderem kalziniertes Aluminiumoxid, Borax, Feldspat, Nephelinsyenit, Magnesit und Kaolinton sein. Quarzsand wird als Glasform verwendet, und Soda und Kalkstein helfen in erster Linie, die Schmelztemperatur zu senken. Andere Inhaltsstoffe werden verwendet, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern, wie Borax zur chemischen Beständigkeit., Altglas, auch Scherben genannt, wird auch als Rohstoff verwendet. Die Rohstoffe müssen sorgfältig in exakten Mengen gewogen und gründlich gemischt werden (Batching genannt), bevor sie zu Glas geschmolzen werden.

Der Herstellungsprozess

Schmelzen

• 1 Sobald die Charge vorbereitet ist, wird sie zum Schmelzen in einen Ofen eingespeist. Der Ofen kann durch Strom, fossile Brennstoffe oder eine Kombination der beiden erhitzt werden. Die Temperatur muss genau kontrolliert werden, um einen gleichmäßigen, gleichmäßigen Glasfluss aufrechtzuerhalten., Das geschmolzene Glas muss bei einer höheren Temperatur (etwa 2500°F ) als andere Glassorten gehalten werden, um zu Fasern geformt zu werden. Sobald das Glas geschmolzen ist, wird es über einen Kanal (Unterarm) am Ende des Ofens in die Umformanlage überführt.

Zu Fasern formen

• 2 Zur Faserbildung werden je nach Fasertyp verschiedene Verfahren eingesetzt., Textilfasern können aus geschmolzenem Glas direkt aus dem Ofen gebildet werden, oder das geschmolzene Glas kann zuerst einer Maschine
  

  zugeführt werden, die Glasmurmeln mit einem Durchmesser von etwa 1, 62 Zoll (1, 6 cm) bildet. Mit diesen Murmeln kann das Glas visuell auf Verunreinigungen untersucht werden. Sowohl im Direktschmelz-als auch im Marmorschmelzprozess werden die Glas-oder Glasmurmeln durch elektrisch beheizte Buchsen (auch Spinndüsen genannt) zugeführt. Die Buchse besteht aus Platin oder Metalllegierung mit 200 bis 3.000 sehr feinen Öffnungen., Das geschmolzene Glas passiert die Öffnungen und kommt als feine Filamente heraus.

Continuous-Filament-Prozess

• 3 Durch den Continuous-Filament-Prozess kann eine lange, kontinuierliche Faser erzeugt werden. Nachdem das Glas durch die Löcher in der Buchse fließt, werden mehrere Stränge auf einem Hochgeschwindigkeitswickler gefangen. Der Wickler dreht sich bei etwa 2 Meilen (3 km) pro Minute, viel schneller als die Strömungsgeschwindigkeit von den Buchsen. Die Spannung zieht die Filamente heraus, während sie noch geschmolzen sind, und bildet Stränge, die einen Bruchteil des Durchmessers der Öffnungen in der Buchse bilden., Es wird ein chemisches Bindemittel aufgetragen, das verhindert, dass die Faser während der späteren Verarbeitung bricht. Das Filament wird dann auf Rohre gewickelt. Es kann jetzt verdreht und zu Garn geflochten werden.

Stapelfaserverfahren

• 4 Eine alternative Methode ist das Stapelfaserverfahren. Wenn das geschmolzene Glas durch die Buchsen fließt, kühlen Luftstrahlen die Filamente schnell ab. Die turbulenten Luftausbrüche brechen auch die Filamente in Längen von 8-15 Zoll (20-38 cm). Diese Filamente fallen durch einen Schmiermittelspray auf eine sich drehende Trommel, wo sie eine dünne Bahn bilden., Die Bahn wird aus der Trommel gezogen und in einen durchgehenden Strang lose zusammengesetzter Fasern gezogen. Dieser Strang kann durch die gleichen Verfahren, die für Wolle und Baumwolle verwendet werden, zu Garn verarbeitet werden.

Gehackte Faser

• 5 Anstatt zu Garn geformt zu werden, kann der kontinuierliche oder langstapelige Strang in kurze Längen geschnitten werden. Der Strang wird auf einer Reihe von Spulen, genannt Creel, montiert und durch eine Maschine gezogen, die ihn in kurze Stücke zerhackt. Die gehackte Faser wird zu Matten geformt, denen ein Bindemittel zugesetzt wird. Nach dem Aushärten im Ofen wird die Matte aufgerollt., Verschiedene Gewichte und Dicken geben Produkte für Schindeln, aufgebaute Dächer oder dekorative Matten.

Glaswolle

• 6 Das Dreh – oder Spinnerverfahren wird zur Herstellung von Glaswolle verwendet. Bei diesem Vorgang fließt geschmolzenes Glas aus dem Ofen in einen zylindrischen Behälter mit kleinen Löchern. Wenn sich der Behälter schnell dreht, fließen horizontale Glasströme aus den Löchern. Die geschmolzenen Glasströme werden durch einen Abwärtsstoß von Luft, heißem Gas oder beidem in Fasern umgewandelt. Die Fasern fallen auf ein Förderband, wo sie sich in einer flauschigen Masse miteinander verflechten., Dies kann zur Isolierung verwendet werden, oder die Wolle kann mit einem Bindemittel besprüht, in die gewünschte Dicke komprimiert und in einem Ofen ausgehärtet werden. Die Hitze setzt das Bindemittel, und das resultierende Produkt kann eine starre oder halbstarre Platte oder eine flexible Latte sein.

Schutzbeschichtungen

• 7 Für Glasfaserprodukte werden neben Bindemitteln auch andere Beschichtungen benötigt. Schmierstoffe werden verwendet, um den Faserabrieb zu reduzieren und werden entweder direkt auf die Faser gesprüht oder in das Bindemittel gegeben., Eine antistatische Zusammensetzung wird manchmal auch während des Kühlschritts auf die Oberfläche von Glasfaserisoliermatten gesprüht. Kühlluft, die durch die Matte gezogen wird, bewirkt, dass das antistatische Mittel die gesamte Dicke der Matte durchdringt. Das antistatische Mittel besteht aus zwei Bestandteilen-einem Material, das die Erzeugung statischer Elektrizität minimiert, und einem Material, das als Korrosionsinhibitor und Stabilisator dient.

  Sizing ist eine beliebige Beschichtung, die beim Umformvorgang auf Textilfasern aufgebracht wird und eine oder mehrere Komponenten (Schmiermittel, Bindemittel oder Kupplungsmittel) enthalten kann., Kupplungsmittel werden an Strängen verwendet, die zur Verstärkung von Kunststoffen verwendet werden, um die Bindung an das verstärkte Material zu verstärken.

  Manchmal ist eine Endbearbeitung erforderlich, um diese Beschichtungen zu entfernen oder eine andere Beschichtung hinzuzufügen. Bei Kunststoffverstärkungen können Sizings mit Wärme oder Chemikalien entfernt und ein Kupplungsmittel aufgetragen werden. Für dekorative Anwendungen müssen Stoffe wärmebehandelt werden, um Sizings zu entfernen und das Gewebe einzustellen. Farbstoffgrundbeschichtungen werden dann vor dem Absterben oder Drucken aufgetragen.,

Formen in Formen

• 8 Glasfaserprodukte sind in einer Vielzahl von Formen erhältlich, die in verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel wird die Glasfaserrohrisolierung vor dem Aushärten direkt von den Formeinheiten auf stabartige Formen, sogenannte Dorne, gewickelt. Die Formformen, in Längen von 3 Fuß (91 cm) oder weniger, werden dann in einem Ofen ausgehärtet. Die ausgehärteten Längen werden dann der Länge nach entformt und in spezifizierte Maße gesägt. Bei Bedarf werden Verkleidungen aufgetragen und das Produkt wird für den Versand verpackt.,

Qualitätskontrolle

Bei der Herstellung von Glasfaserisolierungen wird Material an einer Reihe von Stellen im Prozess abgetastet, um die Qualität aufrechtzuerhalten. Diese Standorte umfassen: die Mischcharge, die dem elektrischen Schmelzer zugeführt wird; geschmolzenes Glas aus der Buchse, die den Faserzer speist; Glasfaser, die aus der Faserzermaschine kommt; und endgehärtetes Produkt, das vom Ende der Produktionslinie austritt. Die Bulk-Glas – und Faserproben werden auf chemische Zusammensetzung und das Vorhandensein von Fehlern mit hoch entwickelten chemischen Analysatoren und Mikroskopen analysiert., Die Partikelgrößenverteilung des Chargenmaterials wird erhalten, indem das Material durch eine Anzahl unterschiedlich großer Siebe geleitet wird. Das Endprodukt wird nach dem Verpacken gemäß den Spezifikationen für die Dicke gemessen. Eine Änderung der Dicke zeigt an, dass die Glasqualität unter dem Standard liegt.

Hersteller von Glasfaserisolierungen verwenden auch eine Vielzahl standardisierter Testverfahren, um die akustische Beständigkeit, Schallabsorption und Schallschutzleistung des Produkts zu messen, anzupassen und zu optimieren., Die akustischen Eigenschaften können durch Einstellen solcher Produktionsgrößen wie Faserdurchmesser, Schüttdichte, Dicke und Bindemittelgehalt gesteuert werden. Ein ähnlicher Ansatz wird zur Steuerung der thermischen Eigenschaften verwendet.

Die Zukunft

Die Glasfaserindustrie steht im Rest der 1990er Jahre und darüber hinaus vor einigen großen Herausforderungen. Die Zahl der Hersteller von Glasfaserisolierungen ist aufgrund amerikanischer Tochtergesellschaften ausländischer Unternehmen und Produktivitätssteigerungen US-amerikanischer Hersteller gestiegen. Dies hat zu Überkapazitäten geführt, die der gegenwärtige und vielleicht zukünftige Markt nicht aufnehmen kann.,

Neben Überkapazitäten konkurrieren andere Dämmstoffe. Steinwolle ist aufgrund der jüngsten Prozess-und Produktverbesserungen weit verbreitet. Schaumisolierung ist eine weitere Alternative zu Glasfaser in Wohnwänden und Gewerbedächern. Ein weiteres konkurrierendes Material ist Zellulose, die in der Dachbodenisolierung verwendet wird.

Aufgrund der geringen Nachfrage nach Dämmung aufgrund eines weichen Wohnungsmarktes fordern die Verbraucher niedrigere Preise. Diese Nachfrage ist auch auf den anhaltenden Konsolidierungstrend bei Einzelhändlern und Auftragnehmern zurückzuführen., Als Reaktion darauf muss die Glasfaserisolierungsindustrie in zwei Hauptbereichen weiterhin Kosten senken: Energie und Umwelt. Effizientere Öfen müssen verwendet werden, die nicht nur auf eine Energiequelle angewiesen sind.

Bei einer maximalen Kapazität von Deponien müssen Glasfaserhersteller nahezu Null Ausstoß an festen Abfällen erzielen, ohne die Kosten zu erhöhen. Dies erfordert eine Verbesserung der Herstellungsprozesse, um Abfälle (auch für Flüssigkeits-und Gasabfälle) zu reduzieren und Abfälle nach Möglichkeit wiederzuverwenden.,

Solche Abfälle können vor der Wiederverwendung als Rohstoff eine Aufbereitung und Umschmelzung erfordern. Mehrere Hersteller befassen sich bereits mit diesen Problemen.