유리섬유

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배경

유리 섬유는 개별 유리 섬유를 다양한 형태로 결합하여 만든 제품 그룹을 나타냅니다. 유리 섬유는 기하학적 구조에 따라 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 원사와 직물에 사용되는 연속 섬유와 단열 및 여과용 배트, 블랭킷 또는 보드로 사용되는 불연속(짧은) 섬유입니다. 유리 섬유는 양모나 면과 같이 실로 만들 수 있으며 때때로 커튼에 사용되는 직물로 짜여질 수 있습니다. 유리 섬유 직물은 일반적으로 성형 및 적층 플라스틱의 보강재로 사용됩니다. 불연속 섬유로 만든 두껍고 푹신한 소재인 유리 섬유 울은 단열 및 흡음에 사용됩니다. 그것은 일반적으로 선박 및 잠수함 격벽과 선체에서 발견됩니다. 자동차 엔진실 및 차체 패널 라이너; 용광로 및 에어컨 장치에서; 음향 벽 및 천장 패널; 및 아키텍처 파티션. 유리 섬유는 전기 절연 테이프, 섬유 및 보강재로 사용되는 유형 E(전기)와 같은 특정 용도에 맞게 조정할 수 있습니다. 내산성이 우수한 Type C(화학약품), 단열용 Type T.

유리 섬유의 상업적 사용은 비교적 최근이지만 장인들은 르네상스 시대에 잔과 꽃병을 장식하기 위해 유리 가닥을 만들었습니다. 프랑스 물리학자 르네 앙투안 퍼쇼 드 로뮈르(Rene-Antoine Ferchault de Reaumur)는 1713년에 미세한 유리 가닥으로 장식된 직물을 생산했으며 영국 발명가는 1822년에 위업을 복제했습니다. 1893년 시카고에서 열린 콜롬비아 박람회에서 유리로 짠 드레스.

무작위 길이의 불연속 섬유의 푹신한 덩어리인 유리솜은 세기의 전환기에 유럽에서 처음으로 막대에서 회전 드럼으로 섬유를 끌어당기는 과정을 사용하여 처음 생산되었습니다. 수십 년 후, 방적 공정이 개발되어 특허를 받았습니다. 유리섬유 단열재는 제1차 세계대전 중 독일에서 제조되었습니다. 유리섬유의 산업적 생산을 목표로 하는 연구 개발은 1930년대 미국에서 Owens-Illinois Glass Company와 Corning Glass라는 두 개의 주요 회사의 지시 하에 진행되었습니다. 공장. 이 회사들은 매우 미세한 구멍을 통해 용융 유리를 끌어들여 미세하고 유연하며 저렴한 유리 섬유를 개발했습니다. 1938년에 이 두 회사가 합병되어 Owens-Corning Fiberglas Corp.가 되었습니다. 지금은 간단히 Owens-Corning으로 알려진 이 회사는 연간 30억 달러 규모의 회사가 되었으며 유리 섬유 시장의 선두 주자입니다.

원자재

유리 섬유 제품의 기본 원료는 다양한 천연 광물과 제조 화학 물질입니다. 주요 성분은 규사, 석회암 및 소다회입니다. 다른 성분에는 하소된 알루미나, 붕사, 장석, 네펠린 섬광, 마그네사이트 및 카올린 점토 등이 포함될 수 있습니다. 규사(silica sand)는 유리 형성제로 사용되며 소다회와 석회석은 주로 용융 온도를 낮추는 데 도움이 됩니다. 다른 성분은 내화학성을 위한 붕사와 같은 특정 특성을 개선하는 데 사용됩니다. 파유리라고도 하는 폐유리도 원료로 사용됩니다. 원재료는 정확한 양으로 주의 깊게 무게를 재고 유리로 녹이기 전에 함께 완전히 혼합(배칭이라고 함)해야 합니다.

제조
프로세스

용융

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1 배치가 준비되면 용해로에 공급됩니다. 용광로는 전기, 화석 연료 또는 이 둘의 조합으로 가열될 수 있습니다. 유리의 부드럽고 일정한 흐름을 유지하려면 온도를 정밀하게 제어해야 합니다. 용융된 유리는 섬유로 형성되기 위해 다른 유형의 유리보다 더 높은 온도(약 2500°F[1371°C])에서 유지되어야 합니다. 유리가 녹으면 용해로 끝에 위치한 채널(전로)을 통해 성형 장비로 이송됩니다.

섬유로 형성

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2 섬유의 종류에 따라 섬유를 형성하는 데 여러 가지 다른 공정이 사용됩니다. 섬유 섬유는 용해로에서 직접 용융 유리로 형성되거나 용융 유리가 먼저 기계에 공급될 수 있습니다. 직경이 약 0.62인치(1.6cm)인 유리 구슬을 형성합니다. 이 구슬을 사용하면 유리에 불순물이 있는지 육안으로 검사할 수 있습니다. 직접 용융 및 대리석 용융 공정 모두에서 유리 또는 유리 구슬은 전기 가열 부싱(방사 돌기라고도 함)을 통해 공급됩니다. 부싱은 백금 또는 금속 합금으로 만들어지며 200~3,000개의 매우 미세한 오리피스가 있습니다. 용융 유리는 오리피스를 통과하여 미세한 필라멘트로 나옵니다.

연속 필라멘트 공정

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3 연속 필라멘트 공정을 통해 길고 연속적인 섬유를 생산할 수 있습니다. 유리가 부싱의 구멍을 통해 흐르고 나면 여러 가닥이 고속 와인더에 감깁니다. 와인더는 부싱에서 흐르는 속도보다 훨씬 빠른 분당 약 3km로 회전합니다. 장력은 여전히 ​​용융된 상태에서 필라멘트를 잡아당겨 부싱에 있는 구멍 직경의 일부에 해당하는 가닥을 형성합니다. 화학 바인더가 적용되어 나중에 처리하는 동안 섬유가 끊어지는 것을 방지합니다. 그런 다음 필라멘트를 튜브에 감습니다. 이제 꼬아서 실로 묶을 수 있습니다.

스테이플 섬유 공정

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4 대체 방법은 스테이플 섬유 공정입니다. 용융 유리가 부싱을 통해 흐르면서 공기 제트가 필라멘트를 빠르게 냉각시킵니다. 격렬한 공기 폭발은 필라멘트를 8-15인치(20-38cm) 길이로 나눕니다. 이 필라멘트는 윤활제 스프레이를 통해 회전 드럼으로 떨어지며 얇은 웹을 형성합니다. 웹은 드럼에서 당겨지고 느슨하게 조립된 섬유의 연속 가닥으로 당겨집니다. 이 가닥은 양모와 면에 사용되는 것과 동일한 공정으로 실로 가공할 수 있습니다.

다진 섬유

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5 연속 또는 긴 가닥의 실을 만드는 대신 짧은 길이로 절단할 수 있습니다. 가닥은 크릴이라고 하는 보빈 세트에 장착되고 짧은 조각으로 자르는 기계를 통해 당겨집니다. 절단된 섬유는 바인더가 추가된 매트로 형성됩니다. 오븐에서 경화시킨 후 매트를 말아 올립니다. 다양한 무게와 두께로 대상 포진, 빌드업 루핑 또는 장식 매트용 제품을 제공합니다.

유리솜

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6 회전식 또는 스피너 공정은 유리솜을 만드는 데 사용됩니다. 이 과정에서 용광로에서 나온 용융 유리는 작은 구멍이 있는 원통형 용기로 흘러 들어갑니다. 용기가 빠르게 회전하면 유리의 수평 흐름이 구멍에서 흘러 나옵니다. 용융된 유리 흐름은 공기, 뜨거운 가스 또는 둘 모두의 하향 폭발에 의해 섬유로 변환됩니다. 섬유는 컨베이어 벨트로 떨어지며 여기에서 양털 같은 덩어리로 서로 얽혀 있습니다. 이것은 단열재로 사용하거나 양모에 바인더를 뿌리고 원하는 두께로 압축한 다음 오븐에서 경화할 수 있습니다. 열에 의해 바인더가 굳어지고 결과 제품은 강성 또는 반강성 보드 또는 유연한 배트가 될 수 있습니다.

보호 코팅

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7 유리 섬유 제품에는 바인더 외에 다른 코팅이 필요합니다. 윤활제는 섬유 마모를 줄이기 위해 사용되며 섬유에 직접 분사되거나 바인더에 추가됩니다. 정전기 방지 조성물은 또한 냉각 단계 동안 유리 섬유 단열 매트의 표면에 때때로 분무됩니다. 매트를 통해 유입된 냉각 공기는 정전기 방지제가 매트의 전체 두께에 침투하도록 합니다. 대전방지제는 정전기의 발생을 최소화하는 물질과 부식방지제 및 안정제 역할을 하는 물질의 두 가지 성분으로 구성된다.

사이징은 성형 작업에서 직물 섬유에 적용되는 코팅이며 하나 이상의 구성 요소(윤활제, 결합제 또는 결합제)를 포함할 수 있습니다. 커플링제는 강화 플라스틱에 사용되는 가닥에 사용되어 강화 재료와의 결합을 강화합니다.

때때로 이러한 코팅을 제거하거나 다른 코팅을 추가하기 위해 마무리 작업이 필요합니다. 플라스틱 보강재의 경우 열 또는 화학 약품 및 커플링제를 사용하여 사이징을 제거할 수 있습니다. 장식용으로 사용되는 직물은 치수를 제거하고 직물을 고정하기 위해 열처리를 해야 합니다. 그런 다음 염색 또는 인쇄 전에 염료 기반 코팅을 적용합니다.

모양으로 성형

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8 유리 섬유 제품은 여러 공정을 거쳐 다양한 형태로 생산됩니다. 예를 들어, 유리 섬유 파이프 단열재는 경화 전에 성형 장치에서 직접 맨드릴이라고 하는 막대 모양의 형태에 감깁니다. 3피트(91cm) 이하의 몰드 형태는 그런 다음 오븐에서 경화됩니다. 그런 다음 경화된 길이를 세로로 탈형하고 지정된 치수로 절단합니다. 필요한 경우 페이싱이 적용되며 제품은 배송을 위해 포장됩니다.

품질 관리

유리 섬유 단열재를 생산하는 동안 품질을 유지하기 위해 공정의 여러 위치에서 재료를 샘플링합니다. 이러한 위치에는 다음이 포함됩니다. 혼합 배치가 전기 용융기에 공급됨; 파이버라이저를 공급하는 부싱의 용융 유리; Fiberizer 기계에서 나오는 유리 섬유; 그리고 생산 라인의 끝에서 나오는 최종 경화 제품. 벌크 유리 및 섬유 샘플은 정교한 화학 분석기 및 현미경을 사용하여 화학 성분 및 결함 존재를 분석합니다. 배치 재료의 입자 크기 분포는 재료를 다양한 크기의 체에 통과시켜 얻습니다. 최종 제품은 사양에 따라 포장 후 두께를 측정합니다. 두께의 변화는 유리 품질이 표준 이하임을 나타냅니다.

유리 섬유 단열재 제조업체는 또한 다양한 표준화된 테스트 절차를 사용하여 제품의 음향 저항, 흡음 및 방음 성능을 측정, 조정 및 최적화합니다. 음향 특성은 섬유 직경, 부피 밀도, 두께 및 바인더 함량과 같은 생산 변수를 조정하여 제어할 수 있습니다. 유사한 접근 방식이 열 특성을 제어하는 ​​데 사용됩니다.

미래

유리 섬유 산업은 1990년대의 나머지 기간과 그 이후에 몇 가지 주요 도전에 직면해 있습니다. 유리섬유 단열재의 생산업체는 외국 기업의 미국 자회사와 미국 제조업체의 생산성 향상으로 인해 증가했습니다. 이로 인해 현재 및 아마도 미래 시장이 수용할 수 없는 초과 용량이 발생했습니다.

초과 용량 외에도 다른 단열재가 경쟁할 것입니다. 암면은 최근 공정 및 제품 개선으로 인해 널리 사용되었습니다. 폼 단열재는 주거용 벽과 상업용 지붕의 유리 섬유에 대한 또 다른 대안입니다. 또 다른 경쟁 재료는 다락방 단열재에 사용되는 셀룰로오스입니다.

주택시장이 침체되어 단열 수요가 적어 소비자들은 저렴한 가격을 요구하고 있다. 이러한 수요는 소매업체와 계약업체의 통합 추세가 지속된 결과이기도 합니다. 이에 따라 유리 섬유 단열재 산업은 에너지와 환경이라는 두 가지 주요 영역에서 계속해서 비용을 절감해야 합니다. 하나의 에너지원에만 의존하지 않는 보다 효율적인 용광로를 사용해야 합니다.

매립지가 최대 용량에 도달함에 따라 유리 섬유 제조업체는 비용 증가 없이 고형 폐기물에 대해 거의 0에 가까운 생산량을 달성해야 합니다. 이를 위해서는 폐기물(액체 및 가스 폐기물도 포함)을 줄이고 가능한 한 폐기물을 재사용하기 위해 제조 공정을 개선해야 합니다.

이러한 폐기물은 원료로 재사용하기 전에 재처리 및 재용해가 필요할 수 있습니다. 여러 제조업체에서 이미 이러한 문제를 해결하고 있습니다.