Технологія виготовлення
Основними компонентами для виробництва скловолокна є склобій, пісок, сода, доломіт, вапняк, етібор і так далі. Сировина зберігається в накопичувальних бункерах, звідки відповідно до рецептури подається в дозатори, які завантажують плавильну піч. У печі сировина розплавляється при температурі близько 1400 °C і далі подається в так званий передній горн, де проходить наступну стадію виробництва – утворювання волокон. Є чотири пристрої волокноутворення, в яких скло перетвориться у волокно за рахунок відцентрової сили на центрифугах. Розплавлене скло розпускається на волокна середньою товщиною 6 мікрон – в 20 разів тонше за людську волосину. Скріплення волокон відбувається за допомогою єднальної речовини, яка підмішується у вигляді аерозолю в процесі волокноутворення. Єднальним є розведений водою розчин фенол-альдегідного полімеру, модифікованого як основний інгредієнт. З центрифуг продукція, просочена полімерною смолою, подається між двома ременями на конвеєр, де з неї формуються мати. І далі потрапляє у вулканізатор, нагрітий до температури 250 °C. Тут з мату випаровується вода, що залишилася, а єднальна речовина поперечно зв'язується, що додає готовому матеріалу необхідну жорсткість, а також властивий йому теплий жовтий колір. Потім мат охолоджується під струменем повітря, розрізається вздовж і поперек, внаслідок чого виходять прямокутні заготовки у вигляді плит і довгі заготовки для скачування в рулони. Перед упаковкою готова продукція спресовується, завдяки чому зменшується її об'єм для подальшого транспортування і зберігання. Продукція з скловолокна, що випускається під марками ‘ISOVER’, ‘ISOTEC’ і ‘ECOPHON’, легко піддається облицьовуванню різними матеріалами – алюмінієм, склополотном, плівкою ‘Tyvek’ тощо. Продукція має стандартні розміри, при цьому залежно від розміру партії продукція випускається також нестандартних розмірів.
Щоб полегшити процес, який протікає при плавленні і щоб скломаса швидко набула хімічну і фізичну гомогенність, вся сировина повинна бути висушена, подрібнена і інтенсивно перемішана. Ці операції відбуваються в підготовчих цехах, де знаходяться сушильні печі, сушильні млини, валкові дробарки, кульові млини і перемішують пристрої. Останні заслуговують особливої уваги, так як монодисперсні важкі матеріали повинні змішуватися протягом тривалого часу. Якщо додати до суміші скляний бій того ж складу, її плавлення прискориться, а введення певних кількостей води зменшує пилоутворення і розшарування і сприятливо позначається на процесі плавки. З допомогою транспортера або вагонетки або суміш у вигляді порошку, або брикетована подається в плавильну піч.
Ванні печі завойовують визнання. Протягом століть скломасу плавили в горшкових печах, без яких, втім, і сьогодні немислимий будь-який скляний завод з виробництва спеціального скла (кришталь, оптичне скло).
Такий спосіб, коли скломаса розплавляється в невеликих горщиках має, багато недоліків. Головний з них - це періодичність процесу, який уповільнює вироблення. Розміри печі обмежені. Її діаметр не перевищує 1 м, а глибина визначається зручністю отримання плавленого скла через отвори. Із-за постійного рівня, що знижується, розплаву вивантаження скла відбуватися тільки вручну, що ускладнює механізацію подальших стадій переробки.
Істотний прогрес в плавильній техніці був досягнутий, коли замість тиглів як плавильної ємності стали використовувати внутрішній простір печі. Такі печі також працюють періодично та з ручним вивантаженням матеріалу, але тим не менш дають більш високоякісного скла.
Новим прогресивним способом отримання достатньо хорошого розплаву сталі ванні печі, поверхню плавлення яких становить квадратні метри, а глибина відносно невелика (< 1,2 м). В безперервно діючі установки з одного кінця завантажується суміш, яка розплавляється в гарячій скломасі. В процесі повільного течії розплаву вздовж ванни здійснюється його освітлення, дегазація і гомогенізація. Дійшовши до протилежного кінця ванни, він повністю готовий до подальшої переробки. Рівень розплаву, а також його фізичні та хімічні характеристики підтримуються, і готова скломаса безперервно і вивантажується переробляється у вироби.
У ході вдосконалення процесу отримання скла в суміш стали додавати прискорювачі плавлення і освітлюючі засоби. Прискорювач плавлення дуже швидко утворює тонкий шар розплаву, а освітлювач сприяє кращій гомогенізації.
Ванні печі - великі споруди: разом із допоміжним устаткуванням та оснащенням для завершального етапу процесу вони займають кілька поверхів у великих цехах. Довгий час такі печі обігрівалися виключно генераторним газом, а зараз для цього все частіше застосовуються природний газ або електроенергія.
Один із найновіших способів це чисто електрична плавка, при якій газ використовується тільки для попереднього плавлення навантаженим суміші при пуску печі. Після того, як утворився певний шар розплаву, процес плавлення йде виключно за рахунок теплової енергії, що виділяється при проходженні електричного струму через розплавлену масу.
У той час як працюють ванні печі, зони плавлення і освітлення залишаються майже незмінними, зона вироблення готової скломаси визначається способом її переробки, тобто змінюється в залежно від типу машин. Пресування, дуття, витяжка і прокатка. Подальша переробка скла, безперервно і у великих кількостях розплаву, який отримується, повинна бути механізована.
Тарілки, чашки, вази, кінескопи і електронної деталі техніки, та й взагалі всі масивні вироби з скла отримуються методом машинного пресування, причому установка оснащена максимум шістнадцятьма обертовими голівками.
Аналогічні машини, оснащені додатковою системою для створення вакууму або надлишкового тиску, служать для виробництва порожнистих скляних виробів. Скляна крапля спочатку випростовується у вигляді довгастої заготовки з отвору, а потім скло видувається через горловину до зовнішніх стінок форми. Таким способом фабрикуються всі пляшки, банки і їм подібні посудини, а також колби електроламп, стакани і лабораторний посуд.
Прокатка використовується при виробництві профільного орнаментованого та армованого скла. Струмінь розплаву з ванни протікає між валками, на які нанесений візерунок (валків два або більше це залежить від форми зразка і принаймні один із них обертається). В зазорі валків отримують рівномірне по товщині скло, причому в нього може бути одночасно запресована армована основа. Готова стрічка застигає на що знаходиться за валками транспортері, який веде в охолоджувальну камеру.
Найбільш складні та різноманітні форми виникають із скла при витяжці. Цей процес використовується при виробництві труб і стрижнів, так і при отриманні плоских виробів. Труби можна виготовляти, наприклад, по дуже старим методом горизонтальної витяжки (метод Даннера): струмінь розплаву тече по похилій жароміцній трубі та утворює всередині неї в'язку оболонку, яку потік повітря безперервно зрушує вперед, рівномірно розтягуючи по всій поверхні труби. При цьому отримують довгі труби малого та середнього діаметрів.
Спосіб високошвидкісної витяжки розплаву через отвір в ванні застосовується для отримання труб великого діаметру, причому вимоги до постійності температури і гомогенності складу скла дуже високі.
Особливо великі плавильні ванни необхідні при виробництві листового скла. Інакше і бути не може в середньому дев'ять машин безперервно витягують з ванни скляні смуги шириною до 2 метрів. На 91 показана робоча ванна такий плавильної установки. Поздовжні вузькі тунелі містять відповідні ширині аркуша фільєри, через які скло видавлюється, кріпиться в металевих захопленнях і простягається через систему валків. Поступово охолоджувана смуга вже зовсім холодному стані розрізається і передається для подальшої обробки.
Подібні пристрої не використовуються при сучасному способі, коли листове скло формується на дзеркалі розплавленого металу (найчастіше олова з температурою плавлення 232 °С). Завдяки цьому виходить поверхня дуже високої якості.
З-під преса виходять вже готові скляні вироби, а ось при інших способах переробки скла належить ще розрізування або з допомогою алмазних інструментів, або нагрівання в полум'ям з подальшим відламуванням. Протягнуте плоске, профільне або листове скло в принципі готове до вживання, але при особливих вимогах (наприклад, настільне скло) його краї повинні бути відполіровані і відшліфовані. Особливою галуззю скляної промисловості є склодувна справа. Склодуви з труб, проводять, використовуючи складну апаратуру та лабораторне обладнання, використовуючи при цьому вигин, виплавку, сплавлення і видувку в полум'я газового пальника.
Аналогічно до цього виробляються радіолампи, кінескопи, які потім, після монтажу електроніки, з яких відкачують повітря або заповнюють інертним газом.
Є ще один спосіб обробки скла, заснований на його хімічних властивостях. Скло можна матувати, обробляючи сумішшю плавикової і сірчаної кислот або іншими фтористими сполуками. Такі суміші нерівномірно роз'їдають скло, утворюючи на його поверхні певний рельєф. При інших співвідношеннях компонентів суміш плавикової і сірчаної кислот чинить, навпаки, поліруюча дія. Цей склад використовують для відновлення гладкої поверхні після шліфування виробу при виробництві кришталю. Важливу роль грає нанесення покриттів на поверхню скла. Метали, їх оксиди, пластмаси, силікон та інші матеріали наносяться у вигляді тонкого шару і закріплюються різними способами (термообробка, окислення, полімеризації). Відомі металеві покриття на чарках і келихах. Посріблене листове скло, покрите захисною плівкою синтетичного лаку, ми всі знаємо це звичайне дзеркало. На кінескопах телевізорів нанесений шар люмінофора, який і дає можливість відтворення зображення.
Двохстадійний (найбільш поширений) спосіб отримання волокна включає в себе стадію підготовки шихти, варіння скла, вироблення ерклеза, склокульок або штабиків, і стадію плавлення ерклеза і склокульок в плавильній посудині і витягування волокна.
Друга стадія отримання волокна складається з наступних операцій:
Підготовка та подання скляних кульок або ерклеза в склоплавильну посудину.
Плавлення кульок і ерклеза та підготовка скломаси до формування.
Заправка грубих волокон.
Формування волокон.
Охолодження волокон.
Нанесення на волокна закріплюючої речовини і з'єднання їх в нитку.
Розкладка і намотування нитки.[2]