Fiberglas uygulamaları ve hazırlama tekniklerini biliyor musunuz?

Teknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte insanların malzeme performansına yönelik gereksinimleri giderek artıyor.Cam elyafönemli bir kompozit malzeme takviyesi olarak, yüksek modül, hafiflik ve radyasyon direnci gibi mükemmel özellikleri nedeniyle havacılık, otomotiv, inşaat ve elektronik gibi ileri teknoloji ekipman imalat alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Cam elyaf hazırlama teknolojisinin ve uygulamalarının anlaşılması, ilgili endüstrilerin gelişiminin teşvik edilmesi açısından büyük önem taşımaktadır.

 

1. Cam Elyaf Hammaddeleri

 

Cam elyafı, esas olarak SiO2, Al2O3, CaO ve MgO'dan oluşan, elyaf bileşiminin yaklaşık %90'ını oluşturan yüksek-performanslı inorganik-metalik olmayan bir malzemedir. Başlıca pirofillit, kaolin, kuvars kumu, kireçtaşı, dolomit, borokalsit ve boromagnezit gibi doğal mineral hammaddelerden oluşur. Bu mineral hammaddeler belirli bir formüle göre öğütülerek cevher tozu haline getirilir, borik asit ve soda külü gibi kimyasal hammaddelerle karıştırıldıktan sonra tank fırınında yüksek-sıcaklıkta eritme ve elyaf çekme gibi işlemlerle üretilir.

 

Fiberglas üretim maliyeti bileşimi açısından bakıldığında pirofilit, kuvars kumu, kireçtaşı ve diğer mineral hammaddeler maliyetin yaklaşık %21,7'sini oluşturur; pirofillit yaklaşık üçte birini-ve kuvars kumu ve kireçtaşı birlikte belirli bir pay oluşturur.

 

1.1 Pirofilit

Pirofillit, 2:1 kristal yapıya ve Al2[Si4O10](OH)2 kimyasal formülüne sahip katmanlı bir alüminosilikat kil mineralidir. Cam elyafında pirofilit kullanmanın temel amacı, alüminyum tozunun yerine Al2O3'ü katmak, maliyetleri azaltmak ve cam elyafının mekanik mukavemetini arttırmaktır. Al2O3 kütle oranı %16-%22 olan orta düzeyde- alüminyum pirofilit tercih edilir; aşırı yüksek veya düşük Al2O3 kütle fraksiyonları üretim sürecini önemli ölçüde etkiler.

 

1.2 Kaolin

Kaolin, fiberglas üretiminde ağırlıklı olarak SiO2 ve Al2O3 sağlar. Avrupa ve Amerika'daki fiberglas şirketleri, fiberglas hammaddesi olarak çoğunlukla pirofilit yerine seçilmiş veya yüksek-kaliteli kaolin kullanıyor. Benim ülkemde kaolin temel olarak kömür-serisi kaolin ve-kömür-serisi olmayan kaolen olarak ikiye ayrılır. Cam elyaf hammaddesi gereksinimlerini karşılayan SiO2 ve Al2O3 içeriğine sahip sert kaolin, manyetik ayırma ve yüzdürme gibi zenginleştirme teknolojileri ile Fe2O3 ve TiO2 içeriğini azaltarak ve kalsinasyon yoluyla KOİ değerini düşürerek cam elyaf üretimi için stabil ve yüksek kaliteli bir hammadde olarak kullanılabilir.

 

1.3 Kuvars Kumu

Silis kumu olarak da bilinen kuvars kumu, esas olarak silikon dioksitten oluşur ve aralarında cam, elektronik ve elektrikli ev aletlerinin de bulunduğu yüze yakın endüstriyel ürün için önemli bir hammaddedir. ülkem doğal kristal, kuvars kumtaşı, kuvarsit, toz kuvars, damarlı kuvars, doğal kuvars kumu ve granit pegmatit kuvars dahil olmak üzere bol miktarda kuvars kaynağına sahiptir.

 

Kuvars kumu çoğu ilde ve bölgede dağılmıştır, ancak kaynakları dağınıktır ve çoğunlukla küçük ve orta{0}ölçekli alanlarda üretilmektedir. Başlıca yerel kuvars kumu üretim alanları şunlardır: Jiangsu Eyaletindeki Donghai ve Xinyi; Hubei Eyaletindeki Qichun; Anhui Eyaletindeki Fengyang ve Bengbu; Guangdong Eyaletindeki Heyuan; Sincan Eyaletindeki Zhundong; Shandong Eyaletindeki Yinan; ve Hebei Eyaletindeki Lingshou.

 

1.4 Kimyasal Hammaddeler

Cam elyaf üretiminde kullanılan başlıca kimyasal hammaddeler, haşıl maddelerinin hazırlanmasında kullanılan borik asit ve soda külüdür. Cam elyaf üretiminde, haşıl maddeleri, elyaf monofilamentlerini filamanlara etkili bir şekilde bağlar ve çözme sırasında -filamentler arası yapışmayı önler. Ayrıca elyafları çeşitli üretim aşamalarında aşınmaya karşı korurlar. Şekillendirilen ürünlerin farklı işlem gereksinimlerine bağlı olarak, haşıl maddeleri elyaflara toplanabilirlik, parçalanabilirlik ve dağılabilirlik gibi belirli özel özellikler kazandırır ve elyaflar ile reçine matrisi arasındaki uyumluluğu ve yapışmayı geliştirebilir.

 

2. Cam Elyaf Hazırlama Teknolojisi

 

2.1 Tank Ocağı Çizim Yöntemi

Tank fırını çekme yöntemi şu anda cam elyaf üretimi için ana yöntemdir. Bu yöntem, yüksek sıcaklıktaki bir fırında cam ham maddelerini erimiş cama dönüştürür- ve ardından erimiş camı gözenekli delikli bir plaka aracılığıyla ince filamentler halinde çeker. Tank fırını çekme yöntemi, yüksek üretim verimliliği, istikrarlı ürün kalitesi ve düşük maliyet gibi avantajlara sahip olup, ülkemdeki ana cam elyaf hazırlama teknolojisidir.

2.1.1 Hammadde Hazırlama

Cam elyafın ana hammaddeleri pirofillit, nadir toprak elementleri, kuvars kumu, kireçtaşı, dolomit, borokalsit ve boromagnezi içerir. Bu ham maddeler, saflıklarını ve kalitelerini garanti altına almak için sıkı bir tarama ve işleme gerektirir.

2.1.2 Eritme Süreci

Hammaddeler belirli oranlarda karıştırılarak eritilmek üzere fırına konulur. Fırın sıcaklığı genellikle 1500 derece ile 1600 derece arasındadır. Erimiş camın homojenliğini sağlamak için eritme işlemi sırasında sürekli karıştırma gereklidir.

2.1.3 Elyaf Çekme Süreci

Elyaf çekme işlemi, cam elyaf üretiminde son elyafın fiziksel özelliklerini, mekanik özelliklerini ve üretim verimliliğini doğrudan etkileyen çok önemli bir adımdır. Erimiş cam fırından dışarı aktıktan sonra delikli bir şablon aracılığıyla ince filamentler halinde çekilir. Şablondaki açıklık ve delik sayısı, cam elyafın gerekli çapına ve çıktısına göre seçilir. Cam elyafın kalitesini sağlamak için elyaf çekme işlemi sırasında sıcaklık, hız ve diğer parametrelerin dikkatle kontrol edilmesi gerekir. İşleme sırasındaki dönüş hızı, cam elyaf uzunluğu üzerinde en büyük etkiye sahiptir, bunu bulamaç kütle fraksiyonu ve işlem süresi takip eder ve etkileri nispeten yakındır.

2.1.4 Büküm İşlemi

Cam elyaf üretiminde büküm işlemi, nihai elyaf ürününün mekanik özelliklerini ve işlem stabilitesini doğrudan etkiler. Ham filamanın, ilk bükücü tarafından işlendikten sonra, sonraki dokuma işlemlerini kolaylaştırmak için tek bir iplikte düşük-büküm karakteristiğine ulaşması gerekir. Bu nedenle, elde edilen bitmiş ipliğin gerekli düşük-büküm özelliklerine sahip olmasını sağlamak için büküm, gerginlik ve sarma hızı dahil olmak üzere başlangıç ​​büküm parametrelerinin hassas kontrolü gereklidir.

2.2 Pota Çekme Yöntemi

Pota çekme yöntemi, cam elyafların hazırlanmasında kullanılan geleneksel bir yöntemdir. Bu yöntem, cam hammaddesinin bir potaya yerleştirilmesi, yüksek sıcaklıkta erimiş cam haline getirilmesi ve daha sonra erimiş camın manuel veya mekanik olarak ince filamentler halinde çekilmesini içerir. Pota çekme yönteminin basit ekipman ve düşük yatırım gibi avantajları vardır, ancak düşük üretim verimliliği ve istikrarsız ürün kalitesi, bu yöntemin büyük-ölçekli cam elyaf üreticileri tarafından büyük ölçüde aşamalı olarak kaldırılmasına yol açmıştır.

2.2.1 Hammadde Hazırlama

Tank fırını çekme yöntemine benzer şekilde, pota çekme yönteminin hammaddeleri de sıkı bir eleme ve işleme gerektirir. Bir parti hazırlamak için pirofilit, kuvars kumu, kireçtaşı, borosilikat, soda külü ve diğer mineral hammaddelerin belirli bir oranda karıştırılması gerekir.

2.2.2 Eritme Süreci

Yukarıdaki hammaddeler bir potaya yerleştirilir ve yüksek-sıcaklıktaki bir fırında eritilir. Erimiş camın ayrılmasını önlemek için eritme sırasında sürekli karıştırma gereklidir.

2.2.3 Çizim Süreci

Çizim işlemi manuel veya mekanik olarak yapılabilir. Mekanik olarak çekilmiş erimiş cam, alt deliciden çekilerek damlacıklar oluşturulur. Bu damlacıklar aşağı doğru yönlendirilir, katılaşmasına izin verilir ve daha sonra bir araya toplanır ve demet halinde lifler elde etmek için eşit şekilde dönen bir sarma tamburuna sarılır. Sarma tamburunun dönüş hızı cam elyafın çapını belirler; tek-delikli bir delici kullanılırsa monofilament lifler elde edilebilir. Cam elyafın kalitesini sağlamak için çekme işlemi sırasında sıcaklık, hız ve diğer parametrelerin dikkatle kontrol edilmesi gerekir.

3. Cam Elyafın Özellikleri

3.1 Yüksek Mukavemet

Cam elyafı, 1000 MPa'nın üzerine çıkan çekme mukavemeti ile sıradan camınkini çok aşan bir mukavemete sahiptir. Birçok metali geride bırakan mükemmel bir yapı malzemesidir. Bu, cam elyafının güçlendirilmiş kompozit malzemelerde daha fazla strese dayanmasına olanak tanıyarak hem mukavemeti hem de sertliği artırır. Örneğin, otomobil üretiminde cam elyaf takviyeli plastikler bazı metal parçaların yerini alabilir ve yapısal sağlamlığı korurken aracın ağırlığını azaltabilir.

3.2 Korozyon Direnci

Cam elyafı mükemmel korozyon direncine sahiptir ve asitler, alkaliler ve tuzlar gibi zorlu ortamlarda-uzun süreli kullanıma olanak tanır. Bu, zorlu koşullarda bile istikrarlı performansı sürdürmesine olanak tanıyarak ürün ömrünü uzatır. Kimya ve çevre alanlarında, borular ve depolama tankları gibi cam elyaf ürünleri, çeşitli aşındırıcı ortamlara dayanabilir ve üretim süreçlerinin güvenliğini ve istikrarını sağlar.

3.3 İyi Yalıtım

Cam elyafı, yüksek dirençli ve dielektrik dayanıma sahip mükemmel bir yalıtım malzemesidir. Bu, teller ve kablolar için yalıtım katmanlarının imalatı ve elektronik bileşenler için kapsülleme malzemeleri olarak elektrik ve elektronik alanlarında yaygın olarak kullanılmasını sağlar. 3.4 Isı Direnci: Cam elyafı, belirli bir sıcaklık aralığında istikrarlı performansı koruyan yüksek ısı direncine sahiptir. Genel olarak, uzun-dönem çalışma sıcaklığı 200-300 dereceye ulaşabilir ve kısa süreli çalışma sıcaklığı daha da yüksek olabilir.

Uçak motorları ve endüstriyel fırınlar gibi-yüksek sıcaklıktaki ortamlarda, cam elyafı takviyeli kompozitler bazı metal malzemelerin yerini alarak-yüksek sıcaklıktaki çalışma koşullarının gereksinimlerini karşılayabilir.

3.5 Hafif

Cam elyafın yoğunluğu yaklaşık 2,5-2,7 g/cm³ olup çelikten çok daha hafiftir. Bu, cam elyafının aynı hacimde daha hafif olmasını sağlar, bu da ürün ağırlığının azaltılmasına yardımcı olur ve taşınabilirliği ve nakliye verimliliğini artırır.

Örneğin, havacılık alanında cam elyaf takviyeli kompozitlerin kullanımı uçakların ağırlığını önemli ölçüde azaltabilir, yakıt verimliliğini artırabilir ve uçuş performansını artırabilir.