फाइबरग्लास कैसे बनता है?

फ़ाइबरग्लास विभिन्न रूपों में संयोजित व्यक्तिगत ग्लास फ़ाइबर से बने उत्पादों के एक समूह को संदर्भित करता है। ग्लास फाइबर को उनकी ज्यामिति के अनुसार दो प्रमुख समूहों में विभाजित किया जा सकता है: यार्न और वस्त्रों में उपयोग किए जाने वाले निरंतर फाइबर, और इन्सुलेशन और निस्पंदन के लिए बैट, कंबल या बोर्ड के रूप में उपयोग किए जाने वाले असंतुलित (छोटे) फाइबर। फ़ाइबरग्लास को ऊन या कपास की तरह धागे में बनाया जा सकता है, और कपड़े में बुना जा सकता है जिसे कभी-कभी पर्दे के लिए उपयोग किया जाता है। फ़ाइबरग्लास वस्त्रों का उपयोग आमतौर पर मोल्डेड और लेमिनेटेड प्लास्टिक के लिए सुदृढीकरण सामग्री के रूप में किया जाता है। फाइबरग्लास ऊन, असंतुलित रेशों से बनी एक मोटी, रोएँदार सामग्री, का उपयोग थर्मल इन्सुलेशन और ध्वनि अवशोषण के लिए किया जाता है। यह आमतौर पर जहाज और पनडुब्बी के उभारों और पतवारों में पाया जाता है; ऑटोमोबाइल इंजन डिब्बे और बॉडी पैनल लाइनर; भट्टियों और एयर कंडीशनिंग इकाइयों में; ध्वनिक दीवार और छत पैनल; और वास्तुशिल्प विभाजन। फाइबरग्लास को विशिष्ट अनुप्रयोगों जैसे टाइप ई (इलेक्ट्रिकल) के लिए तैयार किया जा सकता है, जिसका उपयोग विद्युत इन्सुलेशन टेप, कपड़ा और सुदृढीकरण के रूप में किया जाता है; टाइप सी (रासायनिक), जिसमें बेहतर एसिड प्रतिरोध होता है, और थर्मल इन्सुलेशन के लिए टाइप टी।

हालाँकि ग्लास फ़ाइबर का व्यावसायिक उपयोग अपेक्षाकृत हाल ही में हुआ है, पुनर्जागरण के दौरान कारीगरों ने प्यालों और फूलदानों को सजाने के लिए ग्लास स्ट्रैंड बनाए। एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी, रेने-एंटोनी फेरचॉल्ट डी रेउमुर ने 1713 में बढ़िया कांच के धागों से सजाए गए वस्त्र बनाए, और ब्रिटिश आविष्कारकों ने 1822 में इस उपलब्धि को दोहराया। एक ब्रिटिश रेशम बुनकर ने 1842 में कांच का कपड़ा बनाया, और एक अन्य आविष्कारक, एडवर्ड लिब्बी ने एक का प्रदर्शन किया। 1893 में शिकागो में कोलंबियाई प्रदर्शनी में कांच से बुनी गई पोशाक।

ग्लास वूल, यादृच्छिक लंबाई में असंतुलित फाइबर का एक रोएंदार द्रव्यमान, पहली बार सदी के अंत में यूरोप में उत्पादित किया गया था, एक ऐसी प्रक्रिया का उपयोग करके जिसमें छड़ से क्षैतिज रूप से घूमने वाले ड्रम तक फाइबर खींचना शामिल था। कई दशकों के बाद, एक कताई प्रक्रिया विकसित की गई और उसका पेटेंट कराया गया। ग्लास फाइबर इंसुलेटिंग सामग्री का निर्माण प्रथम विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में किया गया था। ग्लास फाइबर के औद्योगिक उत्पादन के उद्देश्य से अनुसंधान और विकास 1930 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका में दो प्रमुख कंपनियों, ओवेन्स-इलिनोइस ग्लास कंपनी और कॉर्निंग ग्लास के निर्देशन में आगे बढ़ा। काम करता है. इन कंपनियों ने बहुत महीन छिद्रों के माध्यम से पिघले हुए ग्लास को खींचकर एक बढ़िया, लचीला, कम लागत वाला ग्लास फाइबर विकसित किया। 1938 में, इन दोनों कंपनियों का विलय होकर ओवेन्स-कॉर्निंग फ़ाइबरग्लास कॉर्प का निर्माण हुआ। अब इसे केवल ओवेन्स-कॉर्निंग के नाम से जाना जाता है, यह सालाना 3 अरब डॉलर की कंपनी बन गई है, और फ़ाइबरग्लास बाज़ार में अग्रणी है।

कच्चा माल

फाइबरग्लास उत्पादों के लिए बुनियादी कच्चा माल विभिन्न प्रकार के प्राकृतिक खनिज और निर्मित रसायन हैं। प्रमुख सामग्रियां सिलिका रेत, चूना पत्थर और सोडा ऐश हैं। अन्य सामग्रियों में कैलक्लाइंड एल्यूमिना, बोरेक्स, फेल्डस्पार, नेफलाइन सिनाइट, मैग्नेसाइट और काओलिन क्ले शामिल हो सकते हैं। सिलिका रेत का उपयोग कांच के रूप में किया जाता है, और सोडा ऐश और चूना पत्थर मुख्य रूप से पिघलने के तापमान को कम करने में मदद करते हैं। कुछ गुणों को बेहतर बनाने के लिए अन्य सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जैसे रासायनिक प्रतिरोध के लिए बोरेक्स। अपशिष्ट ग्लास, जिसे पुलिया भी कहा जाता है, का उपयोग कच्चे माल के रूप में भी किया जाता है। कांच में पिघलाने से पहले कच्चे माल को सावधानी से सटीक मात्रा में तौलना चाहिए और अच्छी तरह से एक साथ मिलाना चाहिए (जिसे बैचिंग कहा जाता है)।

विनिर्माण
प्रक्रिया

गलन

एक बार बैच तैयार हो जाने के बाद, इसे पिघलने के लिए भट्टी में डाल दिया जाता है। भट्टी को बिजली, जीवाश्म ईंधन या दोनों के संयोजन से गर्म किया जा सकता है। कांच के सुचारू, स्थिर प्रवाह को बनाए रखने के लिए तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए। पिघले हुए कांच को फाइबर में बदलने के लिए अन्य प्रकार के कांच की तुलना में उच्च तापमान (लगभग 2500°F [1371°C]) पर रखा जाना चाहिए। एक बार जब कांच पिघला हुआ हो जाता है, तो इसे भट्ठी के अंत में स्थित एक चैनल (अग्रभाग) के माध्यम से बनाने वाले उपकरण में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

रेशों में बनना

फाइबर के प्रकार के आधार पर, फाइबर बनाने के लिए कई अलग-अलग प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। कपड़ा रेशों को भट्टी से सीधे पिघले हुए कांच से बनाया जा सकता है, या पिघले हुए कांच को पहले एक मशीन में डाला जा सकता है जो लगभग 0.62 इंच (1.6 सेमी) व्यास के कांच के पत्थर बनाती है। ये मार्बल्स कांच को अशुद्धियों के लिए दृष्टिगत रूप से निरीक्षण करने की अनुमति देते हैं। प्रत्यक्ष पिघलने और संगमरमर पिघलने की प्रक्रिया दोनों में, कांच या कांच के संगमरमर को विद्युत रूप से गर्म झाड़ियों (जिन्हें स्पिनरनेट भी कहा जाता है) के माध्यम से खिलाया जाता है। झाड़ी प्लैटिनम या धातु मिश्र धातु से बनी होती है, जिसमें 200 से 3,000 तक बहुत बारीक छिद्र होते हैं। पिघला हुआ कांच छिद्रों से होकर गुजरता है और बारीक तंतु के रूप में बाहर आता है।

सतत-फिलामेंट प्रक्रिया

सतत-फिलामेंट प्रक्रिया के माध्यम से एक लंबे, निरंतर फाइबर का उत्पादन किया जा सकता है। झाड़ी में छेद के माध्यम से कांच बहने के बाद, कई किस्में एक उच्च गति वाली वाइन्डर पर पकड़ी जाती हैं। वाइन्डर प्रति मिनट लगभग 2 मील (3 किमी) की गति से घूमता है, जो झाड़ियों से प्रवाह की दर से बहुत तेज़ है। तनाव पिघला हुआ रहते हुए भी फिलामेंट्स को बाहर खींचता है, जिससे झाड़ी में खुले छिद्रों के व्यास का एक अंश बन जाता है। एक रासायनिक बाइंडर लगाया जाता है, जो बाद में प्रसंस्करण के दौरान फाइबर को टूटने से बचाने में मदद करता है। फिर फिलामेंट को ट्यूबों पर लपेटा जाता है। अब इसे मोड़कर सूत बनाया जा सकता है।

स्टेपल-फाइबर प्रक्रिया

एक वैकल्पिक विधि स्टेपलफाइबर प्रक्रिया है। जैसे ही पिघला हुआ कांच झाड़ियों से होकर बहता है, हवा के जेट तेजी से फिलामेंट्स को ठंडा कर देते हैं। हवा के अशांत विस्फोट भी तंतुओं को 8-15 इंच (20-38 सेमी) की लंबाई में तोड़ देते हैं। ये फिलामेंट्स स्नेहक के एक स्प्रे के माध्यम से घूमते ड्रम पर गिरते हैं, जहां वे एक पतली वेब बनाते हैं। वेब को ड्रम से खींचा जाता है और ढीले इकट्ठे रेशों के एक सतत स्ट्रैंड में खींचा जाता है। इस स्ट्रैंड को ऊन और कपास के लिए उपयोग की जाने वाली समान प्रक्रियाओं द्वारा सूत में संसाधित किया जा सकता है।

कटा हुआ रेशा

सूत में बनने के बजाय, निरंतर या लंबे-स्टेपल स्ट्रैंड को छोटी लंबाई में काटा जा सकता है। स्ट्रैंड को बॉबिन के एक सेट पर लगाया जाता है, जिसे क्रेल कहा जाता है, और एक मशीन के माध्यम से खींचा जाता है जो इसे छोटे टुकड़ों में काट देता है। कटा हुआ फाइबर मैट में बनता है जिसमें एक बाइंडर जोड़ा जाता है। ओवन में पकाने के बाद, चटाई को लपेटा जाता है। विभिन्न वजन और मोटाई से शिंगल, निर्मित छत, या सजावटी मैट के लिए उत्पाद मिलते हैं।

ग्लास वुल

कांच की ऊन बनाने के लिए रोटरी या स्पिनर प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में, भट्ठी से पिघला हुआ कांच छोटे छेद वाले एक बेलनाकार कंटेनर में प्रवाहित होता है। जैसे ही कंटेनर तेजी से घूमता है, कांच की क्षैतिज धाराएँ छिद्रों से बाहर बहती हैं। पिघली हुई कांच की धाराएँ हवा, गर्म गैस या दोनों के नीचे की ओर विस्फोट से रेशों में परिवर्तित हो जाती हैं। रेशे एक कन्वेयर बेल्ट पर गिरते हैं, जहां वे एक दूसरे के साथ एक ऊनी द्रव्यमान में जुड़ते हैं। इसका उपयोग इन्सुलेशन के लिए किया जा सकता है, या ऊन को बाइंडर के साथ स्प्रे किया जा सकता है, वांछित मोटाई में संपीड़ित किया जा सकता है, और ओवन में ठीक किया जा सकता है। गर्मी बाइंडर को सेट करती है, और परिणामी उत्पाद एक कठोर या अर्ध-कठोर बोर्ड, या एक लचीली बैट हो सकता है।

सुरक्षात्मक लेप

बाइंडरों के अलावा, फाइबरग्लास उत्पादों के लिए अन्य कोटिंग्स की भी आवश्यकता होती है। स्नेहक का उपयोग फाइबर के घर्षण को कम करने के लिए किया जाता है और इसे या तो सीधे फाइबर पर छिड़का जाता है या बाइंडर में जोड़ा जाता है। शीतलन चरण के दौरान कभी-कभी फाइबरग्लास इन्सुलेशन मैट की सतह पर एक एंटी-स्टैटिक संरचना का भी छिड़काव किया जाता है। मैट के माध्यम से खींची गई ठंडी हवा के कारण एंटी-स्टैटिक एजेंट मैट की पूरी मोटाई में प्रवेश कर जाता है। एंटी-स्टैटिक एजेंट में दो अवयव होते हैं - एक सामग्री जो स्थैतिक बिजली के उत्पादन को कम करती है, और एक ऐसी सामग्री जो संक्षारण अवरोधक और स्टेबलाइज़र के रूप में कार्य करती है। साइज़िंग किसी भी कोटिंग को बनाने के संचालन में कपड़ा फाइबर पर लागू किया जाता है, और इसमें एक या एक हो सकता है अधिक घटक (स्नेहक, बाइंडर्स, या युग्मन एजेंट)। युग्मन एजेंटों का उपयोग स्ट्रैंड्स पर किया जाता है जिनका उपयोग प्लास्टिक को मजबूत करने के लिए किया जाएगा, ताकि प्रबलित सामग्री के साथ बंधन को मजबूत किया जा सके। कभी-कभी इन कोटिंग्स को हटाने के लिए, या एक और कोटिंग जोड़ने के लिए एक फिनिशिंग ऑपरेशन की आवश्यकता होती है। प्लास्टिक सुदृढीकरण के लिए, आकार को गर्मी या रसायनों के साथ हटाया जा सकता है और एक युग्मन एजेंट लगाया जा सकता है। सजावटी अनुप्रयोगों के लिए, आकार को हटाने और बुनाई को सेट करने के लिए कपड़ों को गर्मी से उपचारित किया जाना चाहिए। रंगाई या छपाई से पहले डाई बेस कोटिंग लगाई जाती है।

आकृतियों में बनना

फ़ाइबरग्लास उत्पाद विभिन्न प्रकार के आकार में आते हैं, जो कई प्रक्रियाओं का उपयोग करके बनाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, फ़ाइबरग्लास पाइप इन्सुलेशन को ठीक करने से पहले, निर्माण इकाइयों से सीधे रॉड-जैसे रूपों पर लपेटा जाता है, जिन्हें मैंड्रेल कहा जाता है। 3 फीट (91 सेमी) या उससे कम लंबाई वाले सांचे को ओवन में ठीक किया जाता है। फिर ठीक की गई लंबाई को लंबाई के अनुसार डी-मोल्ड किया जाता है, और निर्दिष्ट आयामों में काट दिया जाता है। यदि आवश्यक हो तो फेसिंग लगाई जाती है और उत्पाद को शिपमेंट के लिए पैक किया जाता है।

गुणवत्ता नियंत्रण

फाइबरग्लास इन्सुलेशन के उत्पादन के दौरान, गुणवत्ता बनाए रखने के लिए प्रक्रिया में कई स्थानों पर सामग्री का नमूना लिया जाता है। इन स्थानों में शामिल हैं: मिश्रित बैच को इलेक्ट्रिक मेल्टर में डाला जा रहा है; झाड़ी से पिघला हुआ कांच जो फ़ाइबराइज़र को पोषण देता है; फ़ाइबराइज़र मशीन से निकलने वाला ग्लास फ़ाइबर; और अंतिम उपचारित उत्पाद उत्पादन लाइन के अंत से निकलता है। परिष्कृत रासायनिक विश्लेषकों और सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके रासायनिक संरचना और दोषों की उपस्थिति के लिए थोक ग्लास और फाइबर नमूनों का विश्लेषण किया जाता है। बैच सामग्री का कण आकार वितरण विभिन्न आकार की छलनी के माध्यम से सामग्री को पारित करके प्राप्त किया जाता है। विनिर्देशों के अनुसार पैकेजिंग के बाद अंतिम उत्पाद की मोटाई मापी जाती है। मोटाई में परिवर्तन यह दर्शाता है कि कांच की गुणवत्ता मानक से कम है।

फाइबरग्लास इन्सुलेशन निर्माता उत्पाद ध्वनिक प्रतिरोध, ध्वनि अवशोषण और ध्वनि अवरोध प्रदर्शन को मापने, समायोजित करने और अनुकूलित करने के लिए विभिन्न मानकीकृत परीक्षण प्रक्रियाओं का भी उपयोग करते हैं। ध्वनिक गुणों को फाइबर व्यास, थोक घनत्व, मोटाई और बाइंडर सामग्री जैसे उत्पादन चर को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। थर्मल गुणों को नियंत्रित करने के लिए एक समान दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है।

भविष्य

फ़ाइबरग्लास उद्योग को 1990 के दशक और उसके बाद के वर्षों में कुछ बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ा। विदेशी कंपनियों की अमेरिकी सहायक कंपनियों और अमेरिकी निर्माताओं द्वारा उत्पादकता में सुधार के कारण फाइबरग्लास इन्सुलेशन के उत्पादकों की संख्या में वृद्धि हुई है। इसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त क्षमता उत्पन्न हो गई है, जिसे वर्तमान और शायद भविष्य का बाज़ार समायोजित नहीं कर सकता।

अतिरिक्त क्षमता के अलावा, अन्य इन्सुलेशन सामग्री प्रतिस्पर्धा करेंगी। हाल की प्रक्रिया और उत्पाद सुधारों के कारण रॉक ऊन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा है। फोम इन्सुलेशन आवासीय दीवारों और व्यावसायिक छतों में फाइबरग्लास का एक और विकल्प है। एक अन्य प्रतिस्पर्धी सामग्री सेलूलोज़ है, जिसका उपयोग अटारी इन्सुलेशन में किया जाता है।

नरम आवास बाजार के कारण इन्सुलेशन की कम मांग के कारण, उपभोक्ता कम कीमतों की मांग कर रहे हैं। यह मांग खुदरा विक्रेताओं और ठेकेदारों के एकीकरण की निरंतर प्रवृत्ति का भी परिणाम है। जवाब में, फाइबरग्लास इन्सुलेशन उद्योग को दो प्रमुख क्षेत्रों में लागत में कटौती जारी रखनी होगी: ऊर्जा और पर्यावरण। अधिक कुशल भट्टियों का उपयोग करना होगा जो ऊर्जा के केवल एक स्रोत पर निर्भर न हों।

लैंडफिल अधिकतम क्षमता तक पहुंचने के साथ, फाइबरग्लास निर्माताओं को लागत में वृद्धि किए बिना ठोस अपशिष्ट पर लगभग शून्य उत्पादन हासिल करना होगा। इसके लिए अपशिष्ट को कम करने (तरल और गैस अपशिष्ट के लिए भी) और जहां भी संभव हो अपशिष्ट का पुन: उपयोग करने के लिए विनिर्माण प्रक्रियाओं में सुधार की आवश्यकता होगी।

ऐसे कचरे को कच्चे माल के रूप में पुन: उपयोग करने से पहले पुन: प्रसंस्करण और पिघलने की आवश्यकता हो सकती है। कई निर्माता पहले से ही इन मुद्दों का समाधान कर रहे हैं।