फाइबरग्लास कैसे बनता है?

फाइबरग्लास उन उत्पादों का समूह है जो अलग-अलग कांच के रेशों को मिलाकर विभिन्न रूपों में बनाए जाते हैं। कांच के रेशों को उनकी ज्यामिति के आधार पर दो मुख्य समूहों में बांटा जा सकता है: धागे और वस्त्रों में उपयोग होने वाले निरंतर रेशे, और इन्सुलेशन और निस्पंदन के लिए बैट, कंबल या बोर्ड के रूप में उपयोग होने वाले असंतत (छोटे) रेशे। फाइबरग्लास को ऊन या कपास की तरह धागे में ढाला जा सकता है और कपड़े में बुना जा सकता है, जिसका उपयोग कभी-कभी पर्दों के लिए किया जाता है। फाइबरग्लास वस्त्रों का उपयोग आमतौर पर ढाले और लैमिनेटेड प्लास्टिक के लिए सुदृढ़ीकरण सामग्री के रूप में किया जाता है। असंतत रेशों से बना फाइबरग्लास ऊन, एक मोटा, रोएँदार पदार्थ है, जिसका उपयोग ऊष्मीय इन्सुलेशन और ध्वनि अवशोषण के लिए किया जाता है। यह आमतौर पर जहाजों और पनडुब्बियों के बल्कहेड और पतवारों; ऑटोमोबाइल इंजन डिब्बों और बॉडी पैनल लाइनरों; भट्टियों और एयर कंडीशनिंग इकाइयों; ध्वनिरोधी दीवार और छत पैनलों; और वास्तुशिल्प विभाजनों में पाया जाता है। फाइबरग्लास को विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जैसे टाइप E (विद्युत), जिसका उपयोग विद्युत इन्सुलेशन टेप, वस्त्र और सुदृढ़ीकरण के रूप में किया जाता है; टाइप C (रासायनिक), जिसमें बेहतर अम्ल प्रतिरोध होता है, और टाइप T, ऊष्मीय इन्सुलेशन के लिए।

हालाँकि कांच के रेशों का व्यावसायिक उपयोग अपेक्षाकृत हाल ही में शुरू हुआ है, लेकिन पुनर्जागरण काल ​​के दौरान कारीगर प्यालों और फूलदानों को सजाने के लिए कांच के रेशे बनाते थे। एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी, रेने-एंटोइन फेरचॉल्ट डी रेउमुर ने 1713 में महीन कांच के रेशों से सजे 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 1893 में शिकागो में आयोजित कोलंबियन प्रदर्शनी में कांच से बुनी हुई एक पोशाक प्रदर्शित की।

ग्लास वूल, जो अनियमित लंबाई वाले असंतुलित रेशों का एक मुलायम पिंड होता है, का उत्पादन सर्वप्रथम यूरोप में शताब्दी के आरंभ में हुआ था। इसकी प्रक्रिया में छड़ों से रेशों को क्षैतिज रूप से घुमाते हुए एक घूमते हुए ड्रम पर डाला जाता था। कई दशकों बाद, एक कताई प्रक्रिया विकसित की गई और उसका पेटेंट कराया गया। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में ग्लास फाइबर इन्सुलेटिंग सामग्री का निर्माण किया गया। 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 वर्क्स के मार्गदर्शन में आगे बढ़ा। इन कंपनियों ने पिघले हुए कांच को बहुत महीन छिद्रों से गुजारकर एक महीन, लचीला और कम लागत वाला ग्लास फाइबर विकसित किया। 1938 में, इन दोनों कंपनियों का विलय होकर ओवेन्स-कॉर्निंग फाइबरग्लास कॉर्प का गठन हुआ। अब इसे केवल ओवेन्स-कॉर्निंग के नाम से जाना जाता है, और यह 3 अरब डॉलर प्रति वर्ष का कारोबार करने वाली कंपनी बन गई है, और फाइबरग्लास बाजार में अग्रणी है।

कच्चा माल

फाइबरग्लास उत्पादों के लिए मूलभूत कच्चा माल विभिन्न प्रकार के प्राकृतिक खनिज और निर्मित रसायन होते हैं। प्रमुख घटक सिलिका रेत, चूना पत्थर और सोडा ऐश हैं। अन्य घटकों में कैल्सीनेटेड एल्यूमिना, बोरेक्स, फेल्डस्पार, नेफेलिन साइनाइट, मैग्नेसाइट और काओलिन क्ले आदि शामिल हो सकते हैं। सिलिका रेत का उपयोग ग्लास बनाने वाले पदार्थ के रूप में किया जाता है, और सोडा ऐश और चूना पत्थर मुख्य रूप से गलनांक को कम करने में सहायक होते हैं। अन्य घटकों का उपयोग कुछ गुणों को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है, जैसे कि रासायनिक प्रतिरोध के लिए बोरेक्स। अपशिष्ट कांच, जिसे कलेट भी कहा जाता है, का उपयोग भी कच्चे माल के रूप में किया जाता है। कच्चे माल को कांच में पिघलाने से पहले सावधानीपूर्वक सटीक मात्रा में तौला जाना और अच्छी तरह से मिलाया जाना आवश्यक है (जिसे बैचिंग कहा जाता है)।

विनिर्माण
प्रक्रिया

गलन

एक बार बैच तैयार हो जाने पर, इसे पिघलाने के लिए भट्टी में डाला जाता है। भट्टी को बिजली, जीवाश्म ईंधन या दोनों के संयोजन से गर्म किया जा सकता है। कांच के सुचारू और स्थिर प्रवाह को बनाए रखने के लिए तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है। फाइबर में ढालने के लिए पिघले हुए कांच को अन्य प्रकार के कांच की तुलना में उच्च तापमान (लगभग 2500°F [1371°C]) पर रखना पड़ता है। कांच के पिघलने के बाद, इसे भट्टी के अंत में स्थित एक चैनल (फोरहीर्थ) के माध्यम से निर्माण उपकरण में स्थानांतरित किया जाता है।

रेशों में परिवर्तित होना

फाइबर के प्रकार के आधार पर, फाइबर बनाने के लिए कई अलग-अलग प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। वस्त्र फाइबर भट्टी से सीधे पिघले हुए कांच से बनाए जा सकते हैं, 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 गोले बनाती है। इन गोलों की सहायता से कांच में अशुद्धियों की दृश्य जांच की जा सकती है। प्रत्यक्ष पिघलाने और गोला बनाने दोनों प्रक्रियाओं में, कांच या कांच के गोलों को विद्युत रूप से गर्म किए गए बुशिंग (जिन्हें स्पिनरेट भी कहा जाता है) से गुजारा जाता है। बुशिंग प्लैटिनम या धातु मिश्र धातु से बनी होती है, जिसमें 200 से 3,000 तक बहुत महीन छिद्र होते हैं। पिघला हुआ कांच इन छिद्रों से गुजरता है और महीन तंतुओं के रूप में बाहर निकलता है।

सतत-फिलामेंट प्रक्रिया

निरंतर तंतु प्रक्रिया द्वारा एक लंबा, निरंतर तंतु बनाया जा सकता है। जब कांच बुशिंग के छेदों से होकर बहता है, तो कई तंतु एक उच्च गति वाले वाइंडिंग यंत्र पर फंस जाते हैं। वाइंडिंग यंत्र लगभग 2 मील (3 किमी) प्रति मिनट की गति से घूमता है, जो बुशिंग से प्रवाह की दर से कहीं अधिक तेज़ है। तनाव पिघली हुई अवस्था में ही तंतुओं को खींच लेता है, जिससे बुशिंग के छिद्रों के व्यास के एक अंश के बराबर व्यास वाले तंतु बनते हैं। एक रासायनिक बंधनक लगाया जाता है, जो बाद की प्रक्रिया के दौरान तंतु को टूटने से बचाता है। फिर तंतु को नलियों पर लपेटा जाता है। अब इसे मोड़कर और जोड़कर धागा बनाया जा सकता है।

स्टेपल-फाइबर प्रक्रिया

एक वैकल्पिक विधि स्टेपलफाइबर प्रक्रिया है। जब पिघला हुआ कांच बुशिंग से होकर बहता है, तो हवा के जेट तेजी से तंतुओं को ठंडा कर देते हैं। हवा के ये तेज झोंके तंतुओं को 8-15 इंच (20-38 सेंटीमीटर) लंबाई में तोड़ देते हैं। ये तंतु चिकनाई के छिड़काव से होकर एक घूमते हुए ड्रम पर गिरते हैं, जहां वे एक पतली जाली बनाते हैं। इस जाली को ड्रम से खींचकर ढीले ढंग से जुड़े रेशों के एक निरंतर धागे में बदल दिया जाता है। इस धागे को ऊन और कपास के लिए उपयोग की जाने वाली समान प्रक्रियाओं द्वारा सूत में संसाधित किया जा सकता है।

कटा हुआ फाइबर

धागे के रूप में ढालने के बजाय, निरंतर या लंबे रेशे को छोटे टुकड़ों में काटा जा सकता है। रेशे को बॉबिन के एक सेट पर लगाया जाता है, जिसे क्रील कहा जाता है, और एक मशीन से खींचा जाता है जो इसे छोटे टुकड़ों में काट देती है। कटे हुए रेशे से चटाई बनाई जाती है जिसमें एक बाइंडर मिलाया जाता है। ओवन में सुखाने के बाद, चटाई को लपेट दिया जाता है। विभिन्न वजन और मोटाई से शिंगल, बिल्ट-अप रूफिंग या सजावटी चटाई जैसे उत्पाद प्राप्त होते हैं।

ग्लास वुल

ग्लास वूल बनाने के लिए रोटरी या स्पिनर प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में, भट्टी से पिघला हुआ कांच छोटे-छोटे छेदों वाले एक बेलनाकार पात्र में प्रवाहित होता है। जैसे ही पात्र तेजी से घूमता है, कांच की क्षैतिज धाराएँ छेदों से बाहर निकलती हैं। पिघले हुए कांच की इन धाराओं को हवा, गर्म गैस या दोनों के नीचे की ओर पड़ने वाले प्रवाह द्वारा रेशों में परिवर्तित किया जाता है। ये रेशे एक कन्वेयर बेल्ट पर गिरते हैं, जहाँ वे आपस में गुंथकर एक ऊनी पिंड बना लेते हैं। इसका उपयोग इन्सुलेशन के लिए किया जा सकता है, या ऊन पर बाइंडर का छिड़काव करके, वांछित मोटाई में संपीड़ित करके, और ओवन में सुखाया जा सकता है। ऊष्मा बाइंडर को जमा देती है, और परिणामी उत्पाद एक कठोर या अर्ध-कठोर बोर्ड, या एक लचीली पट्टी हो सकती है।

सुरक्षात्मक लेप

बाइंडर के अलावा, फाइबरग्लास उत्पादों के लिए अन्य कोटिंग्स की भी आवश्यकता होती है। फाइबर के घिसाव को कम करने के लिए लुब्रिकेंट का उपयोग किया जाता है, जिसे या तो सीधे फाइबर पर स्प्रे किया जाता है या बाइंडर में मिलाया जाता है। शीतलन प्रक्रिया के दौरान फाइबरग्लास इन्सुलेशन मैट की सतह पर कभी-कभी एंटी-स्टैटिक मिश्रण का भी स्प्रे किया जाता है। मैट से होकर गुजरने वाली ठंडी हवा के कारण एंटी-स्टैटिक एजेंट मैट की पूरी मोटाई में प्रवेश कर जाता है। एंटी-स्टैटिक एजेंट में दो घटक होते हैं—एक ऐसा पदार्थ जो स्थैतिक विद्युत के उत्पादन को कम करता है, और एक ऐसा पदार्थ जो संक्षारण अवरोधक और स्टेबलाइजर के रूप में कार्य करता है। साइजिंग, निर्माण प्रक्रिया में कपड़ा फाइबर पर लगाई जाने वाली कोई भी कोटिंग है, और इसमें एक या अधिक घटक (लुब्रिकेंट, बाइंडर या कपलिंग एजेंट) हो सकते हैं। कपलिंग एजेंट का उपयोग उन स्ट्रैंड्स पर किया जाता है जिनका उपयोग सुदृढ़ीकरण प्लास्टिक के लिए किया जाएगा, ताकि सुदृढ़ सामग्री के साथ बंधन को मजबूत किया जा सके। कभी-कभी इन कोटिंग्स को हटाने या दूसरी कोटिंग लगाने के लिए फिनिशिंग प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। प्लास्टिक सुदृढ़ीकरण के लिए, साइजिंग को गर्मी या रसायनों से हटाया जा सकता है और कपलिंग एजेंट लगाया जा सकता है। सजावटी अनुप्रयोगों के लिए, कपड़ों को हीट ट्रीटमेंट देना आवश्यक है ताकि साइजिंग को हटाया जा सके और बुनाई को सेट किया जा सके। इसके बाद रंगाई या प्रिंटिंग से पहले डाई बेस कोटिंग लगाई जाती है।

आकृतियों में ढलना

फाइबरग्लास उत्पाद कई तरह के आकार में उपलब्ध होते हैं और इन्हें विभिन्न प्रक्रियाओं द्वारा बनाया जाता है। उदाहरण के लिए, फाइबरग्लास पाइप इन्सुलेशन को सुखाने से पहले, बनाने वाली इकाइयों से सीधे रॉड जैसे सांचों पर लपेटा जाता है, जिन्हें मैंड्रेल कहा जाता है। 3 फीट (91 सेमी) या उससे कम लंबाई के इन सांचों को फिर ओवन में सुखाया जाता है। सुखाए गए टुकड़ों को लंबाई में सांचे से निकाला जाता है और निर्दिष्ट मापों में काटा जाता है। आवश्यकता पड़ने पर बाहरी परत चढ़ाई जाती है और उत्पाद को शिपमेंट के लिए पैक किया जाता है।

गुणवत्ता नियंत्रण

फाइबरग्लास इंसुलेशन के उत्पादन के दौरान, गुणवत्ता बनाए रखने के लिए प्रक्रिया के कई स्थानों से सामग्री के नमूने लिए जाते हैं। इन स्थानों में शामिल हैं: इलेक्ट्रिक मेल्टर में डाला जाने वाला मिश्रित बैच; फाइबराइज़र को फीड करने वाले बुशिंग से पिघला हुआ कांच; फाइबराइज़र मशीन से निकलने वाला कांच का फाइबर; और उत्पादन लाइन के अंत से निकलने वाला अंतिम तैयार उत्पाद। थोक कांच और फाइबर के नमूनों का विश्लेषण परिष्कृत रासायनिक विश्लेषकों और सूक्ष्मदर्शी यंत्रों का उपयोग करके रासायनिक संरचना और दोषों की उपस्थिति के लिए किया जाता है। बैच सामग्री के कण आकार वितरण को विभिन्न आकारों की कई छलनी से गुजारकर प्राप्त किया जाता है। विनिर्देशों के अनुसार पैकेजिंग के बाद अंतिम उत्पाद की मोटाई मापी जाती है। मोटाई में परिवर्तन कांच की गुणवत्ता को मानक से नीचे दर्शाता है।

फाइबरग्लास इन्सुलेशन निर्माता उत्पाद की ध्वनिक प्रतिरोधकता, ध्वनि अवशोषण और ध्वनि अवरोधन क्षमता को मापने, समायोजित करने और अनुकूलित करने के लिए विभिन्न मानकीकृत परीक्षण प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं। ध्वनिक गुणों को फाइबर व्यास, घनत्व, मोटाई और बाइंडर सामग्री जैसे उत्पादन कारकों को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। तापीय गुणों को नियंत्रित करने के लिए भी इसी प्रकार की विधि अपनाई जाती है।

भविष्य

1990 के दशक के बाकी बचे समय और उसके बाद के समय में फाइबरग्लास उद्योग को कई बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ेगा। विदेशी कंपनियों की अमेरिकी सहायक कंपनियों और अमेरिकी निर्माताओं द्वारा उत्पादकता में सुधार के कारण फाइबरग्लास इन्सुलेशन उत्पादकों की संख्या में वृद्धि हुई है। इसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त उत्पादन क्षमता उत्पन्न हो गई है, जिसे वर्तमान और शायद भविष्य का बाजार पूरा नहीं कर पाएगा।

अतिरिक्त क्षमता के अलावा, अन्य इन्सुलेशन सामग्री भी प्रतिस्पर्धा करेंगी। हाल ही में प्रक्रिया और उत्पाद में हुए सुधारों के कारण रॉक वूल का व्यापक रूप से उपयोग होने लगा है। आवासीय दीवारों और व्यावसायिक छतों में फाइबरग्लास के विकल्प के रूप में फोम इन्सुलेशन का उपयोग किया जाता है। एक अन्य प्रतिस्पर्धी सामग्री सेल्युलोज है, जिसका उपयोग अटारी इन्सुलेशन में किया जाता है।

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

लैंडफिल की क्षमता अधिकतम सीमा तक पहुँचने के साथ, फाइबरग्लास निर्माताओं को लागत बढ़ाए बिना ठोस कचरे का उत्पादन लगभग शून्य करना होगा। इसके लिए अपशिष्ट (तरल और गैसीय अपशिष्ट सहित) को कम करने के लिए विनिर्माण प्रक्रियाओं में सुधार करना और जहाँ भी संभव हो अपशिष्ट का पुन: उपयोग करना आवश्यक होगा।

इस प्रकार के अपशिष्ट को कच्चे माल के रूप में पुनः उपयोग करने से पहले पुनर्संसाधन और पुनर्पिघलाने की आवश्यकता हो सकती है। कई निर्माता पहले से ही इन मुद्दों पर काम कर रहे हैं।