Bagaimana Fiberglass Dibuat?

Fiberglass merujuk pada sekelompok produk yang terbuat dari serat kaca individual yang digabungkan menjadi berbagai bentuk. Serat kaca dapat dibagi menjadi dua kelompok utama berdasarkan geometrinya: serat kontinu yang digunakan dalam benang dan tekstil, dan serat diskontinu (pendek) yang digunakan sebagai bantalan, selimut, atau papan untuk isolasi dan filtrasi. Fiberglass dapat dibentuk menjadi benang seperti wol atau kapas, dan ditenun menjadi kain yang terkadang digunakan untuk gorden. Tekstil fiberglass umumnya digunakan sebagai bahan penguat untuk plastik cetakan dan laminasi. Wol fiberglass, bahan tebal dan lembut yang terbuat dari serat diskontinu, digunakan untuk isolasi termal dan penyerapan suara. Bahan ini umumnya ditemukan pada sekat dan lambung kapal dan kapal selam; kompartemen mesin mobil dan pelapis panel bodi; pada tungku dan unit pendingin udara; panel dinding dan langit-langit akustik; dan partisi arsitektur. Fiberglass dapat disesuaikan untuk aplikasi spesifik seperti Tipe E (listrik), yang digunakan sebagai pita isolasi listrik, tekstil, dan penguat; Tipe C (kimia), yang memiliki ketahanan asam yang unggul, dan Tipe T, untuk isolasi termal.

Meskipun penggunaan komersial serat kaca relatif baru, para perajin telah menciptakan untaian kaca untuk menghias piala dan vas selama masa Renaisans. Seorang fisikawan Prancis, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, menghasilkan tekstil yang dihiasi dengan untaian kaca halus pada tahun 1713, dan para penemu Inggris meniru prestasi tersebut pada tahun 1822. Seorang penenun sutra Inggris membuat kain kaca pada tahun 1842, dan penemu lainnya, Edward Libbey, memamerkan gaun yang ditenun dari kaca di Pameran Kolombia tahun 1893 di Chicago.

Wol kaca, massa serat terputus-putus yang lembut dengan panjang acak, pertama kali diproduksi di Eropa pada pergantian abad, menggunakan proses yang melibatkan penarikan serat dari batang secara horizontal ke drum yang berputar. Beberapa dekade kemudian, proses pemintalan dikembangkan dan dipatenkan. Bahan isolasi serat kaca diproduksi di Jerman selama Perang Dunia I. Penelitian dan pengembangan yang ditujukan untuk produksi industri serat kaca berkembang di Amerika Serikat pada tahun 1930-an, di bawah arahan dua perusahaan besar, Owens-Illinois Glass Company dan Corning Glass Works. Perusahaan-perusahaan ini mengembangkan serat kaca yang halus, lentur, dan berbiaya rendah dengan menarik kaca cair melalui lubang yang sangat halus. Pada tahun 1938, kedua perusahaan ini bergabung untuk membentuk Owens-Corning Fiberglas Corp. Sekarang dikenal sebagai Owens-Corning, perusahaan ini telah menjadi perusahaan senilai $3 miliar per tahun, dan merupakan pemimpin di pasar fiberglass.

Bahan Baku

Bahan baku dasar untuk produk fiberglass adalah berbagai mineral alami dan bahan kimia buatan. Bahan utama meliputi pasir silika, batu kapur, dan soda abu. Bahan lain mungkin termasuk alumina terkalsinasi, boraks, feldspar, nefelin syenit, magnesit, dan tanah liat kaolin, di antara lainnya. Pasir silika digunakan sebagai pembentuk kaca, dan soda abu serta batu kapur terutama membantu menurunkan suhu leleh. Bahan lain digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu, seperti boraks untuk ketahanan kimia. Kaca bekas, yang juga disebut cullet, juga digunakan sebagai bahan baku. Bahan baku harus ditimbang dengan cermat dalam jumlah yang tepat dan dicampur secara menyeluruh (disebut pencampuran) sebelum dilelehkan menjadi kaca.

Manufaktur
Proses

Meleleh

Setelah bahan baku disiapkan, bahan tersebut dimasukkan ke dalam tungku untuk dilebur. Tungku dapat dipanaskan dengan listrik, bahan bakar fosil, atau kombinasi keduanya. Suhu harus dikontrol secara tepat untuk menjaga aliran kaca yang lancar dan stabil. Kaca cair harus dijaga pada suhu yang lebih tinggi (sekitar 2500°F [1371°C]) daripada jenis kaca lainnya agar dapat dibentuk menjadi serat. Setelah kaca menjadi cair, kaca tersebut dipindahkan ke peralatan pembentuk melalui saluran (forehearth) yang terletak di ujung tungku.

Membentuk menjadi serat

Beberapa proses berbeda digunakan untuk membentuk serat, tergantung pada jenis seratnya. Serat tekstil dapat dibentuk dari kaca cair langsung dari tungku, atau kaca cair dapat terlebih dahulu dimasukkan ke dalam mesin yang membentuk kelereng kaca berdiameter sekitar 0,62 inci (1,6 cm). Kelereng ini memungkinkan kaca diperiksa secara visual untuk mengetahui adanya pengotor. Baik dalam proses peleburan langsung maupun peleburan kelereng, kaca atau kelereng kaca dimasukkan melalui bushing yang dipanaskan secara elektrik (juga disebut spinneret). Bushing terbuat dari platinum atau paduan logam, dengan jumlah lubang yang sangat halus antara 200 hingga 3.000. Kaca cair melewati lubang-lubang tersebut dan keluar sebagai filamen halus.

Proses filamen kontinu

Serat panjang dan kontinu dapat diproduksi melalui proses filamen kontinu. Setelah kaca mengalir melalui lubang-lubang pada bushing, beberapa untaian ditangkap oleh mesin penggulung berkecepatan tinggi. Mesin penggulung berputar sekitar 2 mil (3 km) per menit, jauh lebih cepat daripada laju aliran dari bushing. Tegangan menarik filamen keluar saat masih cair, membentuk untaian dengan diameter yang jauh lebih kecil daripada lubang pada bushing. Pengikat kimia diaplikasikan, yang membantu mencegah serat putus selama pemrosesan selanjutnya. Filamen kemudian digulung ke tabung. Sekarang dapat dipelintir dan dipilin menjadi benang.

Proses serat stapel

Metode alternatif lainnya adalah proses serat stapel. Saat kaca cair mengalir melalui bushing, semburan udara dengan cepat mendinginkan filamen. Semburan udara yang bergejolak juga memecah filamen menjadi potongan-potongan sepanjang 8-15 inci (20-38 cm). Filamen-filamen ini jatuh melalui semprotan pelumas ke drum yang berputar, di mana mereka membentuk jaring tipis. Jaring tersebut ditarik dari drum dan ditarik menjadi untaian serat yang tersusun longgar secara kontinu. Untaian ini dapat diproses menjadi benang dengan proses yang sama yang digunakan untuk wol dan kapas.

Serat cincang

Alih-alih dibentuk menjadi benang, serat kontinu atau serat panjang dapat dipotong menjadi potongan-potongan pendek. Serat tersebut dipasang pada seperangkat kumparan, yang disebut creel, dan ditarik melalui mesin yang memotongnya menjadi potongan-potongan pendek. Serat yang telah dipotong dibentuk menjadi tikar yang kemudian ditambahkan bahan pengikat. Setelah dikeringkan dalam oven, tikar tersebut digulung. Berbagai berat dan ketebalan menghasilkan produk untuk sirap, atap bertingkat, atau tikar dekoratif.

Benang halus dr kaca

Proses putar atau pemintal digunakan untuk membuat wol kaca. Dalam proses ini, kaca cair dari tungku mengalir ke dalam wadah silinder yang memiliki lubang-lubang kecil. Saat wadah berputar cepat, aliran kaca horizontal mengalir keluar dari lubang-lubang tersebut. Aliran kaca cair diubah menjadi serat oleh semburan udara ke bawah, gas panas, atau keduanya. Serat-serat tersebut jatuh ke sabuk konveyor, di mana mereka saling terjalin membentuk massa seperti bulu. Ini dapat digunakan untuk isolasi, atau wol dapat disemprot dengan pengikat, dikompresi hingga ketebalan yang diinginkan, dan dikeringkan dalam oven. Panas mengikat pengikat, dan produk yang dihasilkan dapat berupa papan kaku atau semi-kaku, atau lembaran fleksibel.

Lapisan pelindung

Selain bahan pengikat, lapisan lain juga diperlukan untuk produk fiberglass. Pelumas digunakan untuk mengurangi abrasi serat dan disemprotkan langsung ke serat atau ditambahkan ke dalam bahan pengikat. Komposisi antistatik juga terkadang disemprotkan ke permukaan alas isolasi fiberglass selama tahap pendinginan. Udara pendingin yang ditarik melalui alas menyebabkan zat antistatik menembus seluruh ketebalan alas. Zat antistatik terdiri dari dua bahan—bahan yang meminimalkan pembentukan listrik statis, dan bahan yang berfungsi sebagai penghambat korosi dan penstabil. Sizing adalah lapisan apa pun yang diaplikasikan pada serat tekstil dalam operasi pembentukan, dan dapat mengandung satu atau lebih komponen (pelumas, bahan pengikat, atau zat penghubung). Zat penghubung digunakan pada untaian yang akan digunakan untuk memperkuat plastik, untuk memperkuat ikatan dengan material yang diperkuat. Terkadang operasi penyelesaian diperlukan untuk menghilangkan lapisan ini, atau untuk menambahkan lapisan lain. Untuk penguatan plastik, sizing dapat dihilangkan dengan panas atau bahan kimia dan zat penghubung diaplikasikan. Untuk aplikasi dekoratif, kain harus diberi perlakuan panas untuk menghilangkan bahan penguat dan untuk menstabilkan tenunan. Lapisan dasar pewarna kemudian diaplikasikan sebelum pewarnaan atau pencetakan.

Membentuk menjadi berbagai bentuk

Produk fiberglass hadir dalam berbagai bentuk, yang dibuat menggunakan beberapa proses. Misalnya, isolasi pipa fiberglass dililitkan pada cetakan berbentuk batang yang disebut mandrel langsung dari unit pembentuk, sebelum pengeringan. Cetakan, dengan panjang 3 kaki (91 cm) atau kurang, kemudian dikeringkan dalam oven. Panjang yang telah dikeringkan kemudian dilepas dari cetakan memanjang, dan dipotong sesuai dimensi yang ditentukan. Lapisan tambahan diaplikasikan jika diperlukan, dan produk dikemas untuk pengiriman.

Kontrol Kualitas

Selama produksi isolasi fiberglass, material diambil sampelnya di sejumlah lokasi dalam proses untuk menjaga kualitas. Lokasi-lokasi ini meliputi: campuran bahan yang dimasukkan ke dalam pelebur listrik; kaca cair dari bushing yang memasok mesin pembuat serat; serat kaca yang keluar dari mesin pembuat serat; dan produk akhir yang telah mengeras yang keluar dari ujung jalur produksi. Sampel kaca dan serat curah dianalisis komposisi kimianya dan keberadaan cacat menggunakan alat analisis kimia dan mikroskop canggih. Distribusi ukuran partikel material campuran diperoleh dengan melewatkan material melalui sejumlah saringan dengan ukuran berbeda. Produk akhir diukur ketebalannya setelah pengemasan sesuai spesifikasi. Perubahan ketebalan menunjukkan bahwa kualitas kaca berada di bawah standar.

Produsen insulasi fiberglass juga menggunakan berbagai prosedur pengujian standar untuk mengukur, menyesuaikan, dan mengoptimalkan ketahanan akustik produk, penyerapan suara, dan kinerja penghalang suara. Sifat akustik dapat dikontrol dengan menyesuaikan variabel produksi seperti diameter serat, kepadatan curah, ketebalan, dan kandungan pengikat. Pendekatan serupa digunakan untuk mengontrol sifat termal.

Masa Depan

Industri fiberglass menghadapi beberapa tantangan besar selama sisa dekade 1990-an dan seterusnya. Jumlah produsen isolasi fiberglass telah meningkat karena anak perusahaan Amerika dari perusahaan asing dan peningkatan produktivitas oleh produsen AS. Hal ini mengakibatkan kelebihan kapasitas, yang tidak dapat diakomodasi oleh pasar saat ini dan mungkin di masa mendatang.

Selain kapasitas berlebih, bahan isolasi lain juga akan bersaing. Wol batuan telah banyak digunakan karena peningkatan proses dan produk baru-baru ini. Isolasi busa adalah alternatif lain untuk fiberglass pada dinding rumah dan atap bangunan komersial. Bahan pesaing lainnya adalah selulosa, yang digunakan dalam isolasi loteng.

Karena rendahnya permintaan isolasi akibat pasar perumahan yang lesu, konsumen menuntut harga yang lebih rendah. Permintaan ini juga merupakan hasil dari tren konsolidasi pengecer dan kontraktor yang terus berlanjut. Sebagai tanggapan, industri isolasi fiberglass harus terus memangkas biaya di dua bidang utama: energi dan lingkungan. Tungku yang lebih efisien harus digunakan yang tidak hanya bergantung pada satu sumber energi.

Dengan kapasitas tempat pembuangan sampah yang mencapai batas maksimum, produsen fiberglass harus mencapai produksi limbah padat hampir nol tanpa meningkatkan biaya. Hal ini akan membutuhkan peningkatan proses manufaktur untuk mengurangi limbah (termasuk limbah cair dan gas) dan menggunakan kembali limbah di mana pun memungkinkan.

Limbah semacam itu mungkin memerlukan pemrosesan ulang dan peleburan kembali sebelum digunakan kembali sebagai bahan baku. Beberapa produsen sudah mengatasi masalah ini.