Bagaimana Fiberglass Dibuat?

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

Meskipun penggunaan serat kaca secara komersial relatif baru, pengrajin menciptakan untaian kaca untuk mendekorasi gelas dan vas selama zaman Renaisans. Seorang fisikawan Perancis, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, memproduksi tekstil yang dihias dengan untaian kaca halus pada tahun 1713, dan penemu Inggris menduplikasi prestasi tersebut pada tahun 1822. Seorang penenun sutra Inggris membuat kain kaca pada tahun 1842, dan penemu lainnya, Edward Libbey, memamerkan a gaun tenunan kaca pada Pameran Kolumbia tahun 1893 di Chicago.

Glass wool, suatu kumpulan serat terputus-putus yang halus 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 Bekerja. 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 produk fiberglass adalah berbagai mineral alami dan bahan kimia manufaktur. Bahan utamanya adalah pasir silika, batu kapur, dan soda abu. Bahan lainnya mungkin antara lain alumina terkalsinasi, boraks, feldspar, nepheline syenite, magnesit, dan tanah liat kaolin. Pasir silika digunakan sebagai pembentuk kaca, dan abu soda serta batu kapur terutama membantu menurunkan suhu leleh. Bahan lain digunakan untuk meningkatkan sifat tertentu, seperti boraks untuk ketahanan terhadap bahan kimia. Kaca bekas yang disebut juga cullet juga digunakan sebagai bahan baku. Bahan mentah harus ditimbang secara hati-hati dalam jumlah yang tepat dan dicampur secara menyeluruh (disebut batching) sebelum dilebur menjadi gelas.

Manufaktur
Proses

Meleleh

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

Membentuk menjadi serat

Beberapa proses berbeda digunakan untuk membentuk serat, bergantung pada jenis seratnya. Serat tekstil dapat dibentuk dari kaca cair langsung dari tungku, atau kaca cair tersebut dapat diumpankan terlebih dahulu ke mesin yang membentuk kelereng kaca dengan diameter sekitar 0,62 inci (1,6 cm). Kelereng ini memungkinkan kaca diperiksa secara visual untuk mengetahui adanya kotoran. Baik dalam proses peleburan langsung maupun peleburan marmer, kaca atau kelereng kaca dimasukkan melalui selongsong yang dipanaskan dengan listrik (juga disebut pemintal). Busingnya terbuat dari platina atau paduan logam, dengan 200 hingga 3.000 lubang yang sangat halus. Kaca cair melewati lubang dan keluar sebagai filamen halus.

Proses filamen berkelanjutan

Serat yang panjang dan berkesinambungan dapat diproduksi melalui proses filamen berkesinambungan. Setelah kaca mengalir melalui lubang di selongsong, beberapa helai kaca tersangkut pada penggulung berkecepatan tinggi. Penggulungnya berputar dengan kecepatan sekitar 2 mil (3 km) per menit, jauh lebih cepat daripada laju aliran dari bushing. Ketegangan menarik keluar filamen saat masih cair, membentuk untaian yang diameternya hanya sepersekian kecil dari bukaan pada selongsong. Pengikat kimia diterapkan, yang membantu menjaga serat agar tidak pecah selama pemrosesan selanjutnya. Filamen kemudian dililitkan ke tabung. Sekarang dapat dipelintir dan dijadikan benang.

Proses serat stapel

Metode alternatif adalah proses staplefiber. Saat kaca cair mengalir melalui selongsong, pancaran udara dengan cepat mendinginkan filamen. Semburan udara yang bergejolak juga mematahkan filamen menjadi sepanjang 8-15 inci (20-38 cm). Filamen-filamen ini jatuh melalui semprotan pelumas ke drum yang berputar, di mana mereka membentuk jaring tipis. Jaringnya diambil dari drum dan ditarik menjadi untaian serat yang tersusun longgar. Untaian ini dapat diolah menjadi benang dengan proses yang sama seperti yang digunakan pada wol dan kapas.

serat cincang

Alih-alih dibentuk menjadi benang, untaian benang yang bersambung atau panjang dapat dipotong menjadi benang pendek. Untaian tersebut dipasang pada satu set kumparan, yang disebut creel, dan ditarik melalui mesin yang memotongnya menjadi potongan-potongan pendek. Serat cincang dibentuk menjadi tikar yang ditambahkan bahan pengikat. Setelah dikeringkan dalam oven, matras digulung. Berbagai bobot dan ketebalan memberikan produk untuk sirap, atap built-up, atau tikar dekoratif.

Benang halus dr kaca

Proses putar atau pemintal digunakan untuk membuat wol kaca. Pada proses ini, lelehan kaca dari tungku dialirkan ke dalam wadah berbentuk silinder yang berlubang-lubang kecil. Saat wadah berputar dengan cepat, aliran kaca horizontal mengalir keluar dari lubang. Aliran kaca cair diubah menjadi serat melalui hembusan udara, gas panas, atau keduanya. Serat-serat tersebut jatuh ke ban berjalan, di mana serat-serat tersebut saling bertautan dalam massa yang lembut. Ini dapat digunakan untuk insulasi, atau wol dapat disemprot dengan bahan pengikat, dikompres hingga ketebalan yang diinginkan, dan diawetkan dalam oven. Panas akan mengeraskan pengikat, dan produk yang dihasilkan bisa berupa papan kaku atau semi-kaku, atau batt fleksibel.

Lapisan pelindung

Selain bahan pengikat, pelapis lain diperlukan untuk produk fiberglass. Pelumas digunakan untuk mengurangi abrasi serat dan disemprotkan langsung pada serat atau ditambahkan ke dalam pengikat. Komposisi anti-statis juga terkadang disemprotkan ke permukaan alas isolasi fiberglass selama langkah pendinginan. Udara pendingin yang ditarik melalui matras menyebabkan zat antistatis menembus seluruh ketebalan matras. Bahan anti-statis terdiri dari dua bahan—bahan yang meminimalkan timbulnya listrik statis, dan bahan yang berfungsi sebagai penghambat dan penstabil korosi. Sizing adalah lapisan apa pun yang diterapkan pada serat tekstil dalam operasi pembentukan, dan mungkin mengandung satu atau lebih banyak komponen (pelumas, pengikat, atau bahan penggandeng). Bahan penggandeng 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 penguat plastik, ukuran dapat dihilangkan dengan panas atau bahan kimia dan diterapkan bahan penghubung. Untuk aplikasi dekoratif, kain harus diberi perlakuan panas untuk menghilangkan ukuran dan mengatur tenunan. Pelapis dasar pewarna kemudian diaplikasikan sebelum diwarnai atau dicetak.

Membentuk menjadi bentuk

Produk fiberglass hadir dalam berbagai macam bentuk, dibuat menggunakan beberapa proses. Misalnya, insulasi pipa fiberglass dililitkan ke bentuk seperti batang yang disebut mandrel langsung dari unit pembentuknya, sebelum diawetkan. Bentuk cetakan dengan panjang 3 kaki (91 cm) atau kurang, kemudian diawetkan dalam oven. Panjang yang diawetkan kemudian dibentuk memanjang, dan digergaji menjadi dimensi tertentu. Permukaan diterapkan jika diperlukan, dan produk dikemas untuk pengiriman.

Kontrol Kualitas

Selama produksi insulasi fiberglass, material diambil sampelnya di sejumlah lokasi dalam proses untuk menjaga kualitas. Lokasi-lokasi ini meliputi: batch campuran yang diumpankan ke peleburan listrik; gelas cair dari selongsong yang mengalirkan fiberizer; serat kaca yang keluar dari mesin fiberizer; dan produk akhir yang diawetkan yang muncul dari akhir jalur produksi. Sampel kaca dan serat curah dianalisis komposisi kimianya dan keberadaan cacatnya menggunakan penganalisis kimia dan mikroskop yang canggih. Distribusi ukuran partikel bahan batch diperoleh dengan melewatkan bahan melalui sejumlah saringan dengan ukuran berbeda. Produk akhir diukur ketebalannya setelah dikemas sesuai spesifikasi. Perubahan ketebalan menandakan kualitas kaca berada di bawah standar.

Produsen isolasi 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 tahun 1990an dan seterusnya. Jumlah produsen isolasi fiberglass telah meningkat karena anak perusahaan asing di Amerika dan peningkatan produktivitas oleh produsen AS. Hal ini mengakibatkan kelebihan kapasitas, yang tidak dapat diakomodasi oleh pasar saat ini dan mungkin di masa depan.

Selain kelebihan kapasitas, bahan insulasi lainnya juga akan bersaing. Wol batu telah banyak digunakan karena kemajuan proses dan produk terkini. Insulasi busa adalah alternatif lain selain fiberglass di dinding perumahan dan atap komersial. Bahan pesaing lainnya adalah selulosa, yang digunakan dalam isolasi loteng.

Karena rendahnya permintaan isolasi karena lemahnya pasar perumahan, konsumen menuntut harga yang lebih rendah. Permintaan ini juga merupakan hasil dari tren konsolidasi pengecer dan kontraktor yang terus berlanjut. Sebagai tanggapannya, industri insulasi 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 tempat pembuangan sampah mencapai kapasitas maksimum, produsen fiberglass harus mencapai hampir nol produksi limbah padat tanpa meningkatkan biaya. Hal ini memerlukan perbaikan proses manufaktur untuk mengurangi limbah (juga limbah cair dan gas) dan menggunakan kembali limbah jika memungkinkan.

Limbah tersebut mungkin memerlukan pemrosesan ulang dan peleburan kembali sebelum digunakan kembali sebagai bahan mentah. Beberapa produsen sudah mengatasi masalah ini.