Fiberglass

Latar Belakang

Fiberglass mengacu pada sekelompok produk yang terbuat dari serat kaca individu yang digabungkan menjadi berbagai bentuk. Serat kaca dapat dibagi menjadi dua kelompok besar menurut geometrinya:serat kontinu yang digunakan dalam benang dan tekstil, dan serat diskontinyu (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 yang dicetak dan dilaminasi. Fiberglass wool, bahan tebal dan halus yang terbuat dari serat diskontinyu, digunakan untuk insulasi termal dan penyerapan suara. Ini biasanya 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 isolasi listrik, tekstil dan tulangan; Tipe C (kimia), yang memiliki ketahanan asam yang unggul, dan Tipe T, untuk insulasi termal.

Meskipun penggunaan komersial serat kaca relatif baru, pengrajin menciptakan untaian kaca untuk dekorasi gelas dan vas selama Renaissance. Seorang fisikawan Prancis, Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, memproduksi tekstil yang dihias dengan untaian kaca halus pada tahun 1713, dan penemu Inggris menggandakannya pada tahun 1822. Seorang penenun sutra Inggris membuat kain kaca pada tahun 1842, dan penemu lain, Edward Libbey, memamerkan gaun tenunan kaca di Pameran Kolombia 1893 di Chicago.

Glass wool, massa berbulu dari serat terputus-putus dalam 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 murah dengan menarik kaca cair melalui lubang yang sangat halus. Pada tahun 1938, kedua perusahaan ini bergabung untuk membentuk Owens-Corning Fiberglas Corp. Sekarang hanya dikenal sebagai Owens-Corning, telah menjadi perusahaan $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 yang diproduksi. Bahan utamanya adalah pasir silika, batu kapur, dan soda ash. Bahan lain mungkin termasuk alumina terkalsinasi, boraks, feldspar, nepheline syenite, magnesit, dan tanah liat kaolin, antara lain. Pasir silika digunakan sebagai pembentuk kaca, dan soda abu dan batu kapur membantu terutama untuk menurunkan suhu leleh. Bahan lain digunakan untuk meningkatkan sifat tertentu, seperti boraks untuk ketahanan kimia. Limbah kaca, juga disebut cullet, juga digunakan sebagai bahan baku. Bahan mentah harus ditimbang dengan hati-hati dalam jumlah yang tepat dan dicampur secara menyeluruh (disebut batching) sebelum dilebur ke dalam gelas.

Manufaktur
Proses

Mencair

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

Membentuk menjadi serat

• 2 Beberapa proses berbeda digunakan untuk membentuk serat, tergantung pada jenis seratnya. Serat tekstil dapat dibentuk dari gelas cair langsung dari tungku, atau gelas cair 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 kotoran. Dalam proses peleburan langsung dan peleburan marmer, kelereng kaca atau kaca diumpankan melalui busing yang dipanaskan dengan listrik (juga disebut pemintal). Busing terbuat dari platinum atau paduan logam, dengan 200 hingga 3.000 lubang yang sangat halus. Kaca cair melewati lubang dan keluar sebagai filamen halus.

Proses filamen berkelanjutan

• 3 Serat yang panjang dan berkesinambungan dapat diproduksi melalui proses filamen kontinyu. Setelah kaca mengalir melalui lubang-lubang di busing, banyak helai tersangkut pada penggulung berkecepatan tinggi. Penggulung berputar sekitar 2 mil (3 km) per menit, jauh lebih cepat daripada laju aliran dari busing. Ketegangan menarik keluar filamen saat masih cair, membentuk untaian sebagian kecil dari diameter bukaan di busing. Pengikat kimia diterapkan, yang membantu menjaga serat agar tidak pecah selama pemrosesan selanjutnya. Filamen kemudian dililitkan ke tabung. Sekarang dapat dipelintir dan dilapis menjadi benang.

Proses serat stapel

• 4 Metode alternatif adalah proses staplefiber. Saat kaca cair mengalir melalui busing, semburan udara dengan cepat mendinginkan filamen. Semburan turbulen udara juga memecah filamen menjadi panjang 8-15 inci (20-38 cm). Filamen ini jatuh melalui semprotan pelumas ke drum berputar, di mana mereka membentuk jaring tipis. Jaring ditarik dari drum dan ditarik ke dalam untaian serat yang dirakit secara longgar. Untaian ini dapat diproses menjadi benang dengan proses yang sama yang digunakan untuk wol dan kapas.

Serat cincang

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

Wol kaca

• 6 Proses rotary atau spinner digunakan untuk membuat glass wool. Dalam proses ini, kaca cair dari tungku mengalir ke dalam wadah silinder yang memiliki lubang kecil. Saat wadah berputar dengan cepat, aliran horizontal kaca mengalir keluar dari lubang. Aliran kaca cair diubah menjadi serat oleh ledakan udara ke bawah, gas panas, atau keduanya. Serat jatuh ke ban berjalan, di mana mereka terjalin satu sama lain dalam massa yang lembut. Ini dapat digunakan untuk insulasi, atau wol dapat disemprotkan dengan pengikat, dikompresi hingga ketebalan yang diinginkan, dan dikeringkan dalam oven. Panas membuat pengikat, dan produk yang dihasilkan dapat berupa papan kaku atau semi-kaku, atau tongkat fleksibel.

Lapisan pelindung

• 7 Selain pengikat, pelapis lain diperlukan untuk produk fiberglass. Pelumas digunakan untuk mengurangi abrasi serat dan langsung disemprotkan pada serat atau ditambahkan ke dalam pengikat. Komposisi anti-statis juga terkadang disemprotkan ke permukaan tikar isolasi fiberglass selama langkah pendinginan. Udara pendingin yang ditarik melalui mat menyebabkan agen anti-statis menembus seluruh ketebalan mat. Agen anti-statis terdiri dari dua bahan—bahan yang meminimalkan pembangkitan listrik statis, dan bahan yang berfungsi sebagai penghambat dan penstabil korosi.

  Ukuran adalah setiap pelapis yang diterapkan pada serat tekstil dalam operasi pembentukan, dan dapat mengandung satu atau lebih komponen (pelumas, pengikat, atau bahan penghubung). Agen kopling digunakan pada untaian yang akan digunakan untuk memperkuat plastik, untuk memperkuat ikatan pada bahan yang diperkuat.

  Terkadang operasi finishing diperlukan untuk menghilangkan lapisan ini, atau untuk menambahkan lapisan lain. Untuk penguatan plastik, ukuran dapat dihilangkan dengan panas atau bahan kimia dan agen kopling diterapkan. Untuk aplikasi dekoratif, kain harus diberi perlakuan panas untuk menghilangkan ukuran dan untuk mengatur tenunan. Pelapis dasar pewarna kemudian diterapkan sebelum sekarat atau dicetak.

Membentuk menjadi bentuk

• 8 Produk Fiberglass hadir dalam berbagai bentuk, dibuat menggunakan beberapa proses. Misalnya, insulasi pipa fiberglass dililitkan ke bentuk seperti batang yang disebut mandrel langsung dari unit pembentuk, sebelum proses curing. Bentuk cetakan, dengan panjang 3 kaki (91 cm) atau kurang, kemudian dikeringkan dalam oven. Panjang yang diawetkan kemudian dipotong memanjang, dan digergaji ke dalam dimensi yang ditentukan. Wajah diterapkan jika diperlukan, dan produk dikemas untuk pengiriman.

Kontrol Kualitas

Selama produksi insulasi fiberglass, bahan diambil sampelnya di sejumlah lokasi dalam proses untuk menjaga kualitas. Lokasi-lokasi ini meliputi:batch campuran yang diumpankan ke peleburan listrik; gelas cair dari bushing yang memberi makan fiberizer; serat kaca yang keluar dari mesin fiberizer; dan produk akhir yang disembuhkan muncul dari akhir jalur produksi. Sampel kaca dan serat curah dianalisis untuk komposisi kimia dan adanya cacat menggunakan penganalisis kimia dan mikroskop canggih. Distribusi ukuran partikel dari bahan batch diperoleh dengan melewatkan bahan melalui sejumlah saringan berukuran berbeda. Produk akhir diukur ketebalannya setelah dikemas sesuai spesifikasi. Perubahan ketebalan menunjukkan bahwa kualitas kaca 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, kerapatan curah, ketebalan, dan kandungan pengikat. Pendekatan serupa digunakan untuk mengontrol sifat termal.

Masa Depan

Industri fiberglass menghadapi beberapa tantangan besar selama sisa tahun 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 masa depan.

Selain kelebihan kapasitas, bahan isolasi lainnya akan bersaing. Wol batu telah menjadi banyak digunakan karena proses dan perbaikan produk baru-baru ini. Insulasi busa adalah alternatif lain untuk fiberglass di dinding perumahan dan atap komersial. Bahan pesaing lainnya adalah selulosa, yang digunakan dalam isolasi loteng.

Karena rendahnya permintaan untuk isolasi karena pasar perumahan yang lemah, konsumen menuntut harga yang lebih rendah. Permintaan ini juga merupakan akibat dari berlanjutnya tren konsolidasi pengecer dan kontraktor. 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 tempat pembuangan sampah yang mencapai kapasitas maksimum, produsen fiberglass harus mencapai hampir nol keluaran pada limbah padat tanpa meningkatkan biaya. Ini akan membutuhkan perbaikan proses manufaktur untuk mengurangi limbah (juga untuk limbah cair dan gas) dan menggunakan kembali limbah jika memungkinkan.

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