Foil Aluminium: Bahan Premium dan Serbaguna untuk Insulasi & Aplikasi Industri

Latar Belakang

Foil aluminium terbuat dari campuran logam aluminium yang mengandung antara 92 dan 99 persen aluminium. Biasanya tebal antara 0,00017 dan 0,0059 inci, foil diproduksi dalam banyak lebar dan kekuatan untuk ratusan aplikasi. Ia digunakan untuk memproduksi insulasi termal untuk industri konstruksi, fin stock untuk pendingin udara, coil listrik untuk trafo, kapasitor untuk radio dan televisi, insulasi untuk tangki penyimpanan, produk hias, dan wadah serta kemasan. Popularitas foil aluminium untuk begitu banyak aplikasi disebabkan oleh beberapa keuntungan utama, salah satunya adalah bahan baku yang diperlukan untuk pembuatannya melimpah. Foil aluminium murah, tahan lama, tidak beracun, dan tahan minyak. Selain itu, ia tahan terhadap serangan kimia dan memberikan perlindungan listrik dan non-magnetik yang luar biasa.

Pengiriman (pada 1991) foil aluminium total 913 juta pon, dengan kemasan mewakili tiga perempat dari pasar foil aluminium. Popularitas foil aluminium sebagai bahan kemasan disebabkan oleh kelebihan alami terhadap uap air dan gas. Ia juga memperpanjang umur simpan, menggunakan ruang penyimpanan yang lebih sedikit, dan menghasilkan lebih sedikit limbah daripada banyak bahan kemasan lain. Preferensi untuk aluminium dalam kemasan fleksibel oleh karena itu telah menjadi fenomena global. Di Jepang, foil aluminium digunakan sebagai komponen rintangan dalam kaleng fleksibel. Di Eropa, kemasan fleksibel aluminium mendominasi pasar kemasan blister farmasi dan pembungkus permen. Kotak minuman aseptik, yang menggunakan lapisan tipis foil aluminium sebagai rintangan terhadap oksigen, cahaya, dan bau, juga cukup populer di seluruh dunia.

Aluminium adalah logam yang paling baru ditemukan yang digunakan dalam jumlah besar oleh industri modern. Dikenal sebagai “alumina,” senyawa aluminium digunakan untuk menyiapkan obat di Mesir kuno dan untuk menetapkan pewarna kain selama pertengahan abad. Pada awal abad ke-18, ilmuwan menduga bahwa senyawa ini mengandung logam, dan pada 1807, kimiawan Inggris Sir Humphry Davy mencoba mengisolasinya. Meskipun upayanya gagal, Davy mengonfirmasi bahwa alumina memiliki dasar logam, yang awalnya dinamainya “alumium.” Davy kemudian mengubahnya menjadi “aluminum,” dan, sementara ilmuwan di banyak negara menyebut istilah “aluminium,” sebagian besar Amerika menggunakan ejaan revisi Davy. Pada 1825, seorang kimiawan Denmark bernama Hans Christian Ørsted berhasil mengisolasi aluminium, dan, dua puluh tahun kemudian, seorang fisikawan Jerman bernama Friedrich Wohler mampu membuat partikel logam yang lebih besar; namun, partikel Wohler masih hanya berukuran ujung jarum. Pada 1854 Henri Sainte-Claire Deville, seorang ilmuwan Prancis, menyempurnakan metode Wohler cukup untuk membuat gumpalan aluminium sebesar kelereng. Proses Deville memberikan dasar untuk industri aluminium modern, dan batang aluminium pertama ditampilkan pada 1855 di Paris Exposition.

Pada titik ini, biaya tinggi untuk mengisolasi logam yang baru ditemukan membatasi penggunaan industri. Namun, pada 1866 dua ilmuwan yang bekerja secara terpisah di Amerika Serikat dan Prancis secara bersamaan mengembangkan metode Hall-Héroult untuk memisahkan alumina dari oksigen dengan menerapkan arus listrik. Sementara Charles Hall dan Paul-Louis-Toussaint Héroult mematenkan penemuan mereka, masing-masing di Amerika dan Prancis, Hall adalah yang pertama mengakui potensi keuangan proses pemurniannya. Pada 1888 Proses Bayer untuk pemurnian bauksit terdiri dari empat langkah: pencernaan, klarifikasi, pengendapan, dan pengkalian. Hasilnya adalah serbuk putih halus oksida aluminium. dia dan beberapa mitra mendirikan Pittsburgh Reduction Company, yang menghasilkan ingot aluminium pertama pada tahun itu. Menggunakan listrik air untuk mendayai pabrik konversi baru besar di dekat Niagara Falls dan memenuhi permintaan industri yang berkembang untuk aluminium, perusahaan Hall—diganti nama menjadi Aluminum Company of America (Alcoa) pada 1907—subur. Héroult kemudian mendirikan Aluminium-Industrie-Aktien-Gesellschaft di Swiss. Dikonfirmasi oleh permintaan aluminium yang meningkat selama Perang Dunia I dan II, sebagian besar negara industri lainnya mulai memproduksi aluminium mereka sendiri. Pada 1903, Prancis menjadi negara pertama yang memproduksi foil dari aluminium murni. Amerika Serikat mengikuti sepuluh tahun kemudian, penggunaan pertama produk baru ini adalah sabuk kaki untuk mengidentifikasi merpati balap. Foil aluminium segera digunakan untuk wadah dan kemasan, dan Perang Dunia II mempercepat tren ini, mendirikan foil aluminium sebagai bahan kemasan utama. Sampai Perang Dunia II, Alcoa tetap menjadi produsen tunggal aluminium murni Amerika, tetapi saat ini tujuh produsen utama foil aluminium terletak di Amerika Serikat.

Bahan Baku

Aluminium termasuk unsur yang paling melimpah: setelah oksigen dan silikon, ia merupakan unsur yang paling banyak ditemukan di permukaan bumi, membentuk lebih dari delapan persen kerak hingga kedalaman sepuluh mil dan muncul dalam hampir setiap batuan umum. Namun, aluminium tidak terjadi dalam bentuk logam murni melainkan sebagai oksida aluminium terhidrasi (campuran air dan alumina) yang digabungkan dengan silika, oksida besi, dan titania. Bijih aluminium yang paling signifikan adalah bauksit, dinamai dari kota Prancis Les Baux tempat ditemukan pada 1821. Bauksit mengandung besi dan oksida aluminium terhidrasi, yang terakhir merupakan bahan konstituen terbesarnya. Saat ini, bauksit cukup melimpah sehingga hanya deposit dengan konten oksida aluminium empat puluh lima persen atau lebih yang ditambang untuk membuat aluminium. Deposit terpusat ditemukan di kedua belahan dunia, dengan sebagian besar bijih yang digunakan di Amerika Serikat berasal dari West Indies, Amerika Utara, dan Australia. Karena bauksit terjadi sangat dekat dengan permukaan bumi, prosedur pertambangan relatif sederhana. Peledakan digunakan untuk membuka lubang besar dalam lapisan bauksit, setelah itu lapisan atas tanah dan batuan dibersihkan. Bijih yang terungkap kemudian diambil dengan loader depan, tumpuk di truk atau gerbong kereta api, dan diangkut ke pabrik pengolahan. Bauksit berat (secara umum, satu ton aluminium dapat diproduksi dari empat hingga enam ton bijih), sehingga, untuk mengurangi Penggelondongan berkelanjutan adalah alternatif untuk peleburan dan cetakan aluminium. Keuntungan penggelondongan berkelanjutan adalah tidak memerlukan tahap annealing (pemanasan) sebelum penggerindingan foil, seperti dalam proses peleburan dan cetakan. biaya transportasi, pabrik ini sering ditempatkan sedekat mungkin dengan tambang bauksit.

Proses Pembuatan

Mengekstraksi aluminium murni dari bauksit melibatkan dua proses. Pertama, bijih diturnir untuk menghilangkan kotoran seperti oksida besi, silika, titania, dan air. Kemudian, oksida aluminium yang dihasilkan dilebur untuk menghasilkan aluminium murni. Setelah itu, aluminium digiling untuk menghasilkan foil.

Refining — Proses Bayer

• 1 Proses Bayer yang digunakan untuk memurnikan bauksit terdiri dari empat langkah: pencernaan, klarifikasi, pengendapan, dan pengkalian. Selama tahap pencernaan, bauksit digiling dan dicampur dengan natrium hidroksida sebelum dipompa ke tangki besar bertekanan. Dalam tangki ini, yang disebut digester, kombinasi natrium hidroksida, panas, dan tekanan merusak bijih menjadi larutan terpuas natrium aluminat dan kontoran yang tidak larut, yang menempel di dasar.
• 2 Fase berikutnya dari proses, klarifikasi, melibatkan pengiriman larutan dan kontoran melalui serangkaian tangki dan press. Selama tahap ini, filter kain menangkap kontoran, yang kemudian dibuang. Setelah difilter lagi, larutan yang tersisa diangkut ke menara pendingin.
• 3 Dalam tahap berikutnya, pengendapan, larutan oksida aluminium pindah ke silo besar, di mana, dalam adaptasi metode Deville, laribenib di benih dengan kristal aluminium terhidrasi untuk mempromosikan pembentukan partikel aluminium. Saat kristal benih menarik kristal lain dalam larutan, gumpalan besar aluminium hidrat mulai terbentuk. Ini difilter pertama kali kemudian dicuci.
• 4 Pengkalian, langkah akhir dalam proses pemurnian Bayer, melibatkan paparan aluminium hidrat pada suhu tinggi. Panas ekstrem ini mendehidrasi material, meninggalkan sisa serbuk putih halus: oksida aluminium.

Smelting

• 5 Peleburan, yang memisahkan senyawa aluminium-oksigen (alumina) yang dihasilkan oleh proses Bayer, adalah langkah berikutnya dalam mengekstraksi aluminium logam murni dari bauksit. Meskipun prosedur yang saat ini digunakan berasal dari metode elektrolitis yang ditemukan secara bersamaan oleh Charles Hall dan Paul-Louis-Toussaint Héroult pada akhir abad kesembilan belas, telah dimodernisasi. Pertama, alumina dilarutkan dalam sel peleburan, cetakan baja dalam dilapisi karbon dan diisi dengan cairan konduktor yang terutama terdiri dari senyawa aluminium kriolit.
• 6 Selanjutnya, arus listrik dijalankan melalui kriolit, menyebabkan lapisan kulit terbentuk di atas lelehan alumina. Ketika alumina tambahan diaduk secara berkala ke dalam campuran, kulit ini pecah dan diaduk ke dalam juga. Saat alumina larut, ia terdekomposisi elektrolitis untuk menghasilkan lapisan aluminium cair murni di dasar sel peleburan. Oksigen bergabung dengan karbon yang digunakan untuk melapisi sel dan melarikan diri dalam bentuk karbon dioksida.
• 7 Masih dalam bentuk cair, aluminium yang telah dipurnikan ditarik dari sel peleburan, dipindahkan ke crucible, dan dikosongkan ke dalam tungku. Pada tahap ini, elemen lain dapat ditambahkan untuk menghasilkan legasi aluminium dengan karakteristik yang sesuai untuk produk akhir, meskipun foil biasanya terbuat dari aluminium murni 99,8 atau 99,9 persen. Cair kemudian dituang ke dalam perangkat cetak dingin langsung, di mana mendingin menjadi lebar besar yang disebut “ingot” atau “reroll stock.” Setelah dianneal—dipanaskan untuk meningkatkan keolahragaan—ingot siap untuk digiling menjadi foil. Foil diproduksi dari stock aluminium dengan menggilingnya di antara rol berat. Penggilingan menghasilkan dua finishing alami pada foil, cerah dan kabur. Saat foil keluar dari rol, pisaran bulat memotongnya menjadi potongan persegi panjang.
• Metode alternatif untuk meleleh dan mencetak aluminium disebut “penggelondongan berkelanjutan.” Proses ini melibatkan baris produksi yang terdiri dari tungku peleburan, hearth penyimpanan untuk menampung logam cair, sistem transfer, unit cetak, unit kombinasi yang terdiri dari roll geser, gunting dan jambatan, dan mobil gulungan dan coil. Keduanya menghasilkan stock dengan ketebalan berkisar dari 0,125 hingga 0,250 inci (0,317 hingga 0,635 sentimeter) dan berbagai lebar. Keuntungan metode penggelondongan berkelanjutan adalah tidak memerlukan tahap annealing sebelum penggerindingan foil, seperti dalam proses peleburan dan cetakan, karena annealing secara otomatis tercapai selama proses cetak.

Rolling foil

• 8 Setelah stock foil dibuat, harus dikurangi ketebalannya untuk membuat foil. Ini dicapai di pabrik penggilingan, di mana material dilewatkan beberapa kali melalui roll logam yang disebut work rolls. Saat lembar (atau web) aluminium melewati roll, mereka ditekstur lebih tipis dan diekstrusi melalui celah di antara roll. Work rolls dipasangkan dengan roll backup yang lebih berat, yang memberikan tekanan untuk membantu menjaga stabilitas work rolls. Ini membantu mempertahankan dimensi produk dalam toleransi. Work dan roll backup berputar ke arah berlawanan. Pelumas ditambahkan untuk memfasilitasi proses penggilingan. Selama proses penggilingan ini, aluminium kadang-kadang harus dianneal (dipanaskan) untuk mempertahankan keolahragaan.
• Pengurangan foil dikontrol dengan menyesuaikan rpm roll dan viskositas (resistensi aliran), jumlah, dan suhu pelumas penggilingan. Celah roll menentukan baik ketebalan maupun panjang foil yang keluar dari pabrik. Celah ini dapat disesuaikan dengan mengangkat atau menurunkan work roll atas. Penggilingan menghasilkan dua finishing alami pada foil, cerah dan kabur. Finishing cerah dihasilkan ketika foil bersentuhan dengan permukaan work roll. Untuk menghasilkan finishing kabur, dua lembar harus dipaket bersama dan digiling secara bersamaan; saat dilakukan ini, sisi yang bersentuhan satu sama lain berakhir dengan finishing kabur. Metode finishing mekanis lainnya, biasanya diproduksi selama operasi konversi, dapat digunakan untuk menghasilkan pola tertentu.
• 9 Saat lembar foil melalui roll, mereka dirapikan dan diiris dengan pisaran bulat atau seperti navis yang dipasang di pabrik roll. Trimming merujuk pada tepi foil, sementara slitting melibatkan pemotongan foil menjadi beberapa lembar. Langkah-langkah ini digunakan untuk menghasilkan lebar gulungan sempit, untuk merapikan tepi stock yang dilapisi atau dilaminasi, dan untuk menghasilkan potongan persegi panjang. Untuk beberapa operasi pembuatan dan konversi, web yang terpecah selama penggilingan harus digabungkan kembali, atau disambung. Tipe sambungan umum untuk menggabungkan web foil biasa dan/atau foil backed termasuk ultrasonik, sealing tape panas, sealing tape tekanan, dan las listrik. Splicer ultrasonik menggunakan las padat—yang dibuat dengan transmisi ultrasonik—di dalam logam yang tumpang tindih.

Finishing processes

• 10 Untuk banyak aplikasi, foil digunakan dalam kombinasi dengan bahan lain. Ia dapat dilapisi dengan berbagai macam bahan, seperti polimer dan resin, untuk tujuan dekoratif, pelindung, atau sealing panas. Ia dapat dilaminasi dengan kertas, karton, dan film plastik. Ia juga dapat dipotong, dibentuk ke bentuk apa pun, dicetak, diembos, diiris menjadi strip, dilembar, dietched, dan dioksidasi. Setelah foil berada dalam keadaan akhir, dikemas sesuai dan dikirim ke pelanggan.

Quality Control

Selain kontrol dalam proses untuk parameter seperti suhu dan waktu, produk foil akhir harus memenuhi persyaratan tertentu. Misalnya, berbagai proses konversi dan penggunaan akhir ditemukan memerlukan derajat kekeringan yang berbeda pada permukaan foil untuk kinerja yang memuaskan. Tes kelembapan digunakan untuk menentukan kekeringan. Dalam tes ini, berbagai larutan alkohol etil dalam air tislah, dengan kenaikan sepuluh persen volume, dituarkan dalam aliran seragam ke permukaan foil. Jika tidak ada titik yang terbentuk, kelembapan adalah nol. Proses dilanjutkan hingga ditentukan persentase minimum larutan alkohol yang akan sepenuhnya membasahi permukaan foil.

Properti penting lainnya adalah ketebalan dan kekuatan tarik. Metode uji standar telah dikembangkan oleh American Society For Testing and Materials (ASTM). Ketebalan ditentukan dengan menimbang sampel dan mengukur luasnya, kemudian membagi berat dengan hasil kali luas dan densitas legasi. Uji tarik foil harus dikontrol dengan hati-hati karena hasil uji dapat terpengaruh oleh tepi kasar dan keberadaan cacat kecil, serta variabel lain. Sampel ditempatkan dalam pegangan dan gaya tarik atau gaya ditarik diterapkan sampai keruntuhan sampel terjadi. Gaya atau kekuatan yang diperlukan untuk meruntuhkan sampel diukur.

The Future

Popularitas foil aluminium, terutama untuk kemasan fleksibel, akan terus tumbuh. Kantong pouches empat sisi yang sealed fin telah mendapat popularitas luas untuk aplikasi militer, medis, dan makanan ritel, dan, dalam ukuran yang lebih besar, untuk paket makanan institusi. Kantong juga diperkenalkan untuk kemasan 1,06 hingga 4,75 galon (4-18 liter) anggur untuk pasar ritel dan restoran, dan untuk pasar makanan institusi lainnya. Selain itu, produk lain terus dikembangkan untuk aplikasi lainnya. Kenaikan popularitas oven microwave telah mengarah pada pengembangan beberapa bentuk wadah semi-rigid berbasis aluminium yang dirancang khusus untuk oven ini. Baru-baru ini, foil memasak khusus untuk barbeku telah dikembangkan.

Namun, bahkan foil aluminium sedang diteliti mengenai “ramah lingkungan.” Oleh karena itu, produsen meningkatkan upaya di area daur ulang; kenyataannya, semua produsen foil AS telah memulai program daur ulang meskipun total tonase dan tingkat tangkapan foil aluminium jauh lebih rendah daripada kaleng aluminium yang mudah didaur ulang. Foil aluminium sudah memiliki keuntungan ringan dan kecil, yang membantu mengurangi kontribusinya ke aliran limbah padat. Kenyataannya, kemasan foil aluminium dilaminasi hanya mewakili 17 perseribu dari satu persen limbah padat AS.

Untuk limbah kemasan, solusi yang paling menjanjikan mungkin adalah pengurangan sumber. Misalnya, kemasan 65 pon (29,51 kilogram) kopi dalam kaleng baja memerlukan 20 pon (9,08 kilogram) baja tetapi hanya tiga pon (4,08 kilogram) kemasan dilaminasi termasuk foil aluminium. Kemasan semacam ini juga mengambil ruang lebih sedikit di tempat pembuangan limbah. Foil Division dari The Aluminum Association bahkan sedang mengembangkan program edukasi tentang foil aluminium untuk universitas dan desainer kemasan profesional untuk membantu memberitahukan para desainer tentang manfaat beralih ke kemasan fleksibel.

Foil aluminium juga menggunakan lebih sedikit energi selama baik produksi maupun distribusi, dengan sisa pabrik didaur ulang. Kenyataannya, aluminium daur ulang, termasuk kaleng dan foil, menyumbang lebih dari 30 persen pasokan logam tahunan industri. Angka ini telah meningkat selama beberapa tahun dan diharapkan akan terus bertambah. Selain itu, proses yang digunakan selama pembuatan foil sedang ditingkatkan untuk mengurangi polusi udara dan limbah berbahaya.