फायबरग्लास कसा बनवला जातो?

फायबरग्लास म्हणजे वेगवेगळ्या स्वरूपात एकत्रित केलेल्या वैयक्तिक काचेच्या तंतूंपासून बनवलेल्या उत्पादनांचा समूह. काचेच्या तंतूंना त्यांच्या भूमितीनुसार दोन प्रमुख गटांमध्ये विभागता येते: धागे आणि कापडांमध्ये वापरले जाणारे सतत तंतू आणि इन्सुलेशन आणि गाळण्यासाठी बॅट, ब्लँकेट किंवा बोर्ड म्हणून वापरले जाणारे विलग (लहान) तंतू. फायबरग्लास लोकर किंवा कापसासारखे धाग्यात बनवता येते आणि फॅब्रिकमध्ये विणले जाऊ शकते जे कधीकधी ड्रेपरीजसाठी वापरले जाते. फायबरग्लास कापड सामान्यतः मोल्डेड आणि लॅमिनेटेड प्लास्टिकसाठी मजबुतीकरण सामग्री म्हणून वापरले जाते. फायबरग्लास लोकर, विलग तंतूंपासून बनवलेले जाड, फ्लफी मटेरियल, थर्मल इन्सुलेशन आणि ध्वनी शोषणासाठी वापरले जाते. ते सामान्यतः जहाज आणि पाणबुडीच्या बल्कहेड्स आणि हलमध्ये आढळते; ऑटोमोबाईल इंजिन कंपार्टमेंट आणि बॉडी पॅनेल लाइनर्स; भट्टी आणि एअर कंडिशनिंग युनिट्समध्ये; ध्वनिक भिंत आणि छत पॅनेल; आणि आर्किटेक्चरल विभाजनांमध्ये. फायबरग्लास विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी तयार केले जाऊ शकते जसे की टाइप ई (इलेक्ट्रिकल), इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन टेप, कापड आणि मजबुतीकरण म्हणून वापरले जाते; टाइप सी (केमिकल), ज्यामध्ये उत्कृष्ट आम्ल प्रतिरोधकता आहे आणि थर्मल इन्सुलेशनसाठी टाइप टी.

जरी काचेच्या तंतूंचा व्यावसायिक वापर तुलनेने अलिकडेच झाला असला तरी, पुनर्जागरण काळात कारागिरांनी कपाट आणि फुलदाण्या सजवण्यासाठी काचेच्या धाग्यांचे उत्पादन केले. फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ, रेने-अँटोइन फेरचॉल्ट डी रौमर यांनी १७१३ मध्ये बारीक काचेच्या धाग्यांनी सजवलेले कापड तयार केले आणि १८२२ मध्ये ब्रिटिश शोधकांनी या पराक्रमाची नक्कल केली. १८४२ मध्ये एका ब्रिटिश रेशीम विणकराने काचेचे कापड बनवले आणि आणखी एक शोधक, एडवर्ड लिब्बे यांनी १८९३ मध्ये शिकागो येथील कोलंबियन प्रदर्शनात काचेपासून विणलेला ड्रेस प्रदर्शित केला.

काचेचे लोकर, यादृच्छिक लांबीच्या अखंडित तंतूंचा एक मऊ वस्तुमान, शतकाच्या शेवटी युरोपमध्ये प्रथम तयार करण्यात आला, ज्यामध्ये रॉड्सपासून ते फिरणाऱ्या ड्रमपर्यंत तंतू आडव्या पद्धतीने ओढण्याची प्रक्रिया समाविष्ट होती. काही दशकांनंतर, एक फिरण्याची प्रक्रिया विकसित केली गेली आणि पेटंट घेण्यात आली. पहिल्या महायुद्धादरम्यान जर्मनीमध्ये ग्लास फायबर इन्सुलेट सामग्री तयार करण्यात आली. १९३० च्या दशकात ओवेन्स-इलिनॉय ग्लास कंपनी आणि कॉर्निंग ग्लास वर्क्स या दोन प्रमुख कंपन्यांच्या मार्गदर्शनाखाली अमेरिकेत काचेच्या तंतूंच्या औद्योगिक उत्पादनासाठी संशोधन आणि विकास प्रगतीपथावर होता. या कंपन्यांनी अतिशय बारीक छिद्रांमधून वितळलेला काच काढत एक बारीक, लवचिक, कमी किमतीचा काचेचा फायबर विकसित केला. १९३८ मध्ये, या दोन्ही कंपन्यांचे विलीनीकरण होऊन ओवेन्स-कॉर्निंग फायबरग्लास कॉर्प तयार झाली. आता फक्त ओवेन्स-कॉर्निंग म्हणून ओळखले जाणारे, ते $३ अब्ज-वर्षाला मिळणारी कंपनी बनले आहे आणि फायबरग्लास बाजारपेठेत आघाडीवर आहे.

कच्चा माल

फायबरग्लास उत्पादनांसाठी मूलभूत कच्चा माल म्हणजे विविध नैसर्गिक खनिजे आणि उत्पादित रसायने. प्रमुख घटक म्हणजे सिलिका वाळू, चुनखडी आणि सोडा राख. इतर घटकांमध्ये कॅल्साइंड अॅल्युमिना, बोरॅक्स, फेल्डस्पार, नेफेलिन सायनाइट, मॅग्नेसाइट आणि काओलिन माती यांचा समावेश असू शकतो. सिलिका वाळूचा वापर काचेच्या स्वरूपात केला जातो आणि सोडा राख आणि चुनखडी प्रामुख्याने वितळण्याचे तापमान कमी करण्यास मदत करतात. रासायनिक प्रतिकारासाठी बोरॅक्स सारख्या काही गुणधर्मांमध्ये सुधारणा करण्यासाठी इतर घटकांचा वापर केला जातो. कचरा काच, ज्याला क्युलेट देखील म्हणतात, तो देखील कच्चा माल म्हणून वापरला जातो. काचेमध्ये वितळण्यापूर्वी कच्च्या मालाचे काळजीपूर्वक वजन केले पाहिजे आणि पूर्णपणे एकत्र मिसळले पाहिजे (ज्याला बॅचिंग म्हणतात).

उत्पादन
प्रक्रिया

वितळणे

एकदा बॅच तयार झाल्यानंतर, ते वितळण्यासाठी भट्टीत भरले जाते. भट्टी वीज, जीवाश्म इंधन किंवा दोघांच्या मिश्रणाने गरम केली जाऊ शकते. काचेचा सुरळीत, स्थिर प्रवाह राखण्यासाठी तापमान अचूकपणे नियंत्रित केले पाहिजे. वितळलेला काच फायबरमध्ये तयार होण्यासाठी इतर प्रकारच्या काचेपेक्षा जास्त तापमानात (सुमारे २५००°F [१३७१°C]) ठेवणे आवश्यक आहे. काच वितळल्यानंतर, तो भट्टीच्या शेवटी असलेल्या चॅनेल (फोरहर्थ) द्वारे फॉर्मिंग उपकरणात हस्तांतरित केला जातो.

तंतूंमध्ये तयार होणे

तंतू तयार करण्यासाठी, फायबरच्या प्रकारानुसार अनेक वेगवेगळ्या प्रक्रिया वापरल्या जातात. कापडाचे तंतू थेट भट्टीतून वितळलेल्या काचेपासून बनवले जाऊ शकतात किंवा वितळलेला काच प्रथम अशा मशीनला दिला जाऊ शकतो जो सुमारे 0.62 इंच (1.6 सेमी) व्यासाचे काचेचे संगमरवरी बनवतो. हे संगमरवरी काचेची अशुद्धतेसाठी दृश्यमानपणे तपासणी करण्यास अनुमती देतात. थेट वितळणे आणि संगमरवरी वितळणे या दोन्ही प्रक्रियेत, काच किंवा काचेचे संगमरवरी विद्युतरित्या गरम केलेल्या बुशिंग्ज (ज्याला स्पिनरेट्स देखील म्हणतात) द्वारे दिले जातात. बुशिंग प्लॅटिनम किंवा धातूच्या मिश्रधातूपासून बनलेले असते, ज्यामध्ये 200 ते 3,000 अतिशय बारीक छिद्रे असतात. वितळलेला काच छिद्रांमधून जातो आणि बारीक तंतू म्हणून बाहेर येतो.

सतत-तंतू प्रक्रिया

सतत-तंतूमय प्रक्रियेद्वारे एक लांब, सतत तंतू तयार करता येतो. बुशिंगमधील छिद्रांमधून काच वाहल्यानंतर, अनेक पट्ट्या एका उच्च-वेगवान वाइंडरवर अडकतात. वाइंडर सुमारे २ मैल (३ किमी) प्रति मिनिट वेगाने फिरतो, जो बुशिंगमधून प्रवाहाच्या दरापेक्षा खूपच वेगवान आहे. ताण वितळलेले असतानाच तंतू बाहेर काढतो, ज्यामुळे बुशिंगमधील उघडण्याच्या व्यासाचा एक अंश तयार होतो. एक रासायनिक बाईंडर लावला जातो, जो नंतरच्या प्रक्रियेदरम्यान तंतू तुटण्यापासून रोखण्यास मदत करतो. नंतर तंतूमय तंतू नळ्यांवर गुंडाळला जातो. आता ते वळवून धाग्यात गुंडाळता येते.

स्टेपल-फायबर प्रक्रिया

एक पर्यायी पद्धत म्हणजे स्टेपलफायबर प्रक्रिया. वितळलेला काच बुशिंगमधून वाहत असताना, हवेचे जेट धागे जलद थंड करतात. हवेच्या अशांत स्फोटांमुळे धागे ८-१५ इंच (२०-३८ सेमी) लांबीमध्ये तुटतात. हे धागे वंगणाच्या फवारणीतून फिरणाऱ्या ड्रमवर पडतात, जिथे ते एक पातळ जाळे तयार करतात. जाळे ड्रममधून काढले जाते आणि सैलपणे एकत्रित केलेल्या तंतूंच्या सतत स्ट्रँडमध्ये ओढले जाते. लोकर आणि कापसासाठी वापरल्या जाणाऱ्या समान प्रक्रियेद्वारे या स्ट्रँडवर धागा तयार केला जाऊ शकतो.

चिरलेला फायबर

धाग्यात तयार होण्याऐवजी, सतत किंवा लांब-स्टेपल स्ट्रँड लहान लांबीमध्ये कापला जाऊ शकतो. स्ट्रँड बॉबिनच्या संचावर बसवला जातो, ज्याला क्रील म्हणतात, आणि एका मशीनद्वारे ओढला जातो जो त्याचे लहान तुकडे करतो. चिरलेला फायबर मॅट्समध्ये तयार केला जातो ज्यामध्ये एक बाईंडर जोडला जातो. ओव्हनमध्ये ब्युअर केल्यानंतर, मॅट गुंडाळला जातो. विविध वजने आणि जाडी शिंगल्स, बिल्ट-अप छप्पर किंवा सजावटीच्या मॅट्ससाठी उत्पादने देतात.

काचेचे लोकर

काचेचे लोकर बनवण्यासाठी रोटरी किंवा स्पिनर प्रक्रिया वापरली जाते. या प्रक्रियेत, भट्टीतून वितळलेला काच लहान छिद्रे असलेल्या दंडगोलाकार कंटेनरमध्ये वाहतो. कंटेनर वेगाने फिरत असताना, छिद्रांमधून काचेचे आडवे प्रवाह बाहेर पडतात. वितळलेल्या काचेच्या प्रवाहाचे रूपांतर हवेच्या, गरम वायूच्या किंवा दोन्हीच्या खालच्या दिशेने होणाऱ्या स्फोटाने तंतूंमध्ये होते. तंतू एका कन्व्हेयर बेल्टवर पडतात, जिथे ते एकमेकांशी लवचिक वस्तुमानात गुंततात. हे इन्सुलेशनसाठी वापरले जाऊ शकते किंवा लोकर बाईंडरने फवारता येते, इच्छित जाडीत दाबली जाते आणि ओव्हनमध्ये बरे केली जाते. उष्णता बाईंडर सेट करते आणि परिणामी उत्पादन एक कठोर किंवा अर्ध-कडक बोर्ड किंवा लवचिक बॅट असू शकते.

संरक्षक कोटिंग्ज

बाइंडर्स व्यतिरिक्त, फायबरग्लास उत्पादनांसाठी इतर कोटिंग्ज आवश्यक असतात. फायबरचे घर्षण कमी करण्यासाठी स्नेहकांचा वापर केला जातो आणि ते थेट फायबरवर फवारले जातात किंवा बाइंडरमध्ये जोडले जातात. थंड होण्याच्या टप्प्यात कधीकधी फायबरग्लास इन्सुलेशन मॅट्सच्या पृष्ठभागावर अँटी-स्टॅटिक रचना देखील फवारली जाते. चटईतून बाहेर काढलेल्या थंड हवेमुळे अँटी-स्टॅटिक एजंट चटईच्या संपूर्ण जाडीत प्रवेश करतो. अँटी-स्टॅटिक एजंटमध्ये दोन घटक असतात - एक सामग्री जी स्थिर वीज निर्मिती कमी करते आणि एक सामग्री जी गंज प्रतिबंधक आणि स्थिरीकरणकर्ता म्हणून काम करते. आकारमान म्हणजे फॉर्मिंग ऑपरेशनमध्ये कापड तंतूंवर लावलेला कोणताही कोटिंग आणि त्यात एक किंवा अधिक घटक असू शकतात (स्नेहक, बाइंडर किंवा कपलिंग एजंट). प्लास्टिकला मजबूत करण्यासाठी, प्रबलित सामग्रीशी बंध मजबूत करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या स्ट्रँडवर कपलिंग एजंट वापरले जातात. कधीकधी हे कोटिंग्ज काढून टाकण्यासाठी किंवा दुसरे कोटिंग जोडण्यासाठी फिनिशिंग ऑपरेशन आवश्यक असते. प्लास्टिक रीइन्फोर्समेंटसाठी, आकारमान उष्णता किंवा रसायनांनी काढले जाऊ शकते आणि कपलिंग एजंट लावला जाऊ शकतो. सजावटीच्या अनुप्रयोगांसाठी, आकारमान काढून टाकण्यासाठी आणि विणणे सेट करण्यासाठी कापडांवर उष्णता उपचार करणे आवश्यक आहे. डाईंग किंवा प्रिंटिंग करण्यापूर्वी डाई बेस कोटिंग्ज लावले जातात.

आकारांमध्ये तयार होणे

फायबरग्लास उत्पादने विविध आकारांमध्ये येतात, जी अनेक प्रक्रिया वापरून बनवली जातात. उदाहरणार्थ, फायबरग्लास पाईप इन्सुलेशन क्युअर करण्यापूर्वी फॉर्मिंग युनिट्समधून थेट मॅन्डरेल्स नावाच्या रॉडसारख्या आकारांवर गुंडाळले जाते. ३ फूट (९१ सेमी) किंवा त्यापेक्षा कमी लांबीचे साचे नंतर ओव्हनमध्ये क्युअर केले जातात. क्युअर केलेल्या लांबी नंतर लांबीच्या दिशेने डि-मोल्ड केल्या जातात आणि निर्दिष्ट परिमाणांमध्ये करवत केल्या जातात. आवश्यक असल्यास फेसिंग लावले जातात आणि उत्पादन शिपमेंटसाठी पॅक केले जाते.

गुणवत्ता नियंत्रण

फायबरग्लास इन्सुलेशनच्या उत्पादनादरम्यान, गुणवत्ता राखण्यासाठी प्रक्रियेत अनेक ठिकाणी सामग्रीचे नमुने घेतले जातात. या ठिकाणी समाविष्ट आहेत: इलेक्ट्रिक मेल्टरला दिले जाणारे मिश्रित बॅच; फायबरायझरला पुरवणाऱ्या बुशिंगमधून वितळलेले काच; फायबरायझर मशीनमधून बाहेर पडणारा काचेचा फायबर; आणि उत्पादन रेषेच्या शेवटीून बाहेर पडणारा अंतिम बरा झालेला उत्पादन. मोठ्या प्रमाणात काच आणि फायबर नमुन्यांचे रासायनिक रचना आणि दोषांच्या उपस्थितीसाठी अत्याधुनिक रासायनिक विश्लेषक आणि सूक्ष्मदर्शकांचा वापर करून विश्लेषण केले जाते. बॅच मटेरियलचे कण आकार वितरण विविध आकारांच्या चाळणीतून मटेरियल पास करून मिळवले जाते. अंतिम उत्पादनाची जाडी विशिष्टतेनुसार पॅकेजिंगनंतर मोजली जाते. जाडीतील बदल दर्शवितो की काचेची गुणवत्ता मानकांपेक्षा कमी आहे.

फायबरग्लास इन्सुलेशन उत्पादक उत्पादनाच्या ध्वनिक प्रतिकारशक्ती, ध्वनी शोषण आणि ध्वनी अडथळा कामगिरी मोजण्यासाठी, समायोजित करण्यासाठी आणि ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी विविध प्रमाणित चाचणी प्रक्रिया वापरतात. फायबर व्यास, बल्क घनता, जाडी आणि बाईंडर सामग्री यासारख्या उत्पादन चल समायोजित करून ध्वनिक गुणधर्म नियंत्रित केले जाऊ शकतात. थर्मल गुणधर्म नियंत्रित करण्यासाठी समान दृष्टिकोन वापरला जातो.

भविष्य

१९९० च्या दशकाच्या उर्वरित काळात आणि त्यानंतरही फायबरग्लास उद्योगाला काही मोठ्या आव्हानांना तोंड द्यावे लागत आहे. परदेशी कंपन्यांच्या अमेरिकन उपकंपन्यांमुळे आणि अमेरिकन उत्पादकांनी उत्पादकतेत केलेल्या सुधारणांमुळे फायबरग्लास इन्सुलेशन उत्पादकांची संख्या वाढली आहे. यामुळे अतिरिक्त क्षमता निर्माण झाली आहे, जी सध्याची आणि कदाचित भविष्यातील बाजारपेठ सामावून घेऊ शकणार नाही.

जास्त क्षमतेव्यतिरिक्त, इतर इन्सुलेशन साहित्य स्पर्धा करतील. अलिकडच्या प्रक्रिया आणि उत्पादन सुधारणांमुळे रॉक वूलचा वापर मोठ्या प्रमाणात होऊ लागला आहे. निवासी भिंती आणि व्यावसायिक छतांमध्ये फोम इन्सुलेशन हा फायबरग्लासचा आणखी एक पर्याय आहे. आणखी एक स्पर्धात्मक साहित्य म्हणजे सेल्युलोज, जे अटारी इन्सुलेशनमध्ये वापरले जाते.

मंद गृहनिर्माण बाजारपेठेमुळे इन्सुलेशनची मागणी कमी असल्याने, ग्राहक कमी किमतीची मागणी करत आहेत. ही मागणी किरकोळ विक्रेते आणि कंत्राटदारांच्या एकत्रीकरणाच्या सततच्या प्रवृत्तीचा परिणाम आहे. प्रतिसादात, फायबरग्लास इन्सुलेशन उद्योगाला ऊर्जा आणि पर्यावरण या दोन प्रमुख क्षेत्रांमध्ये खर्च कमी करणे सुरू ठेवावे लागेल. अधिक कार्यक्षम भट्टी वापरावी लागेल जी केवळ एकाच उर्जेच्या स्रोतावर अवलंबून नसतील.

कचराकुंड्यांची क्षमता जास्तीत जास्त वाढल्याने, फायबरग्लास उत्पादकांना खर्च न वाढवता घनकचऱ्यावर जवळजवळ शून्य उत्पादन करावे लागेल. यासाठी कचरा कमी करण्यासाठी (द्रव आणि वायू कचऱ्यासाठी देखील) उत्पादन प्रक्रिया सुधारणे आणि शक्य असेल तिथे कचऱ्याचा पुनर्वापर करणे आवश्यक आहे.

अशा कचऱ्याचा कच्चा माल म्हणून पुनर्वापर करण्यापूर्वी पुनर्प्रक्रिया आणि वितळण्याची आवश्यकता असू शकते. अनेक उत्पादक आधीच या समस्या सोडवत आहेत.