फायबरग्लास कसे बनवले जाते?

फायबरग्लास म्हणजे विविध स्वरूपांमध्ये एकत्र केलेल्या स्वतंत्र काचेच्या तंतूंपासून बनवलेल्या उत्पादनांचा समूह. काचेच्या तंतूंना त्यांच्या भूमितीनुसार दोन प्रमुख गटांमध्ये विभागले जाऊ शकते: सूत आणि कापडात वापरले जाणारे सलग तंतू, आणि इन्सुलेशन व गाळणीसाठी बॅट्स, ब्लँकेट्स किंवा बोर्ड म्हणून वापरले जाणारे खंडित (लहान) तंतू. फायबरग्लासपासून लोकर किंवा कापसाप्रमाणे सूत बनवता येते आणि कापड विणता येते, जे कधीकधी पडद्यांसाठी वापरले जाते. फायबरग्लास कापड सामान्यतः मोल्डेड आणि लॅमिनेटेड प्लॅस्टिकसाठी मजबुतीकरण साहित्य म्हणून वापरले जाते. फायबरग्लास वूल, जे खंडित तंतूंपासून बनवलेले एक जाड, मऊ साहित्य आहे, ते औष्णिक इन्सुलेशन आणि ध्वनी शोषणासाठी वापरले जाते. हे सामान्यतः जहाजे आणि पाणबुड्यांच्या बल्कहेड्स आणि हल्समध्ये; ऑटोमोबाईल इंजिन कंपार्टमेंट्स आणि बॉडी पॅनल लाइनर्समध्ये; भट्ट्या आणि वातानुकूलन युनिट्समध्ये; ध्वनिक भिंत आणि छताच्या पॅनेलमध्ये; आणि वास्तुशास्त्रीय विभाजनांमध्ये आढळते. फायबरग्लास विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी तयार केले जाऊ शकते जसे की टाइप ई (विद्युत), जे विद्युत इन्सुलेशन टेप, कापड आणि मजबुतीकरण म्हणून वापरले जाते; प्रकार C (रासायनिक), ज्यात उत्कृष्ट आम्ल प्रतिरोधकता आहे, आणि प्रकार T, उष्णतारोधनासाठी.

जरी काच तंतूंचा व्यावसायिक वापर तुलनेने अलीकडचा असला तरी, पुनर्जागरण काळात कारागिरांनी प्याले आणि फुलदाण्या सजवण्यासाठी काचेच्या तारा तयार केल्या होत्या. १७१३ मध्ये, रेने-अँटोइन फेरशॉल्ट डी रेओमुर या फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञाने काचेच्या बारीक तारांनी सजवलेले वस्त्र तयार केले आणि १८२२ मध्ये ब्रिटिश संशोधकांनी याची पुनरावृत्ती केली. १८४२ मध्ये एका ब्रिटिश रेशीम विणकराने काचेचे कापड तयार केले आणि एडवर्ड लिबी या दुसऱ्या संशोधकाने शिकागोमधील १८९३ च्या कोलंबियन प्रदर्शनात काचेचा विणलेला पोशाख प्रदर्शित केला.

ग्लास वूल, म्हणजे अनियमित लांबीच्या तुटक तंतूंचा एक मऊ गोळा, याचे उत्पादन शतकाच्या सुरुवातीला युरोपमध्ये प्रथम सुरू झाले. यासाठी एका प्रक्रियेचा वापर केला गेला, ज्यामध्ये सळ्यांमधून तंतू आडव्या दिशेने एका फिरत्या ड्रममध्ये ओढले जात असत. अनेक दशकांनंतर, एक सूत कातण्याची प्रक्रिया विकसित करून तिचे पेटंट घेण्यात आले. पहिल्या महायुद्धादरम्यान जर्मनीमध्ये ग्लास फायबर इन्सुलेटिंग मटेरियलचे उत्पादन केले गेले. ग्लास फायबरच्या औद्योगिक उत्पादनाच्या उद्देशाने केलेले संशोधन आणि विकास १९३० च्या दशकात अमेरिकेत ओवेन्स-इलिनॉय ग्लास कंपनी आणि कॉर्निंग ग्लास वर्क्स या दोन प्रमुख कंपन्यांच्या मार्गदर्शनाखाली पुढे सरकले. या कंपन्यांनी वितळलेली काच अत्यंत बारीक छिद्रांमधून ओढून एक उत्तम, लवचिक आणि कमी किमतीचा ग्लास फायबर विकसित केला. १९३८ मध्ये, या दोन कंपन्यांचे विलीनीकरण होऊन ओवेन्स-कॉर्निंग फायबरग्लास कॉर्पोरेशनची स्थापना झाली. आता केवळ ओवेन्स-कॉर्निंग म्हणून ओळखली जाणारी ही कंपनी, वार्षिक ३ अब्ज डॉलर्सची उलाढाल करणारी कंपनी बनली आहे आणि फायबरग्लास बाजारपेठेत एक अग्रणी आहे.

कच्चा माल

फायबरग्लास उत्पादनांसाठी लागणारा मूलभूत कच्चा माल म्हणजे विविध नैसर्गिक खनिजे आणि निर्मित रसायने. सिलिका वाळू, चुनखडी आणि सोडा ॲश हे प्रमुख घटक आहेत. इतर घटकांमध्ये कॅल्साइन्ड ॲल्युमिना, बोरॅक्स, फेल्डस्पार, नेफेलिन सायनाइट, मॅग्नेसाइट आणि केओलिन चिकणमाती यांचा समावेश असू शकतो. सिलिका वाळूचा उपयोग काच तयार करण्यासाठी केला जातो, आणि सोडा ॲश व चुनखडी प्रामुख्याने वितळण्याचे तापमान कमी करण्यास मदत करतात. इतर घटक विशिष्ट गुणधर्म सुधारण्यासाठी वापरले जातात, जसे की रासायनिक प्रतिकारशक्तीसाठी बोरॅक्स. टाकाऊ काच, जिला 'कलेट' असेही म्हणतात, तिचाही कच्चा माल म्हणून वापर केला जातो. काच वितळवण्यापूर्वी, कच्च्या मालाचे अचूक प्रमाणात काळजीपूर्वक वजन करून ते पूर्णपणे एकत्र मिसळले पाहिजे (याला 'बॅचिंग' म्हणतात).

उत्पादन
प्रक्रिया

वितळणे

एकदा बॅच तयार झाली की, ती वितळवण्यासाठी भट्टीत टाकली जाते. भट्टी वीज, जीवाश्म इंधन किंवा या दोन्हींच्या मिश्रणाने तापवली जाऊ शकते. काचेचा अखंड, स्थिर प्रवाह राखण्यासाठी तापमान अचूकपणे नियंत्रित करणे आवश्यक असते. तंतू बनवण्यासाठी, वितळलेल्या काचेला इतर प्रकारच्या काचेपेक्षा जास्त तापमानावर (सुमारे २५००°F [१३७१°C]) ठेवावे लागते. एकदा काच वितळली की, ती भट्टीच्या शेवटी असलेल्या एका वाहिनीद्वारे (फोरहर्थ) आकार देणाऱ्या उपकरणात हस्तांतरित केली जाते.

तंतूंमध्ये रूपांतरित होणे

तंतूच्या प्रकारानुसार, तंतू तयार करण्यासाठी अनेक वेगवेगळ्या प्रक्रिया वापरल्या जातात. कापडाचे तंतू थेट भट्टीमधून वितळलेल्या काचेपासून तयार केले जाऊ शकतात, किंवा वितळलेली काच प्रथम एका यंत्रात टाकली जाते, जे सुमारे ०.६२ इंच (१.६ सेमी) व्यासाच्या काचेच्या गोळ्या तयार करते. या गोळ्यांमुळे काचेतील अशुद्धता डोळ्यांनी तपासता येते. थेट वितळवण्याच्या आणि गोळ्यांच्या पद्धतीने वितळवण्याच्या, या दोन्ही प्रक्रियांमध्ये, काच किंवा काचेच्या गोळ्या विद्युत उष्णता दिलेल्या बुशिंगमधून (ज्यांना स्पिनरेट असेही म्हणतात) पुढे ढकलल्या जातात. हे बुशिंग प्लॅटिनम किंवा धातूच्या मिश्रधातूचे बनलेले असते, ज्यात २०० ते ३,००० पर्यंत अतिशय बारीक छिद्रे असतात. वितळलेली काच या छिद्रांमधून जाते आणि बारीक तंतूंच्या रूपात बाहेर येते.

सतत-फिलामेंट प्रक्रिया

कंटिन्युअस-फिलामेंट प्रक्रियेद्वारे एक लांब, सलग तंतू तयार केला जाऊ शकतो. बुशिंगमधील छिद्रांमधून काच वाहून गेल्यानंतर, अनेक धागे एका हाय-स्पीड वायंडरवर पकडले जातात. हा वायंडर प्रति मिनिट सुमारे २ मैल (३ किमी) वेगाने फिरतो, जो बुशिंगमधून होणाऱ्या प्रवाहाच्या दरापेक्षा खूपच जास्त आहे. या ताणामुळे वितळलेल्या अवस्थेतच तंतू बाहेर खेचले जातात, ज्यामुळे बुशिंगमधील छिद्रांच्या व्यासाच्या काही अंशाएवढे लहान धागे तयार होतात. त्यावर एक रासायनिक बंधक (बाइंडर) लावला जातो, जो पुढील प्रक्रियेदरम्यान तंतू तुटण्यापासून वाचवतो. त्यानंतर हा तंतू नळ्यांवर गुंडाळला जातो. आता त्याला पिळ देऊन आणि वळ्या घालून सूत तयार केले जाऊ शकते.

स्टेपल-फायबर प्रक्रिया

एक पर्यायी पद्धत म्हणजे स्टेपलफायबर प्रक्रिया. वितळलेली काच बुशिंगमधून वाहत असताना, हवेचे झोत तंतूंना वेगाने थंड करतात. हवेच्या या खळबळजनक झोतांमुळे तंतू ८-१५ इंच (२०-३८ सेंमी) लांबीच्या तुकड्यांमध्ये तुटतात. हे तंतू स्नेहनद्रव्याच्या फवाऱ्यातून खाली एका फिरणाऱ्या ड्रमवर पडतात, जिथे त्यांचे एक पातळ जाळे तयार होते. हे जाळे ड्रममधून बाहेर ओढले जाते आणि सैलसरपणे एकत्र आलेल्या तंतूंच्या एका अखंड धाग्यात रूपांतरित केले जाते. लोकर आणि कापसासाठी वापरल्या जाणाऱ्या त्याच प्रक्रियांनी या धाग्यावर प्रक्रिया करून सूत बनवता येते.

कापलेले फायबर

धागा बनवण्याऐवजी, अखंड किंवा लांब धाग्याचे लहान तुकडे केले जाऊ शकतात. हा धागा 'क्रील' नावाच्या रीळांच्या संचावर बसवला जातो आणि एका यंत्रातून ओढला जातो, जे त्याचे लहान तुकडे करते. कापलेल्या तंतूंपासून चटया बनवल्या जातात, ज्यामध्ये एक बंधक पदार्थ मिसळला जातो. भट्टीत वाळवल्यानंतर, ही चटई गुंडाळली जाते. विविध वजन आणि जाडीच्या या चटया शिंगल्स, बिल्ट-अप रूफिंग किंवा सजावटीच्या चटयांसाठी उत्पादने देतात.

काच लोकर

रोटरी किंवा स्पिनर प्रक्रिया ग्लास वूल बनवण्यासाठी वापरली जाते. या प्रक्रियेत, भट्टीमधून वितळलेली काच लहान छिद्रे असलेल्या एका दंडगोलाकार पात्रात वाहते. पात्र वेगाने फिरत असताना, छिद्रांमधून काचेचे आडवे प्रवाह बाहेर पडतात. हवेचा, गरम वायूचा किंवा दोन्हीचा खालच्या दिशेने झोत टाकून वितळलेल्या काचेच्या प्रवाहांचे तंतूंमध्ये रूपांतर केले जाते. हे तंतू एका कन्व्हेयर बेल्टवर पडतात, जिथे ते एकमेकांत गुंतून लोकरीसारखा एक गोळा तयार करतात. याचा उपयोग इन्सुलेशनसाठी केला जाऊ शकतो, किंवा या वूलवर बाइंडरचा फवारा मारून, त्याला हव्या असलेल्या जाडीत दाबून, आणि ओव्हनमध्ये वाळवून पक्का केला जाऊ शकतो. उष्णतेमुळे बाइंडर पक्का होतो, आणि परिणामी मिळणारे उत्पादन एक कडक किंवा अर्ध-कडक बोर्ड, किंवा एक लवचिक बॅट असू शकते.

संरक्षक लेप

बाईंडर व्यतिरिक्त, फायबरग्लास उत्पादनांसाठी इतर कोटिंग्जची आवश्यकता असते. फायबरची झीज कमी करण्यासाठी ल्युब्रिकंट्सचा वापर केला जातो आणि ते एकतर थेट फायबरवर फवारले जातात किंवा बाईंडरमध्ये मिसळले जातात. थंड करण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान फायबरग्लास इन्सुलेशन मॅट्सच्या पृष्ठभागावर कधीकधी अँटी-स्टॅटिक मिश्रण देखील फवारले जाते. मॅटमधून आत ओढल्या जाणाऱ्या थंड हवेमुळे अँटी-स्टॅटिक एजंट मॅटच्या संपूर्ण जाडीमध्ये प्रवेश करतो. अँटी-स्टॅटिक एजंटमध्ये दोन घटक असतात—एक असा पदार्थ जो स्थिर विद्युत निर्मिती कमी करतो, आणि दुसरा असा पदार्थ जो क्षरण प्रतिबंधक आणि स्थिरीकरण करणारा म्हणून काम करतो. सायझिंग म्हणजे आकार देण्याच्या प्रक्रियेत कापडाच्या फायबरवर लावले जाणारे कोणतेही कोटिंग, आणि त्यात एक किंवा अधिक घटक (ल्युब्रिकंट्स, बाईंडर्स किंवा कपलिंग एजंट्स) असू शकतात. प्लॅस्टिकला मजबुती देण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या धाग्यांवर कपलिंग एजंट्सचा वापर केला जातो, जेणेकरून मजबुती दिलेल्या पदार्थाशी असलेले बंधन अधिक मजबूत होईल. कधीकधी ही कोटिंग्ज काढण्यासाठी किंवा दुसरे कोटिंग लावण्यासाठी फिनिशिंग प्रक्रियेची आवश्यकता असते. प्लॅस्टिकच्या मजबुतीसाठी, सायझिंग उष्णता किंवा रसायनांनी काढले जाऊ शकते आणि कपलिंग एजंट लावला जाऊ शकतो. सजावटीच्या वापरासाठी, कापडावरील साइझिंग काढून टाकण्यासाठी आणि विणकाम पक्के करण्यासाठी त्यावर उष्णता प्रक्रिया करणे आवश्यक असते. त्यानंतर रंग देण्यापूर्वी किंवा छपाई करण्यापूर्वी रंगासाठी आधारभूत लेप लावले जातात.

आकार बनवणे

फायबरग्लास उत्पादने विविध आकारांमध्ये येतात आणि ती अनेक प्रक्रिया वापरून बनवली जातात. उदाहरणार्थ, फायबरग्लास पाईप इन्सुलेशन क्युरिंग करण्यापूर्वी, थेट फॉर्मिंग युनिट्समधून मँड्रेल नावाच्या दांड्यासारख्या साच्यांवर गुंडाळले जाते. ३ फूट (९१ सेमी) किंवा त्यापेक्षा कमी लांबीचे हे साचे नंतर एका ओव्हनमध्ये क्युर केले जातात. क्युर केलेल्या या तुकड्यांना नंतर लांबीच्या दिशेने साच्यातून बाहेर काढले जाते आणि निर्दिष्ट मापांमध्ये कापले जाते. आवश्यक असल्यास बाह्य आवरण लावले जाते आणि उत्पादन शिपमेंटसाठी पॅक केले जाते.

गुणवत्ता नियंत्रण

फायबरग्लास इन्सुलेशनच्या उत्पादनादरम्यान, गुणवत्ता टिकवून ठेवण्यासाठी प्रक्रियेतील अनेक ठिकाणी सामग्रीचे नमुने घेतले जातात. या ठिकाणांमध्ये यांचा समावेश होतो: इलेक्ट्रिक मेल्टरमध्ये भरला जाणारा मिश्रित बॅच; फायबरायझरला पुरवठा करणाऱ्या बुशिंगमधून मिळणारी वितळलेली काच; फायबरायझर मशीनमधून बाहेर येणारे ग्लास फायबर; आणि उत्पादन लाइनच्या शेवटी बाहेर पडणारे अंतिम क्युर केलेले उत्पादन. अत्याधुनिक रासायनिक विश्लेषक आणि सूक्ष्मदर्शकांचा वापर करून, मोठ्या प्रमाणातील काच आणि फायबरच्या नमुन्यांचे रासायनिक रचनेसाठी आणि त्यातील दोषांच्या उपस्थितीसाठी विश्लेषण केले जाते. बॅचमधील सामग्रीला विविध आकारांच्या अनेक चाळण्यांमधून गाळून त्याच्या कणांच्या आकाराचे वितरण मिळवले जाते. विनिर्देशांनुसार पॅकेजिंग केल्यानंतर अंतिम उत्पादनाची जाडी मोजली जाते. जाडीतील बदल हे सूचित करतो की काचेची गुणवत्ता मानकांपेक्षा कमी आहे.

फायबरग्लास इन्सुलेशन उत्पादक उत्पादनाच्या ध्वनिक प्रतिरोध, ध्वनी शोषण आणि ध्वनी अडथळा कामगिरीचे मोजमाप, समायोजन आणि इष्टतमीकरण करण्यासाठी विविध प्रमाणित चाचणी प्रक्रियांचा वापर करतात. फायबरचा व्यास, स्थूल घनता, जाडी आणि बाइंडरचे प्रमाण यांसारख्या उत्पादन घटकांमध्ये बदल करून ध्वनिक गुणधर्म नियंत्रित केले जाऊ शकतात. औष्णिक गुणधर्म नियंत्रित करण्यासाठी देखील अशीच पद्धत वापरली जाते.

भविष्य

१९९० च्या दशकाच्या उर्वरित काळात आणि त्यानंतरही फायबरग्लास उद्योगाला काही मोठ्या आव्हानांचा सामना करावा लागत आहे. परदेशी कंपन्यांच्या अमेरिकन उपकंपन्या आणि अमेरिकी उत्पादकांनी उत्पादकतेत केलेल्या सुधारणांमुळे फायबरग्लास इन्सुलेशनच्या उत्पादकांची संख्या वाढली आहे. यामुळे अतिरिक्त उत्पादन क्षमता निर्माण झाली आहे, जी सध्याची आणि कदाचित भविष्यातील बाजारपेठ सामावून घेऊ शकत नाही.

अतिरिक्त क्षमतेव्यतिरिक्त, इतर इन्सुलेशन साहित्यदेखील स्पर्धा करतील. अलीकडील प्रक्रिया आणि उत्पादनातील सुधारणांमुळे रॉक वूलचा वापर मोठ्या प्रमाणावर होऊ लागला आहे. निवासी भिंती आणि व्यावसायिक छतांसाठी फायबरग्लासला फोम इन्सुलेशन हा आणखी एक पर्याय आहे. सेल्युलोज हे आणखी एक स्पर्धक साहित्य आहे, जे पोटमाळ्याच्या इन्सुलेशनमध्ये वापरले जाते.

गृहनिर्माण क्षेत्रातील मंदीमुळे इन्सुलेशनची मागणी कमी झाल्याने, ग्राहक कमी किमतीची मागणी करत आहेत. किरकोळ विक्रेते आणि कंत्राटदारांच्या एकत्रीकरणाच्या सततच्या प्रवृत्तीचाही हा परिणाम आहे. याला प्रतिसाद म्हणून, फायबरग्लास इन्सुलेशन उद्योगाला ऊर्जा आणि पर्यावरण या दोन प्रमुख क्षेत्रांमध्ये खर्च कमी करणे सुरू ठेवावे लागेल. केवळ एकाच ऊर्जा स्रोतावर अवलंबून नसलेल्या अधिक कार्यक्षम भट्ट्या वापराव्या लागतील.

कचराभूमींची क्षमता पूर्ण भरत असल्यामुळे, फायबरग्लास उत्पादकांना खर्च न वाढवता घन कचऱ्याचे प्रमाण जवळपास शून्यावर आणावे लागेल. यासाठी कचरा (द्रव आणि वायू कचऱ्यासह) कमी करण्याकरिता उत्पादन प्रक्रिया सुधारणे आणि शक्य असेल तिथे कचऱ्याचा पुनर्वापर करणे आवश्यक असेल.

अशा कचऱ्याचा कच्चा माल म्हणून पुनर्वापर करण्यापूर्वी त्यावर पुनर्प्रक्रिया आणि पुनर्वितळण करण्याची आवश्यकता असू शकते. अनेक उत्पादक आधीच या समस्यांवर उपाययोजना करत आहेत.