Apakah Anda familiar dengan aplikasi dan teknik persiapan fiberglass?

Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, kebutuhan manusia akan kinerja material semakin tinggi.Serat kaca, sebagai penguat material komposit yang penting, telah banyak digunakan di-bidang manufaktur peralatan kelas atas seperti dirgantara, otomotif, konstruksi, dan elektronik karena sifatnya yang sangat baik seperti modulus tinggi, ringan, dan tahan radiasi. Memahami teknologi persiapan dan penerapan serat kaca sangat penting untuk mendorong pengembangan industri terkait.

 

1. Bahan Baku Serat Kaca

 

Serat kaca adalah-bahan non-logam anorganik berperforma tinggi, terutama terdiri dari SiO2, Al2O3, CaO, dan MgO, yang mencakup sekitar 90% komposisi serat. Ini terutama terdiri dari bahan baku mineral alami seperti pirofilit, kaolin, pasir kuarsa, batu kapur, dolomit, borokalsit, dan boromagnesit. Bahan mentah mineral ini digiling menjadi bubuk bijih berdasarkan formula tertentu, dicampur dengan bahan mentah kimia seperti asam borat dan soda abu, lalu diproduksi melalui proses seperti peleburan suhu tinggi dalam tungku tangki dan penarikan serat.

 

Dari perspektif komposisi biaya produksi fiberglass, pirofilit, pasir kuarsa, batu kapur, dan bahan baku mineral lainnya menyumbang sekitar 21,7% dari biaya tersebut, dengan pirofilit menyumbang sekitar-sepertiga, dan pasir kuarsa serta batu kapur bersama-sama juga menyumbang bagian tertentu.

 

1.1 Pirofilit

Pyrophyllite adalah mineral lempung aluminosilikat berlapis dengan struktur kristal 2:1 dan rumus kimia Al2[Si4O10](OH)2. Tujuan utama penggunaan pirofilit dalam fiberglass adalah untuk memperkenalkan Al2O3 untuk menggantikan bubuk aluminium, mengurangi biaya dan meningkatkan kekuatan mekanik fiberglass. Pirofilit aluminium-sedang dengan fraksi massa Al2O3 16%-22% lebih disukai; fraksi massa Al2O3 yang terlalu tinggi atau rendah sangat mempengaruhi proses produksi.

 

1.2 Kaolin

Kaolin terutama menyediakan SiO2 dan Al2O3 dalam produksi fiberglass. Perusahaan fiberglass di Eropa dan Amerika kebanyakan menggunakan kaolin pilihan atau berkualitas tinggi dibandingkan pirofilit sebagai bahan baku fiberglass. Di negara saya, kaolin terutama dibagi menjadi kaolin-seri batubara dan kaolin non-batubara-seri. Kaolin keras, dengan kandungan SiO2 dan Al2O3 yang memenuhi persyaratan bahan baku serat kaca, dapat digunakan sebagai bahan baku yang stabil dan berkualitas tinggi untuk produksi serat kaca dengan mengurangi kandungan Fe2O3 dan TiO2 melalui teknologi benefisiasi seperti pemisahan magnetik dan flotasi, serta dengan menurunkan nilai COD melalui kalsinasi.

 

1.3 Pasir Kuarsa

Pasir kuarsa, juga dikenal sebagai pasir silika, sebagian besar terdiri dari silikon dioksida dan merupakan bahan mentah penting untuk hampir seratus produk industri, termasuk kaca, elektronik, dan peralatan listrik. negara saya memiliki sumber daya kuarsa yang melimpah, termasuk kristal alam, batu pasir kuarsa, kuarsit, kuarsa bubuk, kuarsa urat, pasir kuarsa alami, dan kuarsa granit pegmatit.

 

Pasir kuarsa tersebar di sebagian besar provinsi dan wilayah, namun sumber dayanya tersebar dan sebagian besar diproduksi di wilayah-berukuran kecil dan menengah. Daerah penghasil pasir kuarsa utama dalam negeri meliputi: Donghai dan Xinyi di Provinsi Jiangsu; Qichun di Provinsi Hubei; Fengyang dan Bengbu di Provinsi Anhui; Heyuan di Provinsi Guangdong; Zhundong di Provinsi Xinjiang; Yinan di Provinsi Shandong; dan Lingshou di Provinsi Hebei.

 

1.4 Bahan Baku Kimia

Bahan baku kimia utama yang digunakan dalam produksi serat kaca meliputi asam borat dan soda ash, yang digunakan untuk menyiapkan bahan perekat. Dalam produksi serat kaca, bahan pengatur ukuran secara efektif mengikat serat monofilamen menjadi filamen dan mencegah adhesi antar-filamen selama pelepasan. Mereka juga melindungi serat dari keausan selama berbagai tahap produksi. Bergantung pada persyaratan proses yang berbeda dari produk yang dibentuk, bahan pengatur ukuran memberikan sifat khusus tertentu pada serat, seperti kemampuan bundel, kemampuan terpotong, dan dispersibilitas, serta dapat meningkatkan kompatibilitas dan adhesi antara serat dan matriks resin.

 

2. Teknologi Persiapan Serat Kaca

 

2.1 Metode Menggambar Tungku Tangki

Metode penarikan tungku tangki saat ini menjadi metode utama produksi serat kaca. Metode ini melelehkan bahan mentah kaca menjadi kaca cair dalam-tungku bersuhu tinggi, lalu menarik kaca cair tersebut menjadi filamen tipis melalui pelat berlubang berpori. Metode menggambar tungku tangki memiliki keunggulan seperti efisiensi produksi yang tinggi, kualitas produk yang stabil, dan biaya rendah, serta merupakan teknologi preparasi serat kaca utama di negara saya.

2.1.1 Persiapan Bahan Baku

Bahan baku utama serat kaca antara lain pirofilit, unsur tanah jarang, pasir kuarsa, batu kapur, dolomit, borokalsit, dan bormagnesia. Bahan mentah ini memerlukan penyaringan dan pemrosesan yang ketat untuk memastikan kemurnian dan kualitasnya.

2.1.2 Proses Peleburan

Bahan bakunya dicampur dalam proporsi tertentu kemudian dimasukkan ke dalam tungku peleburan. Suhu tungku umumnya antara 1500 derajat dan 1600 derajat. Pengadukan terus menerus diperlukan selama proses peleburan untuk memastikan keseragaman kaca cair.

2.1.3 Proses Penarikan Serat

Proses penarikan serat merupakan langkah penting dalam produksi serat kaca, yang secara langsung mempengaruhi sifat fisik, sifat mekanik, dan efisiensi produksi serat akhir. Setelah kaca cair keluar dari tungku, kaca tersebut ditarik menjadi filamen halus melalui stensil berlubang. Bukaan dan jumlah lubang pada stensil dipilih sesuai dengan diameter dan keluaran serat kaca yang diperlukan. Suhu, kecepatan, dan parameter lainnya perlu dikontrol dengan hati-hati selama proses penarikan serat untuk memastikan kualitas serat kaca. Kecepatan putaran selama pemrosesan memiliki pengaruh terbesar terhadap panjang serat kaca, diikuti oleh fraksi massa bubur dan waktu pemrosesan, yang pengaruhnya relatif dekat.

2.1.4 Proses Memutar

Proses puntiran dalam produksi serat kaca secara langsung mempengaruhi sifat mekanik dan stabilitas proses produk akhir serat. Filamen mentah, setelah diproses oleh twister awal, perlu mencapai karakteristik-puntiran rendah dalam satu untai untuk memfasilitasi proses penenunan berikutnya. Oleh karena itu, kontrol yang tepat terhadap parameter twister awal, termasuk twist, tegangan, dan kecepatan penggulungan, diperlukan untuk memastikan bahwa benang akhir yang diperoleh memiliki karakteristik-puntiran rendah yang diperlukan.

2.2 Metode Menggambar Wadah

Metode gambar wadah adalah metode tradisional untuk menyiapkan serat kaca. Metode ini melibatkan penempatan bahan baku kaca ke dalam wadah, meleburnya menjadi kaca cair pada suhu tinggi, dan kemudian menarik kaca cair menjadi filamen halus secara manual atau mekanis. Metode gambar wadah memiliki kelebihan seperti peralatan yang sederhana dan investasi yang rendah, namun efisiensi produksinya yang rendah dan kualitas produk yang tidak stabil telah menyebabkan metode ini dihentikan secara bertahap oleh-produsen serat kaca berskala besar.

2.2.1 Persiapan Bahan Baku

Mirip dengan metode penarikan tungku tangki, bahan baku untuk metode penarikan wadah juga memerlukan penyaringan dan pemrosesan yang ketat. Pyrophyllite, pasir kuarsa, batu kapur, borosilikat, soda ash, dan bahan baku mineral lainnya perlu dicampur dalam proporsi tertentu untuk menyiapkan batch.

2.2.2 Proses Peleburan

Bahan mentah di atas ditempatkan dalam wadah dan dilebur dalam-tungku bersuhu tinggi. Pengadukan terus menerus diperlukan selama peleburan untuk mencegah kaca cair terpisah.

2.2.3 Proses Menggambar

Proses menggambar dapat dilakukan secara manual maupun mekanis. Kaca cair yang ditarik secara mekanis diambil dari perforator bawah, membentuk tetesan. Tetesan-tetesan ini diarahkan ke bawah, dibiarkan memadat, dan kemudian digabungkan menjadi satu dan dililitkan pada drum berliku yang berputar secara seragam untuk mendapatkan serat yang dibundel. Kecepatan putaran drum lilitan menentukan diameter serat kaca; jika digunakan perforator-lubang tunggal, serat monofilamen dapat diperoleh. Suhu, kecepatan, dan parameter lainnya perlu dikontrol dengan hati-hati selama proses menggambar untuk memastikan kualitas serat kaca.

3. Karakteristik Fiber Kaca

3.1 Kekuatan Tinggi

Fiber glass memiliki kekuatan yang jauh melebihi kaca biasa, dengan kekuatan tarik mencapai lebih dari 1000 MPa. Ini adalah bahan struktural yang sangat baik, melebihi banyak logam. Hal ini memungkinkan serat kaca menahan tekanan yang lebih besar pada material komposit yang diperkuat, sehingga meningkatkan kekuatan dan kekakuan. Misalnya, dalam manufaktur mobil, plastik yang diperkuat serat kaca dapat menggantikan beberapa bagian logam, mengurangi bobot kendaraan sekaligus menjaga kekuatan struktural.

3.2 Ketahanan Korosi

Serat kaca memiliki ketahanan terhadap korosi yang sangat baik, sehingga memungkinkan-penggunaan jangka panjang di lingkungan yang keras seperti asam, basa, dan garam. Hal ini memungkinkannya mempertahankan kinerja yang stabil bahkan dalam kondisi yang sulit, sehingga memperpanjang masa pakai produk. Di bidang kimia dan lingkungan, produk serat kaca, seperti pipa dan tangki penyimpanan, dapat tahan terhadap berbagai media korosif, sehingga menjamin keamanan dan stabilitas proses produksi.

3.3 Isolasi yang Baik

Serat kaca adalah bahan isolasi yang sangat baik dengan resistivitas dan kekuatan dielektrik yang tinggi. Hal ini membuatnya banyak digunakan dalam bidang listrik dan elektronik, seperti dalam pembuatan lapisan isolasi untuk kabel dan kabel, dan sebagai bahan enkapsulasi untuk komponen elektronik. 3.4 Tahan Panas: Serat kaca memiliki ketahanan panas yang tinggi, menjaga kinerja stabil dalam kisaran suhu tertentu. Umumnya, suhu pengoperasian-jangka panjang bisa mencapai 200-300 derajat , dan suhu pengoperasian jangka pendek bahkan bisa lebih tinggi.

Di lingkungan-bersuhu tinggi, seperti mesin-aero dan tungku industri, komposit yang diperkuat serat kaca dapat menggantikan beberapa material logam, sehingga memenuhi persyaratan kondisi kerja-suhu tinggi.

3.5 Ringan

Serat kaca memiliki kepadatan yang rendah, sekitar 2,5-2,7 g/cm³, jauh lebih ringan dibandingkan baja. Hal ini membuat bobot serat kaca lebih ringan untuk volume yang sama, sehingga membantu mengurangi bobot produk dan meningkatkan portabilitas dan efisiensi transportasi.

Misalnya, di bidang kedirgantaraan, penggunaan komposit yang diperkuat serat kaca dapat mengurangi bobot pesawat secara signifikan, meningkatkan efisiensi bahan bakar, dan meningkatkan performa penerbangan.