ใยแก้ว

ใยแก้วว....คืออะไร???

ประวัติความเป็นมาของใยแก้ว

        ประวัติของการผลิตใยแก้วสาวย้อนไปได้ถึงปี ค.ศ. 1893 เมื่อนาย เอ็ดเวร์ด ดรามมอนด์ ได้แสดงใยแก้วที่เขาคิดค้นในงานแสดง World Columbian Exposition ใยแก้วที่นำมาแสดงนั้น มีลักษณะของเส้นใยคล้ายกับเส้นไหม   แต่ก็ไม่ได้มีการคิดค้นต่อยอดหรือนำเส้นใยแก้วที่คิดค้นได้นั้นมาพัฒนาให้ใช้งานได้จริงจัง  จนอีก 45 ปีผ่านไปจึงได้มีการพัฒนาจนถึงขั้นการผลิตใยแก้วในระดับอุตสหกรรมโดยนาย รัสเซล เยมส์ สเลเตอร์ แห่งประเทศอเมริกา   ครั้งนั้นได้ตั้งชื่อให้กับใยแก้วที่ผลิตได้ว่า  Fiberglass ซึ่งก็ได้เรียกกันติดปากจนเป็นชื่อเรียกสามัญไป   

       ในช่วงแรกของการพัฒนาใยแก้วยังใช้อยู่เฉพาะในวงการฉนวนกันความร้อนเท่านั้น แต่ต่อมาได้ มีการพัฒนากระบวนการผลิตโดยการดึงเส้นใยให้เป็นเส้นต่อเนื่อง ที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อใช้ในการเสริมความแข็งแรงของพลาสติกประเภทเทอร์โมเซ็ท เช่น โพลีเอสเตอร์เรซิ่นชนิดไม่อิ่มตัว  ไวนิลเอสเตอร์เรซิ่น  อีพอกซี่เรซิ่น   และรวมไปถึงเทอร์โมพลาสติก เช่น ไนลอน   โพลีโพรไพลีน  โพลีคาบอร์เนต   ABS PPS และชนิดอื่นๆ อีกมาก  

       นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาต่อเนื่อง ให้ใช้เสริมความแข็งแรงของปูนซีเมนต์ ยิปซัม และยางมะตอยได้อีกด้วย     ในปัจจุบัน  นอกจากใยแก้วแล้ว  ยังมีใยชนิดอื่นที่ได้มีการค้นคว้าและผลิตออกมาโดยมีข้อดีและข้อด้อยต่างๆ กันไป ชนิดที่สำคัญและจะกล่าวถึงในเชิงเปรียบเทียบต่อไปเช่น  ใยคาร์บอน (กราไฟท์) และใยเคฟลาร์

กระบวนการหลอมน้ำแก้ว

        เริ่มต้นจากการนำเอาวัตถุดิบตามธรรมชาติประเภทต่างๆมาผสมรวมกัน และให้ความร้อนจนหลอมเหลวที่อุณภูมิสูงประมาณ 1400 c วัตถุดิบเหล่านี้ประกอบด้วย  ทราย  ดินขาว หินปูน  กรดบอริก และ อื่นๆ อีกเล็กน้อย โดยกำหนดอัตราส่วนเพื่อให้วัตถุดิบตามธรรมชาติเหล่านี้ ให้สารประกอบตามร้อยละของน้ำแก้วดังต่อไปนี้

SiO2 =52-62wt%
Alkaline oxide (Na2O, K2O) < 2wt%.
Alkaline terrous oxide (CaO, MgO..) 16-30%
B2O3 = 0-10wt%
Al2O3 = 11-16 wt%
TiO2 = 0-3%
Fe2O3 = 0-1%
F2 = 0-2%

        วัตถุดิบจะอยู่ในรูปของผงสีขาว ที่มีความบริสุทธิ์ และขนาดที่กำหนดเพื่อให้ได้ คุณภาพที่เหมาะสมต่อการสาวเป็นเส้นใย โดยจุดที่สำคัญที่สุดคือเส้นใยที่ได้ จะต้องไม่ขาดง่ายในขณะทำการสาวเส้นใย โรงงานผลิตใยแก้วจะตั้งค่าไว้ให้ไม่ให้มีการขาดเกิน 2 ครั้งต่อชั่วโมง ถ้าเกินกว่านี้ก็ถือว่าการผลิตยังไม่ได้ตามมาตรฐานที่ยอมรับได้ 

        เตาที่ใช้หลอมแก้วจะทำขึ้นจากวัสดุเซรามิคหรืออิฐทนไฟโดยมีกระบวนการให้ความร้อนอยู่ 2 ประเภท คือ การให้ความร้อนจากไฟฟ้า และการให้ความร้อนโดยใช้แก๊สไฮโดรเจน และ ออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิง

        ในปัจจุบันจะไม่ค่อยมีเตาที่ให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าเหลืออยู่แล้วเนื่องจากข้อจำกัดทางด้านขนาดของเตาและต้นทุนพลังงาน 
 

        เตารุ่นใหม่ๆ จะถูกออกแบบให้มีกำลังการผลิตใยแก้วอย่างน้อยที่ 30000 ตันต่อปีต่อเตา ซึ่งระดับนี้ถือ เป็นขนาดเตาที่เล็กที่สุดในแง่ของความคุ้มค่าด้านการลงทุน  สำหรับผู้ประกอบการที่ไม่มีขนาดของตลาดใหญ่เพียงพอกับการผลิตระดับ 30000 ตันขึ้นไป ก็จะใช้กระบวนการหลอมแก้วอีกวิธีหนึ่ง ที่ควรจะกล่าวถึงไว้ด้วย คือ กระบวนการหลอมแก้วจากลูกแก้ว ซี่งลูกแก้วนี้ก็ถูกผลิตมาจากผู้ผลิตใยแก้วที่มีเตา ขนาด 30000 ตันหรือใหญ่กว่านั่นเอง  

         โดยโรงผลิตขนาดใหญ่เหล่านี้ จะนำน้ำแก้วมาขึ้นรูปเป็นลูกกลม แทนที่จะดึงเป็นเส้นใย แล้วขายลูกแก้วเหล่านี้ให้กับโรงงานผลิตใยแก้วขนาดเล็กที่จะนำลูกแก้วเหล่านี้มาหลอมใหม่ในเตาไฟฟ้าขนาดเล็ก ก่อนจะนำน้ำแก้วที่ได้มาดึงเป็นเส้นใยแก้วอีกที 

        เป็นเรื่องน่าตื่นตาตื่นใจเสมอสำหรับคนที่ได้เข้าไปเยี่ยมชมโรงงานผลิตเส้นใยแก้ว  และได้เห็นกระบวนการสาวใยแก้วเป็นครั้งแรก   แน่นอนว่าทุกคนทราบมาคร่าวๆอยู่แล้ว ว่าแก้วน้ำหรือกระจกที่เราเห็นและใช้งานกันอยู่ทุกวันนั้นทำมาจากทรายหรือมีทรายเป็นองค์ประกอบหลัก  แต่ส่วนใหญ่ก็จะทราบอยู่เท่านั้น และแค่นั้นก็น่าทึ่งอยู่แล้ว   เมื่อได้มาเห็นใยแก้วที่ก็เป็นแก้วเหมือนกัน  ทำมาจากทรายเหมือนกัน แต่อยู่ในรูปของเส้นเล็กๆ ที่มีความอ่อนนุ่มเหมือนเส้นด้ายไม่แตกเปราะเหมือนกับแก้วน้ำหรือกระจก ก็มักจะอดสงสัยไม่ได้ว่าวิธีการทำให้แก้วมาเป็นเส้นและอ่อนนุ่มนั้นทำอย่างไร

        กระบวนการเริ่มต้นต่อจากที่ได้หลอมเหลววัตถุดิบที่อุณหภูมิประมาณ 1400 c ได้น้ำแก้วที่อยู่ในรูปของเหลวสีแดงอยู่ในเตาเผา   ด้านล่างของเตาเผา จะมีการเจาะเป็นช่องทางให้น้ำแก้วไหลออกจากเตาเพื่อขึ้นรูปเป็นเส้น  โดยให้ผ่านแผ่นโลหะประเภทแพลทตินั่ม (ทองคำขาว) ทีได้ทำการเจาะเป็นรูพรุนเล็กๆ ดังภาพ  

        แผ่นแพลทตินั่ม นี้เราเรียกกันในวงการว่า Bushing เป็นชิ้นส่วนที่มีราคาสูงมาก Bushing (ที่มีความยาวประมาณ 26 นิ้ว กว้าง 8 นิ้ว) จะมีรูอยู่ประมาณ 1600 รู  เมื่อใยแก้วเริ่มไหลออกมาทาง Bushing เส้นใยจะถูกพ่นด้วยละอองน้ำเพื่อลดอุณหภูมิแล้วจะถูกดึงด้วยมอเตอร์เพื่อเข้าม้วน   โดยการดึงจะให้เส้นใยวิ่งผ่านสารเคมีสำหรับเคลือบเส้นใย ที่เรียกกันว่า Sizing อีกด้วย

        Sizing เป็นสารที่มีความสำคัญต่อคุณสมบัติต่างๆ ของใยแก้วอย่างมาก  เป็น Solution  ที่เป็น Polymer base มีหน้าที่หลักๆ ดังนี้คือ 

1. เป็นตัวประสานระหว่างใยแก้วกับเรซิ่นชนิดต่างๆ  
2. ให้เส้นใยแก้วมีความหยุ่นตัวไม่เปราะแตก
3. ลดการเกิดไฟฟ้าสถิตในระหว่างการใช้งาน
4. เป็นสารหล่อลื่นพื้นผิวใยแก้ว  และ ฯลฯ

        ใยแก้ว ที่เข้าม้วนแล้วจะมีศัพท์เรียกเฉพาะว่า cake ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป   โดย cake เหล่านี้จะถูกนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่เรารู้จักกันดีเช่น  ใยแก้วผืน (chopped strand mat)  ใยพ่น (spray roving)  ใยทอ (woven roving)  และอื่นๆอีกมาก