Bagaimana Kaca Dibuat? [Dua Cara Membuatnya] - Anontekno

Bagaimana Kaca Dibuat? [Dua Cara Membuatnya]

Float Glass

Banyak masyarakat Zaman Batu di seluruh dunia menggunakan kaca yang terbentuk secara alami, seperti kaca vulkanik obsidian, untuk membuat alat pemotong yang tajam. Namun, menurut bukti arkeologi, kaca asli pertama diciptakan di pesisir utara Suriah, Mesopotamia atau Mesir.

Sejarah barang-barang kaca paling awal yang diketahui dapat ditelusuri kembali ke setidaknya 2.000 SM. Manik-manik, misalnya, dibuat selama produksi faience, bahan seperti kaca.

Sejak saat itu, proses pembuatan kaca banyak berubah. Kemajuan dalam ilmu material dan teknik manufaktur telah memungkinkan untuk menghasilkan kaca dengan sifat reflektif, refraksi, dan transmisi spesifik yang dapat digunakan dalam bahan prisma, lensa optik, dan optoelektronik.

Saat ini, kaca dibuat menggunakan dua teknik utama: Proses Kaca Terapung, yang melibatkan kaca cair yang mengapung di atas lapisan logam cair, dan Meniup kaca, yang melibatkan penggelembungan kaca cair menjadi gelembung.

Kaca cair dibuat dengan memanaskan pasir biasa (kebanyakan mengandung silikon dioksida) pada suhu yang sangat tinggi hingga meleleh dan berubah menjadi cairan. Ketika dibiarkan mendingin, pasir tidak kembali ke keadaan semula. Sebaliknya, ia berubah menjadi padatan amorf, padatan nonkristalin di mana atom dan molekul tidak diatur dalam pola kisi yang pasti.

Mari kita gali lebih dalam dan cari tahu materi dan proses yang terlibat dalam kedua metode tersebut, dan seperti apa masa depan mereka.

Metode 1: Proses Kaca Apung

Dalam metode ini, selembar kaca diproduksi dengan mengapungkan kaca cair di atas lapisan logam cair, seperti timah atau timah. Ini digunakan untuk menghasilkan lembaran kaca dengan ketebalan seragam dan permukaan datar. Mari kita melalui proses langkah demi langkah:

1. Melting dan Refining

Bahan baku yang umum digunakan untuk membuat kaca apung termasuk pasir, dolomit, kue garam (natrium sulfat), abu soda (natrium karbonat), dan batu kapur. Bahan lain sering digunakan sebagai bahan pemurnian untuk mengubah sifat kimia dan fisik kaca.

Bahan-bahan ini dicampur dalam proses batch dengan proporsi yang tepat. Seluruh batch kemudian dimasukkan ke dalam tungku mana dipanaskan hampir 1.500 ° C . Sebagian besar tungku dapat menampung lebih dari 1.000 ton material.

Saat kaca meleleh, suhunya distabilkan ke 1.200 ° C untuk memeriksa kerapatan relatif atau berat jenisnya.

2. Mandi Timah

Kaca yang meleleh dari tungku mengalir ke bak pelampung, bak dari timah cair, melalui bibir keramik yang disebut bibir cerat. Jumlah gelas yang dituangkan ke kaleng dikontrol oleh sebuah gerbang, yang biasa disebut tweel.

Timah adalah pilihan yang disukai untuk proses ini karena timah kohesif dan tidak bercampur dengan kaca cair. Ia juga memiliki berat jenis yang tinggi. Namun, ia teroksidasi di udara untuk membentuk timah dioksida yang menempel pada kaca. Untuk mencegah oksidasi ini, timah diolah dengan hidrogen dan nitrogen.

Kaca mengalir di sepanjang wadah timah dan membentuk pita mengambang dengan ketebalan rata dan permukaan halus di kedua sisinya. Saat ini terjadi, suhu diturunkan secara perlahan (hingga 600 ° C) dan pita kaca ditarik dari bak dengan rol.

Ketebalan produk yang keluar dapat dikontrol dengan mengubah kecepatan roller dan kecepatan aliran kaca. Biasanya, rol ditempatkan di atas timah cair untuk menyesuaikan ketebalan dan lebar pita kaca.

Beberapa kacamata dibuat reflektif. Dalam kasus seperti itu, lapisan lembut atau lapisan keras diaplikasikan pada permukaan pita yang didinginkan.

3. Anil 

Begitu gelas keluar dari bak mandi, gelas tersebut melewati oven lehr – tungku pembakaran panjang dengan gradien suhu ujung ke ujung. Hal ini memungkinkan kaca membeku tanpa ketegangan. Ini juga mencegah kaca retak karena perubahan suhu.

Lebih khusus lagi, proses ini mengubah sifat kimia dan fisik kaca, mengurangi kekerasannya dan membuatnya lebih ulet.

4. Inspeksi 

Menggunakan teknologi inspeksi akut dan canggih, jutaan inspeksi dapat dilakukan selama proses pembuatan kaca. Kebanyakan dari mereka melibatkan identifikasi tekanan, butiran pasir, dan gelembung udara yang mengurangi kualitas kaca.

Saat ini, ada ribuan sistem yang mampu secara tepat memeriksa kualitas optik, distorsi, tegangan, ketebalan, dan kerataan kaca sedini mungkin selama proses produksi.

5. Pemotongan 

Saat keluar dari ‘ujung dingin’ dari oven lehr, gelas dipotong dan dibentuk sesuai kebutuhan pelanggan, menggunakan peralatan khusus. Lembaran kaca besar dipotong dengan meja potong kaca semi-otomatis berbantuan komputer. Lembaran-lembaran ini kemudian dipecah secara manual menjadi lembaran kaca tersendiri.

Sementara sebagian besar pemotong kelas menggunakan roda kecil dan tajam yang terbuat dari tungsten karbida atau baja yang diperkeras, beberapa menggunakan berlian untuk membuat belahan.

Penggunaan Kacamata Float 

Kaca apung telah menjadi bentuk kaca paling populer di produk konsumen. Itu dapat diproduksi dalam berbagai warna dan kekeruhan. Ini menunjukkan transmisi cahaya tingkat tinggi dan kelembaman kimiawi yang baik.

Properti ini membuat kaca apung ideal untuk berbagai aplikasi, seperti cermin, jendela, pintu, furnitur, dan kaca mobil. Ini juga memiliki banyak aplikasi dalam arsitektur modern, baik dalam bangunan domestik dan komersial.

Dengan kemajuan terkini dalam produksi kaca apung, seperti kaca apung ultra-tipis, aplikasi baru ditemukan dalam elektronik dan teknologi. Komposisi aluminosilikat seperti Gorilla Glass (yang mengandung silikon dioksida, aluminium, natrium, dan magnesium) digunakan oleh berbagai telepon pintar dan perangkat elektronik lainnya.

Metode 2: Meniup kaca

Dalam teknik pembentukan kaca ini, kaca cair dipompa menjadi gelembung dengan bantuan tabung tiup. Ini digunakan untuk memproduksi botol dan wadah lainnya.

Bagaimana cara kerjanya? 

Inflasi mengacu pada proses perluasan gumpalan cair kaca dengan menyuntikkan sejumlah kecil udara ke dalamnya. Karena atom dalam gelas cair terikat melalui ikatan kimia yang kuat dalam jaringan acak dan tidak teratur, gelas cair cukup kental untuk dihembuskan. Ini perlahan mengeras saat mendingin.

Untuk memfasilitasi proses peniupan, kekakuan kaca cair ditingkatkan dengan sedikit mengubah komposisinya. Ternyata menambahkan sedikit natron membuat kaca lebih kaku untuk ditiup. (Natron adalah zat alami yang mengandung natrium karbonat decahydrate dan natrium bikarbonat.)

Selama peniupan, lapisan kaca yang lebih tebal mendingin lebih lambat daripada yang lebih tipis dan menjadi kurang kental dibandingkan dengan lapisan yang lebih tipis. Hal ini memungkinkan pembuatan kaca pecah dengan ketebalan yang rata.

Dalam beberapa dekade terakhir, metode meniup kaca yang lebih efisien dan efektif telah dikembangkan. Kebanyakan dari mereka melibatkan langkah-langkah yang sama:

Langkah 1: Letakkan kaca di dalam tungku dan panaskan hingga 1.300 ° C agar mudah dibentuk.

Langkah 2: Masukkan salah satu ujung pipa sembur ke dalam tungku dan gulingkan di atas gelas cair sampai ‘gumpalan’ kaca menempel padanya.

Langkah 3: Gulingkan kaca cair pada marver, lempengan logam datar, yang terbuat dari permukaan baja, grafit, atau kuningan yang dipoles yang dipasang pada meja kayu atau logam. Marver digunakan untuk mengontrol bentuk serta suhu kaca.

Marver digunakan untuk membentuk kaca 

Langkah 4: Tiup udara ke dalam pipa untuk membuat gelembung. Kumpulkan lebih banyak gelas di atas gelembung itu untuk membuat potongan yang lebih besar. Setelah gelas ditiup ke ukuran yang diinginkan, bagian bawahnya diselesaikan.

Langkah 5: Memasang kaca cair ke batang besi atau baja tahan karat (umumnya dikenal sebagai punty) untuk membentuk dan memindahkan potongan berlubang dari pipa sumpitan.

Langkah 4: Tambahkan warna dan desain dengan mencelupkannya ke dalam pecahan kaca berwarna. Potongan-potongan yang hancur ini dengan cepat melebur ke kaca utama karena suhu yang tinggi. Pola yang rumit dan terperinci dapat dibangun dengan menggunakan tongkat (batang kaca berwarna) dan murrine (batang yang dipotong melintang untuk memperlihatkan pola).

Langkah 5: Ambil produk yang dihasilkan kembali ke keajaiban dan gulung lagi untuk memberikan bentuk yang diinginkan.

Langkah 6: Lepaskan kaca dari pipa kaca menggunakan penjepit baja. Biasanya, bagian bawah kaca yang ditiup dipisahkan dari pipa tiup yang berputar. Itu dapat dikeluarkan dari sumpitan hanya dengan satu ketukan kuat.

Langkah 7: Masukkan kaca yang telah ditiup ke dalam oven anil dan biarkan dingin selama beberapa jam. Untuk mencegah retakan terbentuk secara acak, jangan biarkan retakan mengalami perubahan suhu yang cepat.

Kaca pecah Romawi dari abad ke-4 Masehi 

Metode ini membutuhkan kesabaran, keuletan, dan ketangkasan yang ekstrim. Membuat karya yang rumit dan besar membutuhkan sekelompok pekerja kaca berpengalaman.

Dampak lingkungan

Dampak lingkungan utama dari pembuatan kaca disebabkan oleh proses peleburan, yang mengeluarkan berbagai gas ke atmosfer. Misalnya, pembakaran bahan bakar atau gas alam dan dekomposisi bahan mentah menghasilkan emisi karbondioksida.

Demikian pula, dekomposisi sulfat dalam bahan batch menghasilkan sulfur dioksida, yang berkontribusi pada pengasaman. Penguraian senyawa nitrogen melepaskan nitrogen oksida, yang berkontribusi pada pengasaman dan pembentukan kabut asap. Selain itu, penguapan dari bahan mentah dan komponen cair mengeluarkan berton-ton partikel ke atmosfer.

Faktor lain, seperti emisi senyawa organik yang mudah menguap dan produksi limbah padat selama proses pembuatan, juga menimbulkan masalah lingkungan.

Namun, kaca daur ulang dapat mengatasi banyak masalah ini. Itu dapat didaur ulang beberapa kali tanpa kehilangan kualitas yang signifikan. Setiap 1.000 ton kaca yang didaur ulang dapat mengurangi emisi karbon dioksida 300 ton dan penghematan energi 345.000 kWh.

Dalam skala yang lebih kecil, mendaur ulang satu botol kaca saja dapat menghemat energi yang cukup untuk menyalakan lampu LED 20W selama satu jam.

Meskipun kedua teknik manufaktur telah berkembang pesat dalam hal efisiensi, pengurangan lebih lanjut dalam emisi partikel debu, karbon dioksida, dan sulfur dioksida masih menjadi tujuan lingkungan utama untuk produksi kaca lembaran.

Pasar

Pada 2019, pasar manufaktur kaca global bernilai $ 127 miliar, dan diproyeksikan tumbuh pada CGAR sebesar 4,1% antara tahun 2020 dan 2027.

Faktor utama yang mungkin mendorong pertumbuhan pasar ini mencakup permintaan elektronik konsumen yang terus meningkat dan penetrasi kecerdasan buatan dalam aplikasi konsumen dan bisnis.

Kaca lembaran diharapkan memainkan peran kunci dalam aplikasi arsitektur di tahun-tahun mendatang.

Tren baru-baru ini menunjukkan transisi cepat dalam arsitektur bangunan yang memaksimalkan cahaya matahari melalui integrasi kaca datar di atap dan fasad. Karena kaca lembaran Low-E berinsulasi tiga perak berkontribusi pada penghematan energi yang signifikan, kaca ini dapat digunakan secara luas di gedung-gedung hijau di seluruh dunia. Kaca datar surya juga cenderung mencatat pertumbuhan yang signifikan selama beberapa tahun ke depan.

Cina saat ini merupakan pengekspor kaca dan barang pecah belah terkemuka dunia , dengan ekspornya mencapai lebih dari 23% pangsa ekspor kaca dan barang pecah belah di seluruh dunia, dengan nilai hampir $ 18 miliar. Jerman dan Amerika Serikat menyumbang sekitar 9% dan 7% pangsa ekspor kaca global.