Стекловолокно
Стекловолокно́ (стеклонить) — волокно или комплексная[прояснить] нить, формируемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него стеклоткань.
Стекловолокна естественного происхождения встречаются в местах, где происходили извержения вулканов, и называются волосы Пеле[1]. Они состоят из базальтовых пород, содержат включения кристаллов и по физико-механическим свойствам не являются аналогами стекловолокна[2].
Виды стекловолокна
[править | править код]Стекловолокно экструдируют из расплава стекла специального химического состава. Экструзия, как и в других случаях, производится путём продавливания расплава через прядильные фильеры. Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон, получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3—100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в упаковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в кручёные нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в кручёные изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).
Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путём резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) — 50 см, титр волокна в данном случае, как правило, ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1—20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы (кардные, иглопробивные, нитепрошивные, стеклохолст) по различным технологиям (кардочесание, преобразование прочёса, иглопробивание, нитепрошивание, «вэт-лэйд»), стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.
Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов, — использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и других композитов. Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом — пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы. прочие полимеры). Из стеклонитей производят фитили для жидкостных горелок.
Производство
[править | править код]Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной стекломассы через фильеры (число отверстий 200—4000) при помощи механических устройств, наматывая волокно на бобину. Диаметр волокна зависит от скорости вытягивания и диаметра фильеры. Технологический процесс может быть осуществлён в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах).
Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и другими методами.
Физико-механические свойства
[править | править код]Механические свойства волокон:[3]
| Волокно | Плотность, 103·кг/м3 | Модуль растяжения, ГПа | Предел прочности при растяжении, ГПа |
|---|---|---|---|
| E-стекло | 2,5 | 73 | 2,5 |
| S-стекло | 2,5 | 86 | 4,6 |
| Кремнезём | 2,5 | 74 | 5,9 |
Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов:[4]
| Тип волокон | Марка волокна | Свойства волокон длиной 10 мм | Свойства композиционных материалов | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| σв | E | σв | E | σв / (pg), км | ||
| ГПа | ГПа | ГПа | ГПа | |||
| Стеклянные | ВМ-1 | 3,82 | 102,9 | 2,01 | 69,1 | 98 |
| >> | ВМП | 4,61 | 93,3 | 2,35 | 64,7 | 114 |
| >> | М-11 | 4,61 | 107,9 | 2,15 | 72,6 | 98 |
| Борные | БН (сорт 2) | 2,75 | 392,2 | 1,37 | 225,5 | 75 |
| >> | БН (сорт 1) | 3,14 | 382,4 | 1,72 | 274,6 | 87 |
| >> | Борофил (США) | 2,75 | 382,4 | 1,57 | 225,5 | 80 |
| Органические | СВМ | 2,75 | 117,7 | 1,47 | 58,5 | 111 |
| >> | Кевлар-49 (США) | 2,75 | 130,4 | 1,37 | 80,4 | 100 |
Объёмная доля наполнителя 60 %.
Механические свойства волокон:[5]
| Марка стекла | Плотность ρ, 10−3 кг/м3 |
Модуль упругости Е, ГПа |
Средняя прочность на базе 10 мм, ГПа |
Предельная деформация ε, % |
|---|---|---|---|---|
| Высокомодульное | 2,58 | 95 | 4,20 | 4,8 |
| ВМ-1 | 2,58 | 93 | 4,20 | 4,8 |
| ВМП | 2,46 | 85 | 4,20 | 4,8 |
| УП-68 | 2,40 | 83 | 4,20 | 4,8 |
| УП-73 | 2,56 | 74 | 2,00 | 3.6 |
| Кислотостойкое 7-А |
К сведению
[править | править код]- Физико-механические свойства стекла
На предел прочности на растяжение стёкол влияют микроскопические дефекты и царапины на поверхности. Для конструктивных целей в основном применяют стекло с прочностью на растяжение 50 МПа. Стёкла имеют модуль Юнга около 70 ГПа.[3]
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Волосы Пеле // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Аблесимов Н. Е., Земцов А. Н. Релаксационные эффекты в неравновесных конденсированных системах. Базальты: от извержения до волокна. — Раздел 6.1.1. Терминология. — М.: ИТиГ ДВО РАН, 2010.
- ↑ 1 2 Болтон У. Конструкционные материалы, металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Карманный справочник / Пер. с англ. — М.: Додека-XXI, 2004. — 320 с. — (Карманный справочник). — ISBN 5-94120-046-3.
- ↑ Б. Н. Арзомасов. Конструкционные материалы. — Машиностроение, 1990. — 688 с. — ISBN 5-217-01112-2.
- ↑ Медведев В. В., Червяков А. Н. Обоснование выбора композиционного материала для корабельных виброизоляторов. Архивировано 23 декабря 2010 года.
| Природные (натуральные) |
| ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Химические |
| ||||||
