Стеклянные волокна

Стеклянные волокна (стекловолокно), искусственное волокно, формуемое из расплавленного неорганического стекла. Различают непрерывное. Стекло волокна комплексные стеклянные нити длиной 20 км (и более), диаметром мононитей 3-50 мкм, и штапельное стекло волокно длиной 1-50 см, диаметром волокон 0,1-20 мкм.

Непрерывное стекловолокно получают фильерным формованием пучка тонких мононитей из расплавленной стекломассы с последующей вытяжкой, замасливанием и намоткой комплексной нити на бобину при высоких (10-100 м/с) линейных скоростях. Штапельное стекловолокно формуют путем разрыва струи расплавленного стекла после выхода из фильеры воздухом, паром, горячими газами или др. методами. Его также получают разрубанием комплексных нитей.

Из непрерывного стекловолокна делают крученые комплексные нити, однонаправленные ленты, жгуты. Комплексные стеклянные нити различают по составу стекла, среднему диаметру волокна (3-15 мкм или более), числу элементарных нитей (50-800), крутке. Из крученой нити изготовляют ткани, сетки, ленты на ткацких станках. Стеклянные ткани различают по виду переплетения (полотняное, саржевое, сатиновое и др.) и плотности (числу нитей на 1 см по основе и утку). Их ширина варьирует в пределах 500-1200 мм, толщина-0,017-25 мм, масса 1 м2-25-5000 г. Жгуты и ленты получают соединением 10-60 комплексных нитей. Штапельные стекловолокна и пряди нитей, срезанные с бобин (длина 0,3-0,6 м), используют для изготовления стекловаты, холстов, матов, плит. Холсты, полученные из рубленого стекловолокна или непрерывных нитей, обычно скрепляют смолами или механической прошивкой.

Состав и свойства стекловолокна определяются составом и свойствами

волокнообразующего стекла, из которого его изготовляют. В зависимости от состава различают несколько марок такого стекла (Таблица 1)

А-стекло называют также известково-натриевым, С-стекло -натрийборосиликатным, E-стекло - алюмоборосиликатным, S-стекло - магнезиальноалюмосиликатным. Повышенная прочность стекловолокна

(по сравнению с исходным стеклом) объясняют по-разному: "замораживанием" изотропной структуры высокотемпературного расплава стекла или наличием прочного поверхностного слоя (толщина около 0,01 мкм), который образуется в процессе формования вследствие большей деформации и вытяжки по сравнению с внутренними слоями.

При кратковременном нагружении стекловолокно ведет себя практически как упругое хрупкое тело, вплоть до разрыва подчиняясь закону Гука. При длительном действии нагрузки наблюдается возрастание деформации, упругое последействие, зависящее от состава стекла и влажности воздуха. С увеличением диаметра волокна возрастает сопротивление изгибу и кручению и уменьшается прочность при растяжении. Во влажном воздухе, в воде и в водных растворах ПАВ прочность стеклянных волокон снижается на 50-60%, но частично восстанавливается после сушки.

Из высокощелочного А-стекла получают волокна, которые менее устойчивы к воде, чем волокна из E-стекла, но стойки к действию щелочей.

Более высокую химическую стойкость по сравнению с А-стеклом обеспечивает С-стекло. Потеря массы волокон из таких стекол при обработке водой составляет 0,02-0,05 г/м, а при обработке щелочными р-рами-0,3-2,5 г/м. Волокна из S-стекла имеют наиболее высокую прочность и повышенную теплостойкость.

Кварцевые стекла, состоящие более чем на 99% из SiO2, используют в производстве жаростойких волокон, свойства которых, в т. ч. диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, мало меняются до 700 °С.

Дополнительная обработка поверхности стекловолокна замасливателями и шлихтой приводит к ее гидрофобизации, снижению поверхностной энергии и электризуемости, снижению коэффициента трения от 0,7 до 0,3, увеличению прочности при растяжении на 20-30%. Поверхностные свойства стекловолокна и капиллярная структура изделия определяют малую (0,2%) гигроскопичность для волокон и повышенную (0,3-4%) для тканей.

В зависимости от толщины; плотности переплетения и вида поверхностной обработки стеклянные ткани могут обладать высокими значениями коэффициента светопропускания (до 64%), звукопоглощения (до 90% при частотах 500-2000 Гц), отражения (до 80%).