Стекловолокно

Большую группу аморфных тел составляют неорганические стёкла.

Электропроводность стекол самым тесным образом связана с химическим составом, что даёт возможность в ряде случаев получать заранее заданную величину удельной проводимости.

Кварцевое стекло, плавленый кварц и плавленый борный ангидрид обладают весьма малой удельной проводимостью. Температурная зависимость удельной проводимости этих стекол значительна: коэффициент указывает на большую энергию освобождения ионов. Введение в состав стекол металлов разных групп по-разному отражается на электропроводности. Введение в состав стекла окисных щелочных металлов первой группы сильно увеличивает электропроводность. Это увеличение зависит от радиуса иона.

Введение в состав стекла тяжёлых окислов (например, окислов бария или свинца) не только нейтрализует вредное влияние щелочных окислов, но и приводит к значительному понижению удельной проводимости стекол.

Стекловолокном называют искусственное волокно, изготовляемое различными способами из расплавленного стекла.

Известно два основных вида стекловолокна: непрерывное и штапельное. Для непрерывного волокна, получаемого вытягиванием из расплава стекла, характерна неограниченно большая длина, прямолинейность и параллельное расположение волокон в нити. Штапельное волокно, получаемое путем расчленения струи расплавленного стекла воздухом, паром или газовым потоком, отличает небольшая длина, извитость и хаотическое расположение волокон в пространстве. Изделия из непрерывного волокна по внешнему виду напоминают натуральный или искусственный шелк, а из штапельного – хлопок или шерсть.

Для получения стеклянных волокон с различными показателями свойств синтезируют стекла, обеспечивающие эти свойства, но одновременно обладающие стабильностью процесса волокнообразования в заданном интервале температур. Способность стекломассы вытягиваться в волокно определяется отношением ее вязкости к поверхностному натяжению. На стабильность процесса волокнообразования в значительной степени оказывает влияние кристаллизационная способность стекла (температура плавления кристаллов, скорость образования центров кристаллов, скорость линейного роста кристаллов), вязкость, скорость твердения, химическая однородность стекломассы и содержание в ней газов.

Для производства стекловолокна применимы стекла с температурой ликвидуса на 30 – 50 ^оС ниже температуры его формования, поэтому составы стекол, пригодные для формования стеклянных волокон различного назначения, отличаются от известных рецептур "массивных" стекол.

Качество стекла для выработки стекловолокна в значительной степени зависит от гомогенизации и дегазации стекломассы, использования комплексного тонко измельченного сырья, высокой температуры варки стекла (1600 ^оС и выше), принудительного перемешивания стекломассы, применения стекло стойких огнеупоров и др.

Для варки стекол в производстве стеклянных волокон применяют горшковые, ванные печи непрерывного действия, пламенные печи прямого нагрева, электрические и газоэлектрические стекловаренные печи.

Для получения стеклянных волокон стекла синтезируют в различных стеклообразных системах, используя:

1. бесщелочные, алюмоборосиликатные стекла, содержащие до 0,5 – 2,0 % по массе R₂O – тип Е (электроизоляционного назначения);

2. бесщелочные или малощелочные натриево-кальциево-алюмо-боро-силикатные стекла (до 10 % по массе R₂О) – тип С (химически устойчивые);

3. щелочные-натриево-кальциево-силикатные стекла, содержащие более 10 % по массе R₂О – тип А (тепло-звукоизоляция);

4. бесщелочные магнийалюмосиликатные и другого состава стекла (высокопрочные и высокомодульные);

5. бесщелочные из оксидов тугоплавких металлов или их соединений стекла (кварцевые, высококремнеземные, алюмокремнеземные, алюмосиликатные и другие высокотемпературостойкие).

Стеклянные волокна различного химического состава обладают ценными свойствами – негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами, что позволяет их применять в различных областях техники, главным образом, для изготовления текстильных материалов и изделий (нитей, жгутов, лент, и нетканых материалов). Штапельные стекловолокна в процессе их получения формируют в виде ваты, матов и холстов, скрепляемых органическими и неорганическими связующими. Материалы из непрерывных и штапельных стеклянных волокон широко используются в электротехнической промышленности, машиностроении, химической промышленности, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Большую часть изделий из непрерывных стеклянных волокон применяют в качестве армирующих материалов: стеклотканей, стеклопластиков, композитов и стеклоцемента при изготовлении электроизоляции, коррозионностойких трубопроводов и емкостей – в химической, автомобильной промышленности, строительстве, железнодорожном транспорте, судостроении, авиационной, космической технике и др.

Материалы из штапельного волокна используют для тепло-звуко-электроизоляции, фильтрации химически агрессивных сред и др.

Большинство волокнистых материалов, таких как бумага, картон, фибра, лакоткани в своем исходном состоянии не имеют таких свойств как стекловолокно. Основным отличительным свойством стекловолокна является структурное строение его волокон, для которых характерна неограниченно большая длина, прямолинейность и параллельное расположение волокон в нити, а также широкие возможности при его производстве, что оказывает значительное влияние на его свойства.