Стеклянные волокна

При сравнительно малой плотности ((2,4…2,6)∙103 кг/м3) стеклянные волокна имеют высокую прочность, низкую теплопроводность, стойкость к химическому и биологическому воздействию. Этим объясняется достаточно широкое применение стекловолокна, ровингов, тканей и других материалов на основе стекловолокна для создания деталей и элементов конструкций из стеклопластиков.

Наиболее широко применяется бесщелочное алюмоборосиликатное

Е-стекло (в состав его входят оксиды SiO2, Al2O3, B2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O и некоторые другие компоненты).

Непрерывные волокна получают вытягиванием расплавленной стекломассы через фильеры диаметром 0,8…3,0 мм и дальнейшим их быстрым вытягиванием до диаметра 3…19 мкм.

Форма поперечного сечения волокна может быть различной (рис. 2.2): круглой (1), трубчатой (2), в форме шестиугольника (3), квадратной (4), треугольной (5), прямоугольной (6).

Штапельное волокно получают вытягиванием непрерывного стекловолокна и разрывом его на отрезки определенной длины.

Кварцевое волокно получают, как правило, из стержней вытягиванием, так как кварц даже при температуре 2400 К имеет очень высокую вязкость, что затрудняет формирование его из расплава.

Поверхность стеклянных волокон покрывают замасливателем, который предотвращает разлохмачивание и истирание волокон при различных видах ткацкой переработки и препятствует адсорбированию на волокнах влаги из окружающей среды. Существует два вида замасливателей: пассивные и активные (гидрофобно-адгезионные). Пассивные замасливатели (например, парафиновая эмульсия или замасливатели на основе крахмала) применяются только на стадии ткацкой переработки волокна. Перед нанесением связующего на армирующий материал эти замасливатели удаляют с помощью термической или химической обработки.

 

Рис. 2.2. Формы сечений стеклянных волокон:

1 – круглое; 2 – круглое полое; 3 – шестигранное; 4 – квадратное;

5 – треугольное; 6 – прямоугольное

 

После удаления замасливателей на поверхность волокон часто наносят аппреты (аппретирование) – вещества, способствующие созданию прочной связи на границе волокно – матрица и исключающие гигроскопичность волокон. В качестве аппретов применяют обычно кремний, органические и металлоорганические соединения. Наиболее перспективны активные замасливатели, защищающие одновременно поверхность волокна от разрушения, повышающие адгезию между стекловолокном и полимерной матрицей и улучшающие переработку волокон.

На прочность стекловолокна определяющее влияние оказывает состояние поверхности волокна, которое зависит от условий его формирования.

Стекловолокна имеют высокую термостойкость и жаропрочность. При повышении температуры до 1200 К (900°С) модуль упругости кварцевого волокна возрастает с 74 (при 27°С, 300 К) до 83 ГПа. Бесщелочные алюмосиликатные стекла начинают снижать свою прочность при 600 К (327°С), натрий-кальцийсиликатные, борные, свинцовые и фосфатные – при

400…500 К (150…250°С). Модуль упругости снижается незначительно, вплоть до температуры размягчения.

Марки и механические свойства некоторых видов стекловолокон представлены в табл. 2.1.


Таблица 2.1

Механические свойства стекловолокон

 

    Марка стекловолокна   Плотность r×10-3, кг/м3 Модуль упругости Е Средняя прочность на базе 10 мм σƒ Предельная деформация ε , %  
  ГПа
  Высокомодульное: ВМ – 1 ВМП УП – 68 УП – 73 Кислотостойкое № 7 – А       2,58 2,58 2,46 2,40   2,56           4,20 - - -   2,0     4,8 - - -   3,6
           

 

Стекловолокна применяются в композитах в виде жгутов и нитей из элементарных волокон, лент, тканей разнообразного переплетения, матов, холстов и других нетканых материалов.

Для изготовления изделий из стеклопластиков методом намотки промышленностью выпускаются стекловолокна в виде непрерывных жгутов (ровингов), состоящих из прядей комплексных нитей c суммарной линейной плотностью 555…4170 текс. (Текс – линейная плотность нити, определяемая как вес 1 км нити в граммах).

Тканые армирующие материалы получают путем текстильной переработки крученой комплексной нити, жгута, пряжи или ровингов. Для текстильной переработки используют стекловолокна диаметром 3…4 мкм. Тканые армирующие материалы технологичны, удобны при изготовлении крупногабаритных изделий, позволяют достигать высокого содержания арматуры в стеклопластинах.