маты, плиты, ткань, рубленый материал, рулоны, панели
Неорганическое стекловолокно – это популярный многофункциональный материал, применяемый в различных сферах деятельности человека.
Стекловолоконная продукция отлично зарекомендовала себя как утеплитель для стен и пола,ее используют для отделки помещений самого разного назначения.
Из него производится разнообразная строительная, промышленная и другая продукция.
Интересен материал и тем, что может производиться из вторичного сырья.
Технологический процесс получения стекловолокна довольно прост.
Древние жители Египта, которые первыми выплавили стекло из смеси песка, извести и соды, могли получать стеклянные волокна, но промышленную технологию производства стекловолокна изобрел Джон Плаер в далеком 1870 году.
С тех пор производство этого материала совершенствовалось с каждым годом и его стали использовать при изготовлении огромного ассортимента изделий.
В этой статье мы рассмотрим свойства и характеристики стекловолокна из стекольного боя, области его применения и виды продукции, которые изготавливают из этого материала.
Из чего делают стеклянные нити?
Классический технологический процесс получения стекловолокна основан на выдувании стеклянных нитей из расплавленной при высокой в 1400 °C температуре смеси кварцевого песка, соды, извести и других специальных добавок.
Полученное жидкое стекло раздувается паром при выбросе из центрифуги или продавливается через фильеры (специальные платиновые сита с микроотверстиями) и на следующем этапе охлаждается.
При использовании центрифуг конечным продуктом является стекловата, а при применении фильеров — стеклянные нити, которые в дальнейшем идут на изготовление разнообразной продукции.
Возможность получения стеклянных волокон была открыта совершенно случайно. Авария на воздухопроводе привела к попаданию в расплав стекла струи воздуха под давлением, что привело к появлению стеклянных нитей. Этот факт и способствовал изобретению технологии производства стекловолокна.
Описанный выше техпроцесс получения стекловолокна является классическим из исходного природного сырья. Но эту же продукцию можно получать и из отходов стекла.
Рециклинг стеклянных изделий позволяет значительно снизить себестоимость конечного продукта, что дает конкурентные преимущества производителю, выбравшему такой способ производства стекловолокна.
Технология производства в этом случае практически не отличается от вышеприведенной, только вместо смеси природных компонентов плавится отсортированный бой стекла с соответствующими присадками.
Количество стеклянного боя в исходном сырье для производства стекловолокна может составлять до 90% общего объема. Это открывает широкие возможности для организации бизнеса по изготовлению стекловолокна на основе отходов стекла.
Свойства и характеристики
Использование стекловолокна в промышленности и строительстве обусловлено его отличными техническими характеристиками и свойствами. Именно они и привели к высокой популярности этого материала.
Ниже мы рассмотрим основной перечень технических характеристик и потребительских качеств изделий из стеклянных волокон:
Теплопроводность
Стекло само по себе имеет очень низкую теплопроводность, поэтому изделия из него обладают отличными теплоизоляционными свойства.
Самым низким коэффициентом среди всех изделий из стекловолокна обладает стекловата. Для этой продукции он составляет 0,05 Вт/м*К, что и определяет сферы ее использования.
Стекловата применяется для термоизоляции различных строительных конструкций, трубопроводов, промышленных объектов и т. д.
Химический состав
Эта характеристика зависит от состава исходного сырья. В любом неорганическом стекле основным компонентом является кварцевый песок, поэтому содержание SiO2 в стеклянных нитях варьируется от 50% до 99% в зависимости от их назначения.
Кроме этого компонента в стеклянном волокне присутствуют Al2O3, CaO и некоторые другие соединения.
От химического состава зависят физические характеристики стекловолокна и свойства изделий из него. В частности — щелочестойкость, которая определяется содержанием диоксида циркония (ZrO2) в стекле. Чем больше этого компонента, тем более щелочестойким является стекловолокно.
Плотность
Этот параметр непосредственно у стеклянных нитей подобен плотности стекла, из которого они изготовлены и равен 2500 кг/м³.
Плотность изделий из стеклянных волокон может колебаться в широких пределах. У стекловаты она минимальна, а такие продукты из этого материала, как листы, ткань и т. д. имеют максимальную плотность.
Для комбинированных материалов, таких как стеклопластик, плотность рассчитывается на основании плотности исходных материалов.
Температура плавления
Плавится любое стекловолокно при температуре от 1200 до 1400 °C.
Температура плавления зависит от состава стекла, из которого изготовлены волокна.
Чем больше в составе кварцевого песка, тем выше температура плавления. Поэтому для качественной переработки стеклянных отходов в стекловолокно необходимо точно знать его химический состав.
Стойкость к возгоранию
Стекло — полностью негорючий материал, поэтому изделия из него не способны поддерживать горение.
Все это в полной мере относится и к стеклянным волокнам – стекловолоконная продукция является пожаробезопасным материалом. Правда, некоторые композитные материалы, изготовленные на основе стекловолокна, могут возгораться при определенных условиях.
Таким образом, горит стекловолокно или нет, зависит от марки и компонентов, входящих в их состав.
Химические и физические характеристики стекловолокна определили виды продукции, которые можно изготовить из этого материала.
Марки
Перечень марок стекловолокна с соответствующими им характеристиками вы можете увидеть в таблице:
Ниже мы рассмотрим основные типы изделий из стеклянных волокон, наиболее популярные на современном рынке.
Материалы из стекловолокна
Среди всего разнообразия продукции из стеклянных волокон можно выделить две основные категории изделий: продукцию на 100% состоящую из этого материала и композитную, содержащую дополнительные вещества и элементы.
Рассмотрим некоторые изделия обоих видов и их характеристики.
- Маты из стекловаты. Эта продукция предназначена для теплоизоляции и шумопоглощения как в строительстве, так и в промышленной сфере. Структура теплоизоляционных матов состоит из ненаправленных отрезков стеклянных нитей, скрепленных между собой естественными силами. Продукция на 100% изготавливается из стекловолокна.
- Рулонная стекловата. Продукт полностью идентичный матам по своему составу и способу производства, только свернутый в рулоны. Для выполнения некоторых видов работ по теплоизоляции объектов такая форма поставки является более предпочтительной, чем маты.
- Сетка из стекловолокна. Изделие предназначено для армирования различных поверхностей при проведении отделочных работ. Состоит из гибких стеклянных нитей, переплетенных между собой и покрытых специальным раствором. Сетка выпускается как в листах, так и в рулонах различного размера.
- Ткань из стекловолокна. Эта продукция аналогична сетке из стекловолокна, только у нее более плотное плетение тонких стеклянных нитей. Изготавливается это изделие по ткацкой технологии в разнообразных исполнениях. Стеклоткань имеет широкую сферу применения: изготовление обоев, в частности стеклохолстов «паутинка», электротехнические работы и т. д.
- Стеклопластик. Это композитный универсальный материал, состоящий из стеклянных волокон и специальных связующих смол. Области использования стеклопластика самые разнообразные. Из него можно изготовить любые детали способом формовки и другими технологическими приемами.
- Стеклопластиковая арматура — достойная альтернатива металлическому аналогу, способная заменить его во всех сферах применения.
Конечно, это далеко не полный перечень продукции из стеклянного волокна.
Стекловолокно нашло применение в строительстве, электротехнике, радиотехники, медицине и других областях промышленности.
Следует заметить, что для производства тех или иных изделий используется стекловолокно разных марок, изготовленное по разным технологиям, имеющее различную длину и толщину нитей.
Штапельные стеклянные нити (короткие отрезки) применяются для производства стекловаты, рубленые из длинных волокон — для изготовления стеклопластика, а длинные (бесконечные) нити стекловолокна — для получения тканей и сеток.
Сферы применения
Стекловолоконная продукция используется в различных областях деятельности человека. Выше были описаны некоторые из них.
Рассмотрим этот вопрос подробнее, для каждой отрасли отдельно с перечнем основных изделий из стекловолокна, предназначенных для выполнения определенных работ, а также предметов, комплектующих и конструкций, которые могут быть изготовлены на основе стеклянных нитей.
Строительная индустрия
В строительстве стекловолоконные изделия используются в первую очередь для теплоизоляции:
- жилых помещений;
- промышленных зданий;
- трубопроводов и других объектов.
Для этих целей используются:
- маты;
- рулоны из стекловаты;
- листовое стекловолокно.
Для изготовления различных конструкций в строительной индустрии широко используется и стеклопластик — композиционный материал, состоящий из стекловолокна и полимеров.
Из него производятся разнообразные панели, плиты, в том числе теплоизоляционные, и другие защитные архитектурные элементы.
Стеклообои нашли свое применение в отделочных работах. Они изготавливаются из стекловолоконной ткани с различной структурой переплетения нитей.
Для штукатурных работ используется сетка из стеклянных волокон. Огнеупорное керамическое стекловолокно применяется в качестве теплоизоляции котлов, футеровки дымоходов, воздуховодов, стен и сводов нагревательных, термических печей.
Производство товаров
Стеклопластик широко используется в судостроении, производстве автотехники и других отраслях промышленности, где легкость, простота обслуживания, устойчивость к коррозии и низкая цена деталей являются определяющими факторами.
Из него изготавливаются корпуса и покрытия для лодок и яхт, элементы автомобилей, корпуса приборов и т. д.
Стеклопластиковые бассейны, емкости под воду, септики, лыжи, и другие товары прочно вошли в быт современного человека.
Ассортимент продукции из стеклопластиков огромен.
Электротехника и электроника
Стеклянное волокно используется для изготовления разнообразных электроизоляционных материалов.
Стекло является отличным диэлектриком, поэтому нити из него применяются при производстве специальных тканых материалов для изоляции токопроводящих конструкций и проводников электрической энергии.
Покрытый медной фольгой стеклотекстолит (смесь стеклянных волокон с эпоксидными смолами) является основой для изготовления многослойных печатных плат электронных устройства.
Оптоволокно, широко используемое в электронике, также является стекловолокном, изготовленным из кварцевого стекла.
Медицина
Стеклопластика применяется при изготовлении протезов различных частей человеческого тела, а также некоторых видов имплантов без вреда для здоровья. В стоматологии стеклянное волокно используется для изготовления зубных протезов. Во многих медицинских инструментах и оборудовании стекловолокно в различном виде присутствует как основной или второстепенный конструкционный материал. Одним из главных элементов хирургических лазерных скальпелей является все то же стекловолокно высокой степени очистки.
Из выше представленной информации можно сделать однозначный вывод, что стекловолокно, как основа для производства разнообразной продукции, является очень востребованным материалом в настоящее время.
Что можно сделать своими руками?
Для самостоятельного творчества стекловолокно является отличным материалом.
В основном поделки своими руками изготавливаются из стекловолоконных тканей и различных связующих смол: эпоксидного клея, полиэфирных смол и других синтетических наполнителей.
Что же можно изготовить из стеклоткани самостоятельно? Да все что угодно, от простой подставки для чайника до корпуса самодельной лодки или автомобиля. Все зависит от вашего желания и фантазии.
Самым простым способом изготовления любых деталей или конструкции из стекловолоконной ткани является технология послойного нанесения тканевой основы на модель с проклейкой каждого слоя эпоксидной смолой.
Этот метод позволяет создать практически любую конструкцию со сложной поверхностью из стеклопластика своими руками.
Это может быть панель прибора, бампер автомобиля или катер.
Главное — правильно подготовить модель, на которую вы будете накладывать и склеивать слои стеклоткани.
Ее можно изготовить из пластилина, глины, дерева или других легкообрабатываемых материалов.
Модель следует обмазать жидким парафином для облегчения снятия готового изделия.
Каждый слой стекловолокна проклеивается эпоксидным клеем и вся конструкция снимается с модели после полного затвердевания.
Заготовка обрезается по контуру, шлифуется и если необходимо в ней прорезаются отверстия, после этого деталь готова.
В этом описании нет привязки к конкретному изделию и коротко рассказано об общем принципе изготовления любых изделий из стекловолокна своими руками.
Видео по теме
В данном видео описан процесс послойного склеивания листов ткани из стекловолокна для изготовления различных изделий.
Заключение
Минеральное стекловолокно – это универсальный материал, который используется для производства огромного количества изделий во многих областях хозяйственной деятельности человечества.
Рынок сбыта этого уникального продукта практически неограничен, при условии конкурентоспособной цены. Рециклинг отходов стекла и переработка стекольного боя в изделия из стекловолокна позволяют создать рентабельный бизнес с низкой себестоимостью продукции.
rcycle.net
Стеклоткани | Нефтехим.Ру
Стеклоткани для электрической изоляции изготавливаются на основе стеклянных нитей алюмоборосиликатного стекла типа “E” методом полотняного переплетения с перевивочной или обрезанной кромкой.
Наиболее распространенные марки электроизоляционной стеклоткани: Э 1/1-100П, Э3/1-100, Э 1-125П, Э 4-62П, Э4/1-46П, Э 3-200П.
Стеклоткань Э 3-200
Стеклоткань этой марки используется наиболее часто. Данная стеклоткань имеет полотняное переплетение и производится на парафиновой эмульсии.
Может иметь ширину 92, 95 или 100 см. Поверхностная плотность 200 г/м2.
Стеклоткань применяется для термоизоляции в качестве покровного слоя изоляции, а также при изготовлении стеклопластиков.
Волокна данной стеклоткани могут быть полые. В этом случае в маркировке стеклоткани Э 3-200 иногда встречается буква “П” – обозначение полого волокна. Полое волокно имеет непрерывное отверстие площадью 45-50% от площади сечения элементарного волокна. Ткани и нетканые материалы, производимые на основе полого волокна, используются в роли армирующего материала при производстве
Электроизоляционные стеклоткани
ТУ 6-11-601-84
ТУ 5952-034-00204961-00
ГОСТ 19907-83
ТУ 6-48-39-90
Электроизоляционные стеклоткани используются для изготовления электроизоляционных материалов, фольгированных диэлектриков, как основа для кровельных материалов, для тепловой и электрической изоляции. Температура эксплуатации данной стеклоткани до +350°C.
Конструкционная стеклоткань
Конструкционная стеклоткань является одной из разновидностей стекловолокнистых материалов, предназначенных для производства стеклопластиков.
Стеклопластики, изготовленные на основе стеклотканых материалов, обладают повышенными физико-механическими свойствами по сравнению со стеклопластиками на основе нетканых материалов. Такие стеклопластики используются для изготовления ответственных деталей и конструкций, где необходимы повышенная ударная вязкость, локальность разрушения пораженного участка, высокое сопротивление растяжению, высокие диэлектрические свойства, антимагнитные характеристики, стойкость к коррозии. Это делает применение данных стеклопластиков незаменимым в весьма разнообразных отраслях промышленности.
Стеклоткани конструкционные изготавливаются из алюмоборосиликатного стекла типа “E” с поверхностной плотностью от 210 до 850 г/м2. Стеклоткани бывают либо необработанные, либо предварительно пропитанные, чтобы добиться улучшенного взаимодействия с эпоксидными, формальдегидными, полиэфирными и другими смолами.
Наиболее распространенные марки конструкционной
Стеклоткань ровинговая
Ровинговая стеклоткань изготавливается, как ни странно, из ровинга. Ровинг – это некрученая прядь, состоящая из нескольких комплексных нитей.
Стеклоткань из ровинга имеет полотняное переплетение. Возможная ширина: 92 или 100 см. В основном, такие стеклоткани используются для изготовления изделий в тех случаях, когда требуется большая толщина.
Рабочий диапазон температур – от -200 до +550°С.
Наиболее распространенные марки ровинговой стеклоткани: ТР-0,7; ТР-0,3.
Кремнеземная стеклоткань
Кремнеземная стеклоткань – отличный теплоизоляционным материалом для тепловой изоляции в условиях высоких температур.
Данная стеклоткань обладает высокой стойкостью к тепловому удару и повышенной радиации, низкой теплопроводностью, имеет прекрасные электроизоляционные свойства в условиях высоких температур и повышенной влажности. Кремнеземные стеклоткани могут длительно использоваться при температуре 1400°С, а кратковременно – даже при более высоких температурах. Стеклоткани не плавятся и не испаряются при температурах до 1700°С.
С точки зрения химической стойкости, изделия из кремнеземной стеклоткани инертны к большинству химических реагентов, стойки к неорганическим и органическим кислотам любой концентрации даже при высоких температурах. Стеклоткани также стойки к воде и пару высокого давления, способны поглощать влагу, и не ращепляются в присутствии воды. Стабильны в вакууме.
Кремнеземная стеклоткань может отлично послужить заменой асбеста, так как работает при более высоких температурах, нежели асбест, и не представляет вреда для здоровья.
Кремнеземная стеклоткань применяется в качестве высокотемпературной изоляции, теплозащиты и электроизоляции. Данная стеклоткань является отличным тепловым барьером и наилучшим из имеющихся средств от пожаров и воздействия чрезвычайно высоких температур в различных технологических процессах.
Кремнеземные стеклоткани, как правило, категоризируются по плотности от 120 до 1000 г/м2 и по типу переплетения нитей: сатиновое переплетение и полотняное переплетение (нити расположены под углом 90°). Для изделий с неровной поверхностью лучшим решением будут стеклоткани с сатиновым переплетением.
Стеклоткани для производства кровельных материалов
ТУ 5952-023-00204961-99
ТУ 5952-034-00204961-00
ТУ 5952-020-00204961-97
ТУ 5952-003-00204961-00
Данные стеклоткани применяются в качестве армирующей основы при производстве материалов для кровли. Стеклоткани нетоксичны, негорючи, невзрывоопасны. Температура эксплуатации – до +350°C.
neftehim.ru
технические характеристики, виды материи, дипазаон температур
Существуют чудесные технологии, благодаря которым вещество меняет свои свойства буквально на противоположные. В результате одного такого преображения хрупкое и звонкое стекло превращается в мягкую материю, обладающую новыми, потрясающими качествами. Это и есть так называемая стеклоткань.
Производство
Стеклоткань – это технический материал, который получается из стекловолоконных нитей, пропитанных так называемым замаслеванителем – эмульсией, содержащей парафин. Производство востребованных в народном хозяйстве технических тканей всегда регламентируются государственными стандартами. Стеклоткань не является исключением, она вырабатывается в строгом соответствии с ГОСТ 19907-83.
Рассмотрим подробнее, что же это такое, стекловолокно? Сырьём для материала является силикатное стекло с содержанием алюминия и бора. Его растапливают в специальных печах и продавливают через тончайшие отверстия-фильеры. Полученные волокна отличаются мягкостью, эластичностью и особой тонкостью. Их диаметр зачастую гораздо меньше человеческого волоса и составляет от 3 до 100 микрометров. Они невероятно легкие, например, вес 1м2 стеклоткани Э3/2-100 равен всего 120 г. При этом они обладают невероятной прочностью. Поражает и длина волокон, составляющая 20 километров.
Крепко скрученные нити наматывают на бабины и отправляют в дальнейшую обработку на челночные или бесчелночные ткацкие станки, где различными способами плетения и создаётся стеклоткань.
Волокна тканного материала соединены в несколько нитей. Нетканое стекловолокно таких пучков не имеет: нити ложатся по одной.
Свойства стеклоткани
Материал обладает парадоксальными для тканей качествами.
- Невоспламеняемость и негорючесть. Стеклоткань выдерживает кратковременное воздействие открытого огня.
- Экологическая чистота и абсолютная нетоксичность.
- Химическая и биологическая инертность. Изделия выносят обработку щелочами и кислотами, они не гниют и не являются питательным субстратом для микроорганизмов.
- Невосприимчивость к ультрафиолетовым лучам.
- Беспримерная прочность, превышающая аналогичный показатель стальной проволоки.
- Долговечность, не знающая конкуренции.
- Отсутствие таких явлений, как механический износ и коррозия.
- Электроизоляционные свойства. К тому же, ткань не подвергается магнитным воздействиям.
- Термостойкость. Некоторые виды материи выдерживают температуру до 1200 оС.
- Широкий диапазон рабочих температур. Ткань не теряет свойств при использовании её и в -200, и в +600оС.
- Влагостойкость. Ткань не впитывает влагу, не растягивается и не разрушается под действием жидкостей.
- Неизменность размеров при эксплуатации.
- Приобретение высокой жёсткости при определённой обработке.
Из этой эластичной ткани шьют спецодежду, в которой легко, удобно и надежно работать. По гигроскопичности она схожа с вискозой. В костюме из арселона можно не бояться ни огня, ни органических кислот и растворителей.
С уникальными качествами шерстепона можно ознакомиться
Виды материи и их использование
Марки стеклоткани отличаются различной устойчивостью к воздействиям химических веществ и высоким нагрузкам. На свойства материала во многом влияет способ переплетения нитей. Например, электроизоляционные ткани создаются полотняным плетением, конструкционные – полотняным и сатиновым, а фильтровальные ещё и саржевым методом. Итак, материал бывает следующих видов:
- Конструкционные – самые популярные, они идут на армирование стеклопластика и на производство надёжных конструкций в автомобильном, авиационном и судостроении.
- Ровинговые – лучшие материи для стеклорубероида. (Ровингом называют плоский жгут из стекловолокон, который получают сращиванием нескольких нитей.) Из них также делают корпуса яхт, катеров, автомобилей, детали летательных аппаратов.
- Изоляционные – востребованы при изготовления тепло-или гидроизоляции.
- Электроизоляционные – менее востребованная стеклоткань. Она идёт на производство печатных плат, фальгированных диэлектриков, а также на электроизоляцию теплопроводов.
- Базальтовые – выдерживают температуру до +700оС.
- Кремнезёмные – наиболее термостойкие ткани, выдерживающие до +1200оС. Их применяют в качестве покрывал при сварке, из них шьют средства первой защиты при пожаре.
Другие области применения
Кроме указанных областей, стеклоткань идёт на изготовление кровельных материалов: более дешёвых гладких и не деформирующихся, но более дорогих каркасных.
Используют для утепления и гидроизоляции домов, трубопроводов и автомобилей.
Из стеклоткани делают уникальные по прочности и конфигурации детали для аппаратов и станков.
В 1970-е годы цветное стекловолокно шло даже на украшение интерьеров. Тогда были весьма модными шторы, абажуры и торшеры из этой ткани.
Негорючесть материала служит основанием для использования стеклоткани в качестве штор на некоторых огнеопасных производствах и в наши дни.
Особенность утилизации
Стеклоткань – это нетоксичный материал, который можно утилизировать, как прочий строительный мусор. Однако при его измельчении в воздух попадает множество микрочастиц, способных вызвать зуд на коже, попасть в дыхательные пути и нанести вред здоровью. При утилизации стекломатерий следует соблюдать некоторые правила.
- Работу производить в перчатках и масках.
- Включать вытяжную вентиляцию.
- Минимизировать количество разрезов.
- Смачивать ткань при измельчении.
- Утилизированный материал должен находиться в герметичных пакетах, а рабочее место требует своевременной и тщательной очистки.
Этот необычный материал сегодня стал неотъемлемой частью нашей жизни. Путешествуем ли мы на поезде, летим ли на самолёте, передвигаемся на автомобиле или бороздим океанские просторы на круизном лайнере, кругом нам окружают предметы из стеклоткани или стеклопластика. Лёгкие, надёжные, экологичные изделия делают жизнь эстетичнее и комфортнее, а нашу планету – чище.
© 2018 textiletrend.ru
textiletrend.ru
Свойства стекловолокон
Справочник по композиционным материалам
Состав стекла в первую очередь определяет свойства стекловолокон. Не менее значимой оказывается и термическая предыстория стекла. Расширение сфер применения стекловолокон определяется в основном их свойствами (табл. 8.3).
Высокая прочность при растяжении. Стекловолокна имеют очень высокий предел прочности при растяжении, превышающий прочность других текстильных волокон. Удельная прочность стекловолокон (отношение прочности при растяжении к плотности) превышает аналогичную характеристику стальной проволоки.
Тепло – и огнестойкость. Так как природа стекловолокон неорганическая, они не горят и не поддерживают горение. Высокая температура плавления стекловолокон позволяет использовать их в области высоких температур.
Хемостойкость. Стекловолокна не воздействуют на большинство химикатов и не разрушаются под их влиянием. Устойчивы стекловолокна и к воздействию грибков, бактерий и насекомых.
Влагостойкость. Стекловолокна не сорбируют влагу, следовательно, не набухают, не растягиваются и не разрушаются под ее воздействием. Стекловолокна не гниют и сохраняют свои высокие прочностные свойства в среде с повышенной влажностью.
Термические свойства. Стекловолокна имеют низкий коэффициент линейного расширения и большой коэффициент теплопроводности. Эти свойства позволяют эксплуатировать их при повышенных температурах, особенно, если необходима быстрая диссипация температуры.
8.3. Свойства стекловолокон
|
Электрические свойства. Поскольку стекловолокна не проводят ток, они могут быть использованы как очень хорошие изоляторы. Это особенно выгодно там, где необходимы высокая электрическая прочность и низкая диэлектрическая постоянная.
Физические, механические, термические и электрические свойства А-, С-, Е – и S-стекол приведены в табл. 8.3. Для каждого конкретного применения обычно используют то волокно, в котором реализуется максимальное число необходимых свойств. Так, например, в авиа – и ракетостроении при создании обтекателей используются высокие прочностные и хорошие электрические свойства армирующих стекловолокон. При создании печатно-на – борных плат должны быть соблюдены условия реализации хороших электрических свойств и высокой размеростабильности. Стекловолокна обеспечивают эти качества и при изменении внешних условий, и в процессе технологических операций.
Большое разнообразие стекловолокон, как армирующего агента в КМ, требует максимального сохранения свойств в условиях высокой влажности. Для этих целей предпочтительнее волокна из f-стекол, так как они максимально устойчивы к воздействию воды. При кипячении в течение 1 ч волокно из f-стекла теряет 1,7 % массы, в то время как те же потери для волокон из других стекол составляют 0,13 % для S-стекла и 11,1 % для Л-стекла. Хотя при Часовой экспозиции потери массы 5-стекла меньше, чем f-стекла, при длительном кипячении волокна из S-стекла теряют массу больше, чем из £-стекла. В результате этого происходит существенное снижение свойств 5-волокон. Таким образом, если композиты должны сохранять в течение длительного времени стабильные свойства, желательно использовать для их армирования Е-стекла. Высокая прочность при растяжении и малая диэлектрическая проницаемость волокон из £-стекол также являются важным фактором при их использовании.
Однако волокна из Е – и Л-стекол разрушаются под действием кислот и щелочей, в то время как S-стекла прекрасно сохраняются при воздействии этих реагентов. Поэтому S-стекла применяются в таких средах, как, например, сепараторы в аккумуляторных батареях.
Быстрое развитие исследований и применение материалов, полученных намоткой, привело к созданию большого числа спецификаций и стандартов на методы их испытаний. Следующие стандарты ASTM представляют собой интерес: ASTM D2290-76. Определение предела …
Ряд испытаний должен проводиться при повышенных температурах. Зависит это от типа композиционного материала и области его применения. Обычные композиты не должны терять прочность и модуль после получасовой экспозиции при температуре …
Показатель Исходные значения После выдержки на глубине 1737 м в течение 1045 сут Показатель Исходные значення После выдержки на глубине 1737 м в течение 1045 сут А0Ж( МПа £сш, ГПа …
msd.com.ua
Отличия свойств стеклотканей, кремнеземных и кварцевых тканей
06.03.2013
Стеклянные волокна делятся на классы: дешевые простые волокна для общего применения и дорогие волокна специального применения. Характеристики стекловолокон находятся в прямой зависимости от способа производства, химсостава стекла, воздействия со стороны окружающей среды и изменения температур. Наиболее прочное – это непрерывное стекловолокно из бесщелочного и кварцевого магний алюмосиликатного стекла. Чем больше щелочи в стекле, тем больше снижается прочность стекловолокна.
В промышленности для изготовления стекла сырье подразделяется на основное и дополнительное. Стеклообразующие вещества – это основное сырье, а вспомогательное – средства для обесцвечивания, осветления, регулировки режима варки и крашения. Основное сырье – это кварцевый песок, борный ангидрид, сульфат натрия, поташ, известняк, доломит, глинозем, магнезит, окиси свинца и т.д. Кварцевый песок содержит в составе 99,0-99,5 % кремнезема, примерно 1% примесей. Качество стекловолокна находится в прямой зависимости от числа примесей, чем их больше, тем ниже качество стекловолокна.
Стеклоткани получают различными переплетениями нитей основы и утка. От способа переплетения зависят и свойства тканей. Стеклоткани выполняются сложными, главными, мелкоузорчатыми и крупноузорчатыми переплетениями.
Основные переплетения:
- Полотняное – для электроизоляционных тканей;
- Сатиновое и полотняное – материалы для конструкций;
- Саржевое, сатиновое и полотняное – фильтровальные материалы.
Многослойные или сложные переплетения используются при изготовлении особых конструкционных материалов. Для декоративных материалов применяется крупноузорчатое и мелкоузорчатое переплетение.
Стеклоткани
Список областей применения стеклотканей огромен – от строительства до автомобильной промышленности. Из стеклоткани производят стекловолоконные конструкции и платы. Стеклоткани подразделяются на группы: для электроизоляции, стеклоткань из ровинга и НГП. Различаются стеклоткани только химическим составом. Самое широкое применение стеклоткань нашла в обтяжке трубопроводов. В сочетании со стекловатой стеклоткань эффективно удержит тепло. Стеклоткань не проводит электричество и часто используется в качестве изоляционного средства в разнообразных устройствах.
Кремнеземные ткани
Отличаются повышенным содержанием оксида кремния – до 95 процентов. Кремнеземная ткань работает при температурах до 1100-1200 градусов. Такая ткань является надежным барьером для защиты от пожаров, применяется в качестве фильтров в условиях агрессивной среды. Ткань обладает низкой теплопроводностью, отличными электроизоляционными свойствами и стойкостью к радиационным излучениям. Кремнеземная ткань получила широкое распространение во многих отраслях промышленности в качестве теплоизоляционного и огнезащитного средства. Кремнеземные ткани безопасны для здоровья человека и являются хорошей заменой вредному для человека асбесту.
Кварцевые ткани
Кварцевое волокно в своем составе имеет уже более 99 процентов оксида кремния. Температура плавления подобных волокон – 1750 градусов. При температуре 1200 градусов изделия из кварцевого волокна показывают высокую устойчивость – волокно способно выдержать температуру в 2000 градусов при условии кратковременного воздействия. Кварцевое волокно, благодаря своим свойствам, главным образом используется в аэрокосмической промышленности и в областях, где необходима очень высокая термостойкость. Учитывая это, а также большую прочность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению, из кварцевых волокон делают обтекатели самолетов, изготавливаются материалы для теплозащиты атомных реакторов и высокотемпературных печей. Ткани из кварцевого волокна идут на изготовление высокоэффективных подложек для нанесения катализаторов. Как видим, изменяя химический состав стекла, ему можно придать нужные свойства – устойчивость к воздействию высоких температур, способность противостоять агрессивной среде, прочность и необходимые электрофизические характеристики.
www.ultratkan.ru
Виды стеклоткани – характеристики, состав, свойства, применение
Сегодня производят различные виды стеклоткани, нашедшие применение в промышленности, машиностроении, радиотехнике, строительстве, прочих отраслях. Производным сырьем является стекловолокно, получаемое из жидкого термически обработанного стекла со специальными добавками. Технология процесса сводится к получению тончайших волокон – путем протягивания расплавленной массы стекла через фильеры с микроотверстиями.
Образцы плетения стеклянных нитейВолокна преобразуют в тончайшие нити (диаметр измеряется в микронах), разные по фактуре в зависимости от назначения. Например, они могут быть как шпагат, крученные, сетчатые, в виде полотна, шнуров, прочего. Благодаря микроскопической толщине исходного сырья, технологиям производства эти стеклянные микронити приобретают новое качество – гибкость. Это дает возможность вырабатывать из них разную по предназначению стеклоткань.
Характеристики стеклоткани, свойства
Примечательно, что некоторые свойства стекломатерии сродни исходнику (стеклу). Но в тоже время она имеет ряд прямо противоположных стеклу характеристик, делающих ее уникальной. Некоторые свойства можно охарактеризовать как редкие, даже эксклюзивные.
Рассмотрим главные из них:
Виды стеклоткани, применение
Нынешний рынок представлен разновидностями материала стеклоткани с определенными характеристиками, составом, структурой, согласно назначению:
- Конструкционная стеклоткань вырабатывается из особого алюмоборосиликатного стекла с многообразной структурой сплетения. Для улучшения сцепления применяется пропитка формальдегидными, полиэфирными, эпоксидными, прочими смолами. Благодаря специфической технологии в итоге стекломатерия приобретает повышенную прочность при сравнительно малой массе.
Конструкционный вид стекломатерииКонструкционная стеклоткань нашла широкое применение в автомобильных, судостроительных, иных сферах, применима при изготовлении стеклопластиков, прочих изделий. Наиболее востребованы марки T-11, T-13, T-14,T-23, T-24, прочие.
- Базальтовая стеклоткань характеризуется способностью работать при значительном разбеге температурного режима. Нижний предел температуры с минусом (- 300°) до плюсовой (+680°) – при этом не меняя свои свойства. Это позволяет считать базальтовую стеклоткань многофункциональной тканью, что и определяет область ее использования. Она применима как гидроизоляционный и теплоизоляционный стройматериал при укладке трубопроводов тепло и водоснабжения, кровельных и спецработах. Виды стеклоткани очень многофункциональны в зависимости от характеристик входящих ингредиентов, поэтому и область применения разнопланова.
- Электроизоляционная стеклоткань формируется определенным характером плетения нитей, что наделяет её значительными прочностными качествами. Кроме этого, ей свойственны диэлектрические, антикоррозийные характеристики, невозгораемость. Электроизоляционная разновидность работает, как диэлектрик
Эти качества решают область применения – изолирующие материалы в области электрики, производство диэлектрических пластин, прочего. Также служит для изолирования трубопроводов, деталей, металлических емкостей, изготовления стеклопластиков и другого.
- Кремнеземная стеклоткань, кварцевая незаменимы в сложных условиях, сопряженных с агрессивными средами, высоком температурном режиме (выше 1000°). Более того, она стабильна в отношении радиации, что позволяет прибегать к ее применению в этой сфере. Её с успехом применяют в качестве тепловых барьеров, она может заменить асбест, служить изолирующим материалом при высоком нагревании.
- Фильтрационная стеклоткань имеет особую геометрию – расположение нитей диагональное, что при обычной своей прочности делает ее более эластичной. Применима ткань в газовой сфере, где необходимо фильтрование газа на фракции.
- Радиотехническая стеклоткань имеет в своем составе вшитые металлические нити или тончайшую проволоку. Тем самым, стекломатериал позволяет препятствовать проникновению радиоволн и светового потока. Если необходимо такое требование при изготовлении товара, устройства, то востребован именно этот тип ткани.
- Ровинговая стеклоткань – это скорее определение структуры стекломатериала, так как все вышеперечисленные виды плетутся из стекловолокон, сплетаемых в ткань. Маркировочный знак ее – ТР, представлены в рулонном либо листовом виде. Ей присущи все характерные свойства тканей и область применения распространена в судо — автостроении, прочих областях.
- Стеклоткань для строительных работ применяется согласно проекту. На выбор вида стеклоткани влияет назначение (специфика) объекта строительства, виды общестроительных и спецработ. Её в строительстве используется в основном для изоляции трубопроводов(строительная стеклоткань). Многие мои знакомые часто называют стеклохолст и стеклосетку стеклотканью, что не совсем правильно. Так, усиливая (армируя) гипсовую штукатурку используют стеклосетку, она может использоваться и для армирования гидроизоляции. Так же для отделки стен и потолков во избежание возникновения трещин, поверхность оклеивается стеклохолстом. При устройстве мастичных кровель применяют стеклохолст (в местах примыканий, у воронок). Да, все эти материалы содержат в своем составе, как исходный материал, волокна из стекла, как и стеклообои, например, но это разные материалы.
Конструкционный вид стекломатерии
Электроизоляционная разновидность работает, как диэлектрик
Ровинговая стеклоткань – это скорее определение структуры стекломатериала, так как все вышеперечисленные виды плетутся из стекловолокон, сплетаемых в ткань. Маркировочный знак ее – ТР, представлены в рулонном либо листовом виде. Ей присущи все характерные свойства тканей и область применения распространена в судо — автостроении, прочих областях.Необходимо сказать о мерах предосторожности при работе и утилизации отходов. При нарезке микро частички стеклянных нитей могут попасть на открытые участки тела либо в дыхательные пути, что отрицательно скажется на самочувствии. Поэтому следует применять индивидуальные средства защиты, а отходы утилизировать в закрытой таре.
Все виды стеклоткани являются исключительной производной стекла с многофункциональным спектром применения. По сделанному шаблону из гипса, глины, прочего возможно из нее, пропитав смолами, выполнить объемные полые элементы. Область применения велика, и здесь можно поставить многоточие, чтобы описать другие сферы использование в дальнейших публикациях.
remont-stroitelstvo77.ru
SammaS – Типы стеклянных волокон
Все стеклянные волокна условно можно разделить на два больших класса: дешевые волокна общего применения и дорогостоящие волокна специального применения. Почти 90 % всех стеклянных волокон, которые выпускаются сегодня в мире это стекловолокно марки Е. Подробно требования к таким волокнам изложены, например, в стандарте ASTM D578-98. Остальные 10% процентов – это волокна специального назначения. Большинство марок стекловолокна получили свое название благодаря своим специфическим свойствам:
‐ Е (electrical) – низкой электрической проводимости;
‐ S (strength) – высокой прочности;
‐ AR (alkali resistant) – высокая щелочестойкость;
‐ D (dielectric) – низкая диэлектрическая проницаемость;
– Кварцевое стекло – значительная термическая стойкость;
‐ C (chemical) – высокой химической стойкости;
‐ M (modulus) – высокой упругости;
‐ А (alkali) –высокое содержание щелочных металлов, известково-натриевое стекло.
Для электрической изоляции применяется только бесщелочное (или малощелочное) алюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для конструкционных стеклопластиков, как правило, используют бесщелочное магнийалюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для стеклопластиков неответственного назначения можно употреблять и щелочесодержащее стекловолокно.
Механические характеристики стекловолокон напрямую зависят от метода производства, химического состава стекла, температуры и окружающей среды. Самую большую прочность имеют непрерывные стекловолокна из бесщелочного и кварцевого магнийалюмосиликатного стекла. Повышенное содержание щелочей в исходном стекле значительно снижает прочность стекловолокон.
Тип волокна | Состав, масс. % | ||||||||||||
SiO2 | B2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | ZnO | TiO2 | ZrO2 | Na2O | K2O | Li2O | Fe2O3 | F2 | |
E (с бором) | 52-56 | 4-6 | 12-15 | 21-23 | 0,4-4 | – | – | 0,2-0,5 | 0-1 | 0-0,2 | – | 0,2-0,5 | 0,2-0,7 |
E | 59-60 | – | 12-13 | 22-23 | 3-4 | – | – | 0,5-1,5 | 0,6-0,9 | 0-0,2 | – | 0,2 | 0,1 |
S | 60-65,5 | – | 23-35 | 0-9 | 6-11 | – | – | 0-1 | 0-0,1 | – | – | 0-0,1 | – |
AR | 58,3-60,6 | – | 0,2 | – | – | – | 0-2,8 | 18,1-21,2 | 13,0-14,1 | 0-2,8 | – | – | – |
ECR | 58,2 | – | 11,6 | 21,7 | 2 | 2,9 | 2,5 | – | 1 | 0,2 | – | 0,1 | – |
D | 72-75 | 21-24 | 0-1 | 0-1 | 0,5-0,6 | – | – | – | 0-4 | 0-4 | – | 0,3 | – |
Кварц | 99,5-99,9 | – | – | – | — | – | – | – | – | – | – | – | – |
Базальт | 47,5-55,0 | – | 14,0-20,0 | 7,0-11,0 | 3,0-8,5 | – | 0,3-2 | – | 2,5-7,5 | 2,5-7,5 | – | 7,0-13,5 | – |
Таблица 1. Химический состав некоторых стекол для получения непрерывного волокна.
Свойство | Тип волокна | |||||||
Е (с бором) | Е (без бора) | S | AR | ECR | D | Кварц | Базальт | |
Температура формования, °С | 1160-1196 | 1260 | 1565 | 1260-1300 | 1213-1235 | – | 2300 | 1350-1450 |
Температура размягчения, °С | 830-860 | 916 | 1056 | – | 880 | 770 |
| 1100-1200 |
Температура плавления, °С | 1066-1077 | 1200 | 1500 | 1180-1200 | 1159-1166 | – | 1670 | 1200-1300 |
Плотность, г/см3 | 2,54-2,55 | 2,62 | 2,48,2,49 | 2,6-2,7 | 2,66-2,68 | 2,16 | 2,15 | 2,67 |
Коэффициент линейного | 4,9-6 | 6 | 2,9 | 7,5 | 5,9 | 3,1 | 0,54 | – |
Диэлектрическая постоянная (20 С, 1 МГц), Ф/м | 5,86-6,6 | 7 | 4,53-4,6 | – | 3,56-3,62 | – | 3,78 | – |
Прочность, МПа | 3100-3500 | 3100-3500 | 4380-4590 | 3100-3500 | 3100-3500 | 2410 | 3400 | 2700-3500 |
Модуль упругости, ГПа | 76-78 | 80-81 | 88-91 | 72-74 | 80-81 | 52 | 69 | 70-90 |
Удлинение до разрыва, % | 4,5-4,9 | 4,6 | 4,5-4,9 | 2-2,4 | 4,5-4,9 | – | 5 | 3 |
Таблица 2. Физико-механические свойства некоторых марок стеклянного волокна.
Стекло E
Химический состав
На сегодняшний день в мире выпускается 2 типа стекловолокна марки E. В большинстве случаев E-стекло содержит 5-6 масс. % оксида бора. Современные экологические нормы в США и Европе запрещают выброс бора в атмосферу. В то же время известно, что в процессе стеклообразования, а также в последующих процессах стекловарения происходит обеднение стекломассы некоторыми компонентами за счет их улетучивания. Из компонентов шихты наибольшей летучестью обладают борная кислота и ее соли, оксид свинца, оксид сурьмы, селен и некоторые его соединения, а также хлориды. Летучесть, рассчитанная на 1% содержания оксида в обычных стеклах, составляет для отдельных оксидов в масс. %: Na2O (из Na2CO3) – 0.03, К2О (из K2CO3) – 0.12, В2О3 – 0.15, ZnO – 0.04, РbО – 0.14, CaF2 – до 0.5. Таким образом, современные предприятия вынуждены устанавливать у себя дорогие системы фильтрации.
В качестве альтернативы возможно получение Е-стекол, не содержащих бора на основе системы SiO2–Al2O3–CaO–MgO.
Коммерческое стекловолокно марки Е получают на основе системы SiO2–Al2O3–CaO–MgO–B2O3 или системы SiO2–Al2O3–CaO–B2O3. Продукты, полученные на основе последней системы, как правило, все-таки содержат небольшое количество оксида магния (до 0,6 масс. %), что связано с особенностями сырья, которое использую для получения стекол.
Важно отметить, что точный состав стекловолокна Е может отличаться друг от друга не только для разных производителей, но даже и для разных заводов одной компании. Это обусловлено прежде всего географическим расположением предприятия и, как следствие, доступностью сырья. Кроме того на разных предприятиях осуществляется разный контроль за технологическим процессом и методы его оптимизации.
Состав борсодержащего стекловолокна и стекловолокна без оксида бора значительно отличается друг от друга. Содержание оксида кремния в борсодержащих стеклах марки Е составляет 52-56 %. Для стекловолокна без оксида бора содержание оксида кремния несколько выше и лежит в интервале 59-61 %. Содержание оксида алюминия для обоих типов стекла Е близко и составляет 12-15 %. Содержание оксида кальция также отличается незначительно – 21-23 %. Содержание оксида магния в стекле варьируется в широких пределах. Для стекол, полученных на основе тройных систем, оно составляет менее 1%, и является следствием неоднородности сырья. В случае если в состав шихты входит доломит содержание оксида магния может достигать 3,5 %.Отличительной особенностью Е-стекол, не содержащих бор, является повышенное содержание в них оксида титана – от 0,5 до 1,5 %, в то время как в классическом Е стекле его содержание находится в пределах 0,4-0,6 %.
Особенности получения
Температура получения волокон из борсодержащего Е-стекла составляет 1140-1185 °С. Температура плавления составляет 1050-1064ы плавления. В отличие от своего экологически чистого аналога борсодержащие волокна из Е-стекла имеют более низкую на 110 °С температуру получения, которая составляет 1250-1264 °С, а температуру плавления 1146-1180 °С. Температуры размягчения для волокон на основе борсодержащих Е-стекол и Е-стекол без оксида бора составляют 830-860 °С и около 916 °С соответственно. Более высокая температура получения экологически чистых стеклянных волокон на основе Е-стекла приводит к росту потребления энергоресурсов для их получения, и, как следствие, увеличению стоимости.
Свойства
Механические свойства обоих видов волокон на основе Е-стекла почти одинаковы. Прочность на разрыв составляет 3100-3800 МПа. Однако модуль упругости у волокон без оксида бора несколько выше (80-81 ГПа), чем у обычных волокон (76-78 ГПа). Основным отличием стекловолокна марки Е без бора является более чем в 7 раз большая кислотостойкость (выдержка при комнатной температуре в течение 24 часов в 10% растворе серной кислоты). По своей кислотостойкости эти волокна приближаются к химически стойким волокнам на основе ECR стекла.
Плотность борсодержащих стеклянных волокон несколько ниже (2,55 г/см3) по сравнению со своим экологически чистым аналогом (2,62 г/см3). Плотность Е-стекла выше, чем у стекол других типов (за исключением ECR стекла).
С увеличением содержания бора в таких стеклах уменьшается коэффициент преломления и коэффициент линейного расширения. Не содержащие бор Е-стекла имеют более высокую диэлектрическую постоянную, которая при комнатной температуре и частоте 1 МГц составляет 7. Поэтому борсодержащие волокна чаще используют при производстве электронных плат и в аэрокосмической промышленности. В широком производстве композитов эта разница не имеет такого критического значения.
Стекло S
Впервые химический состав стекла под маркой S-glass был запатентован компанией Owens Corning в 1968 (патент 3402055). В состав этого стекла входило 55-79,9 % SiO2, 12,6-32 % Al2O3, 4-20 % MgO. Создание стекловолокна марки S было вызвано бурным развитием композиционных материалов в США в то время и, как следствие, необходимостью созданию стекловолокна с высокими прочностью и модулем упругости. В настоящее время стекло под этой маркой получают на основе систем SiO2-Al2O3-MgO или SiO2-A2O3-MgO-CaO. В исключительных случаях в S-стекло добавляют BeO2, TiO2, ZrO2.
Особенности получения
Благодаря высокому содержанию тугоплавких оксидов S-стекло имеет очень высокую температуру размягчения 1015-1050 °С. Соответственно высокими являются и температура получения волокон – около 1200 °С, что сопоставимо со стекловолокном марки AR.
Свойства
Стекловолокно марки S обладает рекордными значениями прочности и модуля упругости для данного класса материалов. Лучшая продукция из S-стекла ничем не уступает по своему качеству углеродному волокну и также как и последнее применяется в основном в аэрокосмической области. Прочность волокон при комнатной температуре составляет 4500-4800 МПа, модуль упругости – 86-87 ГПа, прочность лучших образцов волокна марки ВМП – до 7000 МПа.
Стекло AR
Химический состав
В начале 70-х годов английская фирма «Pilkington Brothers» разработала и стала выпускать в промышленных масштабах высоко-циркониевое стеклянное волокно Cemfil для армирования цемента. Впоследствии эта марка перешла компании Saint-gobain, в настоящее время основным производителем стекловолокна на основе стекла AR является компания OwensConing и японскаякомпания Nippon electric glass. Щелочестойкие стекла выпускают на основе системы ZrO2-SiO2-Na2O. Содержание дорогого оксида циркония в них варьируется в пределах 15-23 %. Поскольку температура плавления чистого оксида циркония достаточно высока (2715 С), в стекло добавляют значительное количество щелочных металлов, чаще всего Na2O 18-21 %.
Особенности получения
Тугоплавкие составы значительно усложняют технологию производства волокна, кроме того, цирконий-содержащее сырье дефицитно и дорого для изготовления массовой продукции. Поэтому вопрос совершенствования составов стекол для армирования цемента продолжает оставаться актуальным. Температура получения волокон из AR-стекла составляет 1280-1320 °С, температура плавления – 1180-1200 °С.
Свойства
Прочность на разрыв волокон на основе AR-стекла довольно низка и составляет около 1500-1700 МПа. Модуль упругости 72-74 ГПа. Такие волокна самые тяжелые среди всех видов стекловолокна, их плотность составляет около 2,7 г/см3.
Поскольку основной областью применения волокон на основе AR-стекла является армирование цементов и бетонов, то основной характеристикой таких волокон является их устойчивость в щелочной среде. Потеря массы после кипячения в насыщенном растворе NaOH для волокон на основе AR-стекла составляет 2-3 %. Для сравнения эта же характеристика для базальтовых волокон составляет 6-7 %.
Стекло ECR
Химический состав
Впервые стекловолокно под маркой ECR-glass (в некоторых источниках оно указано как химически стойкое Е-стекло) стали выпускать в 1974 г. Это стекло имеет в своем составе до 3 % TiO2 и до 3 % ZnO. Совершенно некорректно называть это стекло разновидностью Е- стекла, поскольку, согласно требованиям международных стандартов, Е-стекло вообще не должно содержать оксида циркония, и к тому же содержание TiO2 в ECR стеклах превышает положенные 1,5 %. Стекловолокно на основе ECR стекла не содержит в своем составе оксида бора, что положительно сказывается на экологичности производства. Зачастую в состав стекловолокна ECR вводят до 3 % Li2O.
Особенности получения
Оксид титана является плавнем, его значительное содержание приводит к заметному уменьшению вязкости стекла и, как следствие, температуры получения волокон. Оксид циркония положительно влияет на химическую стойкость стекла. Температура формования волокон на основе ECR стекла составляет около 1218 °С, что меньше, чем у стекловолокна на основе Е-стекла. В то же время для стекол с высоким содержанием оксида лития температура получения волокон выше, чем у стекловолокна Е и составляет около 1235 °С. Фактически это означает, что оксид цинка является более эффективным плавнем, чем оксид бора, к тому же более экологичен и придает дополнительно полезные свойства стекловолокну.
Свойства
Стекловолокно ECR было разработано специально для использования в агрессивных средах, например устойчивость в кислых средах в 4-5 раз выше. При этом прочность этих волокон остается на уровне стекловолокна Е и составляет порядка 2800-3000 МПа, модуль упругости около 80-83 ГПа. Несмотря на то, что плавление и выработка волокна из ECR проводят при более низких температурах его стоимость превышает стоимость стекловолокна Е из-за наличия дорогих компонентов.
Стекло D
В настоящее время волокна из D-стекла являются больше экзотикой, чем реальным продуктом на рынке стекловолокна, поскольку многие производители плат предпочитают использовать вместо них альтернативные виды стекловолокна. Например, сверхчистые кварцевые волокна, полые волокна из Е-стекла также обладают более низкими диэлектрическими характеристиками, чем широко распространенное стекловолокно Е. Однако, у кварцевых волокон меньше модуль упругости, что важно при изготовлении печатных плат, а полые волокна теряют свои диэлектрические свойства в условиях высокой влажности.
Химический состав
Зачастую в электронной промышленности требуются материалы с очень низкими показателями диэлектрической проницаемости. Электрические свойства волокон определяются такими свойствами как удельное объемное сопротивление, поверхностная проводимость, диэлектрическая постоянная и тангенс угла диэлектрических потерь. В большинстве случаев при производстве плат в качестве армирующего наполнителя используют Е-стекло, однако уменьшение размеров печатных плат предъявляет повышенные требования к стекловолокну. Для решения этой проблемы было разработаны составы стекол марки D. Такие стекла и волокна получают на основе системы SiO2-B2O3-R2O. Содержание в стеклах с низкими диэлектрическими характеристиками оксида кремния достигает 74-75 %, оксида бора – до 20-26 %. Для уменьшения температуры выработки в эту систему добавляют оксиды щелочных металлов (до 3%). Иногда оксид кремния частично замещают на оксид алюминия (до 15 %).
Свойства
Высокое содержание оксида бора приводит к значительному снижению в D-стеклах диэлектрической постоянной и тангенса угла диэлектрических потерь по сравнению с Е- стеклом.
Особенности получения
Из-за высокой стоимости волокна из D-стекла в настоящее время получают только мелкосерийными партиями. Кроме того, высокое содержание в них оксида бора делает их процесс изготовления очень трудным, что связано с высокой летучестью этого компонента в процессе плавления шихты. Температура размягчения D-стекол составляет 770 °С.
Кварцевое стекло
Кварцевые волокна используют в тех случаях, когда требуется значительная термическая стойкость. Кварцевые волокна с содержанием SiO2 менее 95 % (как правило их называют кремнеземные волокна) получают путем путем кислотной обработки волокна алюмоборосиликатного состава, широко применяемого для изготовления бесщелочного волокна, и из силиката натрия с различными добавками. Кремнеземные волокна, полученные выщелачиванием волокон из горных пород, не уступают кремнеземным волокнам, выпускаемым промышленностью. Температура применения кремнеземных волокон 1200 °С.
Сверхчистые кварцевые волокна (содержание SiO2 более 99 %) получают методом сухого формования из водного раствора жидкого стекла. Такие волокна выпускаются под торговой маркой Silfa и используются для теплозащиты. В СССР кварцевые волокна получали по штабиковому способу: вытягиванием нити из капли разогретого конца штабика или путем раздува образующейся капли ацителено-кислородным или кислородно- водородным пламенем. Производство кварцевого волокна может также осуществляться в два приема: получение волокон диаметром 100-200 мк, а затем их раздув потоком раскаленных газов. Волокна собираются на конвейере и формуются либо в виде матов, либо в виде ровницы. Температура плавления таких волокон 1750 °С. При Т = 1450-1500 °С происходит спекание (деформация в твердой фазе), но без размягчения. В условиях длительной эксплуатации и теплосмен, изделия из кварцевого волокна являются стойкими до Т = 1200°С, выше которой у них снижается прочность вследствие кристаллизации.. В настоящее время такие волокна выпускаются под маркой quartztel и astroquartz.
Свойства
Сверхчистые кварцевые волокна в основном применяются в аэрокосмической промышленности в тех областях, где требуется высокаятермостойкость. Сочетая высокую термическую стойкость, прочность и радиопрозрачность для ультрафиолетового излучения и излучения с большей длиной волны такие волокна используют для производства обтекателей самолетов.
Использованы материалы из учебного пособия “Стеклянные волокна”. С.И. Гутников, Б.И. Лазоряк, Селезнев А.Н.
sammas.ru