Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Июнь » 18 » Производство стекловолокна.
22:08
Производство стекловолокна.

    Стеклянные волокна составляют более половины всех используемых наполнителей в композиционных материалах, преимущественно, благодаря сочетанию высокой прочности, негорючести, широкой сырьевой базы и невысокой себестоимости. История промышленного производства стеклянных волокон насчитывает более сотни лет. Несмотря на заметную конкуренцию со стороны углеродных, синтетических полимерных, базальтовых и других волокон, стекловолоконные наполнители полимерных композиций активно развиваются и широко используются в ряде областей промышленности.
     Производство стеклянных волокон начинается с добычи и очистки сырья. Эта сфера охватывается стекольным производством и не относится к полимерной промышленности. Стоит отметить только то, что свойства готовой композиции во многом зависят от состава стекла. Различают две основные группы стекол: щелочные и бесщелочные. Основной стеклянных волокон всегда является диоксид кремния, в качестве второго компонента может выступать оксид щелочного металла, или щелочноземельных металлов (CaO, MgO, Al2O3). Бесщелочные стекла содержат значительное количество оксида алюминия, что изменяет их кристаллическую структуру, немного приближая ее к цепочечной структуре аттапульгитовых глин. Это делает бесщелочные стеклянные волокна более прочными и более устойчивыми к влаге (нет снижения прочности во влажном состоянии). В таблице приведены составы наиболее распространенных сортов стекла для стеклянных волокон.

      

     Оксид алюминия, так же, снижает склонность стекла к рекристаллизации, то есть, улучшает сохранение прочности при перепадах температуры. Оксид бора снижает коэффициент теплового расширения стекла, что улучшает прочность композиции при перепадах температуры, а так же, улучшает качество волокна на стадии формования. Оксиды щелочных металлов снижают температуру плавления стекла и его вязкость, так же, снижаются прочностные свойства, поэтому, стекло с низкой стоимостью всегда содержит значительные количества оксидов щелочных металлов. Наибольшей прочностью, термической стойкостью и химической инертностью отличается кварцевое стекло, оно состоит из чистого диоксида кремния. Но, переработка диоксида кремния обходится дорого, а формование тонкого длинного волокна еще дороже, что резко ограничивает использование волокон из кварцевого стекла.
     Отдельно необходимо сказать об адгезии волокна к полимерной матрице. Сразу отметим, что повышение адгезии за счет шероховатости поверхности возможно лишь при промывке волокна слабыми растворами кислот с целью вымывания катионов щелочных металлов. Это способствует образованию на поверхности кислотных групп поликремниевой кислоты, а так же, способствует развитию поверхности (повышению шероховатости). Но, этот метод приводит к некоторому снижению прочности волокна. Обработка кислотами наиболее эффективна в отношении волокна из щелочных (“силикатных”) стекол, в отношении кварцевых эта обработка ничего не даст, при обработке бесщелочных стеколянных волокон кислотами происходит вымывание катионов алюминия, что нарушает структуру, приводя к резкому снижению прочности.
     Один из методов повышения адгезии заключается в добавлении в стекло до 19% оксида меди. Готовое волокно нагревают до 900*С в восстановительной атмосфере, что приводит к образованию на поверхности тонкого слоя меди, более развитого, чем поверхность стекла.
    При сравнении химической стойкости стеклянных волокон и листового стекла необходимо учитывать огромную удельную поверхность волокна. Средняя толщина стеклянных волокон для нужд производства армированных пластиков составляет 7 – 20 микрон (0,007 – 0,020 мм). Уменьшение толщины волокна способствует повышению удельной прочности волокна за счет его ориентации, а так же, повышения гибкости, но, это приводит к резкому снижению производительности и удорожанию производства. Влияние химического состава и диаметра волокна на прочность показано на графике.

                                 

     Кривая 1 – бесщелочное стекло, кривая 2 – щелочное стекло. С повышением диаметра волокна снижается его прочность.
      Существует два основных метода производства стеклянных волокон: отливка через фильеру и вытяжка прутка.

    Методы, связанные с отливкой волокна через фильеру сопровождаются высокой температурой (до 1200 – 1400*С). Отливка происходит под действием собственного веса стекла. Исходный диаметр волокна равен диаметру отверстий, далее волокно вытягивается за счет намоточных устройств. Охлаждение обычно воздушным потоком или насыщенным паром. Скорость намотки может достигать 2 км/сек., то есть, огранивается только возможностями привода и прочностью волокна.


      Вытяжка прутка (“штабика”) является наименее производительным методом формования волокна, но, практически единственным возможным для производства кварцевых волокон (температура плавления технического диоксида кремния достигает 1700-1750*С). использование даже легированных сталей приводит к загрязнению кварцевого стекла оксидами переходных металлов, что резко ухудшает его свойства.
       Один из уникальных методов производства короткого грубого волокна заключается в распылении стекла через фильеру в сильный поток воздуха. Волокно вытягивается в короткие фрагменты (3-15 мм) и направляется на вращающийся перфорированный барабан, на поверхности которого налипает волокно. Остается только пропитать раствором связующего и полуфабрикат готов. Но, об этом в следующий раз.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 469 | Добавил: Chemadm | Теги: стекловолокно, стеклопластики, композитные материалы | Рейтинг: 4.8/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]