Стекловолокно

• Не путать со Стеклянными волоконными волноводами

Для термина «волокно» см. другие значения.

Пучок стеклянных волокон (стекловолокно)

Сткловолокно для замеса бетона

Стекловолокно́ (стеклонить) — волокно или комплексная нить, формеруемая из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, но вместо этого легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него — стеклоткань и прменять в разных областях производсва, например, бетона и т.д.

Стекловолокна естественного происхождения встречаются в местах, где в прошлом происходили извержения вулканов, название данного вида волокон — волосы Пеле. Волосы Пеле имеют химический состав базальтовых пород, имеют включения кристаллов и по физико-механическим свойствам не являются аналогами стекловолокна.

Виды стекловолокна (стеклонити)

Стекловолокно экструдируют из расплава стекла специального химического состава. Экструзия, как и в других случаях, производится путем продавливания расплава через прядильные фильеры. Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3—100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в паковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в крученые нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в крученые изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).

Стекловолокно

Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путем резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) — 50 см, титр волокна в данном случае как правило ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1—20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы (кардные, иглопробивные, нитепрошивные, стеклохолст) по различным технологиям (кардочесание, преобразование прочеса, иглопробивание, нитепрошивание, «вэт-лэйд»), стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.

Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов, — использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и композитов (т. н. «препреги»). Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом — пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы. прочие полимеры).

Производство

Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной стекломассы через фильеры (число отверстий 200—4000) при помощи механических устройств, наматывая волокно на бобину. Диаметр волокна зависит от скорости вытягивания и диаметра фильеры. Технологический процесс может быть осуществлен в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах).

Производство штапельного стекловолокна.

Сткловолокно для тканей

Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и др. методами.

Физико-механические свойства

Механические свойства волокон:

Волокно	Плотность, 103·кг/м3	Модуль растяжения, ГПа	Предел прочности при растяжении, ГПа
E-стекло	2,5	73	2,5
S-стекло	2,5	86	4,6
Кремнезём	2,5	74	5,9

Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов:

Тип волокон	Марка волокна	Свойства волокон длиной 10 мм		Свойства композиционных материалов
		σв	E	σв	E	σв / (pg), км
		ГПа	ГПа	ГПа	ГПа
Стеклянные	ВМ-1	3,82	102,9	2,01	69,1	98
>>	ВМП	4,61	93,3	2,35	64,7	114
>>	М-11	4,61	107,9	2,15	72,6	98
Борные	БН (сорт 2)	2,75	392,2	1,37	225,5	75
>>	БН (сорт 1)	3,14	382,4	1,72	274,6	87
>>	Борофил (США)	2,75	382,4	1,57	225,5	80
Органические	СВМ	2,75	117,7	1,47	58,5	111
>>	Кевлар-49 (США)	2,75	130,4	1,37	80,4	100

Объёмная доля наполнителя 60 %.

Механические свойства волокон:

Марка стекла	Плотность ρ, 10−3 кг/м3	Модуль упругости Е, ГПа	Средняя прочность на базе 10 мм, ГПа	Предельная деформация ε, %
Высокомодульное	2,58	95	4,20	4,8
ВМ-1	2,58	93	4,20	4,8
ВМП	2,46	85	4,20	4,8
УП-68	2,40	83	4,20	4,8
УП-73	2,56	74	2,00	3.6
Кислотостойкое 7-А

К сведению

Физико-механические свойства стекла

На предел прочности на растяжение стекол влияют микроскопические дефекты и царапины на поверхности, для конструктивных целей в основном применяют стекло с прочностью на растяжение 50 МПа. Стекла имеют Модуль Юнга около 70 ГПа.

Применение стекловолкна

Новый вид кровли

По виду материал как металлочерепица, но качество в десятки раз лучше. Главными компонентами стеклопластиков являются стекловолокнистые армирующие материалы и синтетические связующие. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность и жесткость стеклопластика. Связующее придает материалу монолитность, способствует эффективному использованию механических свойств стеклянного волокна и равномерному распределению усилий между волокнами, защищает волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий, а также само воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой. Связующее придает материалу способность формоваться в изделия самых различных форм и размеров, что обеспечивает широкое применение материалов из стекловолокна — стеклопластиков во многих отраслях промышленности. Стеклопластик является материалом, куда входят стеклянный наполнитель и синтетическое связующее вещество (полимер).

Палочки из стекловолкна

Палочки из стекловолокна

Палочка из стекловолокна хорошо справляется с застарелыми загрязнениями на посуде, плите, и даже литых дисков автомобилей. Борется с известковым налетом.

Материалы для строительства и отделки

Это:

• Стеклопластиковая арматура
• Теплоизоляция базальтовая
• Фибра базальтовая
• Блоки стеновые
• Штукатурные фасады.

Фибра базальтовая

Удивительно, но хрупкое стекло, расплавленное и вытянутое в виде тончайших нитей, полностью изменяет свои свойства, становится эластичным и гибким, мрожет применяться как ткань.

Стеклоткань – и ГОСТ устанавливает ее технические параметры, обладает целым рядом удивительных свойств, которые не имеют другие ткани:

• эта ткань не горит и представляет собой великолепный теплоизолятор. Отсюда – ее применение для изготовления одежды рабочих, связанных с открытым огнем – металлургов, сварщиков, пожарных;
• стеклоткань – экологически чистый продукт, никаких вредных воздействий на человека не оказывающий. Она пришла на смену ранее применявшемуся асбесту, тоже надежному против огня, но при этом вредному для здоровья;
• материал этот отлично выдерживает воздействие агрессивных сред – кислот и щелочей, к тому же может работать при высоких температурах. Поэтому одно из применений стеклоткани – это изготовление фильтров для газов и жидкостей в различных химических производствах;
• диэлектрические свойства позволили использовать стеклоткань для обматывания кабелей и обмоток трансформаторови т.д.

См. также

• Полиметилметакрилат
• Стеклопластик
• Стеклопластиковые трубы
• Волоконные материалы в стоматологии
• Стеклообои
• Коэффициент Пуассона