Стеклянные волокна.

Стеклянные волокна. Стек¬лянные волокна широко применяют при создании неметаллических кон¬струкционных композитов — стекло¬пластиков. При сравнительно малой плотности (2,4-^-2,6)• 103 кг/м3 они имеют высокую прочность, низкую теплопроводность, теплостойки, стой¬ки к химическому и биологическому действию.
Форма сечения стекловолокна — круг / (рис. 2.2). Однако выпускаются и полые волокна 2 и профилированные с формой сечения в виде треугольника 5, квадрата 4, шестиугольника Зу прямоугольника 6.
Непрерывные волокна получают вытягиванием расплавленной стекло¬массы через фильеры диаметром 0,8— 3,0 мм и дальнейшим быстрым вытя¬гиванием до диаметра 3—19 мкм. Штапельное волокно получают вытя¬гиванием непрерывного стекловолок¬на и разрывом его на отрезки опре¬деленной длины или разделением рас¬плавленного стекла на отдельные ча¬сти, которые затем растягивают (раз¬дувают) короткие волокна центро¬бежным или комбинированным спо¬собом.
Кварцевое волокно, в основном, по¬лучают из стержней вытягиванием, поскольку кварц даже при темпера¬туре 2400 К имеет очень высокую вязкость, что затрудняет формование его из расплава.
Кремнеземное волокно, содержа¬щее 94—99% Si02, получают выщела¬чиванием из силикатных стекол окси¬дов алюминия, бора, кальция, магния.
Наиболее широко применяются бесщелочное алюмоборосиликатное Е-стекло (в состав его входят оксиды Si02, А1203, В203, CaO, MgO, К20 и Na20 и некоторые другие компонен¬ты), а также высокопрочное стекло (в состав его входят оксиды Si02, А1203, MgO).
Поверхность стеклянных волокон покрывают замасливателем, который предотвращает истирание волокон при транспортировке и различных ви¬дах переработки. Существует два типа замасливателей: технологические и активные (гидрофобно-адгезионные). Технологические замасливатели (на¬пример, парафиновая эмульсия или замасливатели на основе крахмала),
применяемые только на стадии пере¬работки волокна, состоят из клеящих и пластифицирующих веществ. Перед изготовлением стеклокомпозита эти замасливатели удаляют с помощью термической обработки при темпе¬ратуре до 1100 К или смывают.
После удаления замасливателей на поверхность волокон в ряде случаев наносят аппреты — вещества, способ¬ствующие созданию прочной связи на границе волокно — связующее. В ка¬честве аппретов применяют обычно кремнийорганические и металлоор-ганические соединения.
Наиболее перспективны активные замасливатели, выполняющие двойную функцию — предохранение волокна от разрушения и улучшение адгезии ме¬жду стеклом и полимерной матрицей.
По прочности стекловолокна значи¬тельно (на один-два порядка пре¬восходят стекла в виде блоков. На прочность стекловолокон определя¬ющее влияние оказывает состояние поверхности волокон, которое зависит от условий формования.
Стекловолокна весьма термостойки. При повышении температуры до 1200 К модуль упругости кварцевого волокна возрастает с 74 ГПа (при 300 К) до 83 ГПа. Бесщелочные алюмосиликат-ные стекла начинают снижать свою прочность при 600 К, натрийкаль-цийсиликатные, боратные, свинцовые и фосфатные при 400—500 К. Модуль упругости снижается незначительно вплоть до температуры размягчения.
Механические свойства стекло¬волокон, выпускаемых в СССР и за рубежом, приведены в табл. 2.1.
Стекловолокна применяются у на честве армирующих элементов ком¬позитов в виде жгутов и нит<
элементарных волокон, лент, тканей разнообразного плетения, матов, холстов и других нетканых матери¬алов.
Для изготовления изделий из стекло¬пластиков методом намотки про¬мышленностью выпускаются стекло¬волокна в виде непрерывных жгутов (ровингов), состоящих из прядей ком¬плексных нитей суммарной линейной плотностью 555—4170 текс.
Тканые армирующие материалы получают путем текстильной пере¬работки крученой комплексной нити, жгута, пряжи или ровницы. Для текстильной переработки исполь¬зуются стекловолокна диаметром 3—11 мкм. Тканые армирующие мате¬риалы технологичны, удобны при из¬готовлении крупногабаритных изде¬лий, в образованных ими слоистых пакетах достигается высокое содер¬жание арматуры. В основном про¬мышленностью выпускаются ткани полотняного и сатинового перепле¬тения.
Толстостенные изделия, если при этом необходимо обеспечить высокую межслойную прочность, получают из заготовок объемного плетения или трехмерного армирования.
Рулонные нетканые армирующие материалы, называемые холстами, представляют собой неориентирован¬ные наполнители из непрерывных или штапельных стекловолокон, скреп¬ленных между собой связующим (же¬сткие холсты) или механическим про¬шиванием стеклянными, нитями (мяг¬кие холсты).
Жесткие холсты из рубленых нитей применяются для изготовления мето¬дами контактного и вакуумного формо¬вания крупногабаритных стекло-пластиковых изделий, мягкие — в основном для изготовления изделий методом прессования.