Стеклонить (стекловолокно)
Для армирования пластиков могут использоваться самые разнообразные волокна, но для высокопрочных пластиков чаще всего используются стеклянные волокна. Это объясняется удачным сочетанием их свойств и не в последнюю очередь низкой стоимостью большого разнообразия промышленных стекловолокон.
Секловолокна по прочности превосходят все другие распространенные конструкционные материалы. Так, прочность неповрежденных волокон из E-стекла равна в среднем 365 кг/мм2, они имеют довольно высокий модуль Юнга (5-11)·103 кг/мм2 и на много превосходят в этом отношении армируемые ими полимеры. Поэтому в стеклопластиках большую часть нагрузки воспринимают волокна. А поскольку плотность стекла сравнительно низкая (~2.5 г/см3), стекловолокна имеют высокую удельную прочность и удельный модуль, что особенно важно при применении этих материалов в авиации и на водном или сухопутном транспорте и т.д.
Стекловолокна довольно инертны химически, а поскольку полимеры также хорошо устойчивы во многих агрессивных средах, то стеклопластики часто используются там, где металлы сильно корродируют, например, при изготовлении трубопроводов для химически агрессивных жидкостей, подземных емкостей для хранения бензина и т.д.
Промышленностью выпускаются стекловолокна двух основных типов, в виде непрерывной нити и штапельного (резанного) волокна. Исходным технологическим процессом для получения всех видов стекловолокон является процесс вытяжки нитей из расплава.
Стеклонить - это тонкая белая прядь собранная из некоторого количества элементарных нитей, изготовленных из стекла типа «E», произведенных с правым или левым направлением крутки и заданным числом оборотов на каждый метр длины. Нити могут быть одинарного и двойного плетения.
Однонаправленные стеклонити представляют собой срезы (отрезки нити определенной длины) с паковок стеклянных комплексных нитей или непрерывных элементарных нитей. Предназначены для фильтрации, изготовления теплозвукоизоляционных материалов, наполнения пластмасс и других целей.
Стеклонити двойного плетения применяются для производства различных тканых и нетканых материалов, для электроизоляции обмоточных и монтажных проводов, для производства композиционных материалов на основе эпоксидных, фенольных и других связующих.
В зависимости от применения стеклонити имеют различные типы замасливателя для обеспечения наилучших потребительских и технологических свойств при их дальнейшей переработке. Намотка стеклонити производится на катушки разного типа, исходя из требований оборудования для дальнейшего использования. Нанесение замасливателя в 2 - 3 раза увеличивает прочность стеклонити, придает эластичность и гибкость, что позволяет подвергать ее дальнейшей переработке. Намотка стеклонитей, пропитанных термореактивной смолой, является методом изготовления многих крупногабаритных изделий для авиационной, ракетостроительной, судостроительной и гражданской промышленности. Для стеклонити применяется парафиновый, крахмальный или водно-эмульсионный замасливатели.
Свойства стекловолокон
Свойства стекловолокон в первую очередь определяет состав стекла. Не менее значимой оказывается и термическая предыстория стекла.
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.
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.
Свойства | Марка стекла | |||
A | C | E | S | |
Физические | ||||
Плотность, кг/м2 | 2500 | 2490 | 2540 | 2480 |
Твердость по Моосу | - | 6,5 | 6,5 | 6,5 |
Механические | ||||
Предел прочности при растяжении, МПа: | 3033 | 3033 | 3448 | 4585 |
при 22 °C | - | - | 2620 | 3768 |
при 371 °C | - | - | 1724 | 2413 |
при 533 °C | ||||
Модуль упругости при растяжении при 22 °C, МПа | - | 69,0 | 72,4 | 85,5 |
Предел текучести, % | - | 4,8 | 4,8 | 5,7 |
Упругое восстановление, % | - | 100 | 100 | 100 |
Термические | ||||
Коэффициент линейного термического расширения, 10-6К-1 | 8,6 | 7,2 | 5,0 | 5,6 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·K) | - | - | 10,4 | - |
Удельная теплоемкость при 22 °C | - | 0,212 | 0,197 | 0,176 |
Температура размягчения, °C | 727 | 749 | 841 | - |
Электрические | ||||
Электрическая прочность, В/мм | - | - | 19920 | - |
Диэлектрическая постоянная при 22 °C: | ||||
при 60 Гц | - | - | 5,9-6,4 | 5,0-5,4 |
при 1 МГц | 6,9 | 7,0 | 6,3 | 5,1 |
Потери при 22 °C: | ||||
при 60 Гц | - | - | 0,005 | 0,003 |
при 1 МГц | - | - | 0,002 | 0,003 |
Объемное сопротивление при 22 °C и 500 В постоянного тока, Ом·м | - | - | 1017 | 1018 |
Поверхностное сопротивление при 22 °C и 500 В постоянного тока, Ом·м | - | - | 1015 | 1016 |
Оптические | ||||
Коэффициент преломления | - | - | 1,547 | 1,423 |
Акустические | ||||
Скорость звука, м/с | - | - | 5330 | 5850 |
Табл. Свойства стекловолокон произведенных из различных марок стекла.