Фибергласс — материал на основе стекловолокна¶
Фибергласс (от англ. fiberglass — «стеклянное волокно») — композиционный материал, состоящий из тончайших волокон неорганического стекла, связанных полимерным связующим (чаще всего полиэфирной или эпоксидной смолой). Относится к классу стеклопластиков. В русскоязычной технической литературе фиберглассом нередко называют как само стекловолокно, так и готовые изделия на его основе — листы, трубы, лодочные корпуса, детали кузовов автомобилей.
¶Состав и структура
Фибергласс изготавливается из стеклянного волокна толщиной 5–25 мкм. Волокна получают вытягиванием расплава стекла (обычно натриево-кальциевого или боросиликатного состава) через мелкие отверстия фильеры. В зависимости от способа формования различают:
- Непрерывное волокно — длинные жгуты и нити, применяемые для намотки и ткацких полуфабрикатов;
- Короткое (дисперсное) волокно — рубленая крошка, добавляемая в полимерные массы;
- Маты и стеклоткани — нетканые или тканые полотна, служащие армирующей основой.
Связующее обычно составляет 25–40 % массы готового материала. Наиболее распространены ненасыщенные полиэфирные смолы, для высокопрочных конструкций — эпоксидные и винилэфирные.
¶Производство
Основные технологии формования фиберглассовых изделий:
- Ручная укладка — послойное наклеивание матов или стеклоткани на форму с пропиткой смолой валиком. Проста и дёшева, применяется для крупногабаритных малосерийных изделий.
- Пултрузия — непрерывное протягивание пропитанных жгутов через нагреваемую фильеру. Позволяет получать профили постоянного сечения: уголки, швеллеры, стержни.
- Намотка — обмотка пропитанного жгута на вращающийся оправку. Используется для труб, баллонов, сосудов.
- Матричное формование (SMC/BMC) — прессование заготовок из рубленого волокна со смолой в нагретой пресс-форме. Подходит для серийного производства.
- Вакуумная инфузия и RTM — пропитка арматуры под давлением или вакуумом в закрытой форме. Даёт изделия с высоким содержанием волокна и низким содержанием смолы.
¶Основные свойства
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Плотность | 1,5–2,0 г/см³ |
| Прочность на растяжение | 100–350 МПа |
| Прочность на сжатие | 150–350 МПа |
| Теплопроводность | 0,2–0,4 Вт/(м·К) |
| Диэлектрическая проницаемость | 4–7 |
| Рабочая температура | до 150–200 °C (зависит от смолы) |
Фибергласс обладает высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью, не подвержен гниению, химически инертен к большинству кислот и щелочей (кроме плавиковой кислоты и концентрированных щелочей при повышенной температуре). Материал электрически изолирует, не пропускает радиоволны, что позволяет использовать его в радиотехнике. К недостаткам относятся низкая устойчивость к точечным ударным нагрузкам, относительно невысокая жёсткость по сравнению с металлами, а также выделение стеклянной пыли при механической обработке, раздражающей кожу и дыхательные пути.
¶Применение
Фибергласс — один из наиболее массовых стеклопластиков. Основные области применения:
- Строительство — сэндвич-панели, вентилируемые фасады, светопрозрачные кровли (профилированные листы), трубы для канализации и водопроводов, вентиляционные каналы, армирование бетона.
- Судостроение — корпуса прогулочных катеров, яхт, лодок «типа «шлюпка»», а также надувных и композитных понтонов.
- Автомобильная промышленность — бамперы, капоты, обвесы, элементы кузовов гоночных и спортивных автомобилей.
- **Авиастроение и космос — обшивка, детали интерьера, радиопрозрачные обтекатели антенн.
- Электротехника — изоляционные конструкции, корпуса трансформаторов, диэлектрические стойки ЛЭП, шкафы и панели.
- Химическое машиностроение — ёмкости, реакторы, вытяжные шкафы, трубы и арматура для агрессивных сред.
- Спортивный инвентарь — мачты, лыжи, доски для сёрфинга, велосипедные рамы.
¶Фибергласс и стеклопластик: различия в терминологии
В строительной практике США и ряда стран под фиберглассом часто понимают именно утеплитель — пучки тонких стеклянных волокон, укладываемые между стропилами или в полости стен. В России этот материал называют стекловатой или стеклянным волокном (стекловатные плиты и маты). В русском техническом языке термин «фибергласс» чаще относится к композиту «волокно + смола», то есть к стеклопластику.
¶Экология и безопасность
При нормальной эксплуатации фибергласс химически инертен и безопасен. При резке, шлифовке и раскрое образуется стеклянная пыль, частицы которой вызывают зуд и раздражение кожи, слизистых оболочек и лёгких. Работы рекомендуется выполнять в респираторе, очках и защитной одежде. Сжигание фибергласса недопустимо: помимо токсичных продуктов горения смолы, в воздух выделяются частицы стекловолокна. Утилизация производится путём дробления и захоронения либо в качестве наполнителя в цементном производстве.
¶Историческая справка
Технология получения стеклянных волокон в промышленном масштабе была разработана в конце 1930-х годов. В 1938 году в США компания Owens Corning начала серийное производство стекловолокна, а в 1940-е годы на его основе появились первые коммерческие стеклопластиковые изделия. В СССР производство стеклопластиков развивалось с 1950-х годов, крупнейшие заводы располагались в Куйбышеве, Ленинграде и Подольске.
Источники:
- Борисов А. И. Тонковолокнистые материалы. — М.: Химия, 1971.
- Малкин В. И., Пивоваров Л. И. Стеклопластики. — М.: Химия, 1988.
- Технология конструкционных пластмасс / Под ред. А. А. Берлина. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010.
- Материаловедение полимеров и композитов: учебное пособие / Под ред. В. А. Козлова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.