Стекловолокно — композиционный материал¶
Стекловолокно — это тончайшие нити диаметром от 5 до 24 микрон, изготовленные из расплава стекла, которые служат армирующим и теплоизоляционным материалом. По сути, стекловолокно представляет собой разновидность стекла, переведённого в волокнистую форму, что придаёт ему свойства, отсутствующие у массивного стекла: гибкость, упругость, низкую теплопроводность и способность образовывать объёмные структуры. Материал широко применяется в строительстве, машиностроении, электротехнике и авиации.
¶Состав и производство
Стекловолокно изготавливают из того же сырья, что и обычное стекло: кварцевый песок, сода, известняк, доломит и другие минералы. В зависимости от состава выделяют несколько типов стекла:
- А-стекло — алюмоборосиликатное, наиболее распространённое;
- Е-стекло — электротехническое, с низкой электропроводностью, применяется для диэлектрических изделий;
- С-стекло — высокопрочное, с повышенным содержанием кремнезёма;
- Д-стекло — низкомодульное, для печатных плат;
- Т-стекло — титансодержащее, с высокой химической стойкостью.
Процесс производства включает плавку шихты в печи при температуре 1400–1500 °C, после чего расплав подаётся на фильеры — плиты с множеством микроскопических отверстий. Под действием силы тяжести или центробежной силы стекло вытягивается в нити. Для получения тонких волокон применяют метод продувки расплава потоками горячего газа. Готовые нити покрывают связующим веществом — органическим полимером, улучшающим сцепление с матрицей при изготовлении композитов.
¶Основные свойства
Стекловолокно обладает рядом характеристик, определяющих его область применения:
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Плотность | 2,5–2,6 г/см³ |
| Прочность на разрыв | 1000–3000 МПа |
| Модуль упругости | 70–90 ГПа |
| Теплопроводность | 0,03–0,05 Вт/(м·К) |
| Рабочая температура | до 550 °C (для Е-стекла) |
| Электропроводность | практически отсутствует |
Материал химически инертен к большинству кислот и щелочей, не подвержен гниению и коррозии, не горит самостоятельно. Недостатками являются хрупкость отдельных волокон и снижение прочности при длительном воздействии влаги без защитного покрытия.
¶Виды стекловолоконных материалов
На основе стекловолокна изготавливают несколько типов материалов:
- Стеклянная вата — объёмный утеплитель из хаотично расположенных волокон, применяемый для тепло- и звукоизоляции зданий;
- Стеклосетка и стеклохолст — плоские полотна из переплетённых или спрессованных нитей, используемые как армирующая основа в штукатурных и отделочных работах;
- Стеклоровинг — параллельно уложенные жгуты нитей, служащие сырьём для производства стеклопластика;
- Стеклоткань — тканое полотно для армирования композитных конструкций;
- Стеклопластик (стеклопластик) — композитный материал, получаемый пропиткой стекловолокна полимерной смолой (эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной).
¶Применение
В строительстве стекловолокно используется в качестве утеплителя, армирующего материала для фасадных систем и основы для стеклопластиковой арматуры, которая не подвержена коррозии и легче стальной. В машиностроении и авиастроении из стеклопластика изготавливают кузова автомобилей, лодки, элементы интерьеров самолётов и вертолётов. В электротехнике стекловолокно служит диэлектриком в печатных платах и изоляторах. В нефтегазовой отрасли стеклопластиковые трубы и арматура применяются в агрессивных средах.
В России производством стекловолокна и изделий из него занимаются предприятия в Боровичах (Новгородская область), в Саратове, Владимирской области и других регионах. Крупнейшие отечественные производители стеклопластика — «Стеклопластик» (Боровичи), «Композит-Инвест» и «Уралхимпласт».
¶Экологические аспекты
Стекловолокно относится к материалам, трудно поддающимся переработке: волокна не разлагаются в природе, а разделение композита на компоненты экономически невыгодно. При работе с незащищённым стекловолокном (например, при резке утеплителя) мельчайшие частицы попадают в дыхательные пути и вызывают раздражение кожи и слизистых, поэтому рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты. В последние годы разрабатываются технологии химической переработки стеклопластика с извлечением стекловолокна повторного использования.
¶Историческая справка
Первые патенты на производство стеклянных волокон были получены в конце XIX века в США и Великобритании. Промышленное производство стекловолокна началось в 1930-х годах, а массовое применение в качестве армирующего материала для композитов — в 1950-х. В СССР производство стекловолокна было развёрнуто в 1950–1960-е годы на заводах в Боровичах, Горьком, Дзержинске и других городах.
¶Источники
- Губин Е. И., Кардашов Н. И. «Стеклопластики» — М.: Химия, 2001.
- Мацко О. А. «Стеклянные волокна и материалы на их основе» — СПб.: Политехника, 2006.
- Технический справочник «Стекловолокно и стеклопластик» — М.: Стройиздат.
- Энциклопедический словарь «Стекло» — М.: Большая Российская Энциклопедия, 2000.
