Стеклянное волокно

СТЕКЛЯННОЕ ВОЛОКНО (стекловолокно), искусственное волокно, формуемое из расплавл. неорг. стекла. Различают непрерывное стеклянное волокно-комплексные стеклянные нити длиной 20 км (и более), диаметром мононитей 3-50 мкм, и штапельное стеклянное волокно-длиной 1-50 см, диаметром волокон 0,1-20 мкм.

Получение. Непрерывное стеклянное волокно получают фильерным формованием пучка тонких мононитей из расплавл. стекломассы с послед., вытяжкой, замасливанием и намоткой комплексной нити на бобину при высоких (10-100 м/с) линейных скоростях. Штапельное стеклянное волокно формуют путем разрыва струи расплавл. стекла после выхода из фильеры воздухом, паром, горячими газами или др. методами. Его также получают разрубанием комплексных нитей.

Из непрерывного стеклянного волокна делают крученые комплексные нити, однонаправленные ленты, жгуты. Комплексные стеклянные нити различают по составу стекла, среднему диаметру волокна (3-15 мкм или более), числу элементарных нитей (50-800), крутке. Из крученой нити изготовляют ткани, сетки, ленты на ткацких станках. Стеклянные ткани различают по виду переплетения (полотняное, саржевое, сатиновое и др.) и плотности (числу нитей на 1 см по основе и утку). Их ширина варьирует в пределах 500-1200 мм, толщина-0,017-25 мм, масса 1 м²-25-5000 г. Жгуты и ленты получают соединением 10-60 комплексных нитей. Штапельные стеклянные волокна и пряди нитей, срезанные с бобин (длина 0,3-0,6 м), используют для изготовления стекловаты, холстов, матов, плит. Холсты, полученные из рубленого стекловолокна или непрерывных нитей, обычно скрепляют смолами или мех. прошивкой.

Состав и свойства стеклянного волокна определяются составом и св-вами волокнообразующего стекла, из к-рого его изготовляют. В зависимости от состава различают неск. марок такого стекла (табл. 1).

А-стекло называют также известково-натриевым, С-стекло -натрийборосиликатным, E-стекло - алюмоборосиликатным, S-стекло - магнезиальноалюмосиликатным. Наиб. важные характеристики стеклянных волокон приведены в табл. 2.

Повыш. прочность стеклянного волокна (по сравнению с исходным стеклом) объясняют по-разному: "замораживанием" изотропной структуры высокотемпературного расплава стекла или наличием прочного поверхностного слоя (толщина ок. 0,01 мкм), к-рый образуется в процессе формования вследствие большей деформации и вытяжки по сравнению с внутр. слоями.

При кратковременном нагружении стеклянное волокно ведет себя практически как упругое хрупкое тело, вплоть до разрыва подчиняясь закону Гука. При длит. действии нагрузки наблюдается возрастание деформации, упругое последействие, зависящее от состава стекла и влажности воздуха. С увеличением диаметра волокна возрастает сопротивление изгибу и кручению и уменьшается прочность при растяжении. Во влажном воздухе, в воде и в водных р-рах ПАВ прочность стеклянного волокна снижается на 50-60%, но частично восстанавливается после сушки.

Из высокощелочного А-стекла получают волокна, к-рые менее устойчивы к воде, чем волокна из E-стекла, но стойки к действию щелочей.

Более высокую хим. стойкость по сравнению с А-стеклом обеспечивает С-стекло. Потеря массы волокон из таких стекол при обработке водой составляет 0,02-0,05 г/м, а при обработке щелочными р-рами-0,3-2,5 г/м.

Волокна из S-стекла имеют наиб. высокую прочность и повыш. теплостойкость.

Кварцевые стекла, состоящие более чем на 99% из SiO₂, используют в произ-ве жаростойких волокон, св-ва к-рых, в т. ч. диэлектрич. проницаемость и тангенс угла диэлектрич. потерь, мало меняются до 700 °С.

Дополнит. обработка пов-сти стеклянного волокна замасливателями и шлихтой приводит к ее гидрофобизации, снижению поверхностной энергии и электризуемости, снижению коэф. трения от 0,7 до 0,3, увеличению прочности при растяжении на 20-30%. Поверхностные св-ва стеклянного волокна и капиллярная структура изделия определяют малую (0,2%) гигроскопичность для волокон и повышенную (0,3-4%) для тканей.

В зависимости от толщины; плотности переплетения и вида поверхностной обработки стеклянные ткани могут обладать высокими значениями коэф. светопропускания (до 64%), звукопоглощения (до 90% при частотах 500-2000 гц), отражения (до 80%).

Применение. Стеклянные волокна служат конструкционными, электро-, звуко- и теплоизоляц. материалами. Их используют в произ-ве фильтровальных материалов, стеклопластиков, стеклянной бумаги и др. Как правило, А-стекло перерабатывают в штапельные волокна и используют в виде матов и плит для звуко- и теплоизоляции. Стекловолокнистые материалы благодаря высокой пористости имеют малый коэф" теплопроводности [0,03-0,036 Вт/(м·К)]. Ткани из С-стекла применяют в хим. пром-сти для фильтрации кислотных и щелочных р-ров, для очистки воздуха и горячих газов. Срок службы фильтров из стеклянного волокна значительно выше, чем фильтров из обычных текстильных материалов. Ткани из стекла А и E используют в производстве стеклотексто-литов.

Из высокопрочных волокон S-стекла получают композиты для самолето- и аппаратостроения. Кварцевые волокна являются высокотемпературными диэлектриками и жаростойкими материалами.

Для защиты от действия рентгеновского и радиоактивного излучения используют т. наз. многосвинцовые и многоборные стеклянные волокна. Оптические (светопрозрачные) стеклянные волокна применяются в произ-ве световодов и стекловолокнистых кабелей.

В промышленно развитых странах в 1990 общий объем выпуска непрерывного стеклянного волокна составил 2050 тыс. т, в т. ч. 875 тыс. т в США, 375 тыс. т в Японии. Объем произ-ва стеклянного волокна в 1989 в странах бывшего СССР 162 тыс. т.

Лит.: Стекло. Справочник, под ред. Н. М. Павлушкина, М., 1973; Бартенев Г. М., Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла, М., 1974; Стеклянные волокна, М., 1979; Справочник по композиционным материалам, под ред. Дж. Любина, пер. с англ., кн. 1, М., 1988. В. И. Киселев.