Kad mēs redzam produktus, kas izgatavoti nostikla šķiedra, mēs bieži vien pamanām tikai to izskatu un pielietojumu, bet reti aizdomājamies: Kāda ir šī tievā melnā vai baltā pavediena iekšējā struktūra? Tieši šīs neredzamās mikrostruktūras piešķir stiklšķiedrai tās unikālās īpašības, piemēram, augstu izturību, izturību pret augstu temperatūru un koroziju. Šodien mēs iedziļināsimies stiklšķiedras "iekšējā pasaulē", lai atklātu tās struktūras noslēpumus.
Mikroskopiskais pamats: “Nesakārtota kārtība” atomu līmenī
No atomu viedokļa stikla šķiedras galvenā sastāvdaļa ir silīcija dioksīds (parasti 50–70 svara%), kam īpašību pielāgošanai tiek pievienoti citi elementi, piemēram, kalcija oksīds, magnija oksīds un alumīnija oksīds. Šo atomu izvietojums nosaka stikla šķiedras pamatīpašības.
Atšķirībā no atomu “lielas darbības kārtības” kristāliskos materiālos (piemēram, metālos vai kvarca kristālos), atomu izkārtojums stiklšķiedrā uzrāda"Īsa darbības rādiusa kārtība, tāla darbības rādiusa nekārtība."Vienkārši sakot, lokālā apgabalā (dažu atomu diapazonā) katrs silīcija atoms saistās ar četriem skābekļa atomiem, veidojot piramīdveida struktūru."Silīcija tetraedrs"struktūra. Šis lokālais izkārtojums ir sakārtots. Tomēr lielākā mērogā šie silīcija tetraedri neveido regulāru atkārtotu režģi kā kristālā. Tā vietā tie ir nejauši savienoti un sakrauti nesakārtotā veidā, līdzīgi kā haotiski saliktu celtniecības bloku kaudze, veidojot amorfu stikla struktūru.
Šī amorfā struktūra ir viena no galvenajām atšķirībām starpstikla šķiedraun parastais stikls. Parastā stikla dzesēšanas procesā atomiem ir pietiekami daudz laika, lai veidotu mazus, lokāli sakārtotus kristālus, kas rada lielāku trauslumu. Turpretī stikla šķiedra tiek izgatavota, ātri stiepjot un atdzesējot izkausētu stiklu. Atomiem nav laika sakārtoties sakārtotā veidā, un tie ir "iesaldēti" šajā nesakārtotajā, amorfajā stāvoklī. Tas samazina defektus kristālu robežās, ļaujot šķiedrai saglabāt stikla īpašības, vienlaikus iegūstot labāku izturību un stiepes izturību.
Monofilamenta struktūra: vienota vienība no "ādas" līdz "kodolam"
Stiklšķiedra, ko mēs redzam, patiesībā sastāv no daudzām šķiedrāmmonofilamenti, bet katrs monopavediens pats par sevi ir pilnīga struktūrvienība. Monopavediena diametrs parasti ir 5–20 mikrometri (apmēram 1/5 līdz 1/2 no cilvēka mata diametra). Tā struktūra ir vienmērīga."Cieta cilindriska forma"bez acīmredzama slāņojuma. Tomēr no mikroskopiskā sastāva sadalījuma viedokļa pastāv nelielas “ādas un kodola” atšķirības.
Vilkšanas procesā, kad izkausēts stikls tiek izspiests no mazajiem spinneret caurumiem, virsma, nonākot saskarē ar gaisu, ātri atdziest, veidojot ļoti plānu slāni."āda"slānis (apmēram 0,1–0,5 mikrometrus biezs). Šis ādas slānis atdziest daudz ātrāk nekā iekšējais"kodols".Tā rezultātā silīcija dioksīda saturs virsējā slānī ir nedaudz augstāks nekā kodolā, un atomu izkārtojums ir blīvāks ar mazāk defektiem. Šī nelielā sastāva un struktūras atšķirība padara monofilamenta virsmu cietāku un izturīgāku pret koroziju nekā kodolu. Tā arī samazina virsmas plaisu iespējamību — materiāla bojājumi bieži sākas ar virsmas defektiem, un šī blīvā āda darbojas kā aizsargapvalks monofilamentam.
Papildus nelielajai atšķirībai starp ādu un kodolu, augstas kvalitātesstikla šķiedraMonofilamentam ir arī ļoti apļveida simetrija šķērsgriezumā, un diametra kļūda parasti tiek kontrolēta 1 mikrometra robežās. Šī vienmērīgā ģeometriskā struktūra nodrošina, ka, monofilamentam tiek pielikts spriegums, tas vienmērīgi sadalās pa visu šķērsgriezumu, novēršot sprieguma koncentrāciju, ko izraisa lokāli biezuma nelīdzenumi, un tādējādi uzlabojot kopējo stiepes izturību.
Kolektīvā struktūra: sakārtota “dzijas” un “auduma” kombinācija
Lai gan monofilamenti ir izturīgi, to diametrs ir pārāk smalks, lai tos izmantotu atsevišķi. Tāpēc stikla šķiedra parasti pastāv kā"kolektīvs",visbiežāk kā"Stikla šķiedras dzija"un"Stikla šķiedras audums."To struktūra ir sakārtotas monofilamentu kombinācijas rezultāts.
Stikla šķiedras dzija ir desmitiem līdz tūkstošiem monofilamentu, kas salikti vai nu"savērpšana"vai esot"nesavīts."Negrodota dzija ir brīvs paralēlu monofilamentu kopums ar vienkāršu struktūru, ko galvenokārt izmanto stikla vates, sasmalcinātu šķiedru u. c. ražošanai. Savukārt vērpta dzija tiek veidota, savītot monofilamentus kopā, radot spirālveida struktūru, kas līdzīga kokvilnas diegam. Šī struktūra palielina saistīšanas spēku starp monofilamentiem, novēršot dzijas atritināšanos slodzes ietekmē, padarot to piemērotu aušanai, tīšanai un citām apstrādes metodēm."skaits"dzijas (indekss, kas norāda monofilamentu skaitu, piemēram, 1200 teksu dzija sastāv no 1200 monofilamentiem) un"pagrieziens"(vijumu skaits uz garuma vienību) tieši nosaka dzijas izturību, elastību un turpmāko apstrādes veiktspēju.
Stikla šķiedras audums ir loksnei līdzīga struktūra, kas izgatavota no stiklšķiedras dzijas, izmantojot aušanas procesu. Trīs pamata pinumi ir vienkāršs, sarža pinums un satīns.Vienkārši austAudums tiek veidots, pārmaiņus savijot šķēru un audu dzijas, kā rezultātā tiek iegūta blīva struktūra ar zemu caurlaidību, bet vienmērīgu izturību, padarot to piemērotu kā kompozītmateriālu pamatmateriālu.sarža pinumaAudums, šķēru un audu dzijas savijas attiecībā 2:1 vai 3:1, veidojot diagonālu rakstu uz virsmas. Tas ir elastīgāks nekā vienkāršais pinums un bieži tiek izmantots izstrādājumiem, kuriem nepieciešama locīšana vai veidošana.Satīna pinumsir mazāk savišanās punktu, un šķēru vai audu dzijas veido nepārtrauktas peldošas līnijas uz virsmas. Šis pinums ir mīksts pieskārienam un ar gludu virsmu, padarot to piemērotu dekoratīvām vai zemas berzes detaļām.
Neatkarīgi no tā, vai tā ir dzija vai audums, kolektīvās struktūras pamatā ir uzlabot veiktspēju“1+1>2”izmantojot sakārtotu monofilamentu kombināciju. Monofilamenti nodrošina pamata izturību, savukārt kolektīvā struktūra piešķir materiālam dažādas formas, elastību un apstrādes pielāgojamību, lai apmierinātu dažādas vajadzības, sākot no siltumizolācijas līdz konstrukcijas pastiprināšanai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 16. septembris
