Однонаправленное стекловолокно представляет собой короткие пряди волокон или комплексных нитей, которые срезаются с бобин. Длина однонаправленного волокна изменяется в зависимости от размера периметра бобины или барабана, на который оно наматывается. Однонаправленное волокно с бобин имеет диаметр в диапазоне от 5 до 10 микрометров и длину не менее 0,5 метра, что является общеупотребительным показателем для этого вида материала.
Что такое стекловолокно и как оно применяется
Неорганическое стекловолокно – это инновационный материал, который нашел широкое применение в различных отраслях. На основе этого строительного материала изготавливаются утеплители для пола и стен, а также его используют при отделке помещений. В дополнение, стекловолокно применяется в производстве изделия для промышленности и строительства. В данной статье мы подробнее рассмотрим особенности этого материала, расскажем, из каких компонентов состоит стекловолокно и в каких сферах осуществляется использование продукции, производимой на его основе.
Стеклонить – это волокно, которое формируется из стекла. Это уникальная форма, при которой стекло становится несгибаемым и не растрескивается, но при этом сохраняет свою способность к гибкости. Впервые этот материал был случайно получен в результате аварии на стекольном производстве, когда под давлением воздуха расплавленная масса раздулась и образовала множество тонких гибких нитей. Инженеры, ставшие свидетелями этого процесса, были крайне удивлены, так как стекло, как правило, становится твердым после затвердевания. Этот инцидент произошел около 150 лет назад, и за это время технологии производства стекловолокна значительно улучшились, однако принцип остался неизменным.
Армированное стекловолокно — что это
Армированное стекловолокно и его ленты отличаются по размеру ячейки, виду, а также плотности пропитки. Эти строительные материалы предназначены как для наружных, так и для внутренних работ, а также для дорожного строительства. Решетки и настилы, изготовленные из армированного стекловолокна, обеспечивают оптимальный баланс стоимости и производительности, а также гарантируют отличные механические и химические характеристики.
Из чего делают стекловолокно
Основной компонент, используемый для производств стекловолокна – это кварцевый песок. При реализации процесса вторичной переработки используют битое стекло, стеклотару и бракованные изделия. Любые стеклянные отходы, которые образуются в ходе производства, могут быть переработаны на 100%, что не только способствует снижению себестоимости конечной продукции, но и поддерживает экологическую защиту окружающей среды.
Технология изготовления
Процесс производства стекловолокна заключается в выдувании тонких нитей из сырья. Это производство делится на несколько последовательных этапов:
- Расплавление сырья, что является первым шагом в производственном процессе.
- Расплавленный материал пропускается через микроотверстия под высоким давлением, что позволяет создать нити.
- После формирования происходит охлаждение и наматывание нитей на катушки.
- Готовое стекловолокно обрабатывается с помощью замасливателя; эта операция необходима для повышения его стойкости к растяжению, трению, а также для обеспечения водонепроницаемых свойств.
В производстве нитей используются не только расплавленное стекло, но и округлое стекло, которое сначала расплавляется. Использование данной технологии позволяет значительно повысить производственные затраты.
В зависимости от толщины нитей, стекловолокно подразделяется на следующие категории: толстое волокно (более 25 мкм), утолщенное (12-15 мкм), тонкое (4-12 мкм) и сверхтонкое (1-3 мкм). Процесс производства осуществляется с учетом действующих стандартов, таких как:
- ГОСТ 19170-2001 (для тканей конструкционного назначения).
- ГОСТ 19907-83 (для изоляционных материалов).
Свойства стеклопластика
Стекловолокно является одним из самых популярных армирующих полимеров на рынке благодаря своему комплексу свойств. Как было ранее упомянуто, стекловолокно применяется в самых различных отраслях промышленности. Давайте подробнее рассмотрим его основные свойства.
Механическая прочность
Удельное сопротивление стекловолокна превышает таковое у стали, что делает его высокоэффективным армирующим материалом для различных типов конструкций.
Электрические характеристики
Стекловолокно демонстрирует отличные электрические изоляционные свойства, даже если его толщина оказывается весьма незначительной.
Стабильность размеров
Важно отметить, что одно из наилучших свойств стекловолокна – это его нечувствительность к изменениям в гигрометрии и температуре. Коэффициент линейного расширения данного материала является достаточно низким, что позволяет ему сохранять свои размеры в различных условиях.
Теплопроводность
Стекловолокно обладает низкой теплопроводностью, что делает его очень полезным материалом для строительной сферы. Низкая теплопроводность способствует поддержанию комфортной температуры в помещениях, где оно используется.
Негорючесть
Еще одной из особенностей, которая способствует популярности стекловолокна в различных отраслях, является его минеральный состав. Как неорганический материал, он не горюч, это означает, что он не поддерживает горение и не способствует распространению пламени. Кроме того, даже при воздействии высокой температуры стекловолокно не выделяет токсичных веществ или дыма.
Совместимость с органическими материалами
Стекловолокно имеет способность комбинироваться с несколькими минеральными материалами, такими как цемент, а также с различными синтетическими смолами, что позволяет использовать его в различных композициях.
Долговечность
Стеклопластик относится к категории высокопрочных материалов, так как он не подвержен гниению. Он также оказывается невосприимчивым к воздействиям со стороны насекомых или грызунов. Это обеспечивает надежность и долговечность конструкций, выполненных с использованием стекловолокна.
Диэлектрическая проницаемость
Также стоит отметить, что стеклопластик является диэлектрически проницаемым материалом, что увеличивает его универсальность в различных приложениях.
Основной состав стеклопластика
Существует множество типов стекловолокна, каждый из которых предназначен для специфического применения. Разные типы стекловолокна имеют различные составы, что влияет на их характеристики.
Основные сырьевые компоненты, используемые в производстве стекловолокна, включают кварцевый песок, кальцинированную соду и известняк. Дополнительные ингредиенты могут включать буру, кальцинированный глинозем, магнезит, каолиновую глину и полевой шпат. Кварцевый песок служит стеклообразователем, в то время как кальцинированная сода и известняк помогают снизить температуру плавления материала. Другие ингредиенты в свою очередь усиливают специфические характеристики стекловолокна, например, бура повышает его химическую стойкость.
Виды стеклопластиков на основе их свойств
Как упоминалось ранее, существует множество видов стеклопластика, классифицируемых в зависимости от их химического состава. Ниже перечислены основные типы стекловолокна:
Свойства стекловолокна
- Прочность
Стекловолокно обладает крайне высокими армирующими свойствами и высокой прочностью на сжатие. - Небольшой вес
- Термостойкость
Способно сохранять свою структуру при высоких температурах, в отличие от органических аналогов. - Теплоизоляция
Это свойство зависит непосредственно от плотности материала: чем она ниже, тем лучше теплоизоляционные характеристики. - Звукоизоляция
- Химическая устойчивость
Стекловолокно не подвержено реакциям с различными химическими веществами и сохраняет свои свойства даже в агрессивных средах. - Устойчивость к вибрациям
- Упругость
Материал способен сгибаться без образования постоянных деформаций. - Экологичность
Современные качественные составы для обработки стекловолокна безопасны для человека и окружающей среды, также материал устойчив к образованию плесени.
- Удобно перевозить и хранить
Гибкость и прочность материала позволяют сворачивать его в рулон без последующей деформации, что делает его транспортировку удобной. - Простота монтажа
Процесс установки стекловолокна можно осуществить самостоятельно, при этом необходимо иметь под рукой специальные защитные средства, такие как перчатки и очки. - Невысокая цена
Стекловолокно представляет собой один из самых экономичных вариантов утеплителей и звукоизолирующих материалов на рынке.
Минусы стекловолокна
- Гигроскопичность
Обычное стекловолокно может поглощать воду в достаточном количестве, что ведет к усадке материала и снижению теплоизоляционных свойств. Чтобы избежать негативных последствий, рекомендуется использовать пароизоляционную пленку, размещая её с обеих сторон панелей. Тем не менее, некоторые современные материалы, такие как запатентованная технология производителя URSA, Water Guard, обеспечивают высокий уровень защиты от влаги. Если утеплитель намокнет во время монтажа, качество его не пострадает, однако на длительное воздействие влаги или пара материал не рассчитан. - Горючесть
Сырьё, используемое для производства стекловолокна, не воспламеняется. Тем не менее, связующее вещество, применяемое для стандартной обработки, может быть горючим, что, впрочем, касается многих типов утеплителей, включая базальтовые.
Вид стекловолокна определяется на основе диаметра поперечного сечения волокон.
Ультратонкое стекловолокно — не превышает 1 мкм. Этот тип волокна используется для производства волоконно-оптических кабелей, применяемых в телекоммуникациях, в том числе для межконтинентальной телефонии и в системах самолётов и кораблей.
Супертонкое стекловолокно — в диапазоне от 1 до 3 мкм. Применяется как тепло- и шумоизоляционный материал в строительных работах.
Тонкое стекловолокно — размер в диапазоне от 4 до 12 мкм. Широко используется как тепло- и гидроизоляция.
Утолщенное стекловолокно — в диапазоне от 12 до 25 мкм. Используется в производстве армирующих сеток для проведения штукатурных работ.
Толстое стекловолокно — более 25 мкм. Применяется для теплоизоляции и армирования водопроводных труб больших диаметров.
- Сантехника
Стекловолокно используется для укрепления поддонов душевых кабин, биотуалетов и других сантехнических конструкций. - Ортопедия
Протезы, костыли и трости, сделанные из стекловолокна, являются прочными и доступными по цене. - Товары для спорта и активного отдыха
Вёсла из стекловолокна славятся своей прочностью, лёгкостью и отличной эргономикой. Удилища — долговечные и неприхотливые в эксплуатации, их стоимость также приемлема. - Стоматология и ортодонтия
Стекловолокно служит для изготовления пломб и несъёмных протезов, что повышает долговечность этих изделий.
Состав и свойства стекол для изготовления стекловолокна.
В зависимости от области применения непрерывного стекловолокна требования к его химическому составу могут изменяться. Для электрической изоляции требуется только бесщелочное (или малощелочное) алюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекло. В конструкционных стеклопластиках основными являются бесщелочные магнийалюмосиликатные или алюмоборосиликатные стекла, а для стеклопластиков неответственного назначения допускается использование щелочесодержащих стекол.
Процесс формирования непрерывного стеклянного волокна выдвигает определенные требования к стеклу, например, необходимый интервал вязкостей, в котором осуществляется формирование волокна из обычных стекол.
Основные требования, предъявляемые к стеклам для производства штапельного волокна, включают низкую вязкость при температуре выработки и снижение поверхностного натяжения. В зависимости от метода производства и назначения штапельного волокна используются различные составы стекол, однако они все отличаются высоким содержанием оксидов щелочноземельных металлов.
Физико-химические свойства неорганических волокон и материалов на их основе.
Механические свойства. Стекловолокно по своим механическим характеристикам значительно превосходит исходное (массивное) стекло и немного отличается от него по некоторым физическим параметрам.
Механические свойства стеклянных волокон зависят от химического состава стекла, метода его производства, а также от температуры и рабочих условий. Метод производства имеет значительное влияние на прочность стеклянных волокон: наивысшая прочность наблюдается у волокон, вытянутых с высокой скоростью из расплавленного стекла, в то время как наименьшая прочность характерна для волокон, полученных штабиковым методом или с помощью раздува. При формировании волокна через фильеры образуется меньше дефектов на поверхности, что в свою очередь определяет лучшие механические характеристики, главным образом прочность материала.
Прочность при растяжении стекловолокна зависит от его химического состава и диаметра.
Наибольшую прочность демонстрируют непрерывные волокна, изготовленные из кварцевого и бесщелочного магнийалюмосиликатного стекла. Повышенное содержание щелочей в стекле резко снижает прочность стеклянных волокон. Кристаллизация стекла и наличие мелких газовых включений в составе стекломассы также может снижать прочность стеклянного волокна на 25-30%.
Максимальная прочность стеклянных и кварцевых волокон, протестированных в среде жидкого азота, приближается к расчетной теоретической прочности как стекла, так и плавленого кварца.
В зависимости от диаметра и состава стекла техническая прочность стеклянных волокон, созданных современными методами, составляет 25-30 % теоретической прочности стекла.
Модуль Юнга для стеклянных волокон колеблется от 6 до 11 ГПа и более. Разрушающее напряжение при изгибе и кручении возрастает с уменьшением диаметра волокон, что позволяет использовать более тонкие волокна для специфических задач.
Изделия из стекловолокна не очень устойчивы к множественным изгибам и истиранию, но их стойкость к этим воздействиям повышается после пропитки защитными лаками и смолами. Склеивание волокон в нити улучшает прочность нити до 20-25%, а пропитка стекловолокнистых материалов лаками улучшает прочность на 80-100%. В сухом воздухе прочность стеклянных волокон значительно увеличивается, в то время как смачивание стеклянных волокон и изделий из них неполярной углеводородной жидкостью вызывает аналогичные положительные эффекты, повышая прочность до максимальных значений. Однако значительное снижение прочности (до 50-60%) наблюдается при адсорбции водой или водными растворами поверхностно-активных веществ. Это связано с тем, что молекулы, адсорбирующиеся на поверхности волокон, могут создавать трещины в слабых местах.
При погружении химически стойких стекловолокнистых материалов в воду их прочность может снизиться, однако после высушивания она восстанавливается полностью. Изделия из натрийкальцийсиликатного стекла, содержащие более 15% (мас.) оксидов щелочных металлов, после длительного пребывания во влажном воздухе или воде теряют прочность необратимо, что обусловлено интенсивным выщелачиванием и разрушением материала. При долгом действии деформирующего усилия у стеклянных волокон может развиваться упругое последствие, зависящее от химического состава стекла и относительной влажности воздуха. Влага также снижает сопротивление стеклянных волокон изгибу и трению.
При температуре нагрева до 250-300°С прочность стеклянных тканей может сохраняться, в то время как волокна органического происхождения при такой температуре полностью разрушаются.
При низких и высоких температурах устраняется воздействие влаги на стеклянные волокна, что приводит к повышению их прочности. Однако после термической обработки (нагривание до различных температур и последующее охлаждение) прочность стеклянных волокон и тканей может снизиться на 50-70%.
Основные технические характеристики
Основные технико-эксплуатационные характеристики стеклоткани включают в себя:
- поверхностная плотность;
- нагрузка на разрыв;
- ширина;
- поперечная жесткость.
Характеристики материала могут варьироваться в зависимости от марки. Ширина стеклоткани колеблется в пределах 0,95–1 м с допустимым отклонением в 1 см. Поверхностная плотность может иметь диапазон от 200 до 1800 г/кв.м, что зависит от количества нитей на 1 кв.см ткани. Количество основных и уточных нитей варьируется, как правило, от 6 до 40, предоставляя необходимые характеристики для большинства задач. Максимальная разрывная нагрузка стеклоткани может варьироваться в зависимости от её вида, минимальная же составляет примерно 1,8 Н (кгс). Таким образом, в соответствии с техническими параметрами можно выделить различные марки стеклотканей.
Стоимость стеклотканей определяется несколькими факторами, включая тип материала, его назначение и место производства. Отечественные изделия обычно стоят дешевле импортных, хотя по качеству они могут практически не уступать. В современном рынке доступны рулоны длиной от 20 до 50 метров по цене от 3 до 7 тысяч рублей. Для декоративных марок цена может подняться до 90-120 рублей за погонный метр. При этом стоит учесть, что оптовые закупки материалов могут обойтись примерно на 10-20% дешевле.
Области применения и особенности работы с материалом
Стеклоткани различных видов и марок используются практически во всех сферах промышленного производства, включая строительство, транспорт и другие виды деятельности. Из данного материала, в частности, производят:
- оборудование для спорта, например, лодки для гребли и доски для серфинга;
- светопропускающие кровельные материалы;
- экраны звукозащиты для аэропортов, метро, автотрасс и железнодорожных вокзалов;
- тепло- и электроизоляционные материалы;
- арматуру различного назначения;
- корпуса судов и фюзеляжи легкомоторных самолетов;
- влагозащитные и утеплительные материалы;
- детали для транспортных средств;
- противопожарные экраны и защитные щиты.
Кроме того, материал нашел применение и в бытовом использовании. Применение стеклоткани в бытовых целях, например, в процессе ремонта автомобилей, требует соблюдения ряда технологических рекомендаций.
Перед тем как приступить к работе с материалом, необходимо уточнить следующие моменты:
- какой тип плетения используется в ткани, чтобы определить её степени растяжения;
- какова её плотность, что поможет решить, как правильно укладывать материал.
Для ремонта автомобилей лучше всего использовать стекломат. В процессе его монтажа рекомендовано применять полиэфирные смолы (которые быстро пропитываются) или эпоксидные составы (у которых время высыхания длиннее). Не рекомендуем сушить ремонтируемую поверхность или деталь под солнечными лучами.
Стеклоткань обладает высокой пластичностью и может быть приклеена практически к любым поверхностям. Однако, крайне важно строго следовать инструкциям на упаковке, которые предоставляет производитель, чтобы избежать последующих проблем.
Независимо от типа выполняемых работ, с стеклотканью нужно обращаться исключительно осторожно. Пыль, возникающая из волокон, может вызвать серьезные раздражения слизистых оболочек и привести к зуду кожи. Работая с данным материалом, обязательно следует применять защитные перчатки, маску и очки. После завершения всех работ обязательно нужно тщательно промыть открытые участки тела, а также обработать их увлажняющим кремом.
Остатки стеклоткани после завершения работ должны аккуратно упаковаться в пакеты и утилизироваться, а помещение следует тщательно убрать.
