2007 školy výběr Wikipedie. Související témata: Strojírenství
Svazek skelných vláken
Laminátové nebo laminát je materiál vyrobený z extrémně jemných vláken skla. Používá se jako zpevňující činidlo pro mnoho polymerních výrobků; výsledný kompozitní materiál, správně známý jako fibre-vyztužený polymer (FRP) nebo sklo-laminát (GRP), je nazýván „sklolaminátu“ v populárním použití.,
skláři v celé historii experimentovali se skleněnými vlákny, ale hromadná výroba skelných vláken byla možná pouze s příchodem jemnějších obráběcích strojů. V roce 1893 vystavoval Edward Drummond Libbey šaty na světové Kolumbijské výstavě zahrnující skleněná vlákna o průměru a struktuře hedvábných vláken. To, co je dnes běžně známé jako „sklolaminát“, však vynalezl v roce 1938 Russell Games Slayter z Owens-Corning jako materiál, který má být použit jako izolace. Prodává se pod obchodním názvem Fiberglas (Sic), který se stal generovanou ochrannou známkou.,
Tvorbu
Skleněných vláken je tvořen, když tenká vlákna na bázi oxidu křemičitého nebo jiné složení skla je vytlačován do mnoha vláken s malým průměrem vhodná pro textilní zpracování. Sklo je na rozdíl od jiných polymerů v tom, že i jako vlákno má malou krystalickou strukturu (viz amorfní pevná látka). Vlastnosti struktury skla v jeho změkčené fázi jsou velmi podobné jeho vlastnostem při spřádání na vlákno., Jedna definice sklo je „anorganické látky ve stavu, který je kontinuální s, a podobné do kapalného skupenství této látky, ale která, v důsledku reverzibilní změně viskozity během chlazení, dosáhl tak vysokého stupně viskozity jako pro všechny praktické účely tuhé.“
technika ohřevu a tažení skla do jemných vláken existuje již tisíce let; koncept použití těchto vláken pro textilní aplikace je však novější. První komerční výroba skelných vláken byla v roce 1936., V roce 1938 se společnost Owens-Illinois Glass Company a Corning Glass Works připojily k založení společnosti Owens-Corning Fiberglas Corporation. Do této doby byly všechny sklolamináty vyrobeny jako základní. Když se obě společnosti spojily, aby vyráběly a propagovaly skleněná vlákna, zavedly kontinuální vlákna ze skleněných vláken. Owens-Corning je dnes stále hlavním výrobcem skelných vláken na trhu.
chemie
základem textilních skleněných vláken je oxid křemičitý, SiO2. Ve své čisté formě existuje jako polymer (SiO2)n. nemá skutečnou teplotu tání, ale změkčuje až na 2000°C, kde se začíná zhoršovat. , Při 1713°C se většina molekul může volně pohybovat. Pokud se sklo rychle ochladí, nebudou moci vytvořit uspořádanou strukturu. V polymeru tvoří skupiny SiO4, které jsou konfigurovány jako čtyřstěn s atomem křemíku ve středu a čtyři atomy kyslíku v rozích. Tyto atomy pak tvoří síť spojenou v rozích sdílením atomů kyslíku.
sklovité a krystalické stavy oxidu křemičitého (sklo a křemen) mají podobné energetické hladiny na molekulární bázi, což také znamená, že sklovitá forma je extrémně stabilní., Aby bylo možné vyvolat krystalizaci, musí být po dlouhou dobu zahříván na teploty nad 1200°C.
i když čistý oxid křemičitý je dokonale životaschopnou skla a skleněných vláken, musí být zpracován na velmi vysoké teploty, což je nevýhoda, pokud jeho specifické chemické vlastnosti jsou potřeba. Je obvyklé zavádět nečistoty do skla ve formě jiných materiálů, aby se snížila jeho pracovní teplota., Tyto materiály také dodávají sklu různé další vlastnosti, které mohou být prospěšné v různých aplikacích. Prvním typem skla používaného pro vlákninu bylo sodovo-vápenné sklo nebo sklo. Nebyl příliš odolný vůči alkáliím. Byl vytvořen nový typ, E-sklo, které je bez alkálií (< 2%) a je hlinito-borosilikátové sklo . Jednalo se o první skleněnou formulaci používanou pro kontinuální tvorbu vláken. E-glass stále tvoří většinu produkce skelných vláken na světě. Jeho jednotlivé složky se mohou mírně lišit v procentech, ale musí spadat do určitého rozsahu., Písmeno E se používá, protože bylo původně pro elektrické aplikace. S-glass je vysoce pevná formulace pro použití, když pevnost v tahu je nejdůležitější vlastností. C-glass byl vyvinut tak, aby odolával útokům chemikálií, většinou kyselin, které ničí E-sklo. T-glass je severoamerická varianta C-glass. A-glass je průmyslový termín pro střepinové sklo, často lahve, vyrobené na vlákninu. AR-sklo je sklo odolné vůči alkáliím. Většina skleněných vláken mají omezenou rozpustnost ve vodě, ale je velmi závislá na pH. Chloridových iontů bude také útočit a rozpustit E-skleněných povrchů., Nedávným trendem v průmyslu je snížení nebo odstranění obsahu boru ve skleněných vláknech.
Vzhledem k tomu, E-sklo není opravdu tát, ale změkčit, měknutí je definována jako „teplota, při níž 0.55 – 0.77 mm průměr vlákna 9.25 palců dlouhý, prodlužuje se pod jeho vlastní váhou na 1 mm/min až zavěšené svisle a zahřívá rychlostí 5°C za minutu“. Bod deformace je dosažen, když má sklo viskozitu 1014,5 poise., Žíhací bod, což je teplota, kde se vnitřní napětí sníží na přijatelnou obchodní hranici za 15 minut, je označen viskozitou 1013 poise.
vlastnosti
skleněná vlákna jsou užitečná díky vysokému poměru plochy k hmotnosti. Zvýšený povrch je však mnohem náchylnější k chemickému útoku.
zachycením vzduchu v nich vytvářejí bloky skleněných vláken dobrou tepelnou izolaci s tepelnou vodivostí 0,04 W / mK.,
skleněné síly jsou obvykle testovány a hlášeny pro“ Panenská “ vlákna, která byla právě vyrobena. Nejčerstvější, nejtenčí vlákna jsou nejsilnější a předpokládá se, že jsou způsobena skutečností, že pro tenčí vlákna je snazší ohýbat se. Čím více je povrch poškrábaný, tím menší je výsledná houževnatost. Protože sklo má amorfní strukturu, jeho vlastnosti jsou stejné podél vlákna a přes vlákno. Vlhkost je důležitým faktorem pevnosti v tahu. Vlhkost se snadno adsorbuje a může zhoršit mikroskopické trhliny a povrchové vady a snížit houževnatost.,
Na rozdíl od uhlíkových vláken může sklo projít větším prodloužením, než se zlomí.
viskozita roztaveného skla je velmi důležitá pro výrobní úspěch. Během kreslení (tahání skla za účelem snížení obvodu vlákna) by měla být viskozita relativně nízká. Pokud je příliš vysoká, vlákno se během kreslení zlomí, ale pokud je příliš nízké, sklo vytvoří spíše kapičky než vytažení do vlákna.
výrobní procesy
existují dva hlavní typy výroby skleněných vláken a dva hlavní typy výrobků ze skleněných vláken., Za prvé, vlákno je vyrobeno buď z přímého tavného procesu, nebo z procesu tavení mramoru. Oba začínají surovinami v pevné formě. Materiály jsou smíchány a roztaveny v peci. Pak, za mramorová proces, roztavený materiál je ostříhaný a válcované do kuliček, které se ochladí a balí. Kuličky jsou převezeny do zařízení na výrobu vláken, kde jsou vloženy do plechovky a přetaveny. Roztavené sklo je vytlačováno do pouzdra, které má být vytvořeno na vlákno. V procesu přímého tavení roztavené sklo v peci jde přímo do pouzdra pro tvorbu.,
deska pouzdra je nejdůležitější součástí stroje. Jedná se o malou kovovou pec obsahující trysky pro vlákno, které má být vytvořeno. Je téměř vždy vyroben z platiny legované rhodiem pro trvanlivost. Platina se používá, protože tavenina skla má přirozenou afinitu k navlhčení. Při prvním použití pouzder byly 100% platina a sklo navlhčilo pouzdro tak snadno, že běželo pod deskou po opuštění trysky a nahromadilo se na spodní straně. Také kvůli jeho ceně a tendenci k opotřebení byla platina legována rhodiem., V procesu přímého tavení slouží pouzdro jako kolektor roztaveného skla. Mírně se zahřívá, aby se sklo udrželo při správné teplotě pro tvorbu vláken. V procesu taveniny mramoru se pouzdro chová spíše jako pec, protože roztaví více materiálu.
pouzdra jsou to, co činí kapitálové investice do výroby skleněných vláken drahé. Konstrukce trysky je také kritická. Počet trysek se pohybuje od 200 do 4000 v násobcích 200. Důležitou součástí trysky při výrobě kontinuálního vlákna je tloušťka jeho stěn ve výstupní oblasti., Bylo zjištěno, že vložení protiboru zde snížilo smáčení. Dnes jsou trysky navrženy tak, aby měly minimální tloušťku na výstupu. Důvodem je to, že když sklo protéká tryskou, tvoří kapku, která je zavěšena od konce. Při pádu zanechává nit připevněnou meniskem k trysce, pokud je viskozita ve správném rozsahu pro tvorbu vláken. Čím menší je prstencový kroužek trysky nebo tenčí stěna na výstupu, tím rychleji se kapka vytvoří a spadne a čím nižší je její tendence navlhčit svislou část trysky., Povrchové napětí skla ovlivňuje tvorbu menisku. U E-skla by měla být kolem 400 mN na m.
rychlost útlumu (kreslení) je důležitá v konstrukci trysky. I když zpomalení této rychlosti může způsobit hrubší vlákno, je neekonomické běžet rychlostí, pro kterou nebyly trysky navrženy.
v procesu kontinuálního vlákna se po vytažení vlákna použije velikost. Tato velikost pomáhá chránit vlákno, protože je navinuto na cívku. Konkrétní použitá velikost se týká konečného použití., Zatímco některé velikosti jsou zpracovatelské pomůcky, jiné způsobují, že vlákno má afinitu k určité pryskyřici, pokud má být vlákno použito v kompozitu. Velikost se obvykle přidává na 0,5-2,0% hmotnostních. Vinutí pak probíhá kolem 1000 m za minutu.
při výrobě střižových vláken existuje řada způsobů výroby vlákna. Sklo může být po opuštění formovacího stroje vyfukováno nebo odpáleno teplem nebo párou. Obvykle jsou tato vlákna vyrobena do nějaké rohože. Nejběžnějším použitým procesem je rotační proces., Zde sklo vstupuje do rotujícího rozmetače a díky odstředivé síle je vyhozeno vodorovně. Vzduchové trysky ji tlačí dolů svisle a aplikuje se pojivo. Poté je rohož vysávána na obrazovku a pojivo je vytvrzeno v troubě.
koncové použití pro běžné vláknité sklo jsou rohože, izolace, výztuž, žáruvzdorné tkaniny, Odolné proti korozi tkaniny a tkaniny s vysokou pevností.