2007 skoler Selectionikipedia valg. Relaterede emner: Engineering
Bundt af glasfiber
Glasfiber eller glasfiber materiale er lavet af ekstremt fine fibre af glas. Det bruges som et forstærkende middel til mange polymerprodukter; det resulterende kompositmateriale, korrekt kendt som fiberforstærket polymer (FRP) eller glasforstærket plast (GRP), kaldes “glasfiber” i populær brug.,
glasproducenter gennem historien har eksperimenteret med glasfibre, men masseproduktion af glasfiber blev kun muliggjort med fremkomsten af finere maskinværktøj. I 1893 udstillede Ed .ard Drummond Libbey en kjole på verdens columbianske udstilling med glasfibre med diameter og tekstur af silkefibre. Det, der almindeligvis kaldes” glasfiber ” i dag, blev imidlertid opfundet i 1938 af Russell Games Slayter fra O .ens-Corning som et materiale, der skal bruges som isolering. Det markedsføres under handelsnavnet Fiberglas (sic), som er blevet et generisk varemærke.,
dannelse
glasfiber dannes, når tynde tråde af silicabaseret eller andet formuleringsglas ekstruderes til mange fibre med små diametre, der er egnede til tekstilforarbejdning. Glas er i modsætning til andre polymerer i, at selv som en fiber, det har lidt krystallinsk struktur (se amorf fast stof). Egenskaberne af strukturen af glas i sin blødgjort fase er meget ligesom dens egenskaber, når spundet til fiber., En definition af glas er “et uorganisk stof i en tilstand, som er vedvarende med, og som svarer til flydende tilstand af stoffet, men som et resultat af en reversible ændringer i viskositet under afkøling, har opnået så høj en grad af viskositet, som skal være for alle praktiske formål stive.”
teknikken til opvarmning og tegning af glas i fine fibre har været kendt for at eksistere i tusinder af år; konceptet med at bruge disse fibre til tekstilapplikationer er imidlertid nyere. Den første kommercielle produktion af glasfiber var i 1936., I 1938 sluttede O .ens-Illinois Glass Company og Corning Glass Worksorks sig til at danne o .ens-Corning Fiberglas Corporation. Indtil dette tidspunkt var alt glasfiber fremstillet som hæfteklammer. Da de to virksomheder gik sammen om at producere og fremme glasfiber, introducerede de kontinuerlige filamentglasfibre. O .ens-Corning er stadig den største glasfiberproducent på markedet i dag.
Kemi
grundlaget for glasfibre af tekstilkvalitet er silica, SiO2. I sin rene form eksisterer den som en polymer, (SiO2)n. den har intet sandt smeltepunkt, men blødgør op til 2000.C, hvor det begynder at nedbrydes., Ved 1713.C kan de fleste molekyler bevæge sig frit. Hvis glasset derefter afkøles hurtigt, vil de ikke være i stand til at danne en ordnet struktur. I polymeren danner det SiO4-grupper, der er konfigureret som en tetrahedron med siliciumatomet i midten og fire o .ygenatomer i hjørnerne. Disse atomer danner derefter et netværk bundet i hjørnerne ved at dele iltatomerne.
de glasagtige og krystallinske tilstande af silica (glas og kvarts) har lignende energiniveauer på molekylær basis, hvilket også indebærer, at den glasagtige form er ekstremt stabil., For at inducere krystallisation skal den opvarmes til temperaturer over 1200.C i lange perioder.
Selv om ren kvarts er en perfekt levedygtige glas og glas fiber, det skal der arbejdes med ved meget høje temperaturer, som er en ulempe, medmindre dens særlige kemiske egenskaber, der er nødvendige. Det er sædvanligt at indføre urenheder i glasset i form af andre materialer for at sænke arbejdstemperaturen., Disse materialer giver også forskellige andre egenskaber til glasset, som kan være gavnlige i forskellige anvendelser. Den første type glas, der blev brugt til fibre, var sodakalk eller et glas. Det var ikke meget modstandsdygtigt over for alkali. Der blev dannet en ny type E-glas, der er alkalifrit (< 2%) og er et alumino-borosilikatglas . Dette var den første glasformulering, der blev brugt til kontinuerlig filamentdannelse. E-glas udgør stadig det meste af glasfiberproduktionen i verden. Dens særlige komponenter kan afvige lidt i procent, men skal falde inden for et bestemt interval., Bogstavet E bruges, fordi det oprindeligt var til elektriske applikationer. S-glas er en højstyrkeformulering til brug, når trækstyrke er den vigtigste egenskab. C-glas blev udviklet til at modstå angreb fra kemikalier, for det meste syrer, der ødelægger E-glas. T-glas er en nordamerikansk variant af C-glas. A-glas er en industribetegnelse for glasskår, ofte flasker, lavet til fiber. AR-glas er alkali resistent glas. De fleste glasfibre har begrænset opløselighed i vand, men det er meget afhængig af pH. chloridion vil også angribe og opløse e-glasoverflader., En nylig tendens i branchen er at reducere eller eliminere borindholdet i glasfibrene.
da E-glas ikke rigtig smelter, men blødgør, defineres blødgøringspunktet som “den temperatur, ved hvilken en 0,55 – 0,77 mm diameter fiber 9,25 tommer lang, forlænges under sin egen vægt ved 1 mm / min, når den suspenderes lodret og opvarmes med en hastighed på 5.C pr. Belastningspunktet nås, når glasset har en viskositet på 1014,5 poise., Glødepunktet, som er temperaturen, hvor de indre spændinger reduceres til en acceptabel kommerciel grænse på 15 minutter, er præget af en viskositet på 1013 poise.
egenskaber
glasfibre er nyttige på grund af deres høje forhold mellem overfladeareal og vægt. Den øgede overflade gør dem imidlertid meget mere modtagelige for kemisk angreb.
Ved at fange luft i dem, blokke af glasfiber gøre god varmeisolering, med en varmeledningsevne på 0,04 W / mK.,
glasstyrker testes normalt og rapporteres for “jomfruelige” fibre, der netop er fremstillet. De friskeste, tyndeste fibre er de stærkeste, og det menes at skyldes det faktum, at det er lettere for tyndere fibre at bøje. Jo mere overfladen er ridset, desto mindre er den resulterende fasthed. Da glas har en amorf struktur, er dets egenskaber de samme langs fiberen og på tværs af fiberen. Fugtighed er en vigtig faktor i trækstyrken. Fugt adsorberes let og kan forværre mikroskopiske revner og overfladefejl og mindske vedholdenhed.,
i modsætning til kulfiber kan glas gennemgå mere forlængelse, før det går i stykker.
viskositeten af det smeltede glas er meget vigtigt for fremstillingssucces. Under tegning (trækning af glasset for at reducere fiberomkredsen) skal viskositeten være relativt lav. Hvis det er for højt, vil fiberen bryde under tegningen, men hvis det er for lavt, vil glasset danne dråber i stedet for at trække ud i fiber.
fremstillingsprocesser
Der er to hovedtyper af glasfiberfremstilling og to hovedtyper af glasfiberprodukt., For det første fremstilles fiber enten fra en direkte smelteproces eller en marmor remelt proces. Begge starter med råmaterialerne i fast form. Materialerne blandes sammen og smeltes i en ovn. Derefter, for marmor proces, det smeltede materiale skæres og rulles ind marmor, som er afkølet og pakket. Kuglerne føres til fiberfremstillingsanlægget, hvor de indsættes i en dåse og omsmeltes. Det smeltede glas ekstruderes til bøsningen, der skal formes til fiber. I den direkte smelteproces går det smeltede glas i ovnen lige til bøsningen til dannelse.,
bøsningspladen er den vigtigste del af maskinen. Dette er en lille metalovn, der indeholder dyser til fiberen, der skal formes igennem. Det er næsten altid lavet af platin legeret med rhodium for holdbarhed. Platin bruges, fordi glasssmeltningen har en naturlig affinitet til befugtning. Når bøsninger først blev brugt, var de 100% platin, og glasset befugtede bøsningen så let, at den løb under pladen efter at have forladt dysen og akkumuleret på undersiden. På grund af dets omkostninger og tendensen til at bære blev PLATINET legeret med rhodium., I den direkte smelteproces tjener bøsningen som en samler til det smeltede glas. Det opvarmes let for at holde glasset på den korrekte temperatur til fiberdannelse. I marmorsmelteprocessen fungerer bøsningen mere som en ovn, da den smelter mere af materialet.
bøsningerne er det, der gør kapitalinvesteringen i fiberglasproduktion dyre. Dysedesignet er også kritisk. Antallet af dyser varierer fra 200 til 4000 i multipla af 200. Den vigtige del af dysen i kontinuerlig filamentfremstilling er tykkelsen af dens vægge i udgangsområdet., Det blev konstateret, at indsættelse af en counterbore her reduceret befugtning. I dag er dyserne designet til at have en minimumstykkelse ved udgangen. Årsagen til dette er, at når glas strømmer gennem dysen, danner det en dråbe, der er ophængt fra enden. Når den falder, efterlader den en tråd, der er fastgjort af menisken til dysen, så længe viskositeten er i det korrekte område til fiberdannelse. Jo mindre den ringformede ring af dysen eller jo tyndere væggen ved udgangen, jo hurtigere dråben dannes og falder væk, og jo lavere er dens tendens til at vådte den lodrette del af dysen., Glasets overfladespænding er det, der påvirker dannelsen af menisken. For E-glas skal det være omkring 400 mN pr. m.
dæmpningshastigheden (tegningshastigheden) er vigtig i dysens design. Selvom det at sænke denne hastighed kan gøre grovere fibre, er det uøkonomisk at køre med hastigheder, som dyserne ikke var designet til.
i den kontinuerlige filamentproces påføres en størrelse, efter at fibrene er trukket. Denne størrelse hjælper med at beskytte fiberen, da den er viklet på en spole. Den særlige størrelse, der anvendes, vedrører slutanvendelsen., Mens nogle størrelser er hjælpemidler, andre gør fiberen har en affinitet for en bestemt harpiks, hvis fiberen skal anvendes i en komposit. Størrelse tilsættes normalt ved 0,5-2,0 vægt%. Windinginding finder derefter sted omkring 1000 m pr.
Ved fremstilling af korte fibre er der en række måder at fremstille fiberen på. Glasset kan blæses eller blæses med varme eller damp efter at have forladt formationsmaskinen. Normalt er disse fibre lavet til en slags mat. Den mest almindelige proces, der anvendes, er den roterende proces., Her kommer glasset ind i en roterende spinner, og på grund af centrifugalkraften smides ud vandret. Luftstrålerne skubber den lodret ned, og bindemidlet påføres. Derefter støvsuges måtten til en skærm, og bindemidlet hærdes i ovnen.
slutanvendelser til almindeligt fiberglas er måtter, isolering, forstærkning, varmebestandige stoffer, korrosionsbestandige stoffer og stoffer med høj styrke.