2007 scholen Wikipedia selectie. Gerelateerde onderwerpen: Engineering
bundel fiberglas
glasvezel of glasvezel is materiaal gemaakt van extreem fijne glasvezels. Het wordt gebruikt als een versterkend middel voor veel polymeerproducten; het resulterende composietmateriaal, goed bekend als fibre-reinforced polymer (FRP) of glas-reinforced plastic (GRP), wordt “fiberglas” genoemd in populair gebruik.,glasblazers hebben in de loop van de geschiedenis geëxperimenteerd met glasvezels, maar massaproductie van glasvezel werd alleen mogelijk gemaakt met de komst van fijnere gereedschapswerktuigen. In 1893, Edward Drummond Libbey exposeerde een jurk op de world ‘ s Columbian Exposition waarin glasvezels met de diameter en textuur van zijde vezels. Wat vandaag de dag algemeen bekend staat als “glasvezel” werd echter uitgevonden in 1938 door Russell Games Slayter van Owens-Corning als een materiaal om te worden gebruikt als isolatie. Het wordt op de markt gebracht onder de handelsnaam Fiberglas (sic), die is uitgegroeid tot een genericized handelsmerk.,
vorming
glasvezel wordt gevormd wanneer dunne strengen op siliciumbasis of ander formuleringsglas worden geëxtrudeerd tot vele vezels met kleine diameters die geschikt zijn voor textielverwerking. Glas is anders dan andere polymeren omdat het, zelfs als vezel, weinig kristallijne structuur heeft (zie amorfe vaste stof). De eigenschappen van de structuur van glas in zijn verzacht Stadium zijn zeer vergelijkbaar met de eigenschappen wanneer gesponnen tot vezel., Een definitie van glas is “een anorganische stof in een toestand die continu is met, en analoog aan de vloeibare toestand van die stof, maar die, als gevolg van een omkeerbare verandering in viscositeit tijdens het koelen, een zo hoge graad van viscositeit heeft bereikt dat Voor alle praktische doeleinden stijf is.”
de techniek van het verwarmen en tekenen van glas tot fijne vezels is al duizenden jaren bekend; het concept van het gebruik van deze vezels voor textieltoepassingen is echter recenter. De eerste commerciële productie van glasvezel was in 1936., In 1938 sloten Owens-Illinois Glass Company en Corning Glass Works zich aan bij de Owens-Corning Fiberglas Corporation. Tot die tijd was alle glasvezel vervaardigd als nietje. Toen de twee bedrijven samen kwamen om glasvezel te produceren en te promoten, introduceerden ze continu filamentglasvezels. Owens-Corning is nog steeds de belangrijkste glasvezel producent op de markt vandaag.
Chemie
de basis van glasvezels van textielkwaliteit is silica, SiO2. In zijn zuivere vorm bestaat het als een polymeer, (SiO2)n. het heeft geen echt smeltpunt, maar verzacht tot 2000°C, waar het begint te degraderen., Bij 1713°C kunnen de meeste moleculen vrij bewegen. Als het glas dan snel wordt gekoeld, zullen ze niet in staat zijn om een geordende structuur te vormen. In het polymeer vormt het SiO4-groepen die zijn geconfigureerd als een tetraëder met het siliciumatoom in het Midden en vier zuurstofatomen in de hoeken. Deze atomen vormen dan een netwerk verbonden aan de hoeken door het delen van de zuurstofatomen.
de glasachtige en kristallijne toestand van silica (glas en kwarts) hebben op moleculaire basis vergelijkbare energieniveaus, wat ook impliceert dat de glazige vorm extreem stabiel is., Om kristallisatie te induceren, moet het gedurende lange tijd worden verwarmd tot temperaturen boven 1200°c.
hoewel zuiver siliciumdioxide een perfect levensvatbaar glas en glasvezel is, moet het bij zeer hoge temperaturen worden bewerkt, wat een nadeel is, tenzij de specifieke chemische eigenschappen nodig zijn. Het is gebruikelijk om onzuiverheden in het glas in de vorm van andere materialen te introduceren, om de werktemperatuur te verlagen., Deze materialen geven ook verschillende andere eigenschappen aan het glas die nuttig kunnen zijn in verschillende toepassingen. Het eerste type glas dat Voor vezels werd gebruikt, was natronkalkglas of een glas. Het was niet erg resistent tegen alkali. Er werd een nieuw type E-glas gevormd dat alkalivrij is (< 2%) en een alumino-borosilicaatglas is . Dit was de eerste glasformulering die werd gebruikt voor continue filamentvorming. E-glass maakt nog steeds het grootste deel van de glasvezelproductie ter wereld uit. De specifieke componenten kunnen enigszins verschillen in percentage, maar moeten binnen een bepaald bereik vallen., De letter E wordt gebruikt omdat het oorspronkelijk voor elektrische toepassingen was. S-glas is een hoge sterkte formulering voor gebruik wanneer treksterkte is de belangrijkste eigenschap. C-glas werd ontwikkeld om aanvallen te weerstaan van chemicaliën, meestal zuren die E-glas vernietigen. T-glas is een Noord-Amerikaanse variant van C-glas. A-glas is een industrie term voor glasscherven, vaak flessen, gemaakt tot vezels. AR-glas is alkalibestendig glas. De meeste glasvezels hebben beperkte Oplosbaarheid in water, maar het is zeer afhankelijk van pH. Chloride ion zal ook aanvallen en oplossen e-glasoppervlakken., Een recente trend in de industrie is om het boorgehalte in de glasvezels te verminderen of te elimineren.aangezien E-glas niet echt smelt, maar verzacht, wordt het verwekingspunt gedefinieerd als:”de temperatuur waarbij een vezel met een diameter van 0,55 – 0,77 mm, 9,25 inch lang, onder zijn eigen gewicht bij 1 mm/min, verticaal opgehangen en verwarmd met een snelheid van 5°C per minuut”. Het rekpunt wordt bereikt wanneer het glas een viscositeit heeft van 1014.5 poise., Het gloeipunt, dat de temperatuur is waar de inwendige spanningen binnen 15 minuten tot een aanvaardbare commerciële grens worden teruggebracht, wordt gekenmerkt door een viscositeit van 1013 poise.
eigenschappen
glasvezels zijn nuttig vanwege hun hoge verhouding tussen oppervlakte en gewicht. Het verhoogde oppervlak maakt ze echter veel vatbaarder voor chemische aanvallen.
door er lucht in te vangen, zorgen blokken glasvezel voor een goede thermische isolatie, met een warmtegeleidingsvermogen van 0,04 W/mK.,
Glassterkten worden gewoonlijk getest en gerapporteerd voor “virgin” vezels die net zijn vervaardigd. De meest verse, dunste vezels zijn de sterkste en dit wordt gedacht te wijten aan het feit dat het gemakkelijker is voor dunnere vezels te buigen. Hoe meer het oppervlak wordt bekrast, hoe minder de resulterende vastheid is. Omdat glas een amorfe structuur heeft, zijn de eigenschappen langs de vezel en over de vezel hetzelfde. Vochtigheid is een belangrijke factor in de treksterkte. Vocht wordt gemakkelijk geadsorbeerd en kan microscopische scheuren en oppervlaktefouten verergeren en taaiheid verminderen.,
in tegenstelling tot koolstofvezel kan glas meer rek ondergaan voordat het breekt.
de viscositeit van het gesmolten glas is zeer belangrijk voor het succes van de productie. Tijdens het trekken (trekken van het glas om vezelomtrek te verminderen) moet de viscositeit relatief laag zijn. Als het te hoog is zal de vezel breken tijdens het tekenen, maar als het te laag is zal het glas druppels vormen in plaats van het tekenen in vezel.
fabricageprocessen
Er zijn twee hoofdtypen glasvezelfabricage en twee hoofdtypen glasvezelproducten., In de eerste plaats wordt vezels gemaakt van een direct smeltproces of een marmerhersmeltproces. Beide beginnen met de grondstoffen in vaste vorm. De materialen worden gemengd en gesmolten in een oven. Vervolgens wordt voor het marmerproces het gesmolten materiaal geschoren en gerold tot knikkers die worden gekoeld en verpakt. De knikkers worden naar de vezelfabriek gebracht, waar ze in een blik worden gestoken en opnieuw worden gesmolten. Het gesmolten glas wordt geëxtrudeerd naar de bus om tot vezel te worden gevormd. In het directe smeltproces gaat het gesmolten glas in de oven rechtstreeks naar de bus voor vorming.,
De busplaat is het belangrijkste onderdeel van de machine. Dit is een kleine metalen oven met sproeiers waar de vezel doorheen moet worden gevormd. Het is bijna altijd gemaakt van platina gelegeerd met rhodium voor duurzaamheid. Platina wordt gebruikt omdat de glasmelt een natuurlijke affiniteit heeft om het te bevochtigen. Toen bussen voor het eerst werden gebruikt waren ze 100% platina en het glas bevochtigde de bus zo gemakkelijk dat het onder de plaat liep na het verlaten van het mondstuk en geaccumuleerd aan de onderkant. Ook, vanwege de kosten en de neiging om te dragen, werd het platina gelegeerd met rhodium., In het directe smeltproces dient de bus als collector voor het gesmolten glas. Het wordt licht verwarmd om het glas op de juiste temperatuur voor vezelvorming te houden. In het marmersmeltproces werkt de bus meer als een oven omdat het meer van het materiaal smelt.
de bussen maken de kapitaalinvestering in de productie van glasvezel duur. Het ontwerp van de spuitmond is ook van cruciaal belang. Het aantal sproeiers varieert van 200 tot 4000 in veelvouden van 200. Het belangrijkste deel van het mondstuk in continu gloeidraad productie is de dikte van de wanden in de uitgang regio., Men vond dat het plaatsen van een counterbore hier het bevochtigen verminderde. Tegenwoordig zijn de sproeiers ontworpen om een minimale dikte bij de uitgang te hebben. De reden hiervoor is dat als glas door het mondstuk stroomt het een druppel vormt die aan het uiteinde wordt opgehangen. Als het valt, laat het een draad die door de meniscus aan het mondstuk is bevestigd, zolang de viscositeit in het juiste bereik voor vezelvorming ligt. Hoe kleiner de ring van het mondstuk of hoe dunner de wand bij uitgang, hoe sneller de druppel zal vormen en wegvallen, en hoe lager de neiging om het verticale deel van het mondstuk nat te maken., De oppervlaktespanning van het glas is wat de vorming van de meniscus beïnvloedt. Voor E-glas moet deze ongeveer 400 mN per m bedragen.
De dempingssnelheid (treksnelheid) is belangrijk voor het ontwerp van de spuitmond. Hoewel het vertragen van deze snelheid kan grovere vezels maken, is het onrendabel om te draaien bij snelheden waarvoor de sproeiers niet zijn ontworpen.
in het continu gloeidraadproces wordt na het trekken van de vezel een maat aangebracht. Deze grootte helpt de vezel te beschermen als het wordt gewikkeld op een spoel. De specifieke omvang die wordt toegepast, heeft betrekking op het eindgebruik., Terwijl sommige maten zijn verwerkingshulpmiddelen, andere maken de vezel hebben een affiniteit voor een bepaalde hars, als de vezel moet worden gebruikt in een composiet. De grootte wordt gewoonlijk toegevoegd bij 0.5-2.0% door gewicht. De wikkeling vindt vervolgens plaats met een snelheid van ongeveer 1000 m per min.
bij de productie van stapelvezels zijn er een aantal manieren om de vezel te vervaardigen. Het glas kan worden geblazen of gestraald met warmte of stoom na het verlaten van de formatie machine. Meestal worden deze vezels gemaakt tot een soort mat. Het meest gebruikte proces is het roterende proces., Hier komt het glas in een draaiende spinner terecht en wordt door middel van centrifugale kracht horizontaal naar buiten gegooid. De luchtstralen duwt het verticaal naar beneden en binder wordt toegepast. Vervolgens wordt de mat op een scherm gestofzuigd en wordt het bindmiddel in de oven uitgehard.
eindtoepassingen voor gewoon glasvezel zijn matten, isolatie, wapening, hittebestendige weefsels, corrosiebestendige weefsels en weefsels met hoge sterkte.