Калі мы бачым вырабы, зробленыя зшкловалакно, мы часта заўважаем толькі іх знешні выгляд і выкарыстанне, але рэдка задумваемся: якая ўнутраная структура гэтай тонкай чорнай або белай ніткі? Менавіта гэтыя нябачныя мікраструктуры надаюць шкловалакну яго унікальныя ўласцівасці, такія як высокая трываласць, устойлівасць да высокіх тэмператур і каразійная стойкасць. Сёння мы паглыбімся ва «ўнутраны свет» шкловалакна, каб раскрыць сакрэты яго структуры.
Мікраскапічны падмурак: «Неўпарадкаваны парадак» на атамным узроўні
З атамнага пункту гледжання, асноўным кампанентам шкловалакна з'яўляецца дыяксід крэмнію (звычайна 50%-70% па вазе), а для рэгулявання яго ўласцівасцей дадаюцца іншыя элементы, такія як аксід кальцыю, аксід магнію і аксід алюмінію. Размяшчэнне гэтых атамаў вызначае асноўныя характарыстыкі шкловалакна.
У адрозненне ад «далёкага парадку» атамаў у крышталічных матэрыялах (напрыклад, металах або крышталях кварца), размяшчэнне атамаў у шкловалакне мае«Кароткі парадак, доўгатэрміновы беспарадак».Проста кажучы, у лакальнай вобласці (у межах некалькіх атамаў) кожны атам крэмнію звязваецца з чатырма атамамі кіслароду, утвараючы пірамідальную структуру.«крэмніевы тэтраэдр»структура. Гэта лакальнае размяшчэнне ўпарадкавана. Аднак у большым маштабе гэтыя крэмнезёмныя тэтраэдры не ўтвараюць рэгулярную паўтаральную рашотку, як у крышталі. Замест гэтага яны выпадковым чынам злучаны і складзены ў неўпарадкаваным выглядзе, падобна кучы будаўнічых блокаў, выпадкова сабраных, утвараючы аморфную шкляную структуру.
Гэтая аморфная структура з'яўляецца адным з ключавых адрозненняў паміжшкловалакноі звычайнае шкло. Падчас астуджэння звычайнага шкла атамы маюць дастаткова часу, каб утварыць дробныя, лакальна ўпарадкаваныя крышталі, што прыводзіць да большай далікатнасці. Наадварот, шкловалакно вырабляецца шляхам хуткага расцяжэння і астуджэння расплаўленага шкла. Атамы не паспяваюць размясціцца ў парадку і «замарожваюцца» ў гэтым неўпарадкаваным аморфным стане. Гэта памяншае дэфекты на межах крышталяў, дазваляючы валакну захоўваць уласцівасці шкла, адначасова набываючы лепшую трываласць і трываласць на расцяжэнне.
Структура монафіламентаў: аднастайная сутнасць ад «скуры» да «асяродка»
Шкловалакно, якое мы бачым, насамрэч складаецца з многіхмонафіламентыале кожная монанітка з'яўляецца самастойнай структурнай адзінкай. Монанітка звычайна мае дыяметр 5-20 мікраметраў (прыкладна ад 1/5 да 1/2 дыяметра чалавечага валасянога покрыва). Яе структура аднастайная«цвёрдая цыліндрычная форма»без відавочнага слаення. Аднак з пункту гледжання мікраскапічнага размеркавання складу існуюць тонкія адрозненні паміж «скурай і ядром».
Падчас працэсу выцягвання, калі расплаўленае шкло выціскаецца з невялікіх адтулін фільеры, паверхня хутка астывае пры кантакце з паветрам, утвараючы вельмі тонкі пласт.«скура»пласт (таўшчынёй каля 0,1-0,5 мікраметра). Гэты пласт скуры астывае значна хутчэй, чым унутраны«ядро».У выніку ўтрыманне дыяксіду крэмнію ў скін-пласце крыху вышэйшае, чым у асяродку, а размяшчэнне атамаў больш шчыльнае з меншай колькасцю дэфектаў. Гэта нязначнае адрозненне ў складзе і структуры робіць паверхню монаніткі больш цвёрдай і каразійнай устойлівасцю, чым асяродак. Гэта таксама памяншае верагоднасць паверхневых расколін — разбурэнне матэрыялу часта пачынаецца з паверхневых дэфектаў, і гэтая шчыльная абалонка дзейнічае як ахоўная «абалонка» для монаніткі.
Акрамя нязначнай розніцы паміж скурай і асяродкам, высокая якасцьшкловалакноМананітка таксама мае высокую кругавую сіметрыю ў папярочным сячэнні, з памылкай дыяметра, якая звычайна кантралюецца ў межах 1 мікраметра. Гэтая аднастайная геаметрычная структура гарантуе, што пры нагрузцы на монанітку напружанне раўнамерна размеркавана па ўсім папярочным сячэнні, прадухіляючы канцэнтрацыю напружанняў, выкліканую лакальнымі няроўнасцямі таўшчыні, і тым самым паляпшаючы агульную трываласць на расцяжэнне.
Калектыўная структура: упарадкаванае спалучэнне «пражы» і «тканіны»
Хоць монаніткі трывалыя, іх дыяметр занадта малы, каб выкарыстоўваць іх асобна. Таму шкловалакно звычайна існуе ў выглядзе«калектыўны»,часцей за ўсё як«пража са шкловалакна»і«тканіна са шкловалакна».Іх структура з'яўляецца вынікам упарадкаванага спалучэння монафіламентаў.
Шкловалакновая пража — гэта набор з дзясяткаў і тысяч монанітак, сабраных альбо«скручванне»ці быць«раскручаны».Некручаная пража — гэта друзлы набор паралельных монанітак з простай структурай, які ў асноўным выкарыстоўваецца для вырабу шкловалакна, сечаных валокнаў і г.д. Кручаная пража, з іншага боку, утвараецца шляхам скручвання монанітак разам, ствараючы спіральную структуру, падобную да баваўнянай ніткі. Гэтая структура павялічвае сілу злучэння паміж монаніткамі, прадухіляючы расплятанне пражы пад напружаннем, што робіць яе прыдатнай для ткацтва, намотвання і іншых тэхнік апрацоўкі.«лічыць»пражы (індэкс, які паказвае колькасць монанітак, напрыклад, пража 1200 тэкс складаецца з 1200 монанітак) і«паварот»(колькасць скруткаў на адзінку даўжыні) непасрэдна вызначаюць трываласць, гнуткасць і наступную апрацоўку пражы.
Шклотканіна — гэта лістападобная структура, вырабленая з шкловалакнянай пражы шляхам ткацтва. Тры асноўныя перапляценні: гладкае, саржавае і атласнае.ПляценнеТканіна ўтвараецца шляхам чаргавання перапляцення асноў і ўткавых нітак, што прыводзіць да шчыльнай структуры з нізкай пранікальнасцю, але аднастайнай трываласцю, што робіць яе прыдатнай у якасці асноўнага матэрыялу для кампазітных матэрыялаў.саржавае перапляценнетканіна, аснова і ўток пераплятаюцца ў суадносінах 2:1 або 3:1, ствараючы дыяганальны ўзор на паверхні. Яно больш гнуткае, чым палатнянае перапляценне, і часта выкарыстоўваецца для вырабаў, якія патрабуюць згінання або фармавання.Атласнае перапляценнемае менш кропак перапляцення, прычым асноўныя або ўтокавыя ніткі ўтвараюць бесперапынныя плаваючыя лініі на паверхні. Гэта перапляценне мяккае навобмацак і мае гладкую паверхню, што робіць яго прыдатным для дэкаратыўных або нізкатрэнных кампанентаў.
Незалежна ад таго, ці гэта пража, ці тканіна, асновай калектыўнай структуры з'яўляецца дасягненне павышэння прадукцыйнасці«1+1>2»дзякуючы ўпарадкаванаму спалучэнню монанітак. Монаніткі забяспечваюць асноўную трываласць, а калектыўная структура надае матэрыялу розныя формы, гнуткасць і магчымасць апрацоўкі для задавальнення розных патрэб, ад цеплаізаляцыі да структурнага ўзмацнення.
Час публікацыі: 16 верасня 2025 г.
