Kai matome gaminius, pagamintus išstiklo pluošto, mes dažnai pastebime tik jų išvaizdą ir panaudojimą, bet retai susimąstome: kokia yra šio plono juodo arba balto siūlo vidinė struktūra? Būtent šios nematomos mikrostruktūros suteikia stiklo pluoštui unikalių savybių, tokių kaip didelis stiprumas, atsparumas aukštai temperatūrai ir korozijai. Šiandien mes pasinersime į stiklo pluošto „vidinį pasaulį“, kad atskleistume jo struktūros paslaptis.
Mikroskopinis pagrindas: „Netvarkinga tvarka“ atominiame lygmenyje
Atominiu požiūriu, pagrindinis stiklo pluošto komponentas yra silicio dioksidas (paprastai 50–70 % masės), prie kurio pridedama kitų elementų, tokių kaip kalcio oksidas, magnio oksidas ir aliuminio oksidas, siekiant pakoreguoti jo savybes. Šių atomų išsidėstymas lemia pagrindines stiklo pluošto savybes.
Kitaip nei kristalinėse medžiagose (pvz., metaluose ar kvarco kristaluose) esančių atomų „tolimo nuotolio tvarka“, stiklo pluošto atomų išsidėstymas pasižymi„Artimųjų nuotolių tvarka, tolimųjų nuotolių netvarka.“Paprastai tariant, lokalioje srityje (kelių atomų atstumu) kiekvienas silicio atomas jungiasi su keturiais deguonies atomais, sudarydamas piramidės formos struktūrą.„Silicio dioksido tetraedras“struktūra. Šis vietinis išsidėstymas yra tvarkingas. Tačiau didesniu mastu šie silicio tetraedrai nesudaro taisyklingos pasikartojančios gardelės kaip kristale. Vietoj to, jie yra atsitiktinai sujungti ir sukrauti netvarkingai, panašiai kaip chaotiškai surinktų statybinių blokelių krūva, sudaranti amorfinę stiklo struktūrą.
Ši amorfinė struktūra yra vienas iš pagrindinių skirtumų tarpstiklo pluoštoir paprastas stiklas. Paprasto stiklo aušinimo metu atomai turi pakankamai laiko suformuoti mažus, lokaliai tvarkingus kristalus, o tai lemia didesnį trapumą. Priešingai, stiklo pluoštas gaminamas greitai tempiant ir aušinant išlydytą stiklą. Atomai neturi laiko tvarkingai išsidėstyti ir yra „užšalę“ šioje netvarkingoje, amorfinėje būsenoje. Tai sumažina defektus kristalų ribose, todėl pluoštas išlaiko stiklo savybes, kartu įgydamas didesnį tvirtumą ir tempiamąjį stiprumą.
Monofilamentinė struktūra: vientisas darinys nuo „apvalkalo“ iki „šerdies“
Stiklo pluoštas, kurį matome, iš tikrųjų sudarytas iš daugeliomonofilamentai, tačiau kiekvienas monofilamentas yra pilnas struktūrinis vienetas. Monofilamento skersmuo paprastai yra 5–20 mikrometrų (maždaug 1/5–1/2 žmogaus plauko skersmens). Jo struktūra yra vienoda.„Tvirta cilindro formos“be akivaizdaus sluoksniavimo. Tačiau mikroskopinio sudėties pasiskirstymo požiūriu yra subtilių „odos ir šerdies“ skirtumų.
Piešimo proceso metu, kai iš mažų verpimo galvutės skylučių išspaudžiamas išlydytas stiklas, paviršius, kontaktuodamas su oru, greitai atvėsta ir sudaro labai ploną„oda“sluoksnis (apie 0,1–0,5 mikrometro storio). Šis odos sluoksnis vėsta daug greičiau nei vidinis„šerdis“.Dėl to silicio dioksido kiekis išoriniame sluoksnyje yra šiek tiek didesnis nei šerdyje, o atomų išsidėstymas yra tankesnis ir turi mažiau defektų. Dėl šio nedidelio sudėties ir struktūros skirtumo monofilamento paviršius yra kietesnis ir atsparesnis korozijai nei šerdis. Tai taip pat sumažina paviršiaus įtrūkimų tikimybę – medžiagos gedimas dažnai prasideda nuo paviršiaus defektų, o ši tanki oda veikia kaip apsauginis monofilamento „apvalkalas“.
Be subtilaus odos ir šerdies skirtumo, aukštos kokybėsstiklo pluoštoMonofilamentas taip pat pasižymi labai apskrita skerspjūvio simetrija, o skersmens paklaida paprastai kontroliuojama iki 1 mikrometro. Ši vienoda geometrinė struktūra užtikrina, kad įtempus monofilamentą, įtempis tolygiai pasiskirsto visame skerspjūvyje, taip išvengiant įtempių koncentracijos, kurią sukelia vietiniai storio nelygumai, ir taip pagerinant bendrą tempiamąjį stiprumą.
Kolektyvinė struktūra: tvarkingas „siūlų“ ir „audinio“ derinys
Nors monofilamentai yra stiprūs, jų skersmuo yra per smulkus, kad būtų galima naudoti vienus. Todėl stiklo pluoštas paprastai būna...„kolektyvas“,dažniausiai kaip„Stiklo pluošto siūlai“ir„Stiklo pluošto audinys“.Jų struktūra yra tvarkingo monofilamentų derinio rezultatas.
Stiklo pluošto siūlai yra dešimčių ar tūkstančių monofilamentų rinkinys, surinktas arba„sukimas“arba būdamas„nesuktas“.Nesuktieji siūlai yra laisvas lygiagrečių monofilamentų rinkinys, turintis paprastą struktūrą, daugiausia naudojamas stiklo vatai, smulkintiems pluoštams ir kt. gaminti. Kita vertus, susuktieji siūlai formuojami susukus monofilamentus, sukuriant spiralinę struktūrą, panašią į medvilninius siūlus. Ši struktūra padidina monofilamentų surišimo jėgą, neleidžiant siūlams iširti veikiant įtempiui, todėl jie tinka audimui, vyniojimui ir kitiems apdorojimo būdams.„skaičius“siūlų (indeksas, rodantis monofilamentų skaičių, pavyzdžiui, 1200 teksų siūlai sudaryti iš 1200 monofilamentų) ir„posūkis“(sukimų skaičius ilgio vienete) tiesiogiai lemia siūlų stiprumą, lankstumą ir vėlesnį apdorojimo našumą.
Stiklo pluošto audinys yra lakšto pavidalo struktūra, pagaminta iš stiklo pluošto siūlų audimo būdu. Trys pagrindiniai pynimo būdai yra paprastas, ruoželinis ir atlasinis.Paprastas pynimasAudinys formuojamas pakaitomis susipynus metmenų ir ataudų siūlams, todėl susidaro tvirta, mažo pralaidumo, bet vienodo stiprumo struktūra, todėl jis tinka kaip pagrindinė medžiaga kompozicinėms medžiagoms.ruoželinis pynimasAudinys, metmenys ir ataudų siūlai susipina santykiu 2:1 arba 3:1, sukurdami įstrižą raštą paviršiuje. Jis yra lankstesnis nei drobinis pynimas ir dažnai naudojamas gaminiams, kuriuos reikia lenkti arba formuoti.Atlasinis pynimasturi mažiau susipynimo taškų, o metmenų arba ataudų siūlai paviršiuje sudaro ištisines plaukiojančias linijas. Šis pynimas yra minkštas liesti ir lygaus paviršiaus, todėl tinka dekoratyviniams arba mažos trinties komponentams.
Nesvarbu, ar tai verpalai, ar audinys, kolektyvinės struktūros esmė yra pagerinti našumą„1 + 1 > 2“per tvarkingą monofilamentų derinį. Monofilamentai suteikia pagrindinį stiprumą, o kolektyvinė struktūra suteikia medžiagai skirtingas formas, lankstumą ir pritaikomumą apdorojimui, kad būtų patenkinti įvairūs poreikiai – nuo šilumos izoliacijos iki konstrukcinio armatūros.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 16 d.
