Характеристики стекловолокна: физические, механические и химические свойства

Физические свойства

Эксплуатационные характеристики стекловолокна определяются его физическими, механическими и химическими свойствами. Гладкое, близкое к кругу поперечное сечение каждой нити обеспечивает минимальное межнитяное сцепление, влияя на адгезию с матрицей в композитах.

Внешний вид и форма

• Шёлковистые гладкие цилиндры с gầnокруглым поперечным сечением.

Плотность

Таблица 1 сравнивает плотности стекловолокна, углеродного волокна, обычных текстильных волокон и металлов.

Плотность стекловолокна находится между органическими волокнами и обычными металлами, сравнима с алюминием. Это делает его жизнеспособной альтернативой алюминиево-титановым сплавам в авиации и автопроме. Точная плотность варьируется с составом: щелочнонесодержащие волокна обычно тяжелее щелочнобогатых.

Электрические свойства

Диэлектрическая характеристика зависит от содержания щелочных оксидов в стекле. Щелочнонесодержащие стекловолокна имеют наименьшую диэлектрическую проницаемость (≈6,5) и широко применяются как электроизоляторы.

Тепловые свойства

Стекловолокна — выдающиеся теплоизоляторы, особенно в виде стекловаты. Низкая теплопроводность обусловлена воздушными зазорами между волокнами: чем больше зазор, тем ниже проводимость. К тому же, будучи неорганическими, стекловолокна негорючи и удерживают термостойкость — качества, отсутствующие у органических текстилей.

Механические свойства

Таблица 2 показывает предельное сопротивление разрыву и удлинение стекловолокна, углеродного волокна, обычных текстилей и металлов.

Ключевые преимущества:

• Высокая прочность на разрыв — стекловолокно даёт в 2–4 раза большую удельную прочность стали, что лежит в основе обозначения «СП» (стеклопластик).
• Исключительная размерная стабильность — удлинение всего 2–3%, превосходит большинство текстилей и металлов при температурных колебаниях.
• Высокая твёрдость — примерно в 15 раз выше нейлона, но хрупкость ограничивает изгибовую стойкость; уменьшение диаметра волокна может смягчить это.
• Ограниченная износо- и гнустостойкость — для текстильных применений требуются поверхностные обработки, повышающие мягкость и снижающие ломкость.

Химические свойства

Химия стекловолокна удивительно стабильна. Устойчиво к кислотам, щелочам и большинству неорганических соединений, что делает его пригодным для коррозионно-агрессивных сред.

Прочие атрибуты

Помимо базовых свойств, стекловолокно обеспечивает стойкость к старению, коррозии, плесени и УФ-излучению. Поверхностные обработки могут улучшить технологичность. Однако волокна с сломанными концами могут раздражать кожу, а длительное вдыхание несет респираторные риски. Стекловолокна также негигроскопичны, трудно окрашиваются и обходятся дороже органических текстилей.