Понимание стекловолокна в армированных пластиках: производство, типы и применение

Как отмечалось в нашем предыдущем обсуждении, добавление армирующих волокон в пластиковые смолы повышает растяжную прочность, модуль упругости на изгиб и температуру деформации под нагрузкой композита. Этот пост глубже погружается в роль стекловолокна в достижении этих приростов производительности.

Стекловолокно — основное армирование во многих пластиковых композитах. Обычно называемое ССП (стекло-усиленные пластики), эти материалы состоят из тонких стеклянных филаментов, внедренных в полимерную матрицу. Производство стекловолокна следует четко определенному пятиэтапному процессу:

1. Дозирование (Batching)
   Кремнезем يشكل ядро стекловолокна, тогда как известняк и содовая зола снижают температуру плавления. Дополнительные добавки — боракс для химической стойкости, прокаленная алюмина, полевой шпат, нефелиновый сиенит, магний, каолиновая глина, бор — включаются для настройки специфических свойств. Точный взвес этих сырьевых материалов создает партию.
2. Плавление (Melting)
   Партия нагревается в передней печи при примерно 2500 °F (около 1370 °C). Строгий контроль температуры критичен для производства высококачественного стекловолокна.
3. Волокнообразование (Fiberization)
   Расплавленное стекло экструдируется через бушинг с 200–8000 тонких отверстий. Экструдируемые струи затем вытягиваются — аттенюируются — в филаменты, тоньше человеческого волоса. Охлаждение водяными струями стабилизирует филаменты при примерно 2200 °F (1204 °C).
4. Покрытие (Coating)
   На этом этапе химический размер или покрытие наносится на филаменты для улучшения сцепления с смолной матрицей и улучшения манипулирования.
5. Упаковка (Packaging)
   Покрытые филаменты пучкуются в бобины от 51 до 1624 прядей. После сушки в печи эти бобины отгружаются как есть или дальнейше обрабатываются в рубленое волокно, прядь или пряжу.

Стекловолокно поставляется в нескольких разновидностях, каждая спроектирована для специфических производительностных характеристик:

• E-стекло — алюмино-боросиликатное стекло с <1% щелочных оксидов, изначально для электрических применений, теперь самое распространенное армирующее волокно в пластиках. Отличные механические свойства, но уязвимо к атаке хлорид-ионами, ограничивая морское применение.
• A-стекло — щелочно-кальциевое стекло с пренебрежимым оксидом бора, подходит для общего армирования.
• E-CR стекло — электро/химически стойкое стекло с высокой кислотоустойчивостью.
• C-стекло — высокобористое щелочно-кальциевое стекло для стапл-волокна и изоляции.
• T-стекло — североамериканский аналог C-стекла, ценящийся за теплоизоляцию в выдувном стекле.
• D-стекло — борсиликатное стекло с низкой диэлектрической постоянной.
• R-стекло — армирующее стекло из алюминосиликата без MgO и CaO, требующее высокой механической производительности.
• S-стекло — жесткое стекло с алюминосиликатом и MgO, дающее превосходную растяжную прочность; широко в авиакомпозитах и структурных применениях.

В отличие от углеродных волокон, стекловолокна неэлектропроводны, дешевле и менее хрупки, но все равно существенно повышают растяжную прочность и модуль упругости на изгиб композитов. Их стоимостная эффективность делает их идеальными для широкого спектра продуктов — от ванн и лодок до серфбордов, удочек, автокомпонентов, лыж, гольф-клюшек, бассейнов, авиадеталей и даже шасси аттракционов.

Вопросы? Дайте знать в комментариях ниже.

Ищете больше информации об FRP? Скачайте наш бесплатный гайд по высокопроизводительным пластикам.