Kun näemme tuotteita, jotka on valmistettulasikuitu, huomaamme usein vain niiden ulkonäön ja käytön, mutta harvoin pohdimme: Mikä on tämän ohuen mustan tai valkoisen filamentin sisäinen rakenne? Juuri nämä näkymättömät mikrorakenteet antavat lasikuidulle sen ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten suuren lujuuden, korkean lämpötilan kestävyyden ja korroosionkestävyyden. Tänään sukellamme lasikuidun "sisämaailmaan" paljastaaksemme sen rakenteen salaisuudet.
Mikroskooppinen perusta: ”Epäjärjestys” atomitasolla
Atomin näkökulmasta lasikuidun ydinosa on piidioksidi (tyypillisesti 50–70 painoprosenttia), johon on lisätty muita alkuaineita, kuten kalsiumoksidia, magnesiumoksidia ja alumiinioksidia, ominaisuuksien säätämiseksi. Näiden atomien järjestys määrittää lasikuidun perusominaisuudet.
Toisin kuin kiteisten materiaalien (kuten metallien tai kvartsikiteiden) atomien "pitkän kantaman järjestys", lasikuidun atomien järjestys osoittaa"Lyhyen kantaman järjestys, pitkän kantaman epäjärjestys."Yksinkertaisesti sanottuna, paikallisesti (muutaman atomin säteellä) jokainen piiatomi sitoutuu neljään happiatomiin muodostaen pyramidin kaltaisen rakenteen."piidioksiditetraedri"rakenne. Tämä paikallinen järjestely on järjestäytynyt. Laajemmassa mittakaavassa nämä piidioksiditetraedrit eivät kuitenkaan muodosta säännöllistä toistuvaa hilaa kuten kiteessä. Sen sijaan ne ovat satunnaisesti yhteydessä toisiinsa ja pinottu epäjärjestyksessä, aivan kuten sattumanvaraisesti koottujen rakennuspalikoiden kasa, joka muodostaa amorfisen lasirakenteen.
Tämä amorfinen rakenne on yksi keskeisistä eroistalasikuituja tavallista lasia. Tavallisen lasin jäähdytysprosessin aikana atomeilla on riittävästi aikaa muodostaa pieniä, paikallisesti järjestäytyneitä kiteitä, mikä johtaa suurempaan haurauteen. Lasikuitua sitä vastoin valmistetaan venyttämällä ja jäähdyttämällä sulaa lasia nopeasti. Atomeilla ei ole aikaa järjestäytyä järjestelmällisesti, ja ne "jäätyvät" tähän epäjärjestyneeseen, amorfiseen tilaan. Tämä vähentää virheitä kiderajoilla, jolloin kuitu säilyttää lasin ominaisuudet samalla kun se saavuttaa paremman sitkeyden ja vetolujuuden.
Monofilamenttirakenne: Yhtenäinen kokonaisuus "kuoresta" "ytimeen"
Näkemämme lasikuitu koostuu itse asiassa monista materiaaleistamonofilamentit, mutta jokainen monofilamentti on itsessään kokonainen rakenneyksikkö. Monofilamentin halkaisija on tyypillisesti 5–20 mikrometriä (noin 1/5–1/2 ihmisen hiuksen halkaisijasta). Sen rakenne on yhtenäinen"kiinteä sylinterimäinen muoto"ilman selvää kerrostumista. Mikroskooppisen koostumusjakauman näkökulmasta on kuitenkin hienovaraisia "kuori-ydin" -eroja.
Vetoprosessin aikana, kun sulaa lasia pursotetaan kehruusuuttimen pienistä rei'istä, pinta jäähtyy nopeasti joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa muodostaen erittäin ohuen kerroksen"iho"kerros (noin 0,1–0,5 mikrometriä paksu). Tämä ihokerros jäähtyy paljon nopeammin kuin sisäinen"ydin."Tämän seurauksena piidioksidipitoisuus pintakerroksessa on hieman korkeampi kuin ytimessä, ja atomien järjestely on tiheämpi ja siinä on vähemmän virheitä. Tämä hienovarainen koostumuksen ja rakenteen ero tekee monofilamentin pinnasta kovemman ja korroosionkestävimmän kuin ydin. Se myös vähentää pintahalkeamien mahdollisuutta – materiaalin vikaantuminen alkaa usein pintavirheistä, ja tämä tiheä pinta toimii monofilamentin suojaavana "kuorena".
Hienovaraisen ihon ja ytimen välisen eron lisäksi korkealaatuinenlasikuituMonofilamentilla on myös poikkileikkauksessaan erittäin pyöreä symmetria, ja halkaisijan virhe on tyypillisesti yhden mikrometrin tarkkuudella. Tämä yhtenäinen geometrinen rakenne varmistaa, että kun monofilamenttia jännitetään, jännitys jakautuu tasaisesti koko poikkileikkaukselle, mikä estää paikallisten paksuuden epätasaisuuksien aiheuttaman jännityksen keskittymisen ja parantaa siten kokonaisvetolujuutta.
Kollektiivinen rakenne: "Langan" ja "kankaan" järjestetty yhdistelmä
Vaikka monofilamenttilangat ovat vahvoja, niiden halkaisija on liian hieno käytettäväksi yksinään. Siksi lasikuitu esiintyy tyypillisesti muodossa"kollektiivi"useimmiten kuten"lasikuitulanka"ja"lasikuitukangas."Niiden rakenne on seurausta järjestetystä monofilamenttien yhdistelmästä.
Lasikuitulanka on kokoelma kymmeniä tai tuhansia monofilamenttilankoja, jotka on koottu joko"kiertäminen"tai oleminen"kiertämätön."Kiertämätön lanka on löyhä kokoelma yhdensuuntaisia monofilamenttilankoja, joilla on yksinkertainen rakenne ja joita käytetään pääasiassa lasivillan, silputtujen kuitujen jne. valmistukseen. Kierretty lanka puolestaan muodostetaan kiertämällä monofilamenttilankoja yhteen, jolloin syntyy spiraalimainen rakenne, joka muistuttaa puuvillalankaa. Tämä rakenne lisää monofilamenttien välistä sidosvoimaa estäen langan purkautumisen rasituksen alaisena, mikä tekee siitä sopivan kutomiseen, puolaamiseen ja muihin käsittelytekniikoihin."laskea"langan (indeksi, joka osoittaa monofilamenttien lukumäärän, esimerkiksi 1200 texin lanka koostuu 1200 monofilamentista) ja"kierre"(kierteiden lukumäärä pituusyksikköä kohti) määrää suoraan langan lujuuden, joustavuuden ja myöhemmän prosessoinnin suorituskyvyn.
Lasikuitukangas on levymäinen rakenne, joka on valmistettu lasikuitulangasta kutomalla. Kolme peruskudosta ovat tavallinen, twill ja satiini.PalttinaKangas muodostetaan loimi- ja kudelankojen vuorotellen lomittelemalla, mikä johtaa tiiviiseen rakenteeseen, jolla on alhainen läpäisevyys, mutta tasainen lujuus, mikä tekee siitä sopivan komposiittimateriaalien pohjamateriaaliksi.twill-kudosKangas, loimi- ja kudelangat lomittuvat suhteessa 2:1 tai 3:1, jolloin pintaan muodostuu diagonaalinen kuvio. Se on joustavampaa kuin palttina ja sitä käytetään usein tuotteissa, jotka vaativat taivutusta tai muotoilua.Satiinikudossiinä on vähemmän lomituspisteitä, ja loimi- tai kudelangat muodostavat pinnalle jatkuvia kelluvia viivoja. Tämä kudos on pehmeä koskettaa ja sileäpintainen, joten se sopii koristeellisiin tai pienikitkaisiin komponentteihin.
Olipa kyseessä sitten lanka tai kangas, kollektiivisen rakenteen ydin on suorituskyvyn parantaminen"1 + 1 > 2"järjestetyn monofilamenttien yhdistelmän kautta. Monofilamentit tarjoavat peruslujuuden, kun taas kollektiivinen rakenne antaa materiaalille erilaisia muotoja, joustavuutta ja prosessoitavuutta erilaisiin tarpeisiin lämmöneristyksestä rakenteelliseen vahvistamiseen.
Julkaisun aika: 16.9.2025
