Când vedem produse fabricate dinfibră de sticlă, adesea observăm doar aspectul și utilizarea lor, dar rareori ne gândim: Care este structura internă a acestui filament subțire, negru sau alb? Tocmai aceste microstructuri nevăzute conferă fibrei de sticlă proprietățile sale unice, cum ar fi rezistența ridicată, rezistența la temperaturi ridicate și rezistența la coroziune. Astăzi, vom pătrunde în „lumea interioară” a fibrei de sticlă pentru a dezvălui secretele structurii sale.
Fundamentul microscopic: „Ordine dezordonată” la nivel atomic
Din punct de vedere atomic, componenta principală a fibrei de sticlă este dioxidul de siliciu (de obicei 50%-70% în greutate), la care se adaugă și alte elemente precum oxidul de calciu, oxidul de magneziu și oxidul de aluminiu pentru a-i ajusta proprietățile. Aranjamentul acestor atomi determină caracteristicile fundamentale ale fibrei de sticlă.
Spre deosebire de „ordinea pe distanțe lungi” a atomilor din materialele cristaline (cum ar fi metalele sau cristalele de cuarț), aranjamentul atomic din fibra de sticlă prezintă„ordine pe termen scurt, dezordine pe termen lung.”Simplu spus, într-o zonă locală (în raza câtorva atomi), fiecare atom de siliciu se leagă cu patru atomi de oxigen, formând o formă piramidală.„tetraedru de silice”structură. Acest aranjament local este ordonat. Cu toate acestea, la o scară mai mare, aceste tetraedre de silice nu formează o rețea regulată repetitivă, precum într-un cristal. În schimb, ele sunt conectate aleatoriu și stivuite într-un mod dezordonat, la fel ca o grămadă de blocuri de construcție asamblate la întâmplare, formând o structură amorfă de sticlă.
Această structură amorfă este una dintre principalele diferențe dintrefibră de sticlăși sticla obișnuită. În timpul procesului de răcire a sticlei obișnuite, atomii au suficient timp pentru a forma cristale mici, ordonate local, ceea ce duce la o fragilitate mai mare. În schimb, fibra de sticlă este obținută prin întinderea și răcirea rapidă a sticlei topite. Atomii nu au timp să se aranjeze într-un mod ordonat și sunt „înghețați” în această stare dezordonată, amorfă. Acest lucru reduce defectele la limitele cristalelor, permițând fibrei să mențină proprietățile sticlei, câștigând în același timp o tenacitate și o rezistență la tracțiune mai bune.
Structura monofilamentului: o entitate uniformă de la „piele” la „miez”
Fibra de sticlă pe care o vedem este de fapt compusă din mai multemonofilamente, dar fiecare monofilament este o unitate structurală completă în sine. Un monofilament are de obicei un diametru de 5-20 micrometri (aproximativ 1/5 până la 1/2 din diametrul unui fir de păr uman). Structura sa este uniformă„formă cilindrică solidă”fără o stratificare evidentă. Cu toate acestea, din perspectiva distribuției compoziției microscopice, există diferențe subtile de tip „piele-miez”.
În timpul procesului de tragere, pe măsură ce sticla topită este extrudată din găurile mici ale filierei, suprafața se răcește rapid la contactul cu aerul, formând o peliculă foarte subțire"piele"strat (grosime de aproximativ 0,1-0,5 micrometri). Acest strat superficial se răcește mult mai repede decât cel intern„nucleu”.Prin urmare, conținutul de dioxid de siliciu din stratul superficial este puțin mai mare decât în miez, iar aranjamentul atomic este mai dens, cu mai puține defecte. Această diferență subtilă de compoziție și structură face ca suprafața monofilamentului să fie mai puternică în ceea ce privește duritatea și rezistența la coroziune decât miezul. De asemenea, reduce posibilitatea apariției fisurilor superficiale - defectarea materialului începe adesea cu defecte de suprafață, iar acest strat superficial dens acționează ca o „coajă” protectoare pentru monofilament.
Pe lângă diferența subtilă dintre piele și miez, o calitate înaltăfibră de sticlăMonofilamentul are, de asemenea, o simetrie extrem de circulară în secțiunea sa transversală, cu o eroare de diametru controlată de obicei cu o marjă de 1 micrometru. Această structură geometrică uniformă asigură că, atunci când monofilamentul este solicitat, tensiunea este distribuită uniform pe întreaga secțiune transversală, prevenind concentrarea tensiunii cauzată de neregularitățile locale de grosime și îmbunătățind astfel rezistența generală la tracțiune.
Structura colectivă: Combinația ordonată a termenilor „Fir” și „Material textil”
Deși monofilamentele sunt rezistente, diametrul lor este prea fin pentru a fi utilizate singure. Prin urmare, fibra de sticlă există de obicei sub formă de"colectiv,"cel mai frecvent ca„fir din fibră de sticl㔺i„țesătură din fibră de sticlă”.Structura lor este rezultatul combinării ordonate a monofilamentelor.
Firul din fibră de sticlă este o colecție de zeci până la mii de monofilamente, asamblate fie prin„răsucire”sau fiind„nerăsucit”.Firul nerăsucit este o colecție lejeră de monofilamente paralele, cu o structură simplă, utilizată în principal pentru fabricarea lânii de sticlă, a fibrelor tocate etc. Firul răsucit, pe de altă parte, se formează prin răsucirea monofilamentelor împreună, creând o structură spiralată similară firului de bumbac. Această structură crește forța de legare dintre monofilamente, împiedicând firul să se desfacă sub presiune, făcându-l potrivit pentru țesut, înfășurare și alte tehnici de prelucrare."conta"a firului (un indice care indică numărul de monofilamente, de exemplu, un fir de 1200 tex este compus din 1200 de monofilamente) și"twist"(numărul de răsuciri pe unitatea de lungime) determină direct rezistența, flexibilitatea firului și performanța de prelucrare ulterioară.
Țesătura din fibră de sticlă este o structură asemănătoare unei foi, realizată din fire de fibră de sticlă printr-un proces de țesut. Cele trei tipuri de țesături de bază sunt simplă, diagonală și satinată.Țesătură simplăȚesătura este formată prin împletirea alternativă a firelor de urzeală și bătătură, rezultând o structură compactă cu permeabilitate scăzută, dar rezistență uniformă, ceea ce o face potrivită ca material de bază pentru materiale compozite. Înțesătură twillFirurile de țesătură, urzeală și bătătură se împletesc într-un raport de 2:1 sau 3:1, creând un model diagonal pe suprafață. Este mai flexibilă decât țesătura simplă și este adesea utilizată pentru produse care necesită îndoire sau modelare.Țesătură satinatăare mai puține puncte de împletire, firele de urzeală sau bătătură formând linii plutitoare continue pe suprafață. Această țesătură este moale la atingere și are o suprafață netedă, fiind potrivită pentru componente decorative sau cu frecare redusă.
Fie că este vorba de fire sau de material textil, nucleul structurii colective este de a obține o îmbunătățire a performanței„1+1>2”prin combinarea ordonată a monofilamentelor. Monofilamentele asigură rezistența de bază, în timp ce structura colectivă conferă materialului diferite forme, flexibilitate și adaptabilitate la procesare pentru a satisface diverse nevoi, de la izolație termică la armare structurală.
Data publicării: 16 septembrie 2025
