Стекловолокно: виды, свойства, сферы применения

Что за материал: состав и свойства стекловолокна

В качестве сырья используется стеклобой, отходы стеклянной промышленности, также может применяться известняк, песок, сода, доломит и др. Необходимые свойства материал приобретает благодаря повышению температуры до предельных значений, когда начинается процесс плавления. Название появилось благодаря образованию многочисленных параллельных нитей. Они отличаются минимальным диаметром, что позволяет использовать волокна для производства специальных тканей.

На слуху большое количество разных материалов со сходными характеристиками: стеклопластик, стекломат и др. Однако между ними есть существенная разница. Она заключается в том, что стекловолокно используется в качестве сырья для производства других материалов. Объясняется это большим количеством свойств:

• высокая прочность: благодаря предельно высокому удельному сопротивлению даже такой материал (минимальной толщины) может превзойти по прочности сталь, что позволяет применять его для армирования;
• электроизоляционные свойства, причем они не утрачиваются даже при минимальной толщине;
• неподверженность внешнему воздействию: высоких температур, перепадов температур, причина – низкий коэффициент линейного расширения;
• минимальная теплопроводность: это свойство расширяет область применения материала, позволяет снизить теплопотери на разных объектах;
• негорючесть: благодаря минеральному составу стекловолокно под действием высоких температур не способно распространять или поддерживать горение, что позволяет использовать его для соответствующих задач, причем материал не выделяет токсичных веществ, безопасен для людей;
• длительный срок применения: стекловолокно сохраняет устойчивость к действию насекомых, грызунов, грибка, гниению;
• малый вес: волокна не утяжеляют основную конструкцию, даже если используются в большом количестве;
• эластичность: волокна пластичные, гибкие, но сохраняют форму при этом;
• влагостойкость: материал не впитывает воду, даже в моменты, когда пребывает в непосредственном контакте с жидкостями;
• коррозионная стойкость: стекловолокно не подвергается воздействию влаги, не меняет структуру при этом, как металл, что дополнительно указывает на длительный срок службы;
• прочность на разрыв: при оценке свойств учитывают не только устойчивость к механическим повреждениям под давлением, но и способность сохранять первоначальную форму при попытке растяжения;
• неподверженность к химически агрессивным веществам, что дополнительно объясняет, почему стекловолокно и конструкции/материалы на его основе долго служат (выдерживает действие кислоты, щелочей, давление горячего пара и др.);
• диэлектрическая проницаемость.

Дополнительно к перечисленным свойствам отмечают и экологическую безопасность. Материал не представляет угрозу для здоровья людей.

Метод производства

Чтобы получить стекловолокно, сырье переплавляется. Для этого используется центробежно-дутьевое оборудование, сушильная машина с функцией полимеризации, дополнительно применяется оборудование для осаждения волокон, концевой конвейер. Один из самых распространенных принципов производства состоит из нескольких этапов:

1. Переплавка сырья. Это происходит при температуре +1400°С. Такой меры достаточно, чтобы довести все компоненты до состояния, когда они утрачивают первоначальную форму: меняется структура, повышается пластичность. Уже на этом этапе производства получают массу равномерной консистенции.
2. Материал в расплавленном состоянии подается на формирующее оборудование. Через микроотверстия пропускается под действием давления, на выходе получают нити микродиаметра. Значение этого размера может находиться в пределах диапазона 3-100 микрон.
3. Стекловолокно пропитывают составами, включающими масляные компоненты, что позволяет им получить необходимые свойства. Затем выполняется намотка.

В результате получают материал с эксплуатационным сроком до 50 лет и больше, все зависит от условий использования. Описанный метод более подходящий, если налаживается непрерывное производство. Однако в ряде случаев нужно получить материал с другими характеристиками, когда стекловолокно должно быть коротким, может быть таким же тонким. Тогда используется другой принцип – предварительно расплавленная масса (не успевшая остыть) раздувается. Этому способствует струя воздуха или пара.

Виды стекловолокна

Существуют разные виды материала. Они могут быть похожи внешне, иметь сходные свойства, но все же состав разный. Это обусловлено тем, что для производства используют другое сырье. Какие виды различают:

• A-стекловолокно: наиболее распространенный вариант, что обусловлено доступностью, для производства используется щелочное содово-известковое стекло, именно из него изготавливают пищевую тару, также стекловолокно этого вида подлежит вторичной переработке;
• С-стекловолокно: называется химическим стеклом, отличается высокой стойкостью к агрессивному воздействию, что объясняется присутствием в составе боросиликата кальция, такой материал часто встраивается в поверхностные слои различных материалов для обеспечения защиты от негативных факторов (воды, химических веществ);
• D-стекловолокно: отличается невысокой диэлектрической проницаемостью, т. к. содержит триоксид бора, что объясняет активное применение материала в производстве оптического кабеля;
• Е-стекловолокно: уникальный материал, который используется в аэрокосмической промышленности благодаря особенным характеристикам, его также называют электронным/электрическим стеклом, при производстве используется кремнезем, оксид кальция и магния, триоксид бора, оксид натрия и калия, глинозем;
• Advantex: материал, заслуживший звание нового промышленного стандарта, главным преимуществом является коррозионная стойкость наряду с высокой температурой плавления, в результате появляется возможность использовать такое стекловолокно при значительных температурных колебаниях;
• ECR: также называется электронным стекловолокном, его отличает устойчивость к механическим нагрузкам, щелочным веществам, кислотам, влаге, причем даже технология производства такого материала экологически чистая, по ряду свойств он превосходит все другие;
• AR: благодаря высокой стойкости к щелочам нити этого типа получили название щелочестойкие, могут применяться для разных целей в составе бетона, чем многократно улучшают его свойства, в результате бетонная смесь после набора прочности не будет растрескиваться, сможет выдерживать более существенные нагрузки;
• R-, S- и T-стекло: это три торговых названия одного материала, основное преимущество – это прочность на растяжение, отмечается также смачивающая способность, такой материал характеризуется минимальной толщиной, но из-за высокой себестоимости объемы производства ниже, что сказывается на стоимости;
• S2: считается наиболее эффективным, это обусловлено повышенным содержанием кремнезема, материал также прочный, термостойкий, но в числе главных преимуществ отмечают его экономичность, этот вид стекловолокна может растягиваться на 85% сильнее, чем все другие;
• M-стекловолокно: производится на базе бериллия, что объясняет повышенную эластичность полученного материала;
• Z-стекловолокно: относится к группе универсальных стекловолокон, может применяться даже для создания изделий с повышенной степенью прозрачности, волокон 3D-принтера. Соответствующую репутацию материал получил благодаря многочисленным положительным свойствам: прочность, устойчивость к механическим повреждениям, высокое сопротивление воздействию ультрафиолетового излучения, кислотам, солям, щелочам.

Длительный период службы обеспечивается при условии, что выбор материала был сделан правильно, с учетом свойств, состава и основных компонентов сырья при производстве. Также следует принимать во внимание форму выпуска: рулоны, ленты двух видов – с запаянными и незапаянными концами.

Преимущества и недостатки стекловолокна

Когда делается выбор материала, первым делом происходит оценка свойств, выполняется сравнение выбранных вариантов. Чем выделяется стекловолокно:

• длительный срок службы, что позволяет снизить расходы на ремонт конструкций, где используется стекловолокно;
• способность сохранять свойства при эксплуатации в сложных условиях;
• высокая прочность;
• сохранение формы под действием перепадов температур, химикатов, ультрафиолета;
• неподверженность горению;
• отличные теплоизоляционные свойства, что обусловлено содержанием некоторого количество воздуха в структуре материала, это позволяет использовать стекловолокно для производства изоляции разных типов;
• способность поглощать посторонние звуки;
• малый вес;
• экологичность, безопасный состав.

Есть и недостатки. Среди них нужно выделить существенные:

• постепенная потеря свойств, если материал постоянно подвергается действию высоких температур;
• неудобство работы: материал осыпается – состоит из отдельных волокон, которые легко отделяются.

Учитывая перечисленные особенности, можно создавать конструкции с улучшенными свойствами. Если со временем возникает большое количество претензий к нему, значит, была выбрана неподходящая разновидность.

Сферы применения

Стекловолокно может использоваться в разных сферах, т. к. отличается превосходными характеристиками. Его применяют в быту – в качестве изоляции, в промышленности (автомобильной, электротехнической, судостроительной и др.), строительстве. Это неполный список. Используют маты, рулоны, плиты стеклоткани. Есть возможность придавать разную форму, к тому же стекловолокно легко режется.

Такой материал встречается в разных предметах, изделиях. Стекловолокно является частью конструкции стен, пола, фасада, кровли, трубопроводов. Его задействуют при производстве судов, катеров, фургонов, самолетов, автомобилей. Этот материал задействуют даже на одном из этапов изготовления ванн, настолько он универсальный. Также его используют при создании дорожного полотна, гидротехнических сооружений (плотин, набережных, мостов и др.).

Известные российские производители

Одни из наиболее распространенных:

• АО «НПО Стеклопластик»;
• АО «ОС Стекловолокно»;
• ООО «Альстром-Мункшо Тверь».

При выборе следует изучить тип продукции, которую предлагает производитель. Обычно отличается ассортимент и характеристики материалов, изделий.

Заключение

Когда стоит задача создать прочное сооружение, возвести здание, причем предъявляются особые требования к прочности конструкций, следует особо тщательно выбирать материалы. Среди основных при строительстве или других работах выделяют стекловолокно. Не уступают по свойствам и материалы на его основе. Такая популярность объясняется прочностью, устойчивостью к большинству агрессивных внешних факторов. В результате можно многократно увеличить срок службы конструкции или сооружения, обеспечить отличную защиту от разрушения других материалов, снизить отток тепла с объекта.

Также новости новости рынка полимерной индустрии читайте на Производства.рф и телеграм канале.