Что крепче стеклохолст или стеклоткань

Стекловолокно

Стекловолокно́ (стеклонить) — волокно или комплексная [ прояснить ] нить, формируемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него стеклоткань.

Стекловолокна естественного происхождения встречаются в местах, где происходили извержения вулканов, и называются волосы Пеле [1] . Они имеют химический состав базальтовых пород, содержат включения кристаллов и по физико-механическим свойствам не являются аналогами стекловолокна [2] .

• 1 Виды стекловолокна (стеклонити)
• 2 Производство
• 3 Физико-механические свойства
• 4 К сведению
• 5 См. также
• 6 Примечания

Виды стекловолокна (стеклонити) [ править | править код ]

Стекловолокно экструдируют из расплава стекла специального химического состава. Экструзия, как и в других случаях, производится путём продавливания расплава через прядильные фильеры. Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон, получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3—100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в упаковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в кручёные нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в кручёные изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).

Стеклянные наполнители для композитных материалов: слева вверху — шарики диаметром около 300 мкм, справа вверху — обрезки стекловолокна; снизу — образцы стеклоткани

Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путём резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) — 50 см, титр волокна в данном случае, как правило, ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1—20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы (кардные, иглопробивные, нитепрошивные, стеклохолст) по различным технологиям (кардочесание, преобразование прочёса, иглопробивание, нитепрошивание, «вэт-лэйд»), стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.

Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов, — использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и других композитов. Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом — пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы. прочие полимеры).

Производство [ править | править код ]

Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной стекломассы через фильеры (число отверстий 200—4000) при помощи механических устройств, наматывая волокно на бобину. Диаметр волокна зависит от скорости вытягивания и диаметра фильеры. Технологический процесс может быть осуществлён в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах).

Производство штапельного стекловолокна

Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и другими методами.

Физико-механические свойства [ править | править код ]

Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов: [4]

Объёмная доля наполнителя 60 %.

Механические свойства волокон: [5]

К сведению [ править | править код ]

Физико-механические свойства стекла

На предел прочности на растяжение стёкол влияют микроскопические дефекты и царапины на поверхности. Для конструктивных целей в основном применяют стекло с прочностью на растяжение 50 МПа. Стёкла имеют модуль Юнга около 70 ГПа. [3]

См. также [ править | править код ]

• Стекловата
• Стеклопластик
• Стеклообои
• Коэффициент Пуассона

Примечания [ править | править код ]

1. ↑ Волосы Пеле // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
2. ↑ Аблесимов Н. Е., Земцов А. Н. Релаксационные эффекты в неравновесных конденсированных системах. Базальты: от извержения до волокна. — Раздел 6.1.1. Терминология. — М.: ИТиГ ДВО РАН, 2010.
3. ↑ 12Болтон У. Конструкционные материалы, металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Карманный справочник / Пер. с англ. — М. : Додека-XXI, 2004. — 320 с. — (Карманный справочник). — ISBN 5-94120-046-3.
4. ↑Б. Н. Арзомасов. Конструкционные материалы. — Машиностроение, 1990. — 688 с. — ISBN 5-217-01112-2.
5. ↑Медведев В. В., Червяков А. Н.Обоснование выбора композиционного материала для корабельных виброизоляторов. Архивировано 23 декабря 2010 года.

Источник

Стеклопластик и стекловолокно

Стеклопластик (БСЭ) — композиционный материал, состоящий из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем служит, в основном, стекловолокно в виде нитей, жгутов (ровингов), стеклоткани, матов, рубленых волокон; связующим — полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.

Для стеклопластика характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо-, и химстойкости. Механические свойства стеклопластика определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации — связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластики, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластики подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у первого вида стеклопластика волокна расположены взаимно параллельно, у второго вида стеклопластика — под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластика.

Стекловолокно (БСЭ) изготавливают из расплавленного стекла в виде элементарных волокон. Непрерывное стекловолокно — диаметром 3-100 мкм и длиной 20 км и более, штапельное стекловолокно — диаметром 0,1-20 мкм и длиной 1-50 см. Непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.

Маты и полосы из стекловолокна. Представляют собой эластичные пластины прямоугольной формы, полученные из нескольких наложенных друг на друга слоёв непрерывного стекловолокна, покрытые с двух сторон стеклотканью или стеклохолстом и скреплённые посредством прошивки хлопчатобумажными или стеклянными нитями. Материал негорючий. Полосы используются для теплоизоляции трубопроводов диаметром до 108 мм, маты — трубопроводов и оборудования диаметром более 108 мм с температурой поверхности от -180 до +450оС.

Изделия теплоизоляционные из штапельного стекловолокна, склеенные синтетическим связующим. Предназначаются для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий, печей, трубопроводов, оборудования, аппаратуры, а также различных средств транспорта при температуре изолируемых поверхностей от -60 до +180оС. Могут быть использованы также в звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкциях. Относятся к группе трудногорючих материалов. Изделия выпускаются в виде плит и матов.

Изделия теплоизоляционные из штапельного стекловолокна ЦФД. Изготавливаются из волокна, получаемого центробежно-фильерно-дутьевым способом (ЦФД). Предназначаются для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий, оборудования, средств транспорта и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей от -60 до +180оС. Стекловолокна скрепляются синтетическим связующим.

Маты и вата из супертонкого стекловолокна без связующего. Предназначаются для термо-, и звукоизоляции различного оборудования трубопроводов всех диаметров и строительных конструкций. Супертонкое стекловолокно диаметром до 3 мкм получается способом раздува, волокна скрепляются между собой силами естественного сцепления.

Стеклохолст. Состоит из хаотически расположенных штапельных стекловолокон, скреплённых между собой синтетическими смолами. Стеклохолст марки ВВ-Т предназначается для теплоизоляции трубопроводов диаметром до 25 мм включительно. Стеклохолст марки ПСХ-Т используется в индивидуальном строительстве жилых помещений, садовых домиков, гаражей и других помещений. Полотна предназначены для звуко-, и теплоизоляции стен, потолков, полов, дверей, крыш, межэтажных перекрытий, а также для теплоизоляции трубопроводов при температуре от -200 до +550оС и других изоляционных целей с обязательным последующим покрытием другими материалами.

Ровинг из стеклянных нитей. Представляет собой материал в виде жгута из стеклянных комплексных нитей, вырабатываемых из алюмоборосиликатного или магнезиально-алюмосиликатного стекла.

Источник

Кевлар, карбон, стекловолокно, стоимость и свойства

Самый распространенный и как следствие, самый дешевый из композитных материалов. Несмотря на свою дешевизну хороший стеклопластик обладает практически такими же прочностными свойствами как и карбон или кевлар только примерно на 50 — 70% тяжелее их. Удельная масса формованного стекловолокна около 2.5 кг на дм3, удельная прочность превосходит прочные сорта сталей в 1.5 2 раза. Стекловолокно встречается как в виде простых однонаправленных волокон, так и в стеклотканях. Стеклоткани имеют различные плетения с различной прочностью в перпендикулярных плоскостях. Также выпускают различные виды стеклохолстов и стекломатов, в которых волокна имеют хаотичное прессованное расположение, либо рубленных волокон, либо образованных одной непрерывной прессованной нитью.

При производстве стеклоткани используется парафин и если формовать ее в таком виде, то хороших прочностных характеристик вам не видать. Поэтому стекловолокно необходимо отжечь до полного удаления парафина в муфельной печи, либо приобретать уже отожженную «стеклоткань для эпоксидной смолы». Что настоятельно рекомендуется. Стоимость 1 кг стекловолокна в зависимости от толщины и плетения изделия варьируется от 500 до 5000 руб. Более дорогими получаются очень тонкие листы, так как они продаются погонными метрами и чтоб купить килограмм стеклоткани толщиной 0.02 мм придется отмотать 50 погонных метров ткани.

Карбон, углеродное волокно, углепластик, carbon

Волокна черного цвета, состоящие из множества нитей толщиной от 0,005 до 0,010 мм сплетенных в ткани из которых можно изготовить различные формы, с очень высокими прочностными техническими характеристиками. Сами по себе ткани не используются, а используются, как исходное сырье пропитанное эпоксидной смолой, с последующим застыванием образуют очень прочный и легкий материал. Прочность некоторых углепластиков выше высокопрочной стали сорта 25ХГСА но значительно меньше ее по весу. удельный вес готового углепластика 1.5 — 2 килограмма на кубический дециметр — у стали 8 кг на кубический дециметр. Разница масс в 4 — 6 раз.

Прочность карбона в основном зависит от качества применяемой эпоксидной смолы. Самые лучшие углеткани продаются уже пропитанными смолой, остается только уложить их в форму и отправить в автоклав для застывания.

Изготовление формы: Чтобы изготовить простейшую матрицу необходимо иметь готовый по форме образец бампера, капота либо любой другой детали изготовленных из любого материала, либо используя готовый заводской образец. Для избежания прочного склеивания образца с будущей матрицой, ее необходимо промазать слоем разделителя. В качестве разделителя может служить мыло, эдельвакс, воск растворенный в бензине, Циатим-221, кремнеорганические смазки. В качестве основы для матрицы, можно использовать монтажную пену, гипс, а также композитные материалы. Если матрица выполняется из композитных материалов, то самым дешевым ее источником является стекловолокно пропитанное обычной эпоксидной смолой. Если матрица имеет сложную форму, то ее приходится делать разъемной, в одном или нескольких местах. Места разъема должны быть зафиксированы и иметь точную позицию друг относительно друга. Лучше всего подходит штифтовое позициолнирование с последующим скреплением болтами.

Все монококи самых современных суперкаров и формулы один, выполняются с использованием углеродного волокна, для большей прочности в конструкцию добавляют титановые и сотовые структуры. Именно из за карбоновой конструкции эти автомобили так дороги. Мало того, что сам материал не дешев, так еще и все производство происходит практически полностью в ручном режиме.

Стоимость углеродного волокна очень высока и детали получаемые с помощью нее соответственно тоже. Цена за углеткань начинается от 5000 руб за 1 кг или 5 метров квадратных, при толщине 0.25 мм. Некоторые американские истребители и бомбардировщики тоже делают из карбона и стоимость бомбардировщика B2 например: составляет более 2 миллиардов долларов .

В домашних условиях изготовить такой же прочный карбон как и в заводских, скорей всего не получится, так как для качественного формования крупных деталей, понадобиться большой вакуумный автоклав, позволяющий формовать в вакууме и при заданной иногда немалой температуре, более 150 градусов.

Эпоксидные смолы застывающие при комнатных температурах не обладают и половиной той прочности, нежели полимеризованные с заданной картой температур, в условиях вакуумного автоклава.

Небольшой список компаний производящих carbon:

Toray
Nippon Graphite Fiber Corporation
FORMAX
Porcher Industries
Seal SpA
SGL Group
Mapei
Zoltek
Saertex
Ballar
Hexcel Corporation
Taiwan Electric Insulator
A&P Technology
FTS SpA
Epotech
Zyvex Technologies
Isovolta AG

Кевлар — Kevlar

Пара-арамидное волокно желтоватого цвета, обладающее очень высокой прочностью. Прочность на разрыв до 360 килограмм на миллимметр квадратный. Искусственный аналог приближенный к паутине, или хотя бы созданный при попытках воспроизвести подобный материал. Прочность на разрыв в 3 раза выше прочной стали при той же толщине. Но удельный вес стали в пять раз выше, следовательно при одном и том же весе материалов, кевлар будет в 15 раз прочнее. Спектр применения очень велик. Волокна применяются для армирования резины в автомобильных покрышках, армирование электро-кабелей. Отдельными нитями усиливают ткани различной спец одежды, кевларовые ткани применяются в использовании бронежилетов. Кевларовые перчатки защищают руки от повышенных температур и повреждений острыми предметами. В качестве композитных материалов кевларовые волокна применяют в основном в смеси с другими материалами: угле и стекловолокном. Прочность кевлара на растяжение в 3 раза выше чем у стекловолокна но при этом он в два раза легче. Кевлар продается в нитях, тканях, лентах и цена за килограм примерно такая же как и у карбона около 5000 руб за килограмм. Расброс цен здесь гораздо выше, так как кевлар используется не только в качестве композиционных материалов, ткани и ленты имеют цену еще и как изделие, а не только как сырье. Например баллистические ткани для бронежилетов.

Сравнение удельного веса армирующих волокон и разрывной прочности.

Источник