Контрольная работа
по физикохимии композиционных материалов
на тему: Волокна
г. Барнаул
Стеклянное волокно
Стеклянное волокно (стекловолокно), искусственное волокно, формуемое из расплавленного неорганического стекла. Различают непрерывное стеклянное волокно-комплексные стеклянные нити длиной 20 км (и более), диаметром мононитей 3-50 мкм, и штапельное стеклянное волокно длиной 1-50 см, диаметром волокон 0,1-20 мкм.
Получение
Непрерывное стеклянное волокно получают фильерным формованием пучка тонких мононитей из расплавленной стекломассы с последующей вытяжкой, замасливанием и намоткой комплексной нити на бобину при высоких (10-100 м/с) линейных скоростях. Штапельное стеклянное волокно формуют путем разрыва струи расплавленного стекла после выхода из фильеры воздухом, паром, горячими газами или другими методами. Его также получают разрубанием комплексных нитей.
Из непрерывного стеклянного волокна делают крученые комплексные нити, однонаправленные ленты, жгуты. Из крученой нити изготовляют ткани, сетки, ленты на ткацких станках. Штапельные стеклянные волокна и пряди нитей, срезанные с бобин (длина 0,3-0,6 м), используют для изготовления стекловаты, холстов, матов, плит.
Состав и свойства стеклянного волокна определяются составом и свойствами волокнообразующего стекла, из которого его изготовляют. В зависимости от состава различают несколько марок такого стекла (табл. 1).
Наиболее важные характеристики стеклянных волокон приведены в табл. 2.
Повышенная прочность стеклянного волокна (по сравнению с исходным стеклом) объясняют по-разному: "замораживанием" изотропной структуры высокотемпературного расплава стекла или наличием прочного поверхностного слоя (толщина ок. 0,01 мкм), который образуется в процессе формования вследствие большей деформации и вытяжки по сравнению с внутренними слоями.
При кратковременном нагружении стеклянное волокно ведет себя практически как упругое хрупкое тело, вплоть до разрыва подчиняясь закону Гука. При длительном действии нагрузки наблюдается возрастание деформации, упругое последействие, зависящее от состава стекла и влажности воздуха. С увеличением диаметра волокна возрастает сопротивление изгибу и кручению и уменьшается прочность при растяжении. Во влажном воздухе, в воде и в водных растворах ПАВ прочность стеклянного волокна снижается на 50-60%, но частично восстанавливается после сушки.
Дополнительная обработка поверхности стеклянного волокна замасливателями и шлихтой приводит к ее гидрофобизации, снижению поверхностной энергии и электризуемости, снижению коэффициента трения от 0,7 до 0,3, увеличению прочности при растяжении на 20-30%. Поверхностные свойства стеклянного волокна и капиллярная структура изделия определяют малую (0,2%) гигроскопичность для волокон и повышенную (0,3-4%) для тканей.
Применение
Стеклянные волокна служат конструкционными, электро-, звуко- и теплоизоляционными материалами. Их используют в производстве фильтровальных материалов, стеклопластиков, стеклянной бумаги и др.
Для защиты от действия рентгеновского и радиоактивного излучения используют т. наз. многосвинцовые и многоборные стеклянные волокна. Оптические (светопрозрачные) стеклянные волокна применяются в производстве световодов и стекловолокнистых кабелей.
Базальтовое волокно
Современные темпы усиления воздействия производства на природу и человека требуют активизации работ по созданию новых экологически чистых материалов для теплоизоляции и звукоизоляции. Наибольший интерес из таких материалов представляет базальтовое волокно, получаемое из природных минералов путем их расплава и последующего преобразования в волокно без использования химических добавок. Волокно, о котором идет речь только условно называется базальтовым. В действительности его производят из различных горных пород близких по химическому составу – базальта, базанитов, амфиболитов, габродиабазов или их смесей.
Общие сведения о базальтовом волокне
Известно два основных типа базальтового волокна – штапельное и непрерывное. Одним из наиболее важных параметров штапельного базальтового волокна является диаметр отдельных волокон. В зависимости от диаметра волокна делят на: микротонкие, диаметром менее 0,6 мкм; ультратонкие, 0,6 - 1,0 мкм; супертонкие, 1,0 - 3,0 мкм; тонкие, 9 - 15 мкм; утолщенные, 15 - 25 мкм и грубые - диаметром 50 - 500 мкм. Диаметр волокон существенно влияет на важнейшие свойства изделий из него: теплопроводность, звукопоглощение, плотность и др. В зависимости от диаметра волокно используется для различных целей:
· микротонкое – для фильтров очень тонкой очистки газовоздушной среды и жидкостей; изготовления тонкой бумаги и специальных изделий;
· ультратонкое – для изготовления сверхлегких теплоизоляционных и звукопоглощающих изделий, бумаги, фильтров тонкой очистки газовоздушных и жидкостных сред;
· супертонкое для изготовления прошивных теплозвукоизоляционных и звукопоглощающих изделий, картона, многослойного нетканого материала, теплоизоляционного вязально-прошивного материала, длинномерных теплоизоляционных полос и жгутов, мягких теплоизоляционных гидрофобизированных плит, фильтров и др.
· тонкие и утолщенные волокна из горных пород представляют собой слой беспорядочно расположенных волокон диаметром 9–25 мкм и длиной 5–30 мм. Получают их, в основном, методом вертикального раздува струи расплава воздухом и вырабатывают в виде холстов, прошивных матов;
· грубые волокна представляют собой относительно сыпучую дисперсно-волокнистую массу с длиной волокон 3–15 мм, диаметром 30–500 мкм, прочностью на разрыв 200–350 МПа, удельной поверхностью 28–280 см2/г. Волокна являются коррозионно-стойкими и могут быть использованы взамен металла для армирования материалов на основе вяжущих.