Kui me näeme tooteid, mis on valmistatudklaaskiud, märkame sageli ainult nende välimust ja kasutust, kuid harva mõtleme: milline on selle peene musta või valge niidi sisemine struktuur? Just need nähtamatud mikrostruktuurid annavad klaaskiule selle ainulaadsed omadused, nagu kõrge tugevus, kõrge temperatuuritaluvus ja korrosioonikindlus. Täna sukeldume klaaskiu "sisemaailma", et paljastada selle struktuuri saladusi.
Mikroskoopiline alus: „korratu kord” aatomi tasandil
Aatomite vaatenurgast on klaaskiu põhikomponent ränidioksiid (tavaliselt 50–70 massiprotsenti), millele on omaduste reguleerimiseks lisatud teisi elemente nagu kaltsiumoksiid, magneesiumoksiid ja alumiiniumoksiid. Nende aatomite paigutus määrab klaaskiu põhiomadused.
Erinevalt kristalliliste materjalide (näiteks metallide või kvartskristallide) aatomite "pikaajalisest korrastusest" on klaaskiust aatomite paigutusel"Lühiajaline kord, pikaajaline korralagedus."Lihtsamalt öeldes, lokaalses piirkonnas (mõne aatomi ulatuses) seob iga räni aatom nelja hapniku aatomit, moodustades püramiidilaadse struktuuri."ränidioksiidtetraeeder"struktuur. See lokaalne paigutus on korrastatud. Suuremas mastaabis ei moodusta need ränidioksiidtetraeedrid aga korrapärast korduvat võret nagu kristallis. Selle asemel on nad juhuslikult ühendatud ja korrapäratult virnastatud, sarnaselt juhuslikult kokku pandud ehitusplokkide hunnikuga, moodustades amorfse klaasstruktuuri.
See amorfne struktuur on üks peamisi erinevusiklaaskiudja tavaline klaas. Tavalise klaasi jahutamisel on aatomitel piisavalt aega väikeste, lokaalselt korrastatud kristallide moodustamiseks, mis viib suurema rabeduseni. Seevastu klaaskiud valmistatakse sula klaasi kiire venitamise ja jahutamise teel. Aatomitel pole aega korrapäraselt paigutuda ja nad on selles korrastamata, amorfses olekus "külmunud". See vähendab defekte kristallide piiridel, võimaldades kiul säilitada klaasi omadused, saavutades samal ajal parema sitkuse ja tõmbetugevuse.
Monofilamentstruktuur: ühtne tervik „nahast“ „südamikuni“
Klaaskiud, mida me näeme, koosneb tegelikult paljudestmonofilamentide, kuid iga monofilament on iseenesest terviklik struktuuriüksus. Monofilamendi läbimõõt on tavaliselt 5–20 mikromeetrit (umbes 1/5 kuni 1/2 inimese juuksekarva läbimõõdust). Selle struktuur on ühtlane"Tahke silindriline kuju"ilma ilmse kihilisuseta. Mikroskoopilise koostise jaotuse seisukohast on aga peeneid „naha ja südamiku” erinevusi.
Tõmbamisprotsessi käigus, kui sula klaas pressitakse ketrusdüüsi väikestest aukudest välja, jahtub pind õhuga kokkupuutel kiiresti, moodustades väga õhukese kihi."nahk"kiht (umbes 0,1–0,5 mikromeetrit paksune). See nahakiht jahtub palju kiiremini kui sisemine"tuum".Selle tulemusel on ränidioksiidi sisaldus väliskihis veidi kõrgem kui südamikus ning aatomite paigutus on tihedam ja vähemate defektidega. See väike erinevus koostises ja struktuuris muudab monofilamendi pinna kõvaduse ja korrosioonikindluse poolest tugevamaks kui südamik. See vähendab ka pinnapragude tekkimise võimalust – materjali purunemine algab sageli pinnadefektidest ja see tihe pind toimib monofilamendi kaitsva „kestana“.
Lisaks peenele naha ja südamiku erinevusele on ka kvaliteetneklaaskiudMonofilamendil on ka ristlõikes väga ringikujuline sümmeetria, mille läbimõõdu viga on tavaliselt kontrollitud 1 mikromeetri täpsusega. See ühtlane geomeetriline struktuur tagab, et monofilamendi pingestamisel jaotub pinge ühtlaselt kogu ristlõikes, vältides lokaalsete paksuse ebakorrapärasuste põhjustatud pingete koondumist ja parandades seeläbi üldist tõmbetugevust.
Kollektiivne struktuur: „Lõnga” ja „kanga” korrastatud kombinatsioon
Kuigi monokiud on tugevad, on nende läbimõõt liiga peen, et neid üksi kasutada. Seetõttu eksisteerib klaaskiud tavaliselt kujul"kollektiiv"kõige sagedamini kui"Klaaskiust lõng"ja"Klaaskiust kangas."Nende struktuur on monofilamentide korrastatud kombinatsiooni tulemus.
Klaaskiudlõng on kümnete kuni tuhandete monofilamentide kogum, mis on kokku pandud kas"keerdumine"või olemine"keerdumata."Keerdumata lõng on lihtsa struktuuriga paralleelsete monofilamentide lahtine kogum, mida kasutatakse peamiselt klaasvilla, hakitud kiudude jms valmistamiseks. Keerdumata lõng seevastu moodustatakse monofilamentide kokkukeeramise teel, luues puuvillase niidiga sarnase spiraalstruktuuri. See struktuur suurendab monofilamentide vahelist sidumisjõudu, takistades lõnga lahtihargnemist pinge all, muutes selle sobivaks kudumiseks, mähkimiseks ja muudeks töötlemistehnikateks."loendama"lõngast (indeks, mis näitab monofilamentide arvu, näiteks 1200 teksi lõng koosneb 1200 monofilamendist) ja"keerdumine"(keerdude arv pikkuseühiku kohta) määravad otseselt lõnga tugevuse, paindlikkuse ja järgneva töötlemistulemuse.
Klaaskiudkangas on klaaskiudlõngast kudumisprotsessi teel valmistatud lehtjas struktuur. Kolm põhilist kudumist on tavaline, diagonaalne ja satiin.Tavaline kudumineKangas moodustatakse lõime- ja koelõnga vahelduva põimimise teel, mille tulemuseks on tihe struktuur, millel on madal läbilaskvus, kuid ühtlane tugevus, mistõttu see sobib komposiitmaterjalide alusmaterjaliks.toimse kudumisegaKangas, lõime- ja koelõngad põimuvad vahekorras 2:1 või 3:1, luues pinnale diagonaalse mustri. See on painduvam kui tavaline kudumine ja seda kasutatakse sageli toodete puhul, mis vajavad painutamist või vormimist.SatiinkudumineSellel on vähem põimimiskohti ning lõime- või koelõngad moodustavad pinnale pidevaid ujuvaid jooni. See kudum on pehme ja sileda pinnaga, mistõttu sobib see dekoratiivsete või madala hõõrdumisega komponentide jaoks.
Olgu tegemist lõnga või kangaga, kollektiivse struktuuri tuumaks on saavutada jõudluse parandamine„1+1>2“monofilamentide korrastatud kombinatsiooni kaudu. Monokiud annavad põhitugevuse, samas kui kollektiivne struktuur annab materjalile erinevad vormid, paindlikkuse ja töötlemiskohandatavuse, et rahuldada mitmesuguseid vajadusi alates soojusisolatsioonist kuni konstruktsiooni tugevdamiseni.
Postituse aeg: 16. september 2025
