Tajemství mikrostruktury sklolaminátu

Když vidíme výrobky vyrobené zlaminát, často si všímáme pouze jejich vzhledu a použití, ale jen zřídka se zamýšlíme nad tím: Jaká je vnitřní struktura tohoto štíhlého černého nebo bílého vlákna? Právě tyto neviditelné mikrostruktury dávají sklolaminátu jeho jedinečné vlastnosti, jako je vysoká pevnost, odolnost vůči vysokým teplotám a korozi. Dnes se ponoříme do „vnitřního světa“ sklolaminátu, abychom odhalili tajemství jeho struktury.

Mikroskopický základ: „Neuspořádaný řád“ na atomové úrovni

Z atomového hlediska je základní složkou sklolaminátu oxid křemičitý (obvykle 50–70 % hmotnostních), k němuž se přidávají další prvky, jako je oxid vápenatý, oxid hořečnatý a oxid hlinitý, pro úpravu jeho vlastností. Uspořádání těchto atomů určuje základní vlastnosti sklolaminátu.

Na rozdíl od „dlouhodobého uspořádání“ atomů v krystalických materiálech (jako jsou kovy nebo krystaly křemene) vykazuje uspořádání atomů ve skleněných vláknech„krátkodobý řád, dlouhodobý nepořádek.“Jednoduše řečeno, v lokální oblasti (v dosahu několika atomů) se každý atom křemíku váže se čtyřmi atomy kyslíku a vytváří tak pyramidu.„křemičitý tetraedr“struktura. Toto lokální uspořádání je uspořádané. Ve větším měřítku však tyto křemičité tetraedry netvoří pravidelnou opakující se mřížku jako v krystalu. Místo toho jsou náhodně propojeny a naskládány neuspořádaným způsobem, podobně jako hromada stavebních bloků nahodile sestavených a tvořících amorfní skleněnou strukturu.

Tato amorfní struktura je jedním z klíčových rozdílů mezilamináta běžného skla. Během procesu chlazení běžného skla mají atomy dostatek času k vytvoření malých, lokálně uspořádaných krystalů, což vede k vyšší křehkosti. Naproti tomu sklolaminát se vyrábí rychlým natahováním a chlazením roztaveného skla. Atomy nemají čas se uspořádat a jsou v tomto neuspořádaném, amorfním stavu „zmrazeny“. To snižuje defekty na hranicích krystalů, což umožňuje vláknu zachovat si vlastnosti skla a zároveň získat lepší houževnatost a pevnost v tahu.

Monofilamentní struktura: Jednotná entita od „kůže“ po „jádro“

Sklolaminát, který vidíme, se ve skutečnosti skládá z mnohamonofily, ale každý monofil je sám o sobě kompletní strukturální jednotkou. Monofil má obvykle průměr 5–20 mikrometrů (přibližně 1/5 až 1/2 průměru lidského vlasu). Jeho struktura je jednotná„pevný válcovitý tvar“bez zjevného vrstvení. Z pohledu mikroskopického rozložení složení však existují jemné rozdíly mezi „slupkou a jádrem“.

Během procesu tažení, kdy je roztavené sklo vytlačováno z malých otvorů zvlákňovací trysky, povrch při kontaktu se vzduchem rychle ochlazuje a vytváří velmi tenkou vrstvu."kůže"vrstva (tloušťka asi 0,1–0,5 mikrometru). Tato povrchová vrstva se ochlazuje mnohem rychleji než vnitřní"jádro."V důsledku toho je obsah oxidu křemičitého ve vrstvě povrchové vrstvy o něco vyšší než v jádru a uspořádání atomů je hustší s menším počtem defektů. Tento nepatrný rozdíl ve složení a struktuře činí povrch monofilu tvrdším a odolnějším proti korozi než jádro. Snižuje také možnost vzniku povrchových trhlin – selhání materiálu často začíná povrchovými defekty a tato hustá vrstva funguje jako ochranná „skořápka“ pro monofil.

Kromě jemného rozdílu mezi povrchem a jádrem, vysoce kvalitnílaminátMonofil má také vysoce kruhovou symetrii ve svém průřezu s chybou průměru, která je obvykle kontrolována s přesností na 1 mikrometr. Tato jednotná geometrická struktura zajišťuje, že když je monofil namáhán, napětí je rovnoměrně rozloženo po celém průřezu, čímž se zabraňuje koncentraci napětí způsobené lokálními nerovnostmi tloušťky, a tím se zlepšuje celková pevnost v tahu.

Kolektivní struktura: Uspořádaná kombinace „příze“ a „látky“

Monofily jsou sice pevné, ale jejich průměr je příliš malý na to, aby se daly použít samostatně. Proto sklolaminát obvykle existuje ve formě"kolektivní,"nejčastěji jako„příze ze skelných vláken“a„skelná tkanina.“Jejich struktura je výsledkem uspořádané kombinace monofilamentů.

Skleněná příze je soubor desítek až tisíců monofilů, sestavených buď„kroucení“nebo bytí„rozmotaný.“Nekroucená příze je volný soubor rovnoběžných monofilamentů s jednoduchou strukturou, používaný především k výrobě skelné vlny, sekaných vláken atd. Kroucená příze se naproti tomu tvoří kroucením monofilamentů dohromady, čímž vzniká spirálovitá struktura podobná bavlněné niti. Tato struktura zvyšuje vazebnou sílu mezi monofily a zabraňuje rozplétání příze pod napětím, takže je vhodná pro tkaní, navíjení a další zpracovatelské techniky."počítat"příze (index udávající počet monofilů, například příze o gramáži 1200 texů se skládá z 1200 monofilů) a"kroutit"(počet zákrutů na jednotku délky) přímo určuje pevnost, pružnost a následné zpracování příze.

Skelná tkanina je listová struktura vyrobená ze skelné příze tkaním. Tři základní vazby jsou hladká, keprová a saténová.Plátnová vazbaTkanina se tvoří střídavým proplétáním osnovních a útkových přízí, což vede k husté struktuře s nízkou propustností, ale rovnoměrnou pevností, díky čemuž je vhodná jako základní materiál pro kompozitní materiály.keprová vazbaTkanina, osnovní a útkové nitě se proplétají v poměru 2:1 nebo 3:1 a vytvářejí tak na povrchu diagonální vzor. Je pružnější než plátnová vazba a často se používá pro výrobky, které vyžadují ohýbání nebo tvarování.Saténová vazbamá méně propletených bodů, přičemž osnovní nebo útkové nitě tvoří na povrchu souvislé plovoucí linie. Tato vazba je měkká na dotek a má hladký povrch, takže je vhodná pro dekorativní nebo nízkotřitelné součásti.

Ať už se jedná o přízi nebo látku, jádrem kolektivní struktury je dosáhnout zvýšení výkonu„1+1 > 2“prostřednictvím uspořádané kombinace monofilů. Monofily poskytují základní pevnost, zatímco kolektivní struktura dává materiálu různé tvary, flexibilitu a přizpůsobivost zpracování pro splnění rozmanitých potřeb, od tepelné izolace až po konstrukční výztuž.