Стекловолокно — композиционный материал¶

Стекловолокно — это тончайшие нити диаметром от 5 до 24 микрон, изготовленные из расплава стекла, которые служат армирующим и теплоизоляционным материалом. По сути, стекловолокно представляет собой разновидность стекла, переведённого в волокнистую форму, что придаёт ему свойства, отсутствующие у массивного стекла: гибкость, упругость, низкую теплопроводность и способность образовывать объёмные структуры. Материал широко применяется в строительстве, машиностроении, электротехнике и авиации.

¶Состав и производство

Стекловолокно изготавливают из того же сырья, что и обычное стекло: кварцевый песок, сода, известняк, доломит и другие минералы. В зависимости от состава выделяют несколько типов стекла:

• А-стекло — алюмоборосиликатное, наиболее распространённое;
• Е-стекло — электротехническое, с низкой электропроводностью, применяется для диэлектрических изделий;
• С-стекло — высокопрочное, с повышенным содержанием кремнезёма;
• Д-стекло — низкомодульное, для печатных плат;
• Т-стекло — титансодержащее, с высокой химической стойкостью.

Процесс производства включает плавку шихты в печи при температуре 1400–1500 °C, после чего расплав подаётся на фильеры — плиты с множеством микроскопических отверстий. Под действием силы тяжести или центробежной силы стекло вытягивается в нити. Для получения тонких волокон применяют метод продувки расплава потоками горячего газа. Готовые нити покрывают связующим веществом — органическим полимером, улучшающим сцепление с матрицей при изготовлении композитов.

¶Основные свойства

Стекловолокно обладает рядом характеристик, определяющих его область применения:

Материал химически инертен к большинству кислот и щелочей, не подвержен гниению и коррозии, не горит самостоятельно. Недостатками являются хрупкость отдельных волокон и снижение прочности при длительном воздействии влаги без защитного покрытия.

¶Виды стекловолоконных материалов

На основе стекловолокна изготавливают несколько типов материалов:

• Стеклянная вата — объёмный утеплитель из хаотично расположенных волокон, применяемый для тепло- и звукоизоляции зданий;
• Стеклосетка и стеклохолст — плоские полотна из переплетённых или спрессованных нитей, используемые как армирующая основа в штукатурных и отделочных работах;
• Стеклоровинг — параллельно уложенные жгуты нитей, служащие сырьём для производства стеклопластика;
• Стеклоткань — тканое полотно для армирования композитных конструкций;
• Стеклопластик (стеклопластик) — композитный материал, получаемый пропиткой стекловолокна полимерной смолой (эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной).

¶Применение

В строительстве стекловолокно используется в качестве утеплителя, армирующего материала для фасадных систем и основы для стеклопластиковой арматуры, которая не подвержена коррозии и легче стальной. В машиностроении и авиастроении из стеклопластика изготавливают кузова автомобилей, лодки, элементы интерьеров самолётов и вертолётов. В электротехнике стекловолокно служит диэлектриком в печатных платах и изоляторах. В нефтегазовой отрасли стеклопластиковые трубы и арматура применяются в агрессивных средах.

В России производством стекловолокна и изделий из него занимаются предприятия в Боровичах (Новгородская область), в Саратове, Владимирской области и других регионах. Крупнейшие отечественные производители стеклопластика — «Стеклопластик» (Боровичи), «Композит-Инвест» и «Уралхимпласт».

¶Экологические аспекты

Стекловолокно относится к материалам, трудно поддающимся переработке: волокна не разлагаются в природе, а разделение композита на компоненты экономически невыгодно. При работе с незащищённым стекловолокном (например, при резке утеплителя) мельчайшие частицы попадают в дыхательные пути и вызывают раздражение кожи и слизистых, поэтому рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты. В последние годы разрабатываются технологии химической переработки стеклопластика с извлечением стекловолокна повторного использования.

¶Историческая справка

Первые патенты на производство стеклянных волокон были получены в конце XIX века в США и Великобритании. Промышленное производство стекловолокна началось в 1930-х годах, а массовое применение в качестве армирующего материала для композитов — в 1950-х. В СССР производство стекловолокна было развёрнуто в 1950–1960-е годы на заводах в Боровичах, Горьком, Дзержинске и других городах.

¶Источники

• Губин Е. И., Кардашов Н. И. «Стеклопластики» — М.: Химия, 2001.
• Мацко О. А. «Стеклянные волокна и материалы на их основе» — СПб.: Политехника, 2006.
• Технический справочник «Стекловолокно и стеклопластик» — М.: Стройиздат.
• Энциклопедический словарь «Стекло» — М.: Большая Российская Энциклопедия, 2000.