الیاف شیشه، انواع آن و نحوه ساخت آنها

مقاله الیاف شیشه، انواع آن و نحوه ساخت آنها

 

الیاف شیشه

الیاف شیشه رایج‌ترین و پر مصرف‌ترین لیف در مورد استفاده در صنعت کامپوزیت است. برحسب نوع و ترکیب مواد به کار رفته در تهیه آن‌ها، الیاف شیشه به انواع مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند. ماده اصلی تشکیل دهنده الیاف شیشه همانند شیشه‌های معمولی (Soda- line glass)، سیلیکا (SiO₂) است. اکسیدهای دیگر مانند B₂O₃ و Al₂O₃ برای اصلاح ساختمان شبکه SiO₂ و همچنین بهینه کردن فرآیند ساخت نظیر پایین آوردن دمای ذوب به آن افزوده می‌شوند.

ساختمان الیاف شیشه یک شبکه سه بعدی از سیلیکون، اکسیژن و دیگر اتم‌ها است (شکل 1) که به صورت غیر منظم (Random) در کنار هم قرار گرفته‌اند. لذا الیاف شیشه، ساختمانی آمورف یعنی غیر کریستالی و همسان (isotropic) دارند یعنی در تمام جهان دارای خواص مکانیکی یکسان هستند. مزایا و محدودیت‌های این لیف در مقایسه با دیگر الیاف به شرح جدول 1 است:

شکل 1: ساختار مولکولی شیشه بر پایه SiO₂

الف) واحد اصلی SiO₂  ب) ترکیب دو واحد   ج) شبکه سه بعدی اتفاقی SiO₂

 

جدول 1: مزایا و محدودیت های الیاف شیشه

انواع مختلف الیاف شیشه

ترکیب درصد و خواص مکانیکی انواع مختلف الیاف شیشه با توجه به عملکردشان با یکدیگر متفاوت می باشند. نشانه‌های معرف هر نوع لیف (E ، S و غیره) از واژه‌ای که بیانگر خصوصیت آن لیف است اقتباس شده و بیان می شود.

A اشاره به Soda- line glass دارد و از واژه Alkali گرفته شده و همان شیشه معمولی است که در گذشته متداول بوده است؛ اما امروزه تقریبا الیاف نوع E جایگزین آن شده است.

حرف C از واژه Chemical گرفته شده است و الیافی است که مقاومت شیمیایی خوبی را از خود نشان می‌دهد.

حرف D از واژه Dielectric گرفته شده است و الیافی است که کم‌ترین ثابت دی الکتریک را دارد. هر چه ثابت دی الکتریک یک ماده کمتر باشد آن ماده در برابر امواج الکترومغناطیسی شفافتر (transparent) است.  لذا از این الیاف در ساخت سپرهای محافظ رادار استفاده می‌شود تا ضمن محافظت رادار از عوامل جوی، امواج را بدون افت از خود عبور دهند.

E از واژه Electrical گرفته شده است. این الیاف خواص عایق الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهند و پایین‌ترین قیمت را دارا می‌باشند. بیشتر از 90% از الیاف شیشه مورد استفاده در صنعت کامپوزیت از این نوع است.

حرف M از واژه Modulus گرفته شده است و الیافی هستند که مدول بالایی دارند.

S اشاره به High Strength دارد و این الیاف بالاترین استحکام را دارا می‌باشند.

استحکام این نوع الیاف 20% از نوع E بیشتر و قیمت آن 4 برابر الیاف E است. (لازم به تذکر است که این الیاف ابتدا جهت کارهای نظامی طراحی شده بودند. بعدها الیافی را با خواص استحکامی مشابه با کد S-2 جهت کاربردهای عمومی به بازار عرضه شدند. به الیاف S و گاهی الیاف S-2 در اروپا، الیاف R اطلاق می‌شود).

در سال‌های اخیر الیافی با نام ECR (Extra Corrosion Resistant) به بازار عرضه شده است که در واقع همان الیاف C بهبود یافته می‌باشند. این نوع الیاف مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدها و بازها از خود نشان می‌دهند.

همچنین نوع دیگری از الیاف شیشه با درصد SiO₂ بالا (high silica) ابداع شده است که مقاومت حرارتی آن‌ها بسیار زیاد است. از این نوع الیاف برای ساخت سپرهای حرارتی و نازل موشک‌های سوخت جامد استفاده می‌شود و جایگزین مناسبی برای الیاف پنبه کوهی محسوب می‌شوند. قیمت این نوع الیاف در حدود 10 برابر الیاف شیشه نوع E می‌باشد.

 

فرآیند ساخت الیاف شیشه

فرآیند ساخت الیاف شیشه به طور خلاصه در شکل 2 نشان داده شده است. مواد اولیه ابتدا به صورت خشک و به میزان لازم توزین و با یکدیگر مخلوط شده، سپس به کوره ذوب که دمای آن حدود C^◦ 1370 است انتقال می‌یابند.

شکل 2: فرآیند ساخت الیاف شیشه و انواع مختلف الیاف حاصله

 

مواد مذاب سپس به ناحیه رشته‌ساز (bushing) که دمای آن حدود C^◦ 1260 است هدایت و از منافذ موجود در رشته‌ساز که تعداد آن‌ها معمولا 204 و یا مضربی از آن است و هر سوراخ قطری در حدود mm 3- 75/0 دارد به بیرون رانده می‌شوند.

پس از آن یک جمع کننده مکانیکی (mechanical winder) شیشه مذاب را از داخل منافذ رشته ساز با سرعتی حدود m/min 3000 به بیرون می‌کشد و در نتیجه یک لیف پیوسته با قطر نهایی بین μm 25-5/2، بسته ابعاد منفذ و سرعت کشش و دما به وجود می‌آید. پس از آن به الیاف، آهار (size) زده می‌شود و سپس لیف‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند تا یک رشته رابه وجود آورند و سپس بر روی قرقره پیچیده می‌شوند.

الیاف بسیار نازک (μm 9-5) در صنعت نساجی به کار می‌روند و علت استفاده از این قطر الیاف در صنعت نساجی، داشتن انعطاف کافی در لیف در حین فرآیندهای پیچش (twisting) و بافتن (weaving) است. قطر الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت در محدود μm 22-9 می‌باشد.

نکته قابل توجه در مورد رشته الیاف تشکیل شده از الیف با قطر کم آن است که در صورت ظهور پدیده شکست (brittle fracture) ناشی از رشد ترک‌ها (crack) که می‌تواند به دلیل وجود ترک‌های ریز با نقص‌های سطحی (surface flaws) موجود بر سطح لیف باشد، تنها الیاف منفرد می‌شکنند و از شکست کامل رشته الیاف جلوگیری بعمل می‌آید. بنابراین یک رشته الیاف (strand) دارای استحکام شکست بیشتر نسبت به یک لیف با قطر کلی مشابه ان می‌باشد. زیرا در یک لیف ضخیم، رشد یک ترک، به خاطر نقص‌های سطحی منجر به شکست کامل آن می‌گردد (شکل 3)

شکل 3: اثر قطر لیاف روی استحکام آن

به این مقاله امتیاز بده 

[ratings]

---

مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید

همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.

اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.

برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه(با لینک فالو به سایت) اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).

در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.