Стекловолокно представляет собой волокна или нити, изготовленные из стекла или его производных, но благодаря сложному процессу производства приобретшее в конечном итоге уникальные свойства, нехарактерные для обычного стекла. Оно не разбивается при ударе, а легко гнется, при этом не деформируясь и не повреждаясь. Из материалов, производимых на его основе, изготавливаются различные изделия, успешно заменяющие традиционные привычные материалы, а сферой применения становятся области строительства, автомобилестроение, дорожные работы в другие направления. В статье речь пойдет о разновидностях стекловолокна.

Производство искусственного волокна и применение материалов на его основе представляет большой интерес как прогрессивное направление бизнеса. Оно занимает сегодня огромную часть отрасли стекольной промышленности с приличными капиталовложениями. Это говорит о том, что стекловолокно востребованный продукт среди ассортимента производимых товаров в современном мире.

Синтетическое стекловолокно может выпускаться из различного типа сырья, среди которых стекло, шлак, различные горные породы и минералы. Стекловолокно может быть произведено методом непрерывных нитей, или другим способом - в виде штапельного волокна.

Стекловолокно фото

Стекловолокно характеристики

Стекловолокно популярно и востребовано как материал благодаря своим замечательным свойствам, которые в значительной мере отличаются от исходного материала. Особое внимание стоит остановить на следующих характеристиках:

высокий уровень прочности, который превосходит прочность легированной стали. Диаметр нитей стекловолокна составляет 7-9 мк. Они произведены из магнийалюмосиликатного стекла и стекла, не содержащего щелочь, обладают самыми большими показателями прочности;
устойчивость к термической обработке. Структура эпоксидного стекловолокна сохраняется даже при сильном нагревании, в условиях, когда природные волокна органического происхождения уже полностью разрушаются;
придание дополнительной прочности в составе других материалов. В этом случае стекловолокно играет роль армирующей основы;
толерантность некоторых видов стекловолокон к химически и термически агрессивных средам - кислотам, горячей воде и воздействию пара высокого давления. Лучшими показателями обладают волокна кремнеземного, кварцевого и каолинового происхождения;
звукопоглощающие свойства. Шумоизолирующий эффект достигается благодаря оригинальному строению материала, в котором пространство, остающееся между волокнами, заполнено микроскопическими пузырьками воздуха;
теплоизолирующие свойства. Небольшая плотность и содержание воздуха среди волокон обеспечивают удержание тепла зимой и отсутствие нагрева летом;
негорючесть и экологичность. Стекловолокно не воспламеняется, не горит и не плавится, что делает его пожаробезопасным материалом и позволяет избежать токсичных веществ, которые выделяются при горении многих синтетических материалов;
способности сохранять первоначальную форму, прекрасно сопротивляться старению и противостоять деформации;
изменение свойств материала при намокании. В мокром виде теряет исходные свойства, а при высыхании восстанавливает их снова;
плохое отношение стекловолокна к изгибам и многочисленным истираниям. Обработка смолами и лаками меняет дело в положительную сторону;
экономичности транспортировки. Стекловолокнистая ткань тонкая, гибкая, но в то же время упругая. При необходимости перевозки ее можно сложить достаточно плотно и структура ткани не будет нарушена. Благодаря этому экономится место в транспорте, а значит, и расходы на транспортировку.
Свойства, которыми будет обладать готовое изделие, в конечном итоге зависят от способа изготовления продукта, химического состава сырья, воздействия факторов окружающей среды и толщины стекловолокна.
Материалы на основе стекловолокна

Само стекловолокно является лишь сырьем для производства различных продуктов - стеклонитей, ровингов и рубленого волокна, из которых впоследствии изготавливаются разные материалы строительного, электроизоляционного, производственного и конструкционного назначения.

Из непрерывных стекловолокнистых нитей получают:

стеклоткани, которые производятся таким же ткацким методом, что и обычное полотно — переплетением продольных и поперечных нитей между собой. В зависимости от вида переплетения — сатинового, полотняного, шашечного или саржевого, плотности и извивистости пряжи ткани отличаются между собой свойствами и назначением. Стеклоткани бывают электроизоляционные, строительные, конструкционные, кремнеземные и ровинговые. В зависимости от марки цена стекловолокна составляет 25-200руб/м2$
армированное стекловолокно и ленты, отличающиеся размером ячейки, видом и плотностью пропитки и предназначенные для дорожных или строительных наружных и внутренних отделочных работ;
пластиковое стекловолокно — композиты с разнообразными свойствами, которые задаются изначально в зависимости от условий эксплуатации. Они позволяют производить изделия любой сложности и конфигурации и поэтому именно стекловолокна в сочетании с полимерами получили самое широкое применение и распространение в самых различных сферах нашей жизни.
Из штапельных стекловолокнистых нитей и рубленых волокон можно купить стекловолокно следующего назначения:

утеплитель - стекловату и стекломаты;
стеклохолсты различной степени толстости, стеклопластики;
такое сырье используется и как компонент строительных растворов.
Каждый из этих материалов имеет свои присущие только ему особенности и индивидуальные характеристики, что предоставляет неограниченные возможности для широчайшего использования их во всех областях человеческой жизни.
Стекловолокно применение

Сегодня без изделий из стекловолокна не обходятся строительные, ремонтные и отделочные работы. Этот материал применяется также и при проведении дорожных работ. Широкое использование он получил в авто- и судостроении, в сфере производства товаров бытового, спортивного и медицинского назначения. А из-за превосходных диэлектрических свойств давно применяется в энергетической отрасли в качестве изоляционных материалов.

Применение стекловолокна в строительстве

Очень много продуктов из стекловолокна используется в строительстве. Одним из них является стеклопластиковая арматура, которая разрабатывалась как замена для стальной. Дело в том, что долгое время сталь являлась практически единственным материалом, у которого имелись необходимые для армирующего элемента свойства - исключительная прочность и долговечность. Альтернативы не было, а значит, приходилось мириться и с недостатками стали. Когда развитие технологий сделало возможным получение материалов с ранее недоступными свойствами, изменились и стандарты производства стройматериалов, в том числе и армирующих. На смену стальной пришла композитная стеклопластиковая арматура.

Она обладает прочностью и надежностью стали, но в то же время в несколько раз легче ее, не подвержена коррозии, устойчива к неблагоприятным воздействиям влаги, имеет низкую теплопроводность, не проводит электричество и полностью химически инертна. Все эти замечательные качества обеспечивают композиту самое широкое использование в самых различных случаях - для армирования фундаментов, бетонных конструкций и дорожного или авиационного полотна, крепления теплоизоляции, в виде армирующих сеток для несущего или облицовочного слоя при строительстве или ремонте зданий, для возведения осветительных опор, ограждений, канализационных и мелиоративных конструкций.
Еще одним изделием из стекловолокна является стеклофибра, которую добавляют в бетонный раствор в качестве скрепляющего элемента. Как известно, обычная бетонная смесь в процессе застывания подвержена усадке, в результате которой образуются микротрещины. Что является нежелательным, так как негативно влияет на качество бетона и его долговечность. Добавление в раствор фибры меняет дело. Когда свежий бетон начинает застывать, внутри раствора химические и физические процессы могут приводить к образованию дефектов. Волокна стекловолокна способны остановить прорастание микротрещин на ранних стадиях его твердения. В некоторых случаях такой состав позволяет обойтись без дополнительного армирования. Стеклофибру применяют для создания газобетонов, пенобетонов и ячеистых бетонов, в сухих смесях и штукатурках, стяжках и стеновых панелей для зданий и т. д. Полученная продукция выходит лучшего качества и с более высокими характеристиками.
Стекловолокно - прекрасный утеплитель. Чем хорошо пользуются в строительстве для теплоизоляции различных ненагруженных конструкций, внутри и снаружи зданий. Для наружных работ применяется в системе вентилируемых фасадов как самостоятельный элемент утепления или в составе сэндвич-панелей. Может использоваться как в рулонах, так и в матах. Внутренние работы включают в себя утепление кровли, чердачного помещения, теплоизоляцию стен и потолков, внутренних перегородок обычных и каркасных зданий. Стекловолоконными изделиями утепляют также различные подходящие к зданиям коммуникации — трубопроводы, системы канализации и вентиляции, отопления. Для этих целей в основном используют иглопробивные материалы. Обладающими паро- и теплоотражающими качествами фольгированными матами изолируют холодильные камеры, сауны и подобные помещения.
Ремонт и отделка помещений также не обходится без изделий из стекловолокна. Их главное назначение - создание армирующего слоя на поверхности при штукатурных работах. Таким образом, реставрация проходит успешно. Множество мелких трещин или одну крупную можно закрыть с помощью шпаклевки стекловолокна.
Кроме этого ее используют как армирующий элемент перед заливкой наливного пола, укладкой гидроизоляции, для укрепления соединений листов гипсокартона. Для более тонкой отделки поверхностей под покраску, при работе с гипсокартоном, для предупреждения появления мелких изъянов и получения идеальной картины в целом используется более изящный вариант армирующего материала - нетканый стеклохолст. Финишная отделка с применением стеклохолста дает всегда отличные результаты, качественное однородное покрытие без дефектов и изъянов. К тому же это еще и гарантия того, что идеальное состояние поверхности в ближайшее время не будет нарушено.
Еще одним отделочным материалом из стекловолокна являются стеклообои — прекрасное декоративное покрытие, но требующее большого количества краски из-за высоких впитывающих свойств. В отличие от обычных обоев, они выносливы, выдерживают механические нагрузки и воздействия химических сред.
Применение стекловолокна в дорожном и промышленном строительстве

Широкое распространение применение стекловолокна получило в промышленном и дорожном строительстве. Здесь оно незаменимо как скрепляющий компонент. Дорожное полотно с уложенной стеклопластиковой арматурой, при условии соблюдения технологии строительства, не растрескивается и не продавливается при нагрузках. Наличие в слоях покрытия дорог стеклосетки гарантирует увеличение производительности и срока их эксплуатации, снижает толщину асфальтного покрытия, предупреждает образование и распространение трещин и выбоин, увеличивает проходимость и долговечность дорог, позволяет увеличить сроки между ремонтами.
В гидротехническом строительстве без укрепляющих стекловолоконных сеток не обходится возведение плотин, набережных, мостов, подпорных стенок, ливневых коллекторов. Значительная часть канализационных емкостей (отстойников, фильтров, септиков) выполнена все из того же стеклопластика.
Из него изготавливаются сидения, устанавливаемые на стадионах, в аэропортах, авто- и ж/д вокзалах; оборудование остановок, бассейнов. Везде, где предусматривается большое скопление людей.
Применение стекловолокна в авто- и судостроение

Стеклоткань и композитный стеклопластик, благодаря малому весу и исключительной прочности, способности хорошо поддаваться механической обработке и окрашиванию, поэтому востребованы в автопромышленности и автоспорте. Из этих материалов производят различные части кузова - двери, крыши, крышки багажников, капоты. А также бампера, спойлеры, обвесы, рейлинги и внутренние детали салона. Стекловолокно применяют для придания дополнительной жесткости шинам, и в глушителях как звукоизоляционный материал.
В тюнинговых ателье изделия из стекловолокна используются для создания отделочных элементов благодаря способности легко копировать форму заготовки для воспроизведения необходимой детали. Простота в обработке, небольшая толщина, гибкость и пластичность материала позволяют изготавливать из него изделия разной степени сложности и формы.
Те же замечательные качества стекловолокна обеспечивают его применение в промышленном масштабе и в судостроительной отрасли. Корпуса моторных и весельных лодок, гоночных и крейсерных яхт, рыболовецких судов малой тоннажности, скутеров и катеров сегодня частично или полностью выполнены из этого материала. Стеклопластиковыми могут быть и другие части суден.
Лодка из стекловолокна видео

Другие способы применения стекловолокна

В зависимости от толщины стекловолокна из него производят различные товары народного потребления и другие изделия:

сантехнические детали - биотуалеты, септики, душевые кабинки, чаши бассейнов;
товары для спорта и отдыха - весла для гребли, лыжные палки, удочки и т. д.;
ящики и контейнеры для бытовых отходов твердого типа;
медицинские изделия, используемые в стоматологии - пломбы и несъемные протезы, ленты для шинирования зубов;
медицинские изделия, используемым в ортопедии - протезы, костыли, трости;
разнообразные виды трубок бытового назначения - антенны, держатели, флагштоки;
электротехнические изделия - индикаторы, предохранители, заземлители.
Это далеко не полный список перечислений всех мест, где может быть использованы изделия из стекловолокна. С каждым днем область их применения все больше расширяется, охватывая все новые и новые сферы нашей деятельности.

Широкое распространение и применение стекловолокна и изделий на его основе стало возможным благодаря достижениям современного производства, высоким технологиям в области химпромышленности, в частности полимеров и композитных материалов, и высоким требованиям к качеству конечного продукта. Стекловолокно - уникальный продукт, который как нельзя лучше отвечает реалиям времени и требуемым характеристикам и свойствам, присущим современным материалам. Поэтому такое его разностороннее применение совсем неудивительно.

Время чтения: 3 минуты

Существуют чудесные технологии, благодаря которым вещество меняет свои свойства буквально на противоположные. В результате одного такого преображения хрупкое и звонкое стекло превращается в мягкую материю, обладающую новыми, потрясающими качествами. Это и есть так называемая стеклоткань.

Производство

Стеклоткань – это технический материал, который получается из стекловолоконных нитей, пропитанных так называемым замаслеванителем – эмульсией, содержащей парафин. Производство востребованных в народном хозяйстве технических тканей всегда регламентируются государственными стандартами. Стеклоткань не является исключением, она вырабатывается в строгом соответствии с ГОСТ 19907-83.

Рассмотрим подробнее, что же это такое, стекловолокно? Сырьём для материала является силикатное стекло с содержанием алюминия и бора. Его растапливают в специальных печах и продавливают через тончайшие отверстия-фильеры. Полученные волокна отличаются мягкостью, эластичностью и особой тонкостью. Их диаметр зачастую гораздо меньше человеческого волоса и составляет от 3 до 100 микрометров. Они невероятно легкие, например, вес 1м 2 стеклоткани Э3/2-100 равен всего 120 г. При этом они обладают невероятной прочностью. Поражает и длина волокон, составляющая 20 километров.

Крепко скрученные нити наматывают на бабины и отправляют в дальнейшую обработку на челночные или бесчелночные ткацкие станки, где различными способами плетения и создаётся стеклоткань.

Волокна тканного материала соединены в несколько нитей. Нетканое стекловолокно таких пучков не имеет: нити ложатся по одной.

Свойства стеклоткани

Материал обладает парадоксальными для тканей качествами.

• Невоспламеняемость и негорючесть. Стеклоткань выдерживает кратковременное воздействие открытого огня.
• Экологическая чистота и абсолютная нетоксичность.
• Химическая и биологическая инертность. Изделия выносят обработку щелочами и кислотами, они не гниют и не являются питательным субстратом для микроорганизмов.
• Невосприимчивость к ультрафиолетовым лучам.
• Беспримерная прочность, превышающая аналогичный показатель стальной проволоки.
• Долговечность, не знающая конкуренции.
• Отсутствие таких явлений, как механический износ и коррозия.

Виды материи и их использование

Марки стеклоткани отличаются различной устойчивостью к воздействиям химических веществ и высоким нагрузкам. На свойства материала во многом влияет способ переплетения нитей. Например, электроизоляционные ткани создаются полотняным плетением, конструкционные – полотняным и сатиновым, а фильтровальные ещё и саржевым методом. Итак, материал бывает следующих видов:

• Конструкционные – самые популярные, они идут на армирование стеклопластика и на производство надёжных конструкций в автомобильном, авиационном и судостроении.
• Ровинговые – лучшие материи для стеклорубероида. (Ровингом называют плоский жгут из стекловолокон, который получают сращиванием нескольких нитей.) Из них также делают корпуса яхт, катеров, автомобилей, детали летательных аппаратов.
• Изоляционные – востребованы при изготовления тепло-или гидроизоляции.

• Электроизоляционные – менее востребованная стеклоткань. Она идёт на производство печатных плат, фальгированных диэлектриков, а также на электроизоляцию теплопроводов.
• Базальтовые – выдерживают температуру до +700 о С.
• Кремнезёмные – наиболее термостойкие ткани, выдерживающие до +1200 о С. Их применяют в качестве покрывал при сварке, из них шьют средства первой защиты при пожаре.

Другие области применения

Кроме указанных областей, стеклоткань идёт на изготовление кровельных материалов: более дешёвых гладких и не деформирующихся, но более дорогих каркасных.

Используют для утепления и гидроизоляции домов, трубопроводов и автомобилей.

Из стеклоткани делают уникальные по прочности и конфигурации детали для аппаратов и станков.

В 1970-е годы цветное стекловолокно шло даже на украшение интерьеров. Тогда были весьма модными шторы, абажуры и торшеры из этой ткани.

Негорючесть материала служит основанием для использования стеклоткани на некоторых огнеопасных производствах и в наши дни.

Особенность утилизации

Стеклоткань – это нетоксичный материал, который можно утилизировать, как прочий строительный мусор. Однако при его измельчении в воздух попадает множество микрочастиц, способных вызвать зуд на коже, попасть в дыхательные пути и нанести вред здоровью. При утилизации стекломатерий следует соблюдать некоторые правила.

• Работу производить в перчатках и масках.
• Включать вытяжную вентиляцию.
• Минимизировать количество разрезов.
• Смачивать ткань при измельчении.
• Утилизированный материал должен находиться в герметичных пакетах, а рабочее место требует своевременной и тщательной очистки.

Этот необычный материал сегодня стал неотъемлемой частью нашей жизни. Путешествуем ли мы на поезде, летим ли на самолёте, передвигаемся на автомобиле или бороздим океанские просторы на круизном лайнере, кругом нам окружают предметы из стеклоткани или стеклопластика. Лёгкие, надёжные, экологичные изделия делают жизнь эстетичнее и комфортнее, а нашу планету – чище.

Стекловолокно: способ получения, свойства, применение

Стекловолокно (стеклонить) - волокно или комплексная нить, формуемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для него свойства: не бьётся, не ломается и легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него стеклоткань, изготавливать гибкие световоды и применять во множестве других отраслей техники.

Стекловолокно имеет совершенно уникальное сочетание характеристик: повышенная прочность при сжатии и растяжении, термостойкость, негорючесть, низкая гигроскопичность, стойкость к химическому и биологическому воздействию. Из стекловолокна производят материалы с высокими тепло-, электроизоляционными и звукоизоляционными свойствами, и, конечно, механической прочностью.

Производство стекловолокна

Стекловолокно производят из лома стекла или из сырья, идентичного сырью для производства собственно стекла. Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной стекломассы через фильеры (число отверстий 200-4000) при помощи механических устройств, наматывая волокно на бобину. Диаметр волокна зависит от скорости вытягивания и диаметра фильеры. Технологический процесс может быть осуществлен в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах) .

Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3-100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в паковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в крученые нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в крученые изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).

Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и др. методами.

Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путем резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) - 50 см, титр волокна в данном случае как правило ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1-20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы (кардные, иглопробивные, нитепрошивные, стеклохолст) по различным технологиям (кардочесание, преобразование прочеса, иглопробивание, нитепрошивание), стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное - короткие волокна хлопка или шерсти .

Существует два типа технологий производства стекловолокна – одностадийный и двухстадийный.

Двухстадийный (наиболее распространенный) способ получения волокна включает в себя стадию подготовки шихты, варки стекла, выработки эрклеза, стеклошариков или штабиков, и стадию плавления эрклеза и стеклошариков в плавильном сосуде и вытягивания волокна.

Вторая стадия получения волокна состоит из следующих операций:

1) Подготовка и подача стеклянных шариков или эрклеза в стеклоплавильный сосуд.

2) Плавление шариков и эрклеза и подготовка стекломассы к формованию.

4) Формование волокон.

5) Охлаждение волокон.

6) Нанесение на волокна замасливателя и соединение их в нить.

7) Раскладка и намотка нити.

При более прогрессивном одностадийном способе, волокна вытягивают из стекломассы, поступающей в выработку сразу из стекловаренной печи, питаемой шихтой, т.е. исключается промежуточная стадия выработки эрклеза и стеклянных шариков, при этом расход энергии сокращается практически в два раза. Вместо нее осуществляется операция распределения потока стекла в распределителе стеклоплавильной печи по отдельным фильерным питателям. Одностадийный метод получения стекловолокна используется на предприятиях ОАО «Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно», ОАО «Стеклонит», ООО «УРСА Серпухов» и ООО «Сен-Гобен Изовер Егорьевск».

Дополнительная обработка поверхности стекловолокна замасливателями 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 стекловолокна и капиллярная структура изделия определяют малую (0,2%) гигроскопичность для волокон и повышенную (0,3-4%) для тканей.

При производстве волокна для нетканых материалов операции соединения волокон в нить, раскладки или приема волокна или нити модернизируются в зависимости от вида и назначения материала.

Изделия из стекловолокна хуже работают при многократном истирании и изгибе, однако, стойкость к такому обращению повышается путем пропитки стекловолокна лаками и смолами. На 20-25% повышает прочность склеивание волокон в нити, а пропитка стекловолокнистых материалов лаками увеличивает прочность на 80-100%. При погружении стекловолокна в воду прочность снижается, но после высушивания восстанавливается полностью. При длительном действии деформирующего усилия у стекловолокон развивается упругое последствие. Влага также снижает сопротивление стекловолокна трению и изгибу. В сухом воздухе прочность стекловолокна резко повышается. Аналогично действию сухого воздуха смачивание стекловолокон неполярной углеводородной жидкостью – оно дает наибольшее значение прочности. При нагревании стекловолокна до 250-300°С его прочность сохраняется, в то время как органические волокна в условиях таких температур полностью разрушаются.

Значительное влияние на прочность стекловолокон, подвергнутых термической обработке, оказывает состав стекла. Волокна из натрийкальцийсиликатного и боратного стекол теряют свою прочность при термической обработке, начиная уже с 100-200°С. Волокна из кварцевого, кремнеземного и каолинового стекла теряют прочность на 50% при нагреве до 1000°С и последующем охлаждении.

Прочность стекловолокон в различных агрессивных средах (водяной пар высокого давления, горячая вода, щелочи, кислоты) также зависит от химического состава стекла. Самой высокой прочностью и стойкостью к горячей воде и пару обладают стекловолокна из бесщелочного алюмоборосиликатного и магнийалюмосиликатного стекла.

Физико-механические свойства стекловолокна

Механические свойства волокон представлены в таблицах 1.1, 1.2.

Таблица 1.1 - Механические свойства волокон

Таблица Г.1.2 - Механические свойства стекловолокон

Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов из них представлены в таблице 1.3.

Таблица1.3 - Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов

Тип волокон	Марка волокна	Свойства волокон длиной 10 мм	Свойства композиционных материалов *
σ в	E	σ в	E	σ в / (pg), км
ГПа	ГПа	ГПа	ГПа
Стеклянные	ВМ-1	3,82	102,9	2,01	69,1
ВМП	4,61	93,3	2,35	64,7
М-11	4,61	107,9	2,15	72,6
Борные	БН (сорт 2)	2,75	392,2	1,37	225,5
БН (сорт 1)	3,14	382,4	1,72	274,6
Борофил (США)	2,75	382,4	1,57	225,5
Органические	СВМ	2,75	117,7	1,47	58,5
Кевлар-49 (США)	2,75	130,4	1,37	80,4

* Объемная доля наполнителя 60 %.

На предел прочности на растяжение стекол влияют микроскопические дефекты и царапины на поверхности, для конструктивных целей в основном применяют стекло с прочностью на растяжение 50 МПа. Стекла имеют Модуль Юнга около 70 ГПа.

Применение стекловолокна

Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов - использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и композитов. Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом - пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы и прочие полимеры) .

Стекловолокно выпускается в рулонах и в виде плит. Плиты из стекловолокна отличаются повышенной жесткостью и выдерживают высокие нагрузки. Для повышения показателей по ветрозащите плиты повышенной жесткости отделывают стекловойлоком.

В большинстве случаев стекловолокнистые плиты применяют для изоляции стен под штукатурные работы в вентиляционных фасадах зданий. На сегодняшний день несколько российский производителей плит повышенной жесткости получили сертификаты пожарной безопасности, которые позволяют использовать плиты из стекловолокна для проведения работ по увеличению огнестойкости металлических конструкций.

Из-за небольшой плотности и значительного количества, содержащегося в нем воздуха, изделия из стекловолокна хорошо сберегают тепло, сохраняя эту способность в течение длительного периода. Легкость, мягкость и эластичность стекловолокна позволяют использовать его для отделки неровных поверхностей, облицовывая конструкции любой формы, не зависимо от конфигурации. Стекловолокно также имеет способность сохранять форму, выдерживать старение и деформации.

Высокие звукоизоляционные свойства стекловолокна, химическая стойкость, отсутствие коррозионных агентов, не гигроскопичность и негорючесть расширяют сферу применения стекловолокнистых изделий.

Изделия из стекловолокна используются в системах наружного утепления, в вентилируемых фасадах зданий для теплоизоляции, для повышения огнестойкости несущих металлических конструкций гражданских и промышленных сооружений.

Стекловолокно входит в структуру гибкой черепицы в качестве несущей арматуры, обеспечивающей изделиям высокую механическую прочность, превосходящую требования международных стандартов качества. В процессе производства стекловолокно пропитывается битумом, чтобы не допустить присутствия влаги в готовом изделии.

Стекловолокно используется так же в стоматологии в составе керамической системы, особенностью которой является возможность химической связи волокон материала с композитами и пластмассами. В качестве арматуры используется стекловолокно, в качестве основы – неорганическая матрица.

Чем утеплить свой дом? Как сделать штукатурку долговечнее, а бетон прочнее? Ответ на эти вопросы один - стеклянное волокно и различные изделия на его основе. Я расскажу, что такое стекловолокно и как этот материал применяется в строительстве.

Все, что нужно знать о материале

Стекловолокно и материалы, изготовленные на его основе, с давних пор применяются в строительстве. Эксплуатационные и технические характеристики материала определяются толщиной и плотностью волокон.

В соответствии с диаметром поперечного сечения, различаются следующие виды волокон:

• Ультратонкое (диаметр не более 1 мкм) – применяется для изготовления средств передачи сигнала на расстояние (оптоволоконная связь);
• Супертонкое (диаметр от 1 до 3 мкм) – используется для производства тепло- и шумоизоляционных материалов;
• Тонкое (диаметр от 4 до 12 мкм) – применяется для производства теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов;
• Утолщенное (диаметр от 12 до 25 мкм) – используется для производства армирующей штукатурной сетки и армирующей засыпки для приготовления бетонов;
• Толстое (диаметр от 25 мкм и больше) — применяется для изготовления водопроводных труб большого диаметра.

Стекловолокно - это продукт переработки вторсырья. При производстве в качестве основного сырья используется битое стекло и очищенный песок. Чтобы обеспечить требуемые эксплуатационные свойства материала, к основному сырью добавляется известняк, доломит, сода и ряд других компонентов.

В ходе производства, смесь компонентов, под воздействием высоких температур, плавится вплоть до образования густой тягучей массы. Расплавленная масса вытягивается посредством экструдера на отдельные волокна требуемой толщины.

Готовое стекловолокно в виде тончайших нитей сматывается в мотки и применяется для изготовления тканных или нетканых полотен, обрезков фибры и т.п.

Использование в строительстве

Иллюстрации	Краткое описание
	Армирование бетонов . Заполнение строительных бетонов фиброй значительно уменьшает процесс усадки. Таким образом, в процессе набора марочной прочности, бетон не растрескивается и практически не уменьшается в объёме.
	Армирование штукатурки . Специальная стекловолоконная сетка крепится на строительные поверхности перед оштукатуриванием. В результате, после твердения штукатурки, сетка исключает появление трещин.
	Теплоизоляция и шумоизоляция . Несмотря на то, что для утепления строительных объектов повсеместно применяется минеральная вата, утеплители на основе стекловолокна по-прежнему популярны и востребованы. Стекловата характеризуется малой теплопроводностью, отличными демпфирующими качествами и, при этом, цена материала невысока.
	Гидроизоляция . Стекловолокно издавна применяется для изготовления гидрофобных покрытий. Стеклоткань в сочетании с эпоксидной пропиткой можно использовать для изоляции бассейнов, кровельных конструкций, перекрытий, отмосток, фундаментов и т.д.
	Изготовление стеклопластиковых труб . Для этих целей стекловолокно наматывается на матрицу и послойно пропитывается эпоксидной смолой или аналогичным связующим материалом. Полимерные трубы, изготовленные с добавлением стекловолокна, в разы прочнее обычных полиэтиленовых труб. Стеклопластиковые композитные трубы негорючие, а потому они являются отличным вариантом для прокладки коммуникаций.

Стеклофибра - что это такое и как применяется

Стеклофибра – это стекловолокно, которое при изготовлении бетонов замешивается в раствор. Фибра, добавляемая в небольших объёмах в раствор, при застывании бетона упрочняет строительный материал и, таким образом, предупреждает образование трещин.

Преимущества стеклофибры в сравнении с металлической арматурой:

• Меньший вес и, как следствие, меньшая нагрузка на стены;
• Меньшая цена , что снижает себестоимость строительных работ;
• Устойчивость к коррозийным процессам – для сравнения, металлическая арматура в бетоне окисляется и разрушается уже в первые 15-20 лет;
• Устойчивость к химически агрессивному воздействию , что делает ресурс использования материала практически неограниченным.

Инструкция добавления стекловолокна в цементопесчаный раствор предусматривает пропорции 5-10% фибры от общего объема готового бетона. Замешивание фибры выполняется в сухую смесь, после чего содержимое мешалки затворяется водой.

Стеклосетка - какой она бывает и как применяется

Стекловолокно сплетается в сетку, которая повсеместно применяется в качестве армирующего материала при штукатурных и малярных работах.

Для армирования пластиков могут использоваться самые разнообразные волокна, но для высокопрочных пластиков чаще всего используются стеклянные волокна. Это объясняется удачным сочетанием их свойств и не в последнюю очередь низкой стоимостью большого разнообразия промышленных стекловолокон.

Секловолокна по прочности превосходят все другие распространенные конструкционные материалы. Так, прочность неповрежденных волокон из E-стекла равна в среднем 365 кг/мм 2 , они имеют довольно высокий модуль Юнга (5-11)·10 3 кг/мм 2 и на много превосходят в этом отношении армируемые ими полимеры. Поэтому в стеклопластиках большую часть нагрузки воспринимают волокна. А поскольку плотность стекла сравнительно низкая (~2.5 г/см 3), стекловолокна имеют высокую удельную прочность и удельный модуль, что особенно важно при применении этих материалов в авиации и на водном или сухопутном транспорте и т.д.

Стекловолокна довольно инертны химически, а поскольку полимеры также хорошо устойчивы во многих агрессивных средах, то стеклопластики часто используются там, где металлы сильно корродируют, например, при изготовлении трубопроводов для химически агрессивных жидкостей, подземных емкостей для хранения бензина и т.д.

Промышленностью выпускаются стекловолокна двух основных типов, в виде непрерывной нити и штапельного (резанного) волокна. Исходным технологическим процессом для получения всех видов стекловолокон является процесс вытяжки нитей из расплава.

Стеклонить - это тонкая белая прядь собранная из некоторого количества элементарных нитей, изготовленных из стекла типа «E», произведенных с правым или левым направлением крутки и заданным числом оборотов на каждый метр длины. Нити могут быть одинарного и двойного плетения.

Однонаправленные стеклонити представляют собой срезы (отрезки нити определенной длины) с паковок стеклянных комплексных нитей или непрерывных элементарных нитей. Предназначены для фильтрации, изготовления теплозвукоизоляционных материалов, наполнения пластмасс и других целей.

Стеклонити двойного плетения применяются для производства различных тканых и нетканых материалов, для электроизоляции обмоточных и монтажных проводов, для производства композиционных материалов на основе эпоксидных, фенольных и других связующих.

В зависимости от применения стеклонити имеют различные типы замасливателя для обеспечения наилучших потребительских и технологических свойств при их дальнейшей переработке. Намотка стеклонити производится на катушки разного типа, исходя из требований оборудования для дальнейшего использования. Нанесение замасливателя в 2 - 3 раза увеличивает прочность стеклонити, придает эластичность и гибкость, что позволяет подвергать ее дальнейшей переработке. Намотка стеклонитей, пропитанных термореактивной смолой, является методом изготовления многих крупногабаритных изделий для авиационной, ракетостроительной, судостроительной и гражданской промышленности. Для стеклонити применяется парафиновый, крахмальный или водно-эмульсионный замасливатели.

Свойства стекловолокон

Свойства стекловолокон в первую очередь определяет состав стекла . Не менее значимой оказывается и термическая предыстория стекла.

Высокая прочность при растяжении - стекловолокна имеют очень высокий предел прочности при растяжении, превышающий прочность других текстильных волокон. Удельная прочность стекловолокон (отношение прочности при растяжении к плотности) превышает аналогичную характеристику стальной проволоки.

Тепло- и огнестойкость - так как природа стекловолокон неорганическая, они не горят и не поддерживают горение. Высокая температура плавления стекловолокон позволяет использовать их в области высоких температур.

Хемостойкость - стекловолокна не воздействуют на большинство химикатов и не разрушаются под их влиянием. Устойчивы стекловолокна и к воздействию грибков, бактерий и насекомых.

Влагостойкость - стекловолокна не сорбируют влагу, следовательно, не набухают, не растягиваются и не разрушаются под ее воздействием. Стекловолокна не гниют и сохраняют свои высокие прочностные свойства в среде с повышенной влажностью.

Термические свойства - Стекловолокна имеют низкий коэффициент линейного расширения и большой коэффициент теплопроводности. Эти свойства позволяют эксплуатировать их при повышенных температурах, особенно, если необходима быстрая диссипация температуры.

Электрические свойства - Поскольку стекловолокна не проводят ток, они могут быть использованы как очень хорошие изоляторы. Это особенно выгодно там, где необходимы высокая электрическая прочность и низкая диэлектрическая постоянная.

Свойства	Марка стекла
	A	C	E	S
Физические
Плотность, кг/м2	2500	2490	2540	2480
Твердость по Моосу	-	6,5	6,5	6,5
Механические
Предел прочности при растяжении, МПа:	3033	3033	3448	4585
при 22 °C	-	-	2620	3768
при 371 °C	-	-	1724	2413
при 533 °C
Модуль упругости при растяжении при 22 °C, МПа	-	69,0	72,4	85,5
Предел текучести, %	-	4,8	4,8	5,7
Упругое восстановление, %	-	100	100	100
Термические
Коэффициент линейного термического расширения, 10 -6 К -1	8,6	7,2	5,0	5,6
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·K)	-	-	10,4	-
Удельная теплоемкость при 22 °C	-	0,212	0,197	0,176
Температура размягчения, °C	727	749	841	-
Электрические
Электрическая прочность, В/мм	-	-	19920	-
Диэлектрическая постоянная при 22 °C:
при 60 Гц	-	-	5,9-6,4	5,0-5,4
при 1 МГц	6,9	7,0	6,3	5,1
Потери при 22 °C:
при 60 Гц	-	-	0,005	0,003
при 1 МГц	-	-	0,002	0,003
Объемное сопротивление при 22 °C и 500 В постоянного тока, Ом·м	-	-	10 17	10 18
Поверхностное сопротивление при 22 °C и 500 В постоянного тока, Ом·м	-	-	10 15	10 16
Оптические
Коэффициент преломления	-	-	1,547	1,423
Акустические
Скорость звука, м/с	-	-	5330	5850

Табл. Свойства стекловолокон произведенных из различных марок стекла.