Czym charakteryzuje się włókno szklane?

Włókno szklane to wszechstronny materiał kompozytowy. Produkowane z bardzo cienkich włókien szkła jest lekkie, wytrzymałe i odporne na korozję. To sprawia, że bardzo dobrze sprawdza się w zastosowaniach wymagających wysokiej wydajności i trwałości. Włókno szklane uznaje się za jeden z kluczowych materiałów kompozytowych, który dzięki swoim unikalnym właściwościom przyczynia się do innowacji w różnych sektorach przemysłu.

A czym dokładnie charakteryzuje się włókno szklane? Jakie ma właściwości? Co decyduje o jego popularności i zastosowaniu?

Skład chemiczny i struktura włókna szklanego

Główne składniki chemiczne włókna szklanego to:

• krzemionka (SiO₂) – stanowi około 50-70% składu włókna szklanego i odpowiada za wytrzymałość i odporność włókna szklanego na wysokie temperatury,
• tlenek wapnia (CaO) – stanowi od 5 do 20% składu włókna szklanego i działa jako stabilizator, zwiększając jego twardość i odporność chemiczną,
• tlenek magnezu (MgO) – jego zawartość wynosi około 0-5%, MgO poprawia właściwości mechaniczne i odporność na korozję włókna szklanego,
• tlenek boru (B₂O₃) – stanowi około od 0 do 10%, obniża temperaturę topnienia szkła, co ułatwia proces produkcji,
• tlenek sodu (Na₂O) i tlenek potasu (K₂O) – łącznie stanowią od 10 do 20%% składu włókna szklanego i działają jako topniki, które pomagają obniżyć temperaturę topnienia i poprawiają przepływ szkła,
• tlenek glinu (Al₂O₃) – stanowi od 0 do 15% składu włókna szklanego i zwiększa jego wytrzymałość mechaniczną i odporność na zużycie.

Struktura włókna szklanego

Włókno szklane ma strukturę amorficzną. Zamiast być ułożone w regularny wzór krystaliczny, atomy włókna szklanego są rozmieszczone losowo. Amorficzna struktura decyduje o specyficznych właściwościach włókna, które jest:

• przezierne (przezroczyste) – amorfizm decyduje o przepuszczalności światła, co jest wykorzystywane w różnych zastosowaniach optycznych, takich jak włókna światłowodowe,
• wytrzymałe mechanicznie – włókno szklane charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, co czyni je idealnym do zastosowań w materiałach kompozytowych,
• odporne na korozję – struktura amorficzna sprawia, że włókno szklane jest bardziej odporne na działanie czynników chemicznych i korozję w porównaniu do wielu metali,
• elastyczne i lekkie – włókno szklane jest stosunkowo lekkie i elastyczne, co pozwala na jego szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, od budownictwa po przemysł motoryzacyjny.

Właściwości mechaniczne włókna szklanego

To właściwości mechaniczne włókna szklanego przekładają się a jego szerokie zastosowanie różnych gałęziach przemysłu – od budownictwa po produkcję sprzętu sportowego i lotniczego. O jakie cechy konkretnie chodzi?

Włókno szklane charakteryzuje się bardzo wysoką wytrzymałością na rozciąganie. Typowe wartości wytrzymałości na rozciąganie dla włókna szklanego wynoszą od 2,000 do 5,000 MPa i są znacznie wyższe niż w przypadku wielu metali. Kolejną istotną cechą mechaniczną jest sprężystość. Moduł sprężystości włókna szklanego, który mierzy sztywność materiału, jest również imponujący i wynosi od 70 do 90 GPa. Wysoki moduł sprężystości oznacza, że włókno szklane jest sztywne i ma niewielką tendencję do odkształcania się pod wpływem sił mechanicznych. To sprawia, że jest ono doskonałym wyborem do zastosowań wymagających dużej sztywności.

Włókno szklane wykazuje dobrą odporność na zmęczenie. Materiał może wytrzymać wielokrotne cykle obciążeń bez utraty swoich właściwości mechanicznych. Ma również dobrą odporność na uderzenia. Potrafi absorbować i rozpraszać energię uderzenia, co pomaga chronić struktury przed uszkodzeniami mechanicznymi.

To oczywiście nie wszystkie właściwości mechaniczne włókna szklanego. Scharakteryzowaliśmy tylko te najistotniejsze. Na uwagę w tym miejscu zasługuje również stabilność wymiarowa i mechaniczna w szerokim zakresie temperatur, odporność na korozję i działanie chemikaliów, lekkość i brak przewodzenia prądu.