Jakie temperatury wytrzymują kompozyty z włókna szklanego?

Kompozyty z włókna szklanego znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, budownictwie, transporcie i energetyce. Ich popularność wynika z doskonałego stosunku wytrzymałości do masy, odporności na korozję oraz możliwości formowania w niemal dowolne kształty. Jednym z parametrów decydujących o przydatności tych materiałów w wymagających warunkach jest odporność na działanie temperatury.

Do jakich temperatur można bezpiecznie stosować kompozyty z włókna szklanego? Czy są one odporne na krótkotrwałe przegrzanie? Jak zachowują się w warunkach ciągłego wystawienia na podwyższoną temperaturę?

Od czego zależy odporność cieplna kompozytów?

Odporność cieplna kompozytów z włókna szklanego nie zależy wyłącznie od samych włókien, lecz przede wszystkim od rodzaju matrycy (żywicy), która je spaja. Włókna szklane jako materiał nieorganiczny są same w sobie bardzo odporne na wysoką temperaturę. Temperatura topnienia włókna szklanego przekracza 1000°C. Jednak to osnowa polimerowa decyduje o tym, w jakim zakresie temperatur cały kompozyt może być stosowany bez utraty właściwości mechanicznych i strukturalnych.

Każda żywica ma swój próg odporności cieplnej, czyli temperaturę, przy której zaczyna tracić sztywność, mięknąć lub się degradować. Przykładowo, standardowe żywice poliestrowe wytrzymują temperatury rzędu 60–90°C, żywice epoksydowe do około 120–150°C, a specjalistyczne żywice wysokotemperaturowe (np. fenolowe czy bismaleimidowe) nawet powyżej 200–250°C.

Na odporność cieplną kompozytów wpływają:

• grubość i układ warstw kompozytu,
• rodzaj obciążenia,
• czas ekspozycji na temperaturę,
• środowisko pracy.

W jakim zakresie temperatur pracują kompozyty z włókna szklanego?

W praktyce najczęściej stosowane kompozyty z włókna szklanego mogą pracować w temperaturach:

• do 60–90°C – w przypadku żywic poliestrowych, najczęściej stosowanych w konstrukcjach ogólnobudowlanych, reklamowych i mniej wymagających aplikacjach,
• do 120–150°C – w przypadku kompozytów na bazie żywic epoksydowych, stosowanych w przemyśle, energetyce i motoryzacji, gdzie potrzebna jest wyższa odporność termiczna i mechaniczna,
• do 200–250°C (a nawet więcej) – w specjalistycznych zastosowaniach, gdzie wykorzystuje się wysokotemperaturowe żywice fenolowe, bismaleimidowe czy cynkowe. Kompozyty tego typu spotyka się m.in. w przemyśle lotniczym, kosmicznym, militarnym i przy instalacjach przemysłowych.

Kiedy włókno szklane traci swoje właściwości mechaniczne?      

Kompozyt z włókna szklanego zaczyna tracić swoje właściwości mechaniczne już w temperaturze 60–150°C. Po przekroczeniu temperatury ugięcia pod obciążeniem traci sztywność, mięknie lub zaczyna się rozkładać termicznie. W konsekwencji kompozyt przestaje działać jako jednorodna, wytrzymała struktura, a sam materiał może się deformować, rozwarstwiać lub pękać.

Dodatkowo, wysokie temperatury mogą prowadzić do:

• mikropęknięć między włóknami a żywicą,
• utraty adhezji między warstwami kompozytu,

spadku odporności chemicznej i mechanicznej w wyniku degradacji polimeru.