Характеристики и применение стекловолокна
Что это и из чего делают?
Стеклонить — это волокно, сформированное из стекла. В этой форме стекло проявляет несвойственные для себя характеристики — оно не трескается и не бьется, зато с легкостью принимает изогнутую форму.
Стеклонити натурального происхождения можно встретить в регионах, где когда-то происходили извержения вулкана.
Они получили название волоски Пеле, их химический состав приближен к составу базальтовых пород. Однако по своим физико-техническим характеристикам они не могут считаться полными аналогами стеклонитей.
Впервые стекловолокно было получено случайно — в стекольном производстве случилась авария, под давлением воздуха расплавленная масса раздулась и разделилась на тонкие гибкие нити. Это стало огромной неожиданностью для инженеров, так как обычно после застывания стекло твердеет. С того момента прошло более 150 лет. За это время технология была многократно усовершенствована, но ее принцип остался неизменным.
Для изготовления стекловолокна используется кварцевый песок, при вторичной переработке в ход идет стеклобой — это может быть стеклотара, битое стекло или забракованные стеклянные изделия, полученные в производственных условиях. Отходы стекольного производства на 100% поддаются любой переработке. Это обуславливает использование вторсырья в производстве — позволяет существенно снизить себестоимость готового материала и поддержать экологическую защиту окружающей среды.
Технология сводится к выдуванию из сырья тончайших нитей. Для этого сырьевые заготовки расплавляют при температуре 1400 градусов. Тягучая масса поступает на формующую установку и пропускается через центрифугу. В результате получается стекловата с перемешанными между собой волокнами. На финишной стадии полученный полуфабрикат пропускается через сито с микроотверстиями и выдувается под высоким воздушным давлением. На выходе получаются ровные длинные нити, которые в дальнейшем служат сырьем для создания более сложных продуктов.
Получившиеся волокна могут быть двух видов.
Длинные нити — растянуты на тысячи километров, их получают непрерывным методом. Через отверстия вытекают тонкие струи, охлаждаются и наматываются на барабан. Внешне такое волокно напоминает шелковую нить. В процессе вытягивания нити проходят через замасливающую установку, пропитываются клеящими веществами и пластификаторами. Такая обработка позволяет получить гибкие волокна.
Короткие нити — имеют длину 35-50 см, они похожи на шерсть для валяния. В основе производства лежит штапельная техника — стеклянную расплавленную массу выдувают паром или горячим воздухом.
В зависимости от толщины нитей выделяют:
толстое волокно — более 25 мкм;
утолщенное — 12-25 мкм;
тонкое — 4-12 мкм;
сверхтонкое — 1-3 мкм.
Изготовление стекловолокна подчиняется действующим ГОСТам:
для тканей конструкционного назначения — ГОСТ 19170-2001;
для изоляционного материала — ГОСТ 19907-83.
Основные характеристики
Стекловолокно имеет ряд преимуществ, которые определяют его широкую востребованность в самых разных отраслях строительства и промышленности.
Материал отличается низкой теплопроводностью, поэтому стекловату используют для выполнения теплоизоляции. Самым низким показателем обладает стекловата — ее теплопроводность соответствует 0,05 Вт/м*К. Благодаря этому в помещении в летнее время сохраняется прохлада, а зимой тепло не покидает здания.
Стекловолокно — кислотно- и щелочестойкое. Оно отличается повышенной химической инертностью, так как почти полностью состоит из кварцевого песка. При действии агрессивных растворов химической реакции не происходит, поэтому стекловолокно можно успешно сочетать с любыми строительными и отделочными материалами.
Нити – высокопрочные, плотность соответствует 2500 кг/м3. При этом нити распушены, поэтому готовое изделие имеет большой объем в сочетании с малым весом.
Стекловолокно часто используют для изготовления противопожарного оборудования. Это термостойкий материал с температурой плавления 1200 градусов — обеспечить такой нагрев можно лишь при прямом воздействии горелки. В теории можно создать такие условия, в которых произойдет возгорание. Но в этом случае в составе стекловолокна должны присутствовать горючие связующие компоненты, что встречается крайне редко.
Материал имеет необычную структуру. В нем пространство между волокнами заполнено пузырьками воздуха микроскопических размеров. Благодаря этому достигается высокий шумоизолирующий эффект.
Стеклонить обладает способностью противостоять деформации и сопротивляться износу, поэтому она в течение многих лет сохраняет свою первоначальную форму.
Материал гибкий, тонкий, но при этом упругий. При транспортировке его можно сложить или скатать рулонами — эксплуатационные характеристики полотна от этого не будут нарушены. Это позволяет сэкономить место в грузовом транспорте, а следовательно, снизить расходы на перевозку.
В то же время стекловолокно имеет и свои недостатки. Так, при намокании оно утрачивает свои эксплуатационные свойства. Впрочем, при высыхании они снова восстанавливаются. Именно поэтому материал можно использовать только вместе с надежной гидроизоляцией.
Стекловолокно плохо реагирует на истирание и частые изгибы. Чтобы исправить ситуацию, потребуется обработка лаками и смолами.
Числовые значения перечисленных физико-технических параметров прямо зависят от технологии изготовления волокна, его толщины, химического состава и воздействия тех или иных внешних факторов.
Разновидности
Среди всего многообразия представленных изделий из стекловолокна можно выделить две группы материалов:
на 100% состоящие из сырья;
композитные — в состав вводятся дополнительные компоненты, придающие определенные эксплуатационные характеристики.
В зависимости от этого стекловолокно выпускается в нескольких видах.
Маты из стекловаты — такая продукция нашла широкое распространение в промышленной сфере и строительной отрасли. Она востребована при монтаже для шумо- и теплоизоляции. Структура матов предполагает соединение направленных отрезков нитей, соединенных друг с другом естественным образом. Такая продукция на 100% состоит из стекловолокна.
Рулонная стекловата — по составу и способу производства этот продукт абсолютно идентичен матам, только выпускается в виде рулонов. Такая форма для выполнения некоторых типов теплоизоляционных работ считается более практичной.
Стекловолокнистая сетка — такое продукт используется для выполнения армирования разных типов поверхностей при выполнении ремонтно-отделочных работ. Структуру составляют стеклянные нити, сплетенные друг с другом и обработанные специальными пропитками. Может выпускаться в листах и рулонах.
На основе стеклосетки производят самоклеющуюся ленту, для ее изготовления на стеклянную основу наносят акриловый или силиконизированный связующий состав. Готовое изделие отличается высокой прочностью при малой толщине, хорошей ремонтопригодностью и нетребовательностью при выполнении демонтажа. Такая лента используется для проклеивания мест стыка и зазоров между листовыми панелями.
Стеклоткань — по функционалу аналогична сетке, но отличается более плотным переплетением стеклянных нитей. Выполняется по ткацкой технологии. Используется в производстве и электротехнике.
Стеклопластик — универсальный композит. Состоит из стеклянных нитей с добавлением полимерных смол. Подвергается формовке, поэтому позволяет изготавливать самые разнообразные детали.
Стеклопластиковая арматура — хорошая альтернатива стальным аналогам, может заменить металл в большинстве сфер применения.
Для изготовления изделий применяют стекловолокно нескольких марок, выполненное по различным технологиям, имеющим разные параметры толщины и длины нитей.
По типу покрытия все виды стекловолокна делятся на несколько категорий.
Фольгированное — самый распространенный тип материалов, в этом случае стеклополотно покрывается алюминиевой фольгой. Склеивание волокон с фольгой выполняется путем высокотемпературного воздействия на основные компоненты изделия. Такая фольга не расслаивается, не пропускает воду и защищает стеклянные нити от УФ-лучей.
Силиконовое — пропитывается силиконом с одной или двух сторон. При этом, чем толще будет покрытие — тем выше водо- и газоулавливающая способность материала. Такие изделия отличаются стойкостью к виброволнам и имеют длительный эксплуатационный срок.
Полиурентановое — пропитка многократно повышает стойкость материала к износу и воздействию агрессивных веществ. Такое полотно используется для изготовления изделий, имеющих противоогневое назначение.
Фторкаучуковое — стойкая стекловата, успешно противостоящая действию ГСМ и повышенных температур. Получила распространение в авиационной и химической сферах.
С графитовым покрытием— подобные изделия обязательно армируются стальной проволокой. Стекловолокно характеризуется водо- и паропроницаемостью, а при нагреве не выделяет токсичных соединений.
Гидрофобизированное — ткань с водоотталкивающими пропитками и высокими диэлектрическими свойствами. Основное предназначение такого стекловолокна — защита от агрессивного воздействия воды и тока.
Обзор производителей
Одним из самых известных производителей стекловолокна в России является компания «ТехноНиколь». Она выпускает стройматериал высокого качества, соответствующего всем европейским стандартам. На предприятии используются все преимущества стеклополотна при создании теплоизоляционных и кровельных конструкций, материалов для утепления магистральных трубопроводов и многих других изделий.
Большим спросом пользуется продукция «БауТекс» марки Ortex. Это высококачественное стекловолокно, произведенное по немецкой технологии. Продукт этой марки востребован в судо- и авиастроении, применяется в изготовлении стеклопластиков.
Сферы применения
Благодаря исключительным технико-эксплуатационным характеристикам стекловолокно востребовано в самых различных сферах.
Строительство
В строительной отрасли стекловолокно получило широкое распространение как теплоизоляционный материал для фундамента, стен, потолка и пола. Его используют для улучшения теплозащиты жилых и промышленных строений, а также трубопроводов. Для этого используют листовое стеклополотно, маты, а также рулоны из стекловаты.
Стеклоткань часто используют для обустройства мягкой кровли, а также плотных крышных покрытий. Для этого стеклонити сочетают с композитными добавками. В результате получают красивый материал, стойкий к ультрафиолетовым лучам, нагреву и влажности.
Для создания строительных объектов применяют стеклопластик — композит на базе стекловолокна и полимерных компонентов. Из него производят защитные архитектурные элементы и теплоизоляционные панели.
Широкое применение в отделочных работах получили стеклообои, для оштукатуривания в ход идет сетка.
Огнеупорное и негорючее стекловолокно часто используют для теплоизоляции термопечей, нагревательных сводов, а также футеровки дымоходов и керамических котлов.
Используют стекловолокно и в дорожном строительстве. Полотно, уложенное с использованием стекловолокнистой арматуры, приобретает высокую прочность. Оно выдерживает интенсивные нагрузки и не трескается по мере использования. Этот материал практичнее бетона, к тому же он снижает высоту асфальтового слоя. Использование стекловолокнистых материалов предупреждает появление выбоин и тем самым повышает комфортность передвижения по дороге, увеличивает период времени между ремонтами и способствует долговечности покрытия.
Без стекловолокнистого стекла не обходится ни одно строительство плотин, ливневых коллекторов, мостов и набережных. Большая часть септиков, отбойников и отстойников также выполняется из стеклопластика.
Несмотря на широкую распространенность в строительной сфере, в последние годы стекловолокно уступает позиции базальтовой вате. Последняя значительно выигрывает по параметрам теплоизоляции, ее волокна не осыпаются и не раздражают кожу, слизистые оболочки глаз и органов дыхания. Именно поэтому в наши дни стекловолокно в основном используется для утепления труб.
Что же касается стеклообоев, они выполняются из длинной нити, поэтому не сыплются. Их применение совершенно безопасно для людей и домашних питомцев. К тому же они эффектно выглядят и могут стать настоящей изюминкой интерьера.
Медицина
При стабильной структуре и исключении осыпающихся частей стекловолокно совершенно безопасно для людей. Поэтому его часто используют для создания протезов и имплантатов, в том числе зубных. Материал востребован при производстве некоторых видов хирургического оборудования.
Использование в этой сфере подтверждает безопасность материала для здоровья. Вред могут причинить только мельчайшие частички волокон и стеклянная пыль, которая окружает стекловату, а также образуется при распиливании стеклопластика. Во всех остальных способах использования материал безвреден.
Производство товаров
Стеклопластик востребован в создании плавсредств, авиастроении и прочих отраслях промышленности, где ключевыми факторами являются простота обслуживания, стойкость к коррозии и доступная стоимость.
Из стекловолокна изготавливают корпуса приборов, делают покрытие катеров и лодок, элементы машин.
В зависимости от параметров нитей из стекловолокна производят и другие изделия:
санитарно-технические устройства — душевые кабины, септики, а также чаши для бассейнов;
изделия для спорта — лыжные палки, весла для гребли, спиннинги и удочки;
упаковочную тару — контейнеры, ящики для мусора;
всевозможные разновидности трубок бытового использования — держатели, антенны, флагштоки.
Это далеко не весь перечень сфер, где применяют стекловолокно. Ежегодно сферы применения материала все больше расширяются, захватывая новые направления деятельности.
Электроизоляция проводников
В быту из стеклонитей выполняют электроизоляцию проводов в светильниках, поскольку этот материал является диэлектриком. Из стеклонитей изготавливают стеклянную волокнистую ткань и обматывают вокруг проводника.
В промышленности стеклонити используют в следующих ситуациях:
обмотка проводов;
изоляция трансформаторной обмотки;
производство электронных плат;
производство фольгированных диэлектриков.
Большим спросом пользуется оптоволокно — длинные стекловолокнистые нити, покрытые оболочкой из ПВХ.
При желании некоторые вещи из стекловолокна можно сделать своими руками в домашних условиях. Это может быть что угодно, начиная от термостойкой подставки под чайник, заканчивая моделью автомобиля и даже самодельной лодкой — полет вашей фантазии ничто не ограничивает.
Проще всего использовать технологию послойного нанесения стеклоткани на готовую модель изделия, каждый слой проклеивают эпоксидной смолой. Таким методом можно сделать бампер машины, приборную панель или даже плавсредство.
Самое важное — правильно сделать модель, на которую вы планируете клеить слои стекловолокна. Модель можно сделать из древесины, глины, пластилина и любых других легко обрабатываемых материалов.
Для легкости снятия застывшего изделия модель обрабатывают воском или парафином.
После полного затвердения заготовку снимают, обрезают по необходимому контуру и выполняют шлифовку. При необходимости в готовом изделии прорезаются отверстия.
Повсеместное применение стекловолокна и изделий, изготавливаемых из него, стало доступным благодаря достижениям современной промышленности в части производств композитов и полимерных материалов. Это универсальный продукт, который соответствует всем реалиям времени. Он обладает эксплуатационными характеристиками, присущими самым высококачественным материалам.