Kiseldioxidens (SiO2) kärnroll i E-glas

Kiseldioxid (SiO2) spelar en helt avgörande och fundamental roll iE-glas, vilket utgör berggrunden för alla dess utmärkta egenskaper. Enkelt uttryckt är kiseldioxid "nätverksbildaren" eller "skelettet" av E-glas. Dess funktion kan specifikt kategoriseras i följande områden:

1. Bildandet av glasnätverksstrukturen (kärnfunktion)

Detta är kiseldioxidens mest grundläggande funktion. Kiseldioxid är i sig en glasbildande oxid. Dess SiO4-tetraedrar är sammankopplade genom överbryggande syreatomer och bildar en kontinuerlig, robust och slumpmässig tredimensionell nätverksstruktur.

Analogi:Detta är som stålskelettet i ett hus under uppbyggnad. Kiseldioxid utgör den huvudsakliga ramen för hela glasstrukturen, medan andra komponenter (såsom kalciumoxid, aluminiumoxid, boroxid etc.) är de material som fyller i eller modifierar detta skelett för att justera prestandan.
Utan detta kiseldioxidskelett kan inte ett stabilt glasartat ämne bildas.

2. Utmärkt elektrisk isoleringsprestanda

Hög elektrisk resistivitet:Kiseldioxid i sig har extremt låg jonmobilitet, och den kemiska bindningen (Si-O-bindning) är mycket stabil och stark, vilket gör den svår att jonisera. Det kontinuerliga nätverket den bildar begränsar kraftigt förflyttningen av elektriska laddningar, vilket ger E-glas mycket hög volymresistivitet och ytresistivitet.
Låg dielektricitetskonstant och låg dielektricitetsförlust:E-glass dielektriska egenskaper är mycket stabila vid höga frekvenser och höga temperaturer. Detta beror främst på symmetrin och stabiliteten i SiO2-nätverksstrukturen, vilket resulterar i en låg polarisationsgrad och minimal energiförlust (omvandling till värme) i ett högfrekvent elektriskt fält. Detta gör det idealiskt för användning som förstärkningsmaterial i elektroniska kretskort (PCB) och högspänningsisolatorer.

3. Säkerställande av god kemisk stabilitet

E-glas uppvisar utmärkt beständighet mot vatten, syror (förutom fluorvätesyra och varm fosforsyra) och kemikalier.

Inert yta:Det täta Si-O-Si-nätverket har mycket låg kemisk aktivitet och reagerar inte lätt med vatten eller H+-joner. Därför är dess hydrolysbeständighet och syrabeständighet mycket god. Detta säkerställer att kompositmaterial förstärkta med E-glasfiber bibehåller sin prestanda på lång sikt, även i tuffa miljöer.

4. Bidrag till hög mekanisk hållfasthet

Även om den slutliga styrkan hosglasfibrerpåverkas också starkt av faktorer som ytdefekter och mikrosprickor, deras teoretiska styrka härrör till stor del från de starka Si-O kovalenta bindningarna och den tredimensionella nätverksstrukturen.

Hög bindningsenergi:Bindningsenergin för Si-O-bindningen är mycket hög, vilket gör själva glasskelettet extremt robust och ger fibern hög draghållfasthet och elasticitetsmodul.

5. Förläna ideala termiska egenskaper

Låg termisk expansionskoefficient:Kiseldioxid i sig har en mycket låg värmeutvidgningskoefficient. Eftersom det fungerar som huvudskelett har E-glas också en relativt låg värmeutvidgningskoefficient. Detta innebär att det har god dimensionsstabilitet under temperaturförändringar och är mindre benäget att generera överdriven stress på grund av termisk expansion och kontraktion.
Hög mjukningspunkt:Kiseldioxidens smältpunkt är extremt hög (ungefär 1723 °C). Även om tillsatsen av andra flussoxider sänker den slutliga smälttemperaturen för E-glas, säkerställer dess SiO2-kärna fortfarande att glaset har en tillräckligt hög mjukningspunkt och termisk stabilitet för att uppfylla kraven i de flesta tillämpningar.

I en typiskE-glassammansättningen är kiseldioxidhalten vanligtvis 52–56 viktprocent, vilket gör den till den enskilt största oxidkomponenten. Den definierar glasets grundläggande egenskaper.

Arbetsfördelning mellan oxider i E-glas:

SiO2(Kiseldioxid): Huvudskelettger strukturell stabilitet, elektrisk isolering, kemisk hållbarhet och styrka.
Al2O3(Aluminiumoxid): Hjälpnätverksbildare och stabilisatorökar kemisk stabilitet, mekanisk hållfasthet och minskar tendensen till avglasning.
B2O3(Boroxid): Flux- och egenskapsmodifieraresänker smälttemperaturen avsevärt (energibesparing) samtidigt som de termiska och elektriska egenskaperna förbättras.
CaO/MgO(Kalciumoxid/Magnesiumoxid): Flux och stabilisator; hjälper till vid smältning och justerar kemisk hållbarhet och avglasningsegenskaper.