När vi ser produkter gjorda avglasfiber, lägger vi ofta bara märke till deras utseende och användning, men funderar sällan över: Vad är den inre strukturen hos detta smala svarta eller vita filament? Det är just dessa osynliga mikrostrukturer som ger glasfiber dess unika egenskaper, såsom hög hållfasthet, hög temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet. Idag ska vi fördjupa oss i glasfiberns "inre värld" för att avslöja hemligheterna bakom dess struktur.
Den mikroskopiska grunden: "Oordning" på atomnivå
Ur ett atomärt perspektiv är kärnkomponenten i glasfiber kiseldioxid (vanligtvis 50–70 viktprocent), med andra element som kalciumoxid, magnesiumoxid och aluminiumoxid tillsatta för att justera dess egenskaper. Arrangemanget av dessa atomer bestämmer glasfiberns grundläggande egenskaper.
Till skillnad från atomernas "långdistansordning" i kristallina material (såsom metaller eller kvartskristaller) uppvisar atomarrangemanget i glasfiber"Kortsiktig ordning, långsiktig oordning."Enkelt uttryckt, i ett lokalt område (inom intervallet av några få atomer), binder varje kiselatom med fyra syreatomer och bildar en pyramidliknande"kiseldioxidtetraeder"struktur. Detta lokala arrangemang är ordnat. I större skala bildar dock dessa kiseldioxidtetraedrar inte ett regelbundet upprepande gitter som i en kristall. Istället är de slumpmässigt sammankopplade och staplade på ett oordnat sätt, ungefär som en hög med byggstenar som slumpmässigt monteras och bildar en amorf glasstruktur.
Denna amorfa struktur är en av de viktigaste skillnaderna mellanglasfiberoch vanligt glas. Under kylningsprocessen för vanligt glas har atomerna tillräckligt med tid att bilda små, lokalt ordnade kristaller, vilket leder till högre sprödhet. Däremot tillverkas glasfiber genom att snabbt sträcka och kyla smält glas. Atomerna har inte tid att ordna sig på ett ordnat sätt och "fryser" i detta oordnade, amorfa tillstånd. Detta minskar defekter vid kristallgränserna, vilket gör att fibern kan bibehålla glasets egenskaper samtidigt som den får bättre seghet och draghållfasthet.
Monofilamentstruktur: En enhetlig enhet från "hud" till "kärna"
Glasfibern vi ser består faktiskt av mångamonofilament, men varje monofilament är en komplett strukturell enhet i sig. Ett monofilament har vanligtvis en diameter på 5–20 mikrometer (ungefär 1/5 till 1/2 av diametern på ett människohårstrå). Dess struktur är enhetlig"fast cylindrisk form"utan uppenbar skiktning. Ur ett mikroskopiskt perspektiv av sammansättningsfördelning finns det dock subtila skillnader mellan "hud och kärna".
Under dragningsprocessen, när smält glas extruderas från spinndysans små hål, kyls ytan snabbt ner vid kontakt med luften och bildar en mycket tunn yta."hud"lager (cirka 0,1-0,5 mikrometer tjockt). Detta ytskikt kyls ner mycket snabbare än det inre"kärna."Som ett resultat är kiseldioxidhalten i ytskiktet något högre än i kärnan, och atomstrukturen är tätare med färre defekter. Denna subtila skillnad i sammansättning och struktur gör att monofilamentets yta har starkare hårdhet och korrosionsbeständighet än kärnan. Det minskar också risken för ytsprickor – materialbrott börjar ofta med ytdefekter, och denna täta yta fungerar som ett skyddande "skal" för monofilamentet.
Förutom den subtila skillnaden mellan hud och kärna, en högkvalitativglasfiberMonofilament har också en mycket cirkulär symmetri i sitt tvärsnitt, med ett diameterfel som vanligtvis kontrolleras inom 1 mikrometer. Denna enhetliga geometriska struktur säkerställer att när monofilamentet utsätts för spänningen fördelas jämnt över hela tvärsnittet, vilket förhindrar spänningskoncentration orsakad av lokala ojämnheter i tjockleken och därigenom förbättrar den totala draghållfastheten.
Kollektiv struktur: Den ordnade kombinationen av "garn" och "tyg"
Även om monofilament är starka, är deras diameter för fin för att användas ensamma. Därför finns glasfiber vanligtvis i form av en"kollektiv,"oftast som"glasfibergarn"och"glasfibertyg".Deras struktur är resultatet av den ordnade kombinationen av monofilament.
Glasfibergarn är en samling av dussintals till tusentals monofilament, sammansatta av antingen"vridning"eller att vara"osnörad."Obearbetat garn är en lös samling parallella monofilament med en enkel struktur, som främst används för att tillverka glasull, hackade fibrer etc. Tvinnat garn, å andra sidan, bildas genom att tvinna monofilamenten tillsammans, vilket skapar en spiralstruktur som liknar bomullstråd. Denna struktur ökar bindkraften mellan monofilamenten, vilket förhindrar att garnet nystar upp sig under belastning, vilket gör det lämpligt för vävning, lindning och andra bearbetningstekniker."räkna"av garnet (ett index som anger antalet monofilament, till exempel är ett 1200 tex-garn sammansatt av 1200 monofilament) och"vrida"(antalet vridningar per längdenhet) avgör direkt garnets styrka, flexibilitet och efterföljande bearbetningsprestanda.
Glasfibertyg är en arkliknande struktur tillverkad av glasfibergarn genom en vävprocess. De tre grundläggande vävtyperna är slät, twill och satin.TuskaftTyg bildas genom alternerande sammanflätning av varp- och väftgarner, vilket resulterar i en tät struktur med låg permeabilitet men jämn styrka, vilket gör den lämplig som basmaterial för kompositmaterial.twillvävTyg, varp- och väftgarn sammanflätas i förhållandet 2:1 eller 3:1, vilket skapar ett diagonalt mönster på ytan. Det är mer flexibelt än tuskaft och används ofta för produkter som kräver böjning eller formning.Satinvävhar färre sammanflätningspunkter, där varp- eller väftgarner bildar kontinuerliga flytande linjer på ytan. Denna väv är mjuk vid beröring och har en slät yta, vilket gör den lämplig för dekorativa eller lågfriktionskomponenter.
Oavsett om det är garn eller tyg, är kärnan i den kollektiva strukturen att uppnå en prestationsförbättring av"1+1>2"genom den ordnade kombinationen av monofilament. Monofilamenten ger den grundläggande styrkan, medan den kollektiva strukturen ger materialet olika former, flexibilitet och bearbetningsförmåga för att möta olika behov, från värmeisolering till strukturell förstärkning.
Publiceringstid: 16 september 2025
