Прочность стекловаты. Эксплуатационные свойства стекловолокон

Чем утеплить свой дом? Как сделать штукатурку долговечнее, а бетон прочнее? Ответ на эти вопросы один - стеклянное волокно и различные изделия на его основе. Я расскажу, что такое стекловолокно и как этот материал применяется в строительстве.

Все, что нужно знать о материале

Стекловолокно и материалы, изготовленные на его основе, с давних пор применяются в строительстве. Эксплуатационные и технические характеристики материала определяются толщиной и плотностью волокон.

В соответствии с диаметром поперечного сечения, различаются следующие виды волокон:

• Ультратонкое (диаметр не более 1 мкм) – применяется для изготовления средств передачи сигнала на расстояние (оптоволоконная связь);
• Супертонкое (диаметр от 1 до 3 мкм) – используется для производства тепло- и шумоизоляционных материалов;
• Тонкое (диаметр от 4 до 12 мкм) – применяется для производства теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов;
• Утолщенное (диаметр от 12 до 25 мкм) – используется для производства армирующей штукатурной сетки и армирующей засыпки для приготовления бетонов;
• Толстое (диаметр от 25 мкм и больше) — применяется для изготовления водопроводных труб большого диаметра.

Стекловолокно - это продукт переработки вторсырья. При производстве в качестве основного сырья используется битое стекло и очищенный песок. Чтобы обеспечить требуемые эксплуатационные свойства материала, к основному сырью добавляется известняк, доломит, сода и ряд других компонентов.

В ходе производства, смесь компонентов, под воздействием высоких температур, плавится вплоть до образования густой тягучей массы. Расплавленная масса вытягивается посредством экструдера на отдельные волокна требуемой толщины.

Готовое стекловолокно в виде тончайших нитей сматывается в мотки и применяется для изготовления тканных или нетканых полотен, обрезков фибры и т.п.

Использование в строительстве

Иллюстрации	Краткое описание
	Армирование бетонов . Заполнение строительных бетонов фиброй значительно уменьшает процесс усадки. Таким образом, в процессе набора марочной прочности, бетон не растрескивается и практически не уменьшается в объёме.
	Армирование штукатурки . Специальная стекловолоконная сетка крепится на строительные поверхности перед оштукатуриванием. В результате, после твердения штукатурки, сетка исключает появление трещин.
	Теплоизоляция и шумоизоляция . Несмотря на то, что для утепления строительных объектов повсеместно применяется минеральная вата, утеплители на основе стекловолокна по-прежнему популярны и востребованы. Стекловата характеризуется малой теплопроводностью, отличными демпфирующими качествами и, при этом, цена материала невысока.
	Гидроизоляция . Стекловолокно издавна применяется для изготовления гидрофобных покрытий. Стеклоткань в сочетании с эпоксидной пропиткой можно использовать для изоляции бассейнов, кровельных конструкций, перекрытий, отмосток, фундаментов и т.д.
	Изготовление стеклопластиковых труб . Для этих целей стекловолокно наматывается на матрицу и послойно пропитывается эпоксидной смолой или аналогичным связующим материалом. Полимерные трубы, изготовленные с добавлением стекловолокна, в разы прочнее обычных полиэтиленовых труб. Стеклопластиковые композитные трубы негорючие, а потому они являются отличным вариантом для прокладки коммуникаций.

Стеклофибра - что это такое и как применяется

Стеклофибра – это стекловолокно, которое при изготовлении бетонов замешивается в раствор. Фибра, добавляемая в небольших объёмах в раствор, при застывании бетона упрочняет строительный материал и, таким образом, предупреждает образование трещин.

Преимущества стеклофибры в сравнении с металлической арматурой:

• Меньший вес и, как следствие, меньшая нагрузка на стены;
• Меньшая цена , что снижает себестоимость строительных работ;
• Устойчивость к коррозийным процессам – для сравнения, металлическая арматура в бетоне окисляется и разрушается уже в первые 15-20 лет;
• Устойчивость к химически агрессивному воздействию , что делает ресурс использования материала практически неограниченным.

Инструкция добавления стекловолокна в цементопесчаный раствор предусматривает пропорции 5-10% фибры от общего объема готового бетона. Замешивание фибры выполняется в сухую смесь, после чего содержимое мешалки затворяется водой.

Стеклосетка - какой она бывает и как применяется

Стекловолокно сплетается в сетку, которая повсеместно применяется в качестве армирующего материала при штукатурных и малярных работах.

Стекловолокно – это уникальный строительный материал, который изготавливают путем расплавления неорганического стекла. Чтобы иметь представление, что такое стекловолокно, нужно немного углубиться в процесс его изготовления.

Странный материал был впервые создан совершенно случайно молодым ученым Дейлом Клейстом, жившим в Иллинойсе. В 1932 году юный изобретатель пробовал герметично сварить стеклянные блоки. При этом струи сжатого воздуха, попавшие случайно в поток расплавленного стекла, превратили его в тонкие волокна. В то время еще понятия не имели, что такое стекловолокно – это был первый экспериментальный образец.

Сейчас для получения стекловолокнистого материала используют отходы стекольной промышленности, стеклянный бой, доломит, песок, известняк, соду и другие компоненты. Сначала все составляющие расплавляют при помощи специальных печей. Затем из материала, который находится в полужидком состоянии, получается волокнистая смесь с тончайшими стеклонитями. Толщина отдельных волокон меньше человеческого волоса почти в 20 раз.

Полученные стеклонити находятся параллельно друг к другу, что обеспечивает высокое качество материала и звукоизоляционные свойства. Заключающий момент производства – это придание стекловолокнистой смеси необходимой жесткости и цвета.

Анализируя детальнее, что такое стекловолокно, можно рассмотреть два основных вида изготовления:

• Непрерывный способ производства, при котором цельное волокно в расплавленном виде вытягивают в длину на несколько тысяч метров. Такие стеклонити длинные и тонкие, напоминающие шелковые нити.
• Штапельный способ производства отличается тем, что волокно создают способом раздува горячей стеклянной массы паром или воздухом. Эти стекловолокна короткие и тонкие, имеют сходство с шерстью.

Стекловолокно стало основой для получения некоторых строительных материалов: стекловаты, стеклопластика, стеклоткани, и др. Эти материалы довольно востребованы в ремонте и строительстве, так как обладают характеристиками и свойствами стеклянного волокна.

Стекловолокно: применение

Стекловолокно обладает особыми качественными характеристиками, благодаря которым его можно использовать в разных сферах. Это практичный материал, который не гниет, не горит, не впитывает влагу. Важным фактором является небольшая плотность и отличное тепловое сопротивление, которое достигается, благодаря некоторому количеству воздуха внутри материала.

Стекловолокно находит применение в строительстве, электротехнической промышленности, автомобилестроении, судостроении, инструментальной промышленности и других отраслях.

Обычно стекловолокно изготавливают в виде рулонов, жестких плит или матов. Это очень удобный для монтажа материал, который с легкостью можно резать, сгибать, придавая необходимую форму.

В строительстве материал часто используют для утепления, звукоизоляции в межэтажных или межкомнатных перегородках. Также применяют стекловолокно для утепления фасадов, полов, каркасных стен, изолируют трубопроводы.

Удивительно, что многие предметы, окружающие нас, также сделаны с использованием стекловолокна. Иногда термин «стекловолокно» применяют при названии армированного волокном пластика (FRP).

Сейчас из такого материала делают фургоны и катера, некоторые автомобили, кровли и даже ванны. Для этого стекловолокну придают гладкость, блеск, прочность методом нанесения прозрачного или цветного полимерного геля на наружную поверхность материала на начальном этапе производства.

Интересно : Есть стекловолокно естественного происхождения, которое можно найти на местах извержения вулканов. Такому виду волокон дано название – волосы Пеле, немного странное на первый взгляд. Это объясняется тем, что в гавайской мифологии Пеле – это богиня вулканов. Но «волосы Пеле» обладают химическим составом натуральных базальтовых пород, содержат включения кристаллов и не являются аналогами стекловолокна по всем физико-механическим свойствам.

Стеклянные волокна в зависимости от их назначения и способа производства изготавливают из стекол различного химического со­става (таблица 15.1).

Комплексную нить получают главным образом из безщелочного алюмоборосиликатного стекла. Волокна, работающие при температурах около 1000°С, получают из кварцевого стекла, расплавов каолина и щелочесодержащих стекол, в которых после выщелачивания содержание SiO 2 достигает 96-97%. Комплексную нить, предназначенную для защиты от рентгеновских и радиоактивных излучений, получают из свинцово- и боросодержащих стекол. Полупроводящие волокна - из стекол, содержащих одновалентные оксиды меди и серебра.

Свойства стеклянных волокон зависят не только от состава стекла, но и от способа производства, диаметра нити, состояния и температуры окружающей среды.

Свойства стеклянных волокон во многом определяются их составом, воздействием окружающей среды (особенно влаги), тем­пературой испытания, условиями текстильной переработки.

Для изготовления стеклопластиков конструкционного и электротехнического назначения широко применяются стеклянные волокна алюмоборосиликатного состава с низким содержанием ок­сидов щелочных элементов, обладающие одновременно высокой прочностью и высокими показателями объемного поверхностного электрического сопротивления (стекло Е). Для изготовления стек­лопластиков и конструкций, где требуется повышенная прочность и жесткость, применяют волокна из стекла магнезиального алюмо-силикатного состава (стекло ВМ-1, ВМП, за рубежом - S-994). Для изготовления пластиков с повышенной стойкостью к действию кислот применяют щелочные составы (стекло 7А, С), для радиа­ционной защиты - свинцовое стекло (состав L). Для изготовления высокотемпературной изоляции и пластиков теплозащитного на­значения освоено производство тугоплавких волокон (кварцевых, кремнеземных, базальтовых).

Свойства наиболее широко применяемых стеклян­ных волокон приведены в таблице 15.3.

Таблица 15.3 – Свойства стеклянных волокон и стекол различного состава .

Показатели	Алюмоборосиликатное Е	Известковонатриевое А	Магнезиальное алюмосиликатное высокопрочное	Щелочное кислотостойкое	С низкой диэлектриче-ской проницаемостью D	Свинцовое для радиа-ционной защиты L	Плавленый кварц
S-994	BM-1	C	7A
Плотность, кг/м 3 стекла волокна		–		–	–		–	–
Скорость звука в стекле, м/с		–		–	–	–		–	–
Коэффициент преломления стекла волокна	1,547 1,542	1,518 1,516	1,523 –	– –	– –	1,552 1,550	1,470 –	– –	1,458 1,458

Продолжение таблицы 1.3

Разрушающее напряжение при растяжении волокна, МПа	3000–		4650–
Модуль упругости при растяжении, ГПа стекла волокна	73,5	–		–	–	–	– 52,5	–	73,8 73,8
Относительное удлинение при разрыве волокна, %	4,8	4,0	5,4	4,8	–	3,6	4,7	–	–
Показатель поглощения в видимой части спектра, мм -1	0,012	0,02	–	–	–	0,13	–	–	–
Удельная теплоемкость стекла, Дж/кг·К		­–		–		–		–
Коэффициент теплопроводности стекла, Вт/(м·К)	0,9	–	–	–	1,05	–	–	–	–
Коэффициент линейного термического расширения, × 10 –6 , ºС –1 (20–100ºС) стекла волокна	6,0 5,0	– –	2,9 2,5	– 3,6	– –	7,7 7,0	3,1 –	– –	0,55 –
Диэлектрическая проницаемость стекла, ε при 10 2 Гц 10 6 Гц 10 10 Гц	8,43 6,32 6,12	– – –	4,57 4,53 6,21	– – –	6,70 6,24 6,60	– – –	3,61 3,56 4,00	– 9,49 –	3,78 3,78 3,78
Тангенс угла диэлектрических потерь стекла, tg δ при 10 2 Гц 10 6 Гц 10 10 Гц	4,2 1,0-1,5 3,9-5,0	– – –	3,3 2,0 6,8	– – –	1,5 5,2 13,0	– – –	3,0 0,5 2,6	– 0,7 –	– 0,15 0,15
Удельное объемное электрическое сопротивление стекла, Ом·м при 10 2 Гц 10 6 Гц 10 10 Гц	6,7·10 11 1,9·10 8 4,9·10 3	– – –	1,2·10 12 2,0·10 8 5,1·10 3	– – –	1,2·10 12 5,8·10 7 2,1·10 3	– – –	1,7·10 12 1,0·10 9 0,9·10 4	– – –	1·10 18 1·10 17 ­­–
Температура размягчения стекла, ºС		–		–		–

Чистый оксид кремния SiО 2 в стеклообразном состоянии (кварцевое стекло) прозрачен в диапазоне длин волн от 200 до 5000 нм, устойчив к действию минеральных кислот (кроме HF и Н 3 Р0 4 при нагревании), отличается радиационной стойкостью, тер­мостойкостью, огнеупорностью (Т раб =1000°C - длительно и 1900°С - кратковременно), практически не имеет диэлектрических потерь в широком диапазоне частот. Для изготовления непрерыв­ных кварцевых волокон применяется штабиковый способ - вытяж­ка волокон из кварцевых штабиков или трубок диаметром 3 - 4 мм, концы которых расплавляются пламенем газовых горелок (Т ~2150°С). Этот способ малопроизводительный и в значительной степени ограничивает применение кварцевых волокон.

Промыш­ленные кварцевые волокна всегда содержат примеси других окис­лов, которые создают микронеоднородности и резко снижают прочность промышленных волокон по сравнению с чистыми волок­нами или с теоретической прочностью кварца.

Кремнеземное или кварцоидное волокно изготавливают вы­щелачиванием стеклянных (натрий-силикатных, натрий-циркон-си­ликатных) волокон в растворах кислот до содержания оксида кремния 96 - 99%. Этот процесс сопровождается появлением пор, снижением прочности до 500 - 1000 МПа и ростом влагоемкости. Нагрев кремнеземных волокон приводит к их усадке (до 6%) и по­явлению остаточных напряжений. Кремнеземные волокна устойчи­вы к действию интенсивного гамма-нейтронного облучения и аг­рессивных сред - кислот и щелочей.

Боратные стекловолокна, основной компонент которых В 2 О 3 , способны эффективно поглощать медленные нейтроны.

Физико-механические свойства. Основными механическими характеристиками стеклянных во­локон являются прочность при растяжении и модуль упругости. Высокая прочность стеклянных волокон заложена в самой природе стекла: теоретически рассчитанное разрушающее напряжение при растяжении стекла составляет 10 - 14 ГПа в случае многокомпо­нентных составов и 25 ГПа для плавленого кварца.

Прочность технических волокон лежит в пределах 1 - 6 ГПа и зависит, помимо их состава и условий вытяжки (температуры, влажности окружающей среды), от степени дефектности волокон (поверхностные микротрещины, внутренние пустоты и различные включения), взаимодействия поверхности волокна с влагой, струк­турной неоднородности (микрообъемы с несколько отличной структурой, плотностью, химическим составом), температурного воздействия. Прочность стеклянных волокон возрастает с увеличением содержания в них оксидов кремния и алюминия.

Наиболее высокой прочностью обладают стеклянные волокна в неповрежденной поверхностью, так называемые «нетронутые» волокна, прочность которых ниже теоретической из-за структурной неоднородности. Выпускаемые промышленностью стеклянные волокна, помимо структурной неоднородности, имеют механически и химически поврежденную поверхность. Прочность их зависит от числа и ха­рактера наиболее опасных поверхностных дефектов. Наличие дефектов поверхности приводит к снижению средней прочности стеклянных волокон и увеличению разброса показателей по срав­нению с «нетронутыми» волокнами (таблица 15.4).

Таблица 15.4 – Прочность стеклянных волокон различного состава .

Различия в условиях изготовления, хранения и испытания предопределяют различия в степени дефектности и напряженном состоянии стеклянного волокна, что может привести к значитель­ному разбросу показателей прочности волокон одного и того же состава.

Прочность стеклянных волокон в большой степени зависит от действия влаги, адсорбированной их поверхностью. Считают, что равновесное насыщение влагой происходит в течение несколь­ких секунд после его получения. Адсорбированная влага снижает поверхностную энергию волокон, вызывает набухание поверхност­ных слоев, увеличивая этим напряженность материала, приводит к развитию существующих и возникновению новых микротрещин, снижая прочность волокон. Прочность стеклянных волокон снижа­ется тем больше, чем выше влажность среды, больше продолжи­тельность действия влаги и напряжение в волокнах.

Удаление влаги с поверхности волокон способствует частич­ному восстановлению их прочности. Вакуумирование «нетронутых» волокон алюмоборосиликатного состава при остаточном давлении 0,15 - 1,0 мм рт. ст. в течение 120 мин приводит к увеличению прочности с 3500 МПа до 4060 МПа. Вакуумирование промышлен­ных стеклянных волокон того же состава повышает их прочность с 2200 МПа до 3600 МПа, т.е. на 55%. Необходимо отметить, что поверхностная влага настолько прочно держится на поверхности стеклянного волокна, что даже длительным вакуумированием (до 70 суток при вакууме 0,001 - 0,05 мм рт. ст.) не достигается пол­ная десорбция влаги.

На прочность стеклянных волокон сильно влияет температу­ра. При низких температурах прочность возрастает (рисунок 15.2). Так, прочность в жидком азоте (при -196 °С) «нетрону­тых» волокон алюмоборосиликатного состава достигает 5,8 ГПа , натриевого состава - 9,8 ГПа, кварцевых волокон- 14 ГПа . В тех же условиях прочность промышленных волокон алюмоборосиликатного состава в жидком азоте (при – 196° С) увеличивается в 1,5 - 2 раза, достигая 4000 - 4500 МПа. Столь значительный рост прочности при низких температурах объясняют замораживанием влаги, адсорбиро­ванной поверхностью стекла.

□ - в азоте; ○ - в азоте после предварительной выдержки в вакууме;

Δ - в воздушной среде.

Рисунок 15.2 – Зависимость прочности «нетронутых» волокон алюмоборосиликатного состава (а) и кварцевых волокон (б) от температуры .

С повышением температуры прочность стеклянных волокон снижается с постепенно возрастающей скоростью. Интенсивность снижения прочности зависит от состава стекла и влажности воз­духа. Термообработка без нагрузки снижает прочность стеклянных волокон как при нормальной (рисунок 15.3), так и при повышенной температуре, причем тем в большей степени, чем выше температура и продолжительность обработки.

1 - кварцевое; 2 - кремнеземное;

3 - бесщелочное алюмсборосиликатное; 4 - нзтрий-кальций-силикатное.

Рисунок 15.3 –Влияние температуры термообработки волокон различного состава на прочность при комнатной температуре .

Прочность алюмоборосиликатных волокон при 20°С уже заметно снижается, если во­локно предварительно было нагрето до 100°С. Прочность волокон того же состава, выдержанных при 500 °С и охлажденных до 20 °С, уменьшается в два - три раза . Термообработка с одновремен­ным растяжением приводит к увеличению прочности волокон тем в большей степени, чем больше напряжение и ниже начальная прочность волокон. Потеря прочности при термообработке яв­ляется следствием кристаллизации и увеличения микродефектов в поверхностном слое волокон, удаление которого травлением приво­дит к восстановлению прочности (рисунок 15.4).

○ - исходное волокно; ● - термообработанное;

□ - травленое после термо­обработки.

Рисунок 15.4 ­– Изменение прочности во­локон щелочного состава (началь­ный диаметр 17 мкм) после травле­ния плавиковой кислотой и много­кратной термообработки (500ºС, 1 ч) в зависимости от толщины сня­того слоя .

При длительном статическом нагружении стеклянных воло­кон на воздухе их прочность снижается - проявляется статиче­ская усталость волокон. Поскольку в инертной среде и при низких темпе­ратурах (–170°С) статическая усталость не наблюдается, считают, что она обусловлена влиянием влаги и двуокиси углерода, ускоря­ющих рост существующих дефектов. Увеличение усталости при знакопеременных нагрузках для стекла не характерно.

При комнатной температуре, нормальной влажности (~50- 55%) и кратковременном нагружении стеклянное волокно ведет се­бя вплоть до разрыва как идеально упругое тело, подчиняясь за­кону Гука. Модуль упругости, как и другие показатели упругих свойств стекловолокон, зависят от их состава. Зависимость модуля упругости от состава проявляется в снижении его значения с повышением температуры получения волокон, скорости охлаждения, условий дополнительной термообработки (рисунок 15.5). С повышением температуры испытания модуль упругости стекловолокон уменьшается незначительно вплоть до температуры размягчения (рисунок 15.6). Модуль упругости стекловолокон повышают вводя в состав стекломассы оксидов магния, бериллия, титана, циркония, меди .

1- бесщелочное медьсодержащее; 2 – стекло YM-31А; 3 - стекло CYZ 7 13Li;

4 - бесщелочное алюмоборосиликатное; 5,6,7 – стекло Е.

Рисунок 15.5 – Зависимость модуля упругости стекловолокон от температуры

термообработки .

1 - стекло YM-31А, термообработанное при 500 0 С; 2 – стекло Е, термообработанное при 500 0 С; 3,4 – алюмоборосиликатное; 5 – кальций-натриевое; 6 – щелочное; 7 – свинцовое.

Рисунок 15.6 – Изменение модуля упругости стекловолокон

при нагревании .

Химическая стойкость. Н аибольшей химической стойкостью обладают волокна из С-стекла. Очень низкой кислотостойкостью отличаются волокна из Е-стекла. С уменьшением диаметра волокон их стойкость к действию любой агрессивной среды резко снижается вследствие увеличения поверхности кон­такта со средой .

Теплофизические свойства. В процессе стекловарения в верх­ней части стеклоплавильной печи не зависимо от состава стекол и их температуры плавления обычно поддерживается температура около 1540 °С. Только при получении стекол специального на­значения и применении нестандартного плавильного оборудова­ния могут использоваться другие условия и температура. Для определения и сравнения скорости твердения стекол различного состава при их охлаждении от температуры расплава использу­ются кривые вязкость-температура. Такие кривые могут быть получены различными способами. Все температурные константы стекол (температуры размягчения, отжига и деформационной теплостойкости) характеризуются вполне определенной вязкостью и могут быть найдены по температурным зависимостям вязкости. Наиболее важным показателем, характеризующим способность стекла к затвердеванию, является температура его размягчения. Наряду с плотностью она широко применяется в качестве контро­лируемого параметра при использовании в процессе производства волокон различных партий стекла. Для получения волокон по­стоянного диаметра необходимо, чтобы партии стекла имели одну и ту же температуру размягчения. Стекла с повышенным содержанием оксида алюминия (глинозема), например Е- и S-стекла, имеют наиболее высокие температуры размягчения.

Основной вклад в термическое расширение композиционных материалов на основе стекловолокнистых наполнителей вносит полимерное связующее. Термическое расширение стеклянных волокон суще­ственно сказывается только в материалах с однонаправленной ориентацией волокон. Значения термических коэффициентов линейного расши­рения стеклянных волокон различного состава, приведенные в таблице 1.3, показывают наибольшее влияние оксидов бора и кремния в стекле на его термическое расширение .

Оптические свойства. Сочетание стекловолокнистых наполни­телей и полимерных связующих с близкими показателями прелом­ления дает возможность получать оптически прозрачные стекло­пластики. Очевидно, что при использовании волокон из D-стекла (показатель преломления 1,47) и полиэфирной матрицы (показа­тель преломления 1,55) нельзя получить материал с такой же вы­сокой светопроницаемостью, как при использовании волокон из Е-стекла (показатель преломления 1,547) и той же матрицы. Очевидно, также что существенную роль при получении про­зрачных стеклопластиков должна играть поверхностная обработка волокон. Показано, что в этом случае наиболее целесообразно применение хорошо растворимых (совместимых со связующим) аппретов.

Стеклянные волокна, предназначенные для изготовления стек­лопластиков с высоким светопропусканием, обычно получают из стекол с минимальным содержанием оксида железа, придающего стеклам зеленоватый оттенок. Для этого кремнезем и глинозем, входящие в состав шихты, используемой при получении стекол, подвергают обработке соляной кислотой. Вследствие сведения к минимуму содержания оксида железа в стекле удается получать бесцветные высокопрозрачные стеклопластики.

Для получения стекол с высокой прозрачностью и блеском в их состав обычно вводят оксиды свинца (РbО) и калия (К 2 O), Такие стекла давно и широко используемые в производстве хру­стальных изделий, нашли в настоящее время применение в про­изводстве волокон для световодов. Использование таких во­локон в оптике дает возможность осуществлять передачу световой энергии по криволинейной траектории и увеличивать разрешаю­щую способность оптических приборов. Волоконная оптика дала мощный толчок развитию техники связи, увеличив скорость приема сигналов в десятки раз, а также фото- и кинотехники, медицинской диагностической аппаратуры и др.

Электрические свойства. По своей природе стекла являются хорошими электроизоляторами. Благодаря высоким электро­изоляционным характеристикам стеклопластики широко при­меняются в производстве электротехнических изделий - изоля­торов, переключателей, распределительных щитов и др. Перво­начально в производстве стеклопластиков электротехнического назначения использовали волокна из Е-стекла. Впоследствии они были заменены волокнами из D-стекла, электрические свойства которого намного лучше, чем у Е-стекла (см. таблицу 1.2). Как отмечалось ранее, эксплуатационные свойства стеклопластиков электротехнического назначения могут быть значительно улуч­шены введением в состав связующего дисперсного наполнителя с высокими электрическими показателями.

Низкая прочность адгезионного сцепления полимерного свя­зующего с волокнистым наполнителем, наличие трещин и пор на границе раздела фаз обусловливают ухудшение электрических свойств стеклопластиков при их эксплуатации при повышенных температурах и влажности. При этом показатели прочности стеклопластиков снижаются в меньшей степени (на 25-30%). При этом, стеклопластики, получаемые прессованием при вы­соких давлениях и обладающие меньшей пористостью и более вы­сокой плотностью упаковки наполнителя, характеризуются зна­чительно более стабильными электрическими свойствами .

Биржевые посредники, их виды, характеристика и деятельность на товарном рынке

Благотворительные и другие общественные фонды: характеристика, основные области деятельности, перспективы развития в России

Валютные операции физических лиц, их характеристика. Валютный обменный пункт

Содержание статьи:

Стекловолокно - это нити, которые получают из расплавленного стекла или его производных. В сложном технологическом процессе волокна преобразуются в материал, который имеет уникальные нехарактерные для традиционного стекла свойства. Он не разбивается от ударов, легко гнется и имеет много разновидностей. Это стекловата, стеклохолст, стеклоткань, стеклопластик и стеклянная сетка. Обладая всеми характеристиками стекловолокна, они всегда востребованы в строительстве и часто применяются при отделке и ремонте стен.

Основные разновидности стекловолокна

Стекловолокно является полуфабрикатом для производства акустических, теплоизоляционных и отделочных материалов. Сырьем при изготовлении стекловолокна для стен служит стеклянный бой или шихта, содержащая известняк (доломит), кварцевый песок и соду (сульфат натрия). Все это плавится в специальных печах, а затем из массы, находящейся в полужидком состоянии, вытягиваются тончайшие нити.

Полученное волокно по способу производства можно разделить на два вида:

• Длинные нити . Вытянутые на тысячи метров нити получают непрерывным способом. Расплавленная масса, вытекая струйками через специальные отверстия фильера, наматывается на вращающийся барабан. Струйки вытягиваются при этом в волокна и остывают. Волокна получаются очень тонкими и напоминают шелковую нить. После вытягивания они проходят через замасливающий аппарат, где увлажняются застывающими эмульсиями, содержащими в основе клеящими веществами (желатин, декстрин или крахмал) и пластификаторами. Они придают волокну гибкость для последующей переработки.
• Тонкие и короткие нити . Нити длиной 30-50 мм, похожие на шерсть, изготавливают штапельным способом. Он предусматривает раздув расплавленной стеклянной массы воздухом или паром.

Непрерывные волокна формируются в крученые нити. После текстильной переработки из них получают сетку, шнуры и стеклоткань. Штапельные волокна используются для производства нетканых материалов, например, стекловаты.

Стекловолокно различается по диаметру нитей: толстое волокно имеет диаметр более 25 мкм, соответственно утолщенное - 12-25 мкм, тонкое - 4-12 мкм, супертонкое - 1-3 мкм, ультратонкое - менее 1 мкм.

Ткани, изготовленные из особо тонких волокон, служат в качестве фильтров для химического производства. Из тонкой стеклоткани изготавливают спецодежду, необходимую для работников химической отрасли и горячих цехов.

Волокна любого вида используются при получении стеклопластика, который часто служит защитным покрытием стеновых панелей либо применяется для изготовления более сложных форм.

Волокно в виде стеклохолста или сетки применяют в качестве армирующего материала, который придает дополнительную прочность поверхности строительных конструкций и предупреждает развитие трещин.

Плиты, изготовленные из коротких штапельных волокон, используются для утепления стен, перекрытий и кровель домов. Кроме этого, этот материал обладает звукоизолирующими свойствами.

На основе стекловолокна изготавливают влагостойкие обои для стен - превосходный отделочный материал.

Достоинства стекловолокна

Стекловолокно имеет массу полезных свойств, среди которых можно выделить следующие достоинства:

1. Теплоизолирующие свойства материалов, изготовленных на основе волокна, превосходны. Частицы утеплителя удерживают воздух, который в закрытом пространстве сам по себе является отличным изолятором. Поэтому стекловата, расположенная в стеновой конструкции, надежно защищает помещение от летней жары и зимнего холода.
2. Защита помещений от шума. Материалы обладают звукопоглощающими свойствами, которые зависят от толщины плит.
3. Упругость материала. Стекловолоконные изделия не слеживаются, их можно без боязни транспортировать в рулонах или плитах на значительные расстояния.
4. Экологическая чистота. Волокно не выделяет вредных для здоровья веществ, а потому абсолютно безопасно.
5. Материал не горюч, от воздействия огня он не выделяет токсичных веществ.
6. На поверхности утеплителей не появляется плесень.
7. Стекловолоконные материалы, не деформируясь, превосходно выдерживают старение.

Особенности использования стекловолокна для стен

Все эти свойства позволяют успешно использовать волокно в виде различных изделий, созданных на его основе, для утепления, армирования и декора стен способами, которые мы рассмотрим ниже.

Малярная сетка для стен

Малярная сетка - это рулонный материал, изготовленный из стекловолокна и имеющий прямоугольные ячейки различных размеров от 2 мм и более. Используется она для армирования шпаклевочного покрытия стен и потолков. При штукатурке стен стекловолокно может добавляться в готовый раствор в качестве фибры.

На первом этапе работ выполняется очистка поверхности от старой отделки, удаление пятен и пыли. Неровности поверхности более 20 мм выравниваются штукатурным раствором. После его высыхания стены нужно загрунтовать для понижения их влагопоглощения.

Следующий этап - это нанесение на поверхность слоя шпаклевки и монтаж малярной сетки. На свеженанесенную шпаклевку укладываются полотна сетки внахлест около 10-15 см. Затем при помощи шпателя или терки ее утапливают в гипсовую смесь на 2/3 глубины и дают шпаклевке высохнуть.

На третьем этапе работ поверх сетки наносится финишный слой шпаклевки, который также должен высохнуть в течение 12-24 часов. После этого поверхность стены шлифуется наждачной бумагой. Полученное армированное покрытие не растрескивается, поэтому вполне подходит для дальнейшей отделки обоями или лакокрасочными материалами.

Малярный стеклохолст для стен

Стеклохолст - это однородное нетканое полотно из хаотично склеенных между собой волокон. Оно обладает очень большой прочностью на разрыв. В качестве клеящего вещества здесь используются органические смолы. Благодаря своей мягкой и приятной на ощупь фактуре материал получил название «паутинка».

Гладкий стеклохолст широко используется на стенах, склонных к растрескиванию, и предотвращает появление щелей на финишной отделке, армируя поверхность и укрепляя основание.

Стеклохолст можно использовать вместо обоев. Для его монтажа применяется специальный клей, который поступает в продажу в готовом виде. Стены необходимо предварительно подготовить: очистить, выровнять и загрунтовать. Оклеенную поверхность шпаклевать необязательно, можно обработать ее жидким клеем, а после его высыхания покрасить. Обновлять стекловолокно под покраску стен можно до двадцати раз, меняя его цвет и придавая нужную фактуру финишному слою.

Несмотря на малую толщину, стеклохолст не боится нагревания, воды и химических веществ. При этом он свободно пропускает воздух, обеспечивая отсутствие плесени на стенах. Выгода использования этого материала очевидна: он вдвое дешевле стеклообоев, являясь при этом абсолютно экологически чистым изделием.

Кроме этого, стеклохолст имеет другое преимущество: стоимость его наклейки меньше в два раза, чем использование малярной сетки в комбинации со шпаклевкой. Тем более что толщина покрытий существенно различается. Толщина слоя стеклохолста составляет чуть более 0,2 мм, а шпаклевки с сеткой - 4 мм.

При раскрое стеклохолста мелкие частицы стеклянных волокон могут поранить руки. Поэтому работать с этим материалом следует в перчатках. Чтобы исключить попадание таких «осколков» на кожу тела, в глаза и органы дыхания, необходимо пользоваться плотной спецодеждой и защитными очками.

В одном рулоне шириной 1 м имеется 25 или 50 м 2 материала. Стоимость стеклохолста составляет 500-800 руб./рулон.

Стекловата для стен

Стекловата - это теплоизоляционный минеральный материал, изготовленный из штапельного волокна. По сравнению с каменной ватой она имеет повышенную прочность и упругость за счет большего размера нитей. Утеплитель имеет достаточно большой объем, так как весь он пронизан воздухом. Прессование стекловаты позволяет экономить пространство при ее хранении и транспортировке - европейские нормы предусматривают шестикратное сжатие. Упругость материала позволяет полностью восстановить исходные размеры после вскрытия упаковки.

Стекловата используется для теплоизоляции наружных стен зданий и звукоизоляции внутренних перегородок. Утеплители, изготовленные из штапельного волокна, негигроскопичны и обладают химической стойкостью. Благодаря отсутствию запаха и специальной противогнилостной обработке материала на изолированных стенах не появляются вредители, грибок и плесень.

Стекловата не горит, а при воздействии огня не выделяет токсинов. Ее тонкие и длинные (до 150 мм) волокна успешно поглощают звуковые волны и обеспечивают эффективную защиту помещений от шума.

Звукопоглощающий стекловолоконный утеплитель выпускается в виде матов, свернутых в рулоны или в форме плит. Маты имеют некоторое преимущество при монтаже. Они позволяют выполнять изоляцию стен более широкими участками с меньшим количеством стыков, чем при утеплении плитами.

В процессе производства стекловата часто оснащается слоем дополнительного покрытия, которое придает утеплителю полезные свойства. В качестве таких покрытий используется стеклохолст, фольга и прочие. Например, фольгированный слой утеплителя отлично отражает тепло от стен внутрь помещения, не пропуская холода снаружи. Поэтому этот материал часто используется для изоляции банных парилок и саун.

При строительстве домов стекловата применяется:

• В качестве слоя утеплителя навесных вентилируемых фасадов;
• В системах внутреннего утепления ограждающих конструкций;
• В системах с утеплителем, расположенным внутри стен: трехслойные железобетонные панели, «сэндвич» - панели с обшивкой из металла или слоистая кладка.

Основным способом утепления стен снаружи является создание вентилируемого фасада. Его навесная конструкция должна всегда опираться на очень прочные стены, так как облицовка имеет немалый вес. Сам же утеплитель большой массой не обладает.

Предварительно по проекту на стенах устанавливаются крепежные элементы панелей. Плиты утеплителя могут располагаться вне зависимости от разметки кронштейнов, так как их можно проводить сквозь крепеж, выполнив в утеплителе крестообразный разрез.

После монтажа кронштейнов плиты утеплителя прикладываются к стене и фиксируются на ней пластиковыми дюбелями «грибок» по пять штук на каждую. Утеплитель создает на стене практически бесшовное покрытие благодаря упругому распору изделий, который достигается их прижатием друг к другу усилием руки. Толщина утеплителя выбирается в зависимости от климатической зоны и составляет в среднем 10-20 см.

Для утепления стен изнутри помещения предварительно изготавливается деревянная или металлическая обрешетка из бруса или алюминиевого профиля. В ее ячейки укладывается теплоизолятор в виде стекловолоконных плит. Затем он укрывается пароизоляционной мембраной и обшивкой выбранного типа, которая крепится к обрешетке. Это может быть ДСП, фанера, вагонка, гипсокартонные листы и прочие материалы.

Стеклопластик для стен

Стеклопластик - это композиционный материал, состоящий из рубленого стекловолокна и термопластичного полимера, служащего связующим веществом. Его производство осуществляется двумя способами.

В первом случае стеклоткань, которая непрерывно сматывается с рулона, поступает в пропиточную ванну, после нее на отжимных валиках удаляется избыток клеящего вещества. Пропитанные полимером листы прессуются и выдерживаются в сжатом состоянии до затвердения состава. После этого специальными ножами производится резка листов.

В другом случае формование изделий производится методом напыления. При этом на подготовленную форму с использованием пистолета-распылителя наносятся одновременно полиэфирная смола и стеклянные рубленые волокна. Таким способом можно напылять стеклопластик на стены и потолки для улучшения акустики помещений: звукозаписывающих студий или концертных залов.

Стеклопластик обладает небольшим удельным весом, низкой теплопроводностью, влагостойкостью и прочностью стали. Его можно изготавливать любой формы, толщины и цвета, а применение специальных смол делает материал негорючим и экологически чистым. По массе готовые изделия состоят на 60% из смолы и на 40% из стекловолокнистого наполнителя.

Листовой стеклопластик используют в качестве декоративного и облицовочного материала. Длина листов составляет 1000-6000 мм, ширина - до 1500 мм, а толщина - от 1-2,5 мм. Непрозрачные стеклопластики образуют наружный лицевой слой навесных стеновых панелей. При использовании пигментов ему могут придаваться необходимые декоративные свойства.

Стеклопластик можно красить, покрывать натуральным шпоном, ПХВ пленкой. Он отлично поддается механической обработке: пилится, сверлится и т.д. Однако этот процесс сопровождается появлением канцерогенной пыли, въедающейся в кожу. Поэтому при работе с этим материалом следует использовать средства защиты.

Стекловолокнистые обои

Стекловолокнистые обои - это стеновое покрытие, сотканное из стеклянных волокон текстильным способом. В процессе «вязки» материалу придаются различные узоры и фактуры. Он обладает особой прочностью и стойкостью к износу. Наклеенные на стену стекловолокнистые обои сложно повредить. Тканый материал выдерживает удары и не проминается. Покрытие легко очищается от загрязнений без всякого для себя вреда при помощи жесткой щетки и бытовых моющих и дезинфицирующих средств.

Кроме этого, обои обладают и другими замечательными свойствами:

1. Это абсолютно натуральный продукт, обои не содержат никакой «химии».
2. Поддерживают чистый микроклимат в помещении, позволяя стенам «дышать».
3. Противодействуют появлению плесени и не накапливают электричество, а значит и пыль.
4. Высокая экономичность обоев: учитывая их тридцатилетний срок эксплуатации, покрытие можно до 20 раз перекрашивать в различные модные цвета.
5. Противопожарные свойства стекловолокнистых обоев уникальны: это единственный материал из всех видов аналогичных покрытий, который не горит после его наклейки на стены.
6. Возможность наносить на такие обои краску предоставляет дизайнерам широчайшее поле деятельности, начиная от простой трафаретной техники и заканчивая живописными картинами на стене.

Согласно санитарно-эпидемиологическим заключениям и подтвержденным сертификатам, эксплуатационные свойства стеклотканевых обоев позволяют их использовать для отделки стен зданий всех категорий. Везде, где требуются прочные, пожаробезопасные и удобные в уходе поверхности стен, можно увидеть стеклообои: в Третьяковской галерее и Лувре, сети ресторанов McDonalds, гостиницах «Хилтон» и «Интурист», в автосалонах, банках, медицинских клиниках и детских учреждениях. С каждым годом все больше людей доверяет стекловолокнистым обоям стены своих квартир и домов.

Материал можно клеить на кирпичную кладку, бетон, ДСП, гипсокартонную поверхность, а также металл и дерево. При подготовке стен нужно обязательно заделать на них трещины, а затем загрунтовать жидким раствором обойного клея. Для выравнивания и армирования стен можно использовать «паутинку».

Для оклейки стен стекловолокном в виде обоев используется специальный клей, совместимый с основным материалом, например, Wellton или Oscar. Клей наносится только на стену, а полотна клеятся встык. После монтажа обоев перед их окраской необходимо выждать время для высыхания покрытия.

Красить стеклотканевые обои следует два раза с перерывом более 12 часов. Для окрашивания лучше выбрать глянцевые латексные краски.

Стекловолоконные панели для стен

Стеновые панели, изготовленные из стекловолокна, используются для наружной и внутренней отделки стен. Сайдингом оформляются фасады зданий. Эти плиты устойчивы к непогоде и перепадам температуры от -50 до +60 С. В процессе эксплуатации они не гниют, не расслаиваются и проявляют повышенную устойчивость к воде, снегу и соли.

Наружная поверхность панелей в процессе изготовления окрашивается в различные цвета и может быть текстурирована под древесину. Сайдинг обеспечивает фасаду вентиляцию, предотвращая сырость на стенах и появление плесени. Между профилями каркаса облицовки может укладываться утеплитель. Ширина панелей - 280 мм, их длина зависит от условий монтажа и перевозки.

Монтаж панели из стекловолокна для стен производится на обрешетку либо непосредственно на поверхность, если она ровная. Обрешетка выполняется из деревянных реек сечением 25х80 мм. Для горизонтального расположения сайдинга рейки крепятся к стенам вертикально. Шаг между ними составляет 50-60 см. Свободное пространство можно заполнить утеплителем. Крепление панелей между собой производится с помощью специальных замковых соединений, предусмотренных конструкцией изделий. На обрешетке панели фиксируются гвоздями или шурупами.

Стекловолоконные панели для внутренней облицовки стен имеют толщину 20 мм. Для удобства влажной уборки их лицевую часть покрывают ПХВ пленкой, а тыльную сторону - войлоком. Изделия используют в бассейнах, кухнях, ванных комнатах. У плит, покрытых стеклотканью, повышается влагостойкость, ударная прочность и звукопоглощение. Эти свойства обеспечивают их использование в спортивных залах, коридорах и офисах. Стеновые панели, имеющие лицевой слой, изготовленный из стекловойлока, применяют в кинотеатрах, ресторанах и лекционных залах.

Большую популярность в последнее время приобретают стекловолоконные светопрозрачные панели типа Kalwall. Конструкции из таких панелей легко выдерживают экстремальные условия погоды и сильную ветровую нагрузку. Поэтому этот материал можно использовать при строительстве в любых климатических регионах.

Главным достоинством таких панелей является способность пропускать свет, благодаря чему ими можно успешно заменить традиционное хрупкое стекло. Небьющиеся и легкие панели часто имеют криволинейные формы и служат для заполнения стен, дверей и панорамных окон.

Как использовать стекловолокно для стен - смотрите на видео:

Все вышеупомянутое далеко не весь перечень мест, где используются изделия из стекловолокна. Его широкое распространение стало возможным благодаря высоким технологиям и требованиям к качеству готовых изделий.

СТЕКЛЯННОЕ ВОЛОКНО (стекловолокно), формуемое из расплавл. неорг. стекла. Различают непрерывное стеклянное волокно-комплексные стеклянные нити длиной 20 км (и более), диаметром 3-50 мкм, и штапельное стеклянное волокно-длиной 1-50 см, диаметром волокон 0,1-20 мкм.

Получение. Непрерывное стеклянное волокно получают фильерным формованием пучка тонких из расплавл. стекломассы с послед., вытяжкой, замасливанием и намоткой комплексной нити на бобину при высоких (10-100 м/с) линейных скоростях. Штапельное стеклянное волокно формуют путем разрыва струи расплавл. стекла после выхода из фильеры , горячими или др. методами. Его также получают разрубанием комплексных нитей.

Из непрерывного стеклянного волокна делают крученые комплексные нити, однонаправленные ленты, жгуты. Комплексные стеклянные нити различают по составу стекла, среднему диаметру волокна (3-15 мкм или более), числу элементарных нитей (50-800), крутке. Из крученой нити изготовляют , сетки, ленты на ткацких станках. Стеклянные различают по виду переплетения (полотняное, саржевое, сатиновое и др.) и плотности (числу нитей на 1 см по основе и утку). Их ширина варьирует в пределах 500-1200 мм, толщина-0,017-25 мм, масса 1 м 2 -25-5000 г. Жгуты и ленты получают соединением 10-60 комплексных нитей. Штапельные стеклянные волокна и пряди нитей, срезанные с бобин (длина 0,3-0,6 м), используют для изготовления стекловаты, холстов, матов, плит. Холсты, полученные из рубленого стекловолокна или непрерывных нитей, обычно смолами или мех. прошивкой.

Состав и свойства стеклянного волокна определяются составом и св-вами волокнообразующего стекла, из к-рого его изготовляют. В зависимости от состава различают неск. марок такого стекла (табл. 1).

А-стекло называют также известково-натриевым, С-стекло -натрийборосиликатным, E-стекло - алюмоборосиликатным, S-стекло - магнезиальноалюмосиликатным. Наиб. важные характеристики стеклянных волокон приведены в табл. 2.

Повыш. стеклянного волокна (по сравнению с исходным стеклом) объясняют по-разному: "замораживанием" изотропной структуры высокотемпературного стекла или наличием прочного поверхностного слоя (толщина ок. 0,01 мкм), к-рый образуется в процессе формования вследствие большей и вытяжки по сравнению с внутр. слоями.

При кратковременном нагружении стеклянное волокно ведет себя практически как упругое хрупкое тело, вплоть до разрыва подчиняясь . При длит. действии нагрузки наблюдается возрастание , упругое последействие, зависящее от состава стекла и . С увеличением диаметра волокна возрастает сопротивление изгибу и кручению и уменьшается при растяжении. Во влажном , в и в водных р-рах ПАВ стеклянного волокна снижается на 50-60%, но частично восстанавливается после .

Из высокощелочного А-стекла получают волокна, к-рые менее устойчивы к , чем волокна из E-стекла, но стойки к действию .

Более высокую хим. стойкость по сравнению с А-стеклом обеспечивает С-стекло. Потеря массы волокон из таких стекол при обработке составляет 0,02-0,05 г/м, а при обработке щелочными р-рами-0,3-2,5 г/м.

Волокна из S-стекла имеют наиб. высокую и повыш. .

В зависимости от толщины; плотности переплетения и вида поверхностной обработки стеклянные могут обладать высокими значениями коэф. светопропускания (до 64%), звукопоглощения (до 90% при частотах 500-2000 гц), отражения (до 80%).

Применение. Стеклянные волокна служат конструкционными, электро-, звуко- и теплоизоляц. материалами. Их используют в произ-ве фильтровальных материалов, стеклянной и др. Как правило, А-стекло перерабатывают в и используют в виде матов и плит для звуко- и теплоизоляции. Стекловолокнистые материалы благодаря высокой имеют малый коэф"