Стекловолокно

Неорганическое стекловолокно – это популярный многофункциональный материал, применяемый в различных сферах деятельности человека.

Стекловолоконная продукция отлично зарекомендовала себя как утеплитель для стен и пола,ее используют для отделки помещений самого разного назначения.

Из него производится разнообразная строительная, промышленная и другая продукция.

Интересен материал и тем, что может производиться из вторичного сырья.

Технологический процесс получения стекловолокна довольно прост.

Древние жители Египта, которые первыми выплавили стекло из смеси песка, извести и соды, могли получать стеклянные волокна, но промышленную технологию производства стекловолокна изобрел Джон Плаер в далеком 1870 году.

С тех пор производство этого материала совершенствовалось с каждым годом и его стали использовать при изготовлении огромного ассортимента изделий.

В этой статье мы рассмотрим свойства и характеристики стекловолокна из стекольного боя, области его применения и виды продукции, которые изготавливают из этого материала.

Из чего делают стеклянные нити?

Классический технологический процесс получения стекловолокна основан на выдувании стеклянных нитей из расплавленной при высокой в 1400 °C температуре смеси кварцевого песка, соды, извести и других специальных добавок.

Полученное жидкое стекло раздувается паром при выбросе из центрифуги или продавливается через фильеры (специальные платиновые сита с микроотверстиями) и на следующем этапе охлаждается.

При использовании центрифуг конечным продуктом является стекловата, а при применении фильеров — стеклянные нити, которые в дальнейшем идут на изготовление разнообразной продукции.

Возможность получения стеклянных волокон была открыта совершенно случайно. Авария на воздухопроводе привела к попаданию в расплав стекла струи воздуха под давлением, что привело к появлению стеклянных нитей. Этот факт и способствовал изобретению технологии производства стекловолокна.

Описанный выше техпроцесс получения стекловолокна является классическим из исходного природного сырья. Но эту же продукцию можно получать и из отходов стекла.

Рециклинг стеклянных изделий позволяет значительно снизить себестоимость конечного продукта, что дает конкурентные преимущества производителю, выбравшему такой способ производства стекловолокна.

Технология производства в этом случае практически не отличается от вышеприведенной, только вместо смеси природных компонентов плавится отсортированный бой стекла с соответствующими присадками.

Количество стеклянного боя в исходном сырье для производства стекловолокна может составлять до 90% общего объема. Это открывает широкие возможности для организации бизнеса по изготовлению стекловолокна на основе отходов стекла.

Свойства и характеристики

Использование стекловолокна в промышленности и строительстве обусловлено его отличными техническими характеристиками и свойствами. Именно они и привели к высокой популярности этого материала.

Ниже мы рассмотрим основной перечень технических характеристик и потребительских качеств изделий из стеклянных волокон:

Теплопроводность

Стекло само по себе имеет очень низкую теплопроводность, поэтому изделия из него обладают отличными теплоизоляционными свойства.

Самым низким коэффициентом среди всех изделий из стекловолокна обладает стекловата. Для этой продукции он составляет 0,05 Вт/м*К, что и определяет сферы ее использования.

Стекловата применяется для термоизоляции различных строительных конструкций, трубопроводов, промышленных объектов и т. д.

Химический состав

Эта характеристика зависит от состава исходного сырья. В любом неорганическом стекле основным компонентом является кварцевый песок, поэтому содержание SiO₂ в стеклянных нитях варьируется от 50% до 99% в зависимости от их назначения.

Кроме этого компонента в стеклянном волокне присутствуют Al₂O₃, CaO и некоторые другие соединения.

От химического состава зависят физические характеристики стекловолокна и свойства изделий из него. В частности — щелочестойкость, которая определяется содержанием диоксида циркония (ZrO2) в стекле. Чем больше этого компонента, тем более щелочестойким является стекловолокно.

Плотность

Этот параметр непосредственно у стеклянных нитей подобен плотности стекла, из которого они изготовлены и равен 2500 кг/м³.

Плотность изделий из стеклянных волокон может колебаться в широких пределах. У стекловаты она минимальна, а такие продукты из этого материала, как листы, ткань и т. д. имеют максимальную плотность.

Для комбинированных материалов, таких как стеклопластик, плотность рассчитывается на основании плотности исходных материалов.

Температура плавления

Плавится любое стекловолокно при температуре от 1200 до 1400 °C.

Температура плавления зависит от состава стекла, из которого изготовлены волокна.

Чем больше в составе кварцевого песка, тем выше температура плавления. Поэтому для качественной переработки стеклянных отходов в стекловолокно необходимо точно знать его химический состав.

Стойкость к возгоранию

Стекло — полностью негорючий материал, поэтому изделия из него не способны поддерживать горение.

Все это в полной мере относится и к стеклянным волокнам – стекловолоконная продукция является пожаробезопасным материалом. Правда, некоторые композитные материалы, изготовленные на основе стекловолокна, могут возгораться при определенных условиях.

Таким образом, горит стекловолокно или нет, зависит от марки и компонентов, входящих в их состав.

Химические и физические характеристики стекловолокна определили виды продукции, которые можно изготовить из этого материала.

Марки

Перечень марок стекловолокна с соответствующими им характеристиками вы можете увидеть в таблице:

Ниже мы рассмотрим основные типы изделий из стеклянных волокон, наиболее популярные на современном рынке.

Материалы из стекловолокна

Среди всего разнообразия продукции из стеклянных волокон можно выделить две основные категории изделий: продукцию на 100% состоящую из этого материала и композитную, содержащую дополнительные вещества и элементы.

Рассмотрим некоторые изделия обоих видов и их характеристики.

1. Маты из стекловаты. Эта продукция предназначена для теплоизоляции и шумопоглощения как в строительстве, так и в промышленной сфере. Структура теплоизоляционных матов состоит из ненаправленных отрезков стеклянных нитей, скрепленных между собой естественными силами. Продукция на 100% изготавливается из стекловолокна.
2. Рулонная стекловата. Продукт полностью идентичный матам по своему составу и способу производства, только свернутый в рулоны. Для выполнения некоторых видов работ по теплоизоляции объектов такая форма поставки является более предпочтительной, чем маты.
3. Сетка из стекловолокна. Изделие предназначено для армирования различных поверхностей при проведении отделочных работ. Состоит из гибких стеклянных нитей, переплетенных между собой и покрытых специальным раствором. Сетка выпускается как в листах, так и в рулонах различного размера.
4. Ткань из стекловолокна. Эта продукция аналогична сетке из стекловолокна, только у нее более плотное плетение тонких стеклянных нитей. Изготавливается это изделие по ткацкой технологии в разнообразных исполнениях. Стеклоткань имеет широкую сферу применения: изготовление обоев, в частности стеклохолстов «паутинка», электротехнические работы и т. д.
5. Стеклопластик. Это композитный универсальный материал, состоящий из стеклянных волокон и специальных связующих смол. Области использования стеклопластика самые разнообразные. Из него можно изготовить любые детали способом формовки и другими технологическими приемами.
6. Стеклопластиковая арматура — достойная альтернатива металлическому аналогу, способная заменить его во всех сферах применения.

Конечно, это далеко не полный перечень продукции из стеклянного волокна.

Стекловолокно нашло применение в строительстве, электротехнике, радиотехники, медицине и других областях промышленности.

Следует заметить, что для производства тех или иных изделий используется стекловолокно разных марок, изготовленное по разным технологиям, имеющее различную длину и толщину нитей.

Штапельные стеклянные нити (короткие отрезки) применяются для производства стекловаты, рубленые из длинных волокон — для изготовления стеклопластика, а длинные (бесконечные) нити стекловолокна — для получения тканей и сеток.

Сферы применения

Стекловолоконная продукция используется в различных областях деятельности человека. Выше были описаны некоторые из них.

Рассмотрим этот вопрос подробнее, для каждой отрасли отдельно с перечнем основных изделий из стекловолокна, предназначенных для выполнения определенных работ, а также предметов, комплектующих и конструкций, которые могут быть изготовлены на основе стеклянных нитей.

Строительная индустрия

В строительстве стекловолоконные изделия используются в первую очередь для теплоизоляции:

• жилых помещений;
• промышленных зданий;
• трубопроводов и других объектов.

Для этих целей используются:

• маты;
• рулоны из стекловаты;
• листовое стекловолокно.

Для изготовления различных конструкций в строительной индустрии широко используется и стеклопластик — композиционный материал, состоящий из стекловолокна и полимеров.

Из него производятся разнообразные панели, плиты, в том числе теплоизоляционные, и другие защитные архитектурные элементы.

Стеклообои нашли свое применение в отделочных работах. Они изготавливаются из стекловолоконной ткани с различной структурой переплетения нитей.

Для штукатурных работ используется сетка из стеклянных волокон. Огнеупорное керамическое стекловолокно применяется в качестве теплоизоляции котлов, футеровки дымоходов, воздуховодов, стен и сводов нагревательных, термических печей.

Производство товаров

Стеклопластик широко используется в судостроении, производстве автотехники и других отраслях промышленности, где легкость, простота обслуживания, устойчивость к коррозии и низкая цена деталей являются определяющими факторами.

Из него изготавливаются корпуса и покрытия для лодок и яхт, элементы автомобилей, корпуса приборов и т. д.

Стеклопластиковые бассейны, емкости под воду, септики, лыжи, и другие товары прочно вошли в быт современного человека.

Ассортимент продукции из стеклопластиков огромен.

Электротехника и электроника

Стеклянное волокно используется для изготовления разнообразных электроизоляционных материалов.

Стекло является отличным диэлектриком, поэтому нити из него применяются при производстве специальных тканых материалов для изоляции токопроводящих конструкций и проводников электрической энергии.

Покрытый медной фольгой стеклотекстолит (смесь стеклянных волокон с эпоксидными смолами) является основой для изготовления многослойных печатных плат электронных устройства.

Оптоволокно, широко используемое в электронике, также является стекловолокном, изготовленным из кварцевого стекла.

Медицина

Стеклопластика применяется при изготовлении протезов различных частей человеческого тела, а также некоторых видов имплантов без вреда для здоровья. В стоматологии стеклянное волокно используется для изготовления зубных протезов. Во многих медицинских инструментах и оборудовании стекловолокно в различном виде присутствует как основной или второстепенный конструкционный материал. Одним из главных элементов хирургических лазерных скальпелей является все то же стекловолокно высокой степени очистки.

Из выше представленной информации можно сделать однозначный вывод, что стекловолокно, как основа для производства разнообразной продукции, является очень востребованным материалом в настоящее время.

Что можно сделать своими руками?

Для самостоятельного творчества стекловолокно является отличным материалом.

В основном поделки своими руками изготавливаются из стекловолоконных тканей и различных связующих смол: эпоксидного клея, полиэфирных смол и других синтетических наполнителей.

Что же можно изготовить из стеклоткани самостоятельно? Да все что угодно, от простой подставки для чайника до корпуса самодельной лодки или автомобиля. Все зависит от вашего желания и фантазии.

Самым простым способом изготовления любых деталей или конструкции из стекловолоконной ткани является технология послойного нанесения тканевой основы на модель с проклейкой каждого слоя эпоксидной смолой.

Этот метод позволяет создать практически любую конструкцию со сложной поверхностью из стеклопластика своими руками.Это может быть панель прибора, бампер автомобиля или катер.

Главное — правильно подготовить модель, на которую вы будете накладывать и склеивать слои стеклоткани.

Ее можно изготовить из пластилина, глины, дерева или других легкообрабатываемых материалов.

Модель следует обмазать жидким парафином для облегчения снятия готового изделия.

Каждый слой стекловолокна проклеивается эпоксидным клеем и вся конструкция снимается с модели после полного затвердевания.

Заготовка обрезается по контуру, шлифуется и если необходимо в ней прорезаются отверстия, после этого деталь готова.

В этом описании нет привязки к конкретному изделию и коротко рассказано об общем принципе изготовления любых изделий из стекловолокна своими руками.

Видео по теме

В данном видео описан процесс послойного склеивания листов ткани из стекловолокна для изготовления различных изделий.

Заключение

Минеральное стекловолокно – это универсальный материал, который используется для производства огромного количества изделий во многих областях хозяйственной деятельности человечества.

Рынок сбыта этого уникального продукта практически неограничен, при условии конкурентоспособной цены. Рециклинг отходов стекла и переработка стекольного боя в изделия из стекловолокна позволяют создать рентабельный бизнес с низкой себестоимостью продукции.