CCI00012

70

(0,87 • I0^S MPa). W kompozytach, od których wymaga się większej sztywności, stosuje się szkła specjalne z tlenkami litu i tytanu, co zapewnia uzyskanie modułu 1,17 ■ 10⁵ MPa. Włókna ze szklą R cechują duży moduł E i duża wartość K„ przy cenie niższej od ceny włókien ze szklą S.

WANNA SWARSKA

INJLKI SMANE i

NAN3SENE

PREWWJI

łDOKA ROKU)-PlAtYNCWA OCZKA W DNftO

Rys. 5.19. Schematyczna ilustracja urządzeń do produkcji włókien szklanych |12. 14J; a) dawniejszy sposób dwustopniowy z kulek.

Szklą o wymaganym składzie topi się i rafinuje w wannie w temperaturze 1200-rl550°C. Stopione szkło przepływa kanałami do tzw. łódek, w dnie których znajdują się otworki (filiery), przez które wyciągane są włókna (rys. 5.19). Szybkość wyciągania wynosi 3800 ni/min dla włókien o średnicy 1.9-f3,5 pm. Pod filierami na wyciągane włókna nanoszone są różnego rodzaju preparacje nawierzchniowe. Włókna szklane można obrabiać cieplnie w temperaturze 300-r600°C (przy temperaturze mięknięcia 840°C). Decyzja o obróbce cieplnej zależy od celów projektowych, gdyż można w ten sposób podwyższyć moduł sprężystości od 0,73 • 10⁵ MPa do 0,86 • 10⁵ MPa przy h) obecnie stosowany sposób jednoczesnym obniżeniu wytrzymałości jednostopniowy    na rozciąganie od 3000 MPa do

1500-2000 MPa. Dwuminutowe utrzymywanie w temperaturze 535°C obniża wytrzymałość na rozciąganie włókien ze szkła E do 1750 MPa.

Przedstawione zmiany właściwości mechanicznych należy uwzględniać przy stosowaniu zabiegów oczyszczania włókien z preparacji skrobiowo-olcjowej. Zabiegi te polegają na krótkotrwałym nagrzaniu włókien do temperatury około 600°C (rozdz. 7).

W produkcji kompozytów- jest ważne, aby napięcie powierzchniowe włókien było wyższe od napięcia powierzchniowego ośrodka tworzącego osnowę. Stąd celowa jest znajomość tych wartości. W monografii [3] podano wartości napięcia powierzchniowego włókien y= 420 mN/m. Wartość ta wydaje się zawyżona i za bardziej realistyczne należy uznać wartości podane przez Królikowskiego: y - 78 mN/m dla Si0₂ [12], Problematyka kształtowania wartości napięcia powierzchniowego będzie omawiana dokładniej w kolejnych rozdziałach.

Współczynnik rozszerzalności liniowej w temperaturze 25-flOO°C wynosi 4,9 • lO^/stopień, a w temperaturze 25-r600°C jest równy 6 • lO^/stopień.

Zjawiskiem, z którym winni się liczyć projektanci i użytkownicy kompozytów z włóknami szklanymi, jest obniżenie wytrzymałości włókien pod wpływem wilgoci. Trudność oceny wpływu wilgoci polega na tym, że właściwie niemożliwe jest uzyskanie wyników, w których zostałyby wyeliminowane wpływy tego czynnika.

Wytrzymałość na rozciąganie włókien w środowisku suchym (2% wilgotności) jest o 15% wyższa (około 4000 MPa) aniżeli w powietrzu o wilgotności 50% (3500 MPa). Przyczyną obniżenia wytrzymałości są zjawiska korozyjne niszczące powierzchnię szkła. Niekorzystne jest również to, że korozja występuje również w szkle S. w którym zredukowano do minimum udział jonów sodu i potasu, łatwo wymywanych z powierzchni szkła. Stwierdzono [1], że po kilku tysiącach godzin przebywania szkła S w wodzie stosunek udziału Mg do Si w wodzie oscyluje wokół 0,7, w porównaniu do 0,199 w przypadku szkła S. Relacja ta sugeruje, że magnez jest wymywany ze szkła łatwiej aniżeli krzem. Zjawisko to wyjaśnia się rozpuszczalnością MgO w wodzie większą aniżeli rozpuszczalność A1₂0₃ i Si0₂. Przechodzenie jonów magnezu do wody jest prawdopodobnie przyspieszone przez naprężenia we włóknach.

Obecność powstałych w ten sposób mikropęcherzy drastycznie obniża wytrzymałość włókien oraz ułatwia przenikanie wody wzdłuż granicy osnowa-wlókno. Korozja szkła ustaje w temperaturze -50°C, co jednak dla kompozytów nic ma większego znaczenia.

Obok problemów korozyjnych ważnym mankamentem tradycyjnych włókien szklanych E i S pozostaje niski moduł sprężystości szkła. W wyrobach kompozytowych, gdzie duże znaczenie ma sztywność konstrukcji, włókna szklane -- jako element umacniający równie mało sztywne polimery — są bez szans w porównaniu z włóknami węglowymi. Poszukiwania tanieli włókien spełniających warunki sztywności odpowiedzialnych konstrukcji, lecz mających cenę zbliżoną do włókien ze szkła E doprowadziły do wyprodukowania nowej grupy szkieł wysokomoduło-wych 117|.

Tabela 5.8

Nowe, wysokoniodulowc włókna szklane i szklano-ccramiczne

Nazwa	Skład	Sposób produkcji	Moduł IMPal • i0^4	Struktura/ /przełom
Szkło E	SiO: (53%) CaO	przędza ze stopione-	0,72	amorficzny /
		go szkła (dyszowa)		szklisty
Szkło Z	Al ,O, ZnO (29%)	przędza z przechlo-	1.23	amorficzny /
		dzonej cieczy		szklisty
Sialon	SiO, • SijNj (20%)	przędza ze stopione-	1,25	amorficzny /
		ko szkła		szklisty
Szklo-ccramika
Sialon	SiO; Si,N4(15%)	przędza ze stopione-	1,70	nanokrystaliczny
		go szkła		/ szklisty
A1MS 80	A!,O; (80%) CaO	superszybkie schło-	1,70	nanokrystaliczny
		dzenie + wyżarzanie		/ szklisty
		powyżej Tg i poniżej
		krzywej likwidus
Nextel	AbOj (64%) SiO,	sol-gcl	1.90	nanokrystaliczny
				/ szklisty