CCI00012

70

(0,87 • 10^s MPa). W kompozytach, od których wymaga się większej sztywności, stosuje się szklą specjalne z tlenkami litu i tytanu, co zapewnia uzyskanie modułu 1,17 • 10^s MPa. Włókna ze szklą R cechują duży moduł E i duża wartość R„ prz.y cenie niższej od ceny włókien ze szklą S.

WANNA SZWWSKA

IHJlHSĆKLANr

i

łJÓOKA 1000*0-PIATYNCWA OCZKA W 0NETÓ5¹

NANOSENE

PREfWiACJI

Szkła o wymaganym składzie topi się i rafinuje w wannie w temperaturze I200t-I550°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 in/min dla włókien o średnicy 19-7-3,5 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 pro-Rys. 5.19. Schematyczna ilustracja urzą- jcktowych, gdyż można w ten sposób dzeń do produkcji włókien szklanych 112. podwyższyć moduł sprężystości od 14j; a) dawniejszy sposób dwustopniowy 0,73- I0⁵ MPa do 0,86 ■ 10⁵ MPa przy z kulek, b) obecnie stosowany sposób jednoczesnym obniżeniu wytrzymałości jednostopniowy    na rozciąganie od 3000 MPa do

i500-ł-200O 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-olcjowcj. 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 pow ierzchniowego 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 Si0₃ [12]. Problematyka kształtowania wartości napięcia powierzchniowego będzie omawiana dokładniej w kolejnych rozdziałach

Współczynnik rozszerzalności liniowej w temperaturze 25-~100^oC wynosi 4,9 • 1 (T^/stopień, a w temperaturze 25-r600°C jest równy 6 • I O^/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 [lj, 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 AĘOi i Si0₂. Przechodzenie jonów magnezu do wody jest prawdopodobnie przyspieszone przez naprężenia we włóknach.

Obecność powstałych w ten sposób mikropęchcrzy 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 1171.

Tabela 5.8

Nowe. wysokomodulowc włókna szklane i szkłano-ccramic/ne

Nazwa	Skład	Sposób produkcji	Moduł [MPal ■ I0^5,	Struktura/ /przełom
Szkło E	SiO; (53%) CaO	przędza zc stopione-	0,72	amorficzny /
		go szkła (dyszowa)		szklisty
Szkło Z	Al,0, ZnO (29%)	przędza z przecliło-	1.23	amorficzny /
		dzonej cieczy		szklisty
Sialon	Si O; ■ Si,Na (20%)	przędza zc stopione-	1,25	amorficzny /
		go szkła		szklisty
Szklo-ccramika
Sialon	SiO; SbN„(15%)	przędza zc stopione-	1,70	nanokrystaliczny
		go szkła		/ szklisty
AIMS 80	Al203 (80%) CaO	superszybkie schło-	1.70	nanokrystaliczny
		dzenie + wyżarzanie		/ szklisty
		powyżej Tg i poniżej
		krzywej likwidus
Nexiel	AbO, (64%) SiO,	sol-gcl	1.90	nanokrystaliczny
				/ szklisty