Справочник по композиционным материалам

Состав стекла

Стекло является аморфным материалом, занимающим по своим физико-механическим свойствам промежуточное положение между твердым телом и жидкостью. С одной стороны, оно не обладает кристаллической структурой твердого тела, с другой — не обла­дает текучестью, проявляющейся в жидкостях. Химически стекла состоят в основном из кремнеземной (Si02) основы, существующей в виде полимерных цепочек (—Si04—). Однако диоксид кремния, т. е. кварц, требует высоких температур для размягчения и вытя­гивания. Поэтому необходима модификация состава для снижения уровня рабочих температур, при которых стекломасса обладает вязкостью, позволяющей проводить вытяжку нитей. Способы модификации состава могут быть разделены по решению задач на две группы: получение стекол с определенными свойствами и приспособление к нуждам технологии.

Высокощелочные стекла (широко известные как натриевые или бутылочные стекла) являются наиболее распространенными. Они используются в основном для производства емкостей и ли­стового стекла. Высокощелочные композиции (известково-натрие - вое стекло), известные под маркой Л-стекла, выгодны для получе­ния волокон, обладающих высокой хемостойкостью.

Вместе с тем высокое содержание щелочи в стекле определяет его невысокие электрические свойства, в то время как хорошие электроизоляционные свойства определили развитие стекол на основе низкощелочных композиций (алюмоборосиликаты), полу­чивших наименование f-стекол. В настоящее время из £-стекол изготовляется большая часть текстильного ассортимента стекло­волокон.

Для специальных областей применения, когда не подходят волокна из Л-стекла и f-стекла, могут быть созданы композиции с необходимыми характеристиками. Когда требуется особо вы­сокая хемостойкость, может быть использовано волокно из С - стекла (натрийборосиликатная композиция). Для создания воло­кон с высокими прочностными характеристиками (например, для материалов несущих конструкций в самолето - и ракетостроении) используют S-стекла (Ct-стекла) (магнийалюмосиликатные ком­позиции). Повышение прочностных характеристик волокон из S-стекла приблизительно на 40 % относительно волокон из Е - стекла является результатом более высокой прочности исходной композиции. Кроме того, S-стекла имеют более высокую тепло­стойкость, нежели £-стекла (см. табл. 8.3). Волокна из S-стекла обладают наряду с высоким качественным уровнем свойств до­вольно умеренным уровнем стоимости (S2-, или Сх2-стекла).

Типичные композиции для перечисленных марок стекол при­ведены в табл. 8.2 с указанием массовых долей компонентов в про­центах.

Образцы специальных композиций стекол создаются для иссле­дования возможности создания материалов со специальными свойствами, однако в производстве стекловолокон они не являются коммерческой продукцией.

Композиция Л1-стекла позволила получать стекловолокна с высоким модулем упругости (Е = 113 ГПа). Однако присут­ствие бериллия (окиси, бериллия) препятствует созданию коммер­ческой продукции

Низкие диэлектрические свойства D-стекол послужили при­чиной исследования возможности их применения в электронике. Они обладают низкой диэлектрической проницаемостью (3,8), по сравнению с f-стеклами (5,9) и могут найти применение при создании обтекателей антенн радиолокаторов.

L-стекла (свинцовые) хороши для радиационной защиты. Стекловолокна из такой композиции могут быть использованы для защитной одежды людей работающих с рентгеновским излу­чением, и как «меченая» пряжа в композитах, которая не разру­шается под воздействием рентгеновского излучения.