De kernrol van silica (SiO2) in e-glas

Silica (SiO2) speelt een absoluut cruciale en fundamentele rol inE-glas, die de basis vormt voor al zijn uitstekende eigenschappen. Simpel gezegd is silica de "netwerkvormer" of het "skelet" van e-glas. De functie ervan kan specifiek worden onderverdeeld in de volgende gebieden:

1. Vorming van de glasnetwerkstructuur (kernfunctie)

Dit is de meest fundamentele functie van silica. Silica is zelf een glasvormend oxide. De SiO4-tetraëders zijn met elkaar verbonden via overbruggende zuurstofatomen, waardoor een continue, robuuste en willekeurige driedimensionale netwerkstructuur ontstaat.

Analogie:Dit is vergelijkbaar met het stalen skelet van een huis in aanbouw. Silica vormt het hoofdframe voor de gehele glasconstructie, terwijl andere componenten (zoals calciumoxide, aluminiumoxide, booroxide, enz.) dit skelet opvullen of aanpassen om de prestaties te verbeteren.
Zonder dit silicaskelet kan er geen stabiele, glasachtige substantie gevormd worden.

2. Het leveren van uitstekende elektrische isolatieprestaties

Hoge elektrische weerstand:Silica zelf heeft een extreem lage ionenmobiliteit en de chemische binding (Si-O-binding) is zeer stabiel en sterk, waardoor het moeilijk te ioniseren is. Het continue netwerk dat het vormt, beperkt de beweging van elektrische ladingen aanzienlijk, waardoor E-glas een zeer hoge volumeweerstand en oppervlakteweerstand heeft.
Lage diëlektrische constante en laag diëlektrisch verlies:De diëlektrische eigenschappen van e-glas zijn zeer stabiel bij hoge frequenties en hoge temperaturen. Dit komt voornamelijk door de symmetrie en stabiliteit van de SiO2-netwerkstructuur, wat resulteert in een lage polarisatiegraad en minimaal energieverlies (omzetting in warmte) in een hoogfrequent elektrisch veld. Dit maakt het ideaal voor gebruik als versterkingsmateriaal in elektronische printplaten (PCB's) en hoogspanningsisolatoren.

3. Zorgen voor een goede chemische stabiliteit

E-glas is uitstekend bestand tegen water, zuren (behalve waterstoffluoride en heet fosforzuur) en chemicaliën.

Inert oppervlak:Het dichte Si-O-Si-netwerk heeft een zeer lage chemische activiteit en reageert niet gemakkelijk met water of H+-ionen. Daardoor zijn de hydrolyse- en zuurbestendigheid zeer goed. Dit zorgt ervoor dat composietmaterialen versterkt met E-glasvezel hun prestaties langdurig behouden, zelfs in zware omstandigheden.

4. Bijdrage aan hoge mechanische sterkte

Hoewel de uiteindelijke sterkte vanglasvezelswordt ook sterk beïnvloed door factoren zoals oppervlaktedefecten en microscheuren, hun theoretische sterkte komt grotendeels voort uit de sterke Si-O covalente bindingen en de driedimensionale netwerkstructuur.

Hoge bindingsenergie:De bindingsenergie van de Si-O-binding is erg hoog, waardoor het glasskelet zelf extreem stevig is en de vezel een hoge treksterkte en elasticiteitsmodulus krijgt.

5. Het bieden van ideale thermische eigenschappen

Lage thermische uitzettingscoëfficiënt:Silica zelf heeft een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Omdat het als hoofdskelet dient, heeft E-glas ook een relatief lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit betekent dat het een goede maatvastheid heeft bij temperatuurveranderingen en minder snel overmatige spanning genereert door thermische uitzetting en krimp.
Hoog verwekingspunt:Het smeltpunt van silica is extreem hoog (ongeveer 1723 °C). Hoewel de toevoeging van andere fluxoxiden de uiteindelijke smelttemperatuur van E-glas verlaagt, zorgt de SiO2-kern ervoor dat het glas een voldoende hoog verwekingspunt en thermische stabiliteit heeft om te voldoen aan de eisen van de meeste toepassingen.

In een typischeE-glasDe samenstelling van het glas is meestal 52-56% (gewichtsprocent) silica, waarmee het de grootste oxidecomponent is. Het bepaalt de fundamentele eigenschappen van het glas.

Arbeidsverdeling tussen oxiden in e-glas:

SiO2(Siliciumdioxide): Hoofdskelet; biedt structurele stabiliteit, elektrische isolatie, chemische duurzaamheid en sterkte.
Al2O3(Aluminiumoxide): Hulpnetwerkvormer en stabilisator; verhoogt de chemische stabiliteit, mechanische sterkte en vermindert de neiging tot ontglazing.
B2O3(Booroxide): Flux- en eigenschapsmodificator; verlaagt de smelttemperatuur aanzienlijk (energiebesparing) en verbetert tegelijkertijd de thermische en elektrische eigenschappen.
CaO/MgO(Calciumoxide/Magnesiumoxide): Vloeimiddel en stabilisator; helpt bij het smelten en past de chemische duurzaamheid en de ontglazingseigenschappen aan.