De kernrol van siliciumdioxide (SiO2) in E-glas

Siliciumdioxide (SiO2) speelt een absoluut cruciale en fundamentele rol inE-glasHet vormt de basis 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 door overbruggende zuurstofatomen, waardoor een continue, robuuste en willekeurige driedimensionale netwerkstructuur ontstaat.

• Analogie:Dit is vergelijkbaar met het stalen skelet van een huis in aanbouw. ​​Siliciumdioxide vormt het hoofdframe voor de gehele glasstructuur, terwijl andere componenten (zoals calciumoxide, aluminiumoxide, booroxide, enz.) de materialen zijn die dit skelet opvullen of aanpassen om de prestaties te optimaliseren.
• Zonder dit silica-skelet 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 ionisatie moeilijk is. Het continue netwerk dat het vormt, beperkt de beweging van elektrische ladingen aanzienlijk, wat E-glas een zeer hoge volumeweerstand en oppervlakteweerstand geeft.
• Lage diëlektrische constante en laag diëlektrisch verlies:De diëlektrische eigenschappen van E-glas zijn zeer stabiel bij hoge frequenties en hoge temperaturen. Dit is voornamelijk te danken aan 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. Hierdoor is het ideaal voor gebruik als versterkingsmateriaal in elektronische printplaten (PCB's) en hoogspanningsisolatoren.

3. Het waarborgen van een goede chemische stabiliteit

E-glas vertoont een uitstekende weerstand tegen water, zuren (met uitzondering van fluorwaterstofzuur 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 is het zeer goed bestand tegen hydrolyse en zuren. Dit zorgt ervoor dat composietmaterialen versterkt met E-glasvezel hun prestaties op lange termijn behouden, zelfs in zware omstandigheden.

4. Bijdrage aan hoge mechanische sterkte

Hoewel de uiteindelijke sterkte vanglasvezelsHoewel de sterkte ervan sterk beïnvloed wordt door factoren zoals oppervlaktedefecten en microscheurtjes, is deze grotendeels te danken aan de sterke Si-O covalente bindingen en de driedimensionale netwerkstructuur.

• Hoge bindingsenergie:De bindingsenergie van de Si-O-binding is zeer hoog, waardoor het glasskelet zelf extreem robuust is en de vezel een hoge treksterkte en elasticiteitsmodulus heeft.

5. Het verkrijgen van ideale thermische eigenschappen

• Lage thermische uitzettingscoëfficiënt:Silica zelf heeft een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Omdat het als hoofdbestanddeel dient, heeft E-glas ook een relatief lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit betekent dat het een goede vormvastheid heeft bij temperatuurschommelingen en minder snel overmatige spanningen veroorzaakt door thermische uitzetting en krimp.
• Hoog smeltpunt:Het smeltpunt van silica is extreem hoog (ongeveer 1723 °C). Hoewel de toevoeging van andere vloeimiddelen de uiteindelijke smelttemperatuur van E-glas verlaagt, zorgt de SiO2-kern er nog steeds voor dat het glas een voldoende hoog verwekingspunt en thermische stabiliteit heeft om aan de eisen van de meeste toepassingen te voldoen.

In een typischeE-glasIn de samenstelling bedraagt ​​het silicagehalte doorgaans 52%–56% (in gewicht), waardoor het de belangrijkste oxidecomponent is. Het bepaalt de fundamentele eigenschappen van het glas.

Taakverdeling tussen oxiden in E-glas:

• SiO2(Siliciumdioxide): HoofdskeletHet biedt structurele stabiliteit, elektrische isolatie, chemische bestendigheid en sterkte.
• Al2O3(Aluminiumoxide): Hulpnetvormer en -stabilisator; verhoogt de chemische stabiliteit, de mechanische sterkte en vermindert de neiging tot devitrificatie.
• B2O3(Booroxide): Flux- en eigenschapsmodifier; verlaagt de smelttemperatuur aanzienlijk (energiebesparing) en verbetert tegelijkertijd de thermische en elektrische eigenschappen.
• CaO/MgO(Calciumoxide/Magnesiumoxide): Flux en stabilisatorHet helpt bij het smelten en past de chemische duurzaamheid en devitrificatie-eigenschappen aan.