Wanneer we producten zien die gemaakt zijn vanglasvezelWe zien glasvezel vaak alleen aan de buitenkant en gebruiken het, maar staan er zelden bij stil: wat is de interne structuur van dit slanke zwarte of witte filament? Juist deze onzichtbare microstructuren geven glasvezel zijn unieke eigenschappen, zoals hoge sterkte, hoge temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid. Vandaag duiken we in de "binnenwereld" van glasvezel om de geheimen van de structuur te onthullen.
De microscopische basis: "Wanordening" op atomair niveau.
Vanuit atomair perspectief is het kernbestanddeel van glasvezel siliciumdioxide (doorgaans 50-70 gewichtsprocent), waaraan andere elementen zoals calciumoxide, magnesiumoxide en aluminiumoxide worden toegevoegd om de eigenschappen aan te passen. De rangschikking van deze atomen bepaalt de fundamentele kenmerken van glasvezel.
In tegenstelling tot de "langeafstandsordening" van atomen in kristallijne materialen (zoals metalen of kwartskristallen), vertoont de atomaire rangschikking in glasvezel een“Korte orde op korte termijn, wanorde op lange termijn.”Simpel gezegd, in een lokaal gebied (binnen de afstand van een paar atomen) bindt elk siliciumatoom zich aan vier zuurstofatomen, waardoor een piramidevormige structuur ontstaat.“silica-tetraëder”structuur. Deze lokale rangschikking is geordend. Op grotere schaal vormen deze siliciumtetraëders echter geen regelmatig herhalend rooster zoals in een kristal. In plaats daarvan zijn ze willekeurig met elkaar verbonden en op een wanordelijke manier gestapeld, net als een hoop bouwstenen die lukraak in elkaar zijn gezet, waardoor een amorfe glasstructuur ontstaat.
Deze amorfe structuur is een van de belangrijkste verschillen tussenglasvezelen gewoon glas. Tijdens het afkoelingsproces van gewoon glas hebben atomen voldoende tijd om kleine, lokaal geordende kristallen te vormen, wat leidt tot een hogere broosheid. Glasvezel daarentegen wordt gemaakt door gesmolten glas snel uit te rekken en af te koelen. De atomen hebben geen tijd om zich op een ordelijke manier te rangschikken en zijn als het ware "bevroren" in deze ongeordende, amorfe toestand. Dit vermindert defecten aan de kristalgrenzen, waardoor de vezel de eigenschappen van glas behoudt en tegelijkertijd een betere taaiheid en treksterkte verkrijgt.
Monofilamentstructuur: een uniform geheel van "huid" tot "kern"
Het glasvezel dat we zien, is in werkelijkheid samengesteld uit velemonofilamentenMaar elk monofilament is een complete structurele eenheid op zich. Een monofilament heeft doorgaans een diameter van 5-20 micrometer (ongeveer 1/5 tot 1/2 van de diameter van een menselijk haar). De structuur ervan is uniform.“massieve cilindrische vorm”Zonder duidelijke gelaagdheid. Vanuit het perspectief van de microscopische samenstelling zijn er echter subtiele verschillen tussen de "huid" en de "kern".
Tijdens het trekproces, wanneer gesmolten glas uit de kleine gaatjes van de spinspuit wordt geperst, koelt het oppervlak snel af bij contact met de lucht, waardoor een zeer dunne laag ontstaat."huid"laag (ongeveer 0,1-0,5 micrometer dik). Deze buitenlaag koelt veel sneller af dan de binnenste laag."kern."Hierdoor is het siliciumdioxidegehalte in de buitenste laag iets hoger dan in de kern, en is de atomaire structuur dichter met minder defecten. Dit subtiele verschil in samenstelling en structuur maakt het oppervlak van het monofilament harder en beter bestand tegen corrosie dan de kern. Het vermindert ook de kans op scheuren aan het oppervlak – materiaalfalen begint vaak met defecten aan het oppervlak, en deze dichte buitenste laag fungeert als een beschermende 'schil' voor het monofilament.
Naast het subtiele verschil tussen de buitenlaag en de kern, biedt een hoogwaardige afwerking...glasvezelMonofilament heeft bovendien een zeer hoge cirkelsymmetrie in de dwarsdoorsnede, waarbij de diameterafwijking doorgaans binnen 1 micrometer wordt gehouden. Deze uniforme geometrische structuur zorgt ervoor dat wanneer het monofilament wordt belast, de spanning gelijkmatig over de gehele dwarsdoorsnede wordt verdeeld. Dit voorkomt spanningsconcentraties als gevolg van plaatselijke dikteverschillen en verbetert daardoor de algehele treksterkte.
Collectieve structuur: de geordende combinatie van "garen" en "stof"
Hoewel monofilamenten sterk zijn, is hun diameter te klein om ze op zichzelf te gebruiken. Daarom bestaat glasvezel doorgaans in de vorm van een“collectief,”meestal als“glasvezelgaren”En“glasvezelweefsel.”Hun structuur is het resultaat van de geordende combinatie van monofilamenten.
Glasvezelgaren is een verzameling van tientallen tot duizenden monofilamenten, die op verschillende manieren zijn samengevoegd.“draaien”of zijn“ontward.”Ongetwijnd garen is een losse verzameling parallelle monofilamenten met een eenvoudige structuur, die voornamelijk wordt gebruikt voor het maken van glaswol, gehakte vezels, enz. Getwijnd garen daarentegen wordt gevormd door de monofilamenten in elkaar te draaien, waardoor een spiraalvormige structuur ontstaat die lijkt op katoendraad. Deze structuur verhoogt de bindingskracht tussen de monofilamenten, waardoor het garen onder spanning minder snel ontrafelt en geschikt is voor weven, wikkelen en andere verwerkingstechnieken."graaf"van het garen (een index die het aantal monofilamenten aangeeft, bijvoorbeeld een garen van 1200 tex bestaat uit 1200 monofilamenten) en de"twist"Het aantal windingen per lengte-eenheid bepaalt direct de sterkte, flexibiliteit en verdere verwerkingseigenschappen van het garen.
Glasvezelweefsel is een plaatachtige structuur die gemaakt is van glasvezelgaren door middel van een weefproces. De drie basisweefsels zijn platbinding, keperbinding en satijnbinding.Effen weefselHet weefsel wordt gevormd door afwisselende verweving van schering- en inslagdraden, wat resulteert in een dichte structuur met een lage doorlaatbaarheid maar uniforme sterkte, waardoor het geschikt is als basismateriaal voor composietmaterialen.keperbindingBij deze weeftechniek zijn de schering- en inslagdraden in een verhouding van 2:1 of 3:1 met elkaar verweven, waardoor een diagonaal patroon op het oppervlak ontstaat. Het is flexibeler dan platbinding en wordt vaak gebruikt voor producten die gebogen of gevormd moeten worden.SatijnweefselDeze weeftechniek heeft minder in elkaar grijpende punten, waarbij de schering- of inslagdraden doorlopende, zwevende lijnen op het oppervlak vormen. De weeftechniek voelt zacht aan en heeft een glad oppervlak, waardoor deze geschikt is voor decoratieve of wrijvingsarme onderdelen.
Of het nu om garen of stof gaat, de kern van de collectieve structuur is het bereiken van een prestatieverbetering van“1+1>2”door de geordende combinatie van monofilamenten. De monofilamenten zorgen voor de basissterkte, terwijl de collectieve structuur het materiaal verschillende vormen, flexibiliteit en verwerkingsmogelijkheden geeft om aan uiteenlopende behoeften te voldoen, van thermische isolatie tot structurele versterking.
Geplaatst op: 16 september 2025
