آنچه در مقاله “الیاف شیشه” خواهید خواند:

ساختار و مشخصات الیاف شیشه
انواع الیاف شیشه
خواص الیاف شیشه

الیاف شیشه:

به طور کلی ساختمان داخلی الیاف شیشه یک شبکه سه بعدی از سیلیکون، اکسیژن و دیگر اتم ها است که به صورت غیر منظم (random) در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. لذا الیاف شیشه ساختمانی غیر کریستالی (amorphous) و ایزوتروپیک (خواص در تمام جهات یکسان است) را دارا می باشند.

با مخلوط کردن محصولات معدنی ماسه، کائولن، سنگ آهک، کلمنیت، در دمای 1600 درجه سانتیگراد، شیشه مایع تشکیل می شود. مایع از طریق بوش های بسیار ریز عبور داده می شود و همزمان خنک می شود تا تارهای شیشه ای با قطر 5-24 میکرون تولید شود. در صنعت الیاف شیشه معمول است که هر قطر خاص از الیاف را با یک حرف مشخص می کنند:

قطر لیف (میکرومتر)		علامت معرف اندازه لیف
حداکثر	حداقل	علامت معرف اندازه لیف
0/20	0/05	AAAAA
0/50	0/20	AAAA
0/75	0/50	AAA
1/50	0/75	AA
2/52	1/50	A
3/81	2/52	B
5/08	3/81	C
6/35	5/08	D

انواع الیاف شیشه:

با تغییر در اجزا، انواع مختلفی از شیشه را می توان تولید کرد. انواع مورد استفاده به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت‌ها، به شرح زیر است:

نوع A

که اشاره به شیشه های معمولی ( Soda-lime glass ) که یک نوع شیشه ی high alkali است، دارد. این نوع در گذشته کاملا متداول بوده است اما امروزه الیاف نوع E تقریبا جایگزین آن شده است.

E-glass (الکتریکی):

محتوای قلیایی کمتر و قوی تر از شیشه A (قلیایی)دارد. استحکام کششی و فشاری خوب و سختی، خواص الکتریکی خوب و هزینه نسبتا کم باعث شده 90 درصد الیاف شیشه مصرفی در کامپوزیت ها از این نوع باشد. بسته به نوع شیشه E قیمت آن از حدود 1 تا 2 دلار به ازای هر کیلوگرم متغیر است. E-glass رایج ترین شکل الیاف تقویت کننده مورد استفاده در کامپوزیت های زمینه پلیمری است.

C-glass (شیمیایی):

بهترین مقاومت در برابر مواد شیمیایی. عمدتاً به صورت نمد سطحی در لایه بیرونی کامپوزیت‌های مورد استفاده در لوله ها و مخازن شیمیایی و آب استفاده می شود.

R، S یا T-glass (استحکام):

این الیاف دارای استحکام کششی و مدول بالاتر(حدود 20 درصد) نسبت به شیشه E است و در حجم محدو تولید می شود به همین خاطر از لحاظ قیمتی حداقل 4 تا 10 برابر گرانتر است. S-glass در ایالات متحده توسط OCF، R-glass در اروپا توسط Vetrotex و T-glass توسط Nittobo در ژاپن تولید می شود. این الیاف برای صنایع هوافضا و دفاعی توسعه یافته و در برخی کاربردهای زرهی بالستیک استفاده می شود.

در جدول زیر می توانیدترکیب شیمیایی هر یک از انواع الیاف شیشه و مختصری از خواصشان را ملاحظه فرمایید:

	E	R	S	C	ECR	AR
SiO₂	54.2	60	64.4	64.6	58.4	61
Al₂O₃	14.0	25	25	4.1	11	0.5
CaO	17.2	9	–	13.4	22	5
MgO	4.6	6	10.3	3.3	2.2	0.05
Na₂O, K₂O, Li₂O	0.8	–	–	9.6	0.9	14
B₂O₃	10.6	–	–	4.7	0.09	–
BaO	–	–	–	0.9	–	–
ZnO	–	–	–	–	3	–
ZrO₂	–	–	–	–	–	13
TiO₂	–	–	–	–	2.1	5.5
Fe₂O₃	0.4	–	–	–	0.26	0.5
Specific gravity	2.56	2.58	2.49	2.45	2.6	2.74
Refractive index	1.55	–	1.52	1.52	–	1.56
Single fibre tensile strength (GPa)	3.6	4.4	4.5	–	3.4	2.5
Single fibre tensile modulus (GPa)	76	85	86	–	73	80
Softening point (C)	1.54	990	1000	690	900	860

خواص الیاف شیشه:

این الیاف بخاطر قیمت کم، استحکام کششی بالا (حدود 3.5GPa) و در نهایت مقاومت شیمیایی و الکتریکی خوب در کنار خواصی چون مقاومت در برابر رطوبت و خوردگی و توانایی حفظ خواص مکانیکی در دمای بالا میان انواع الیاف به عنوان محبوبترین دسته شناخته می شود.البته معایبی چون وزن مخصوص نسبتا زیاد، مدول کم (حدود 70GPa)، مقاومت کم در برابر خستگی(Fatigue life)، سختی زیاد که باعث سایش قالب ها و ابزارهای برش می شود و حساسیت به سایش در موقع حمل می تواند از عواملی باشد که استفاده از الیاف جایگزین را در کامپوزیت ها ممکن می کند. البته برای بهبود اتصال الیاف با زمینه پلیمری و کاهش سایش الیاف شیشه، الیاف با یک ماده مخصوص به نام سایزینگ (sizing) پوشش داده می شود. برای اطلاع بیشتر از این مواد و فرآیند پوشش دهی می توانید به مقاله “پوشش سطحی الیاف” مراجعه نمایید.نکته: تاثیر شرایط محیطی بر روی خواص این دسته از الیاف نیز حائز اهمیت است به نحوی که با افزایش دما یا رطوبت محیط استحکام ماده به طور محسوسی کاهش می یابد. برای آشنایی بیشتر با خواص و شرایط استفاده از انواع الیاف شیشه عرضه شده توسط شرکت ایران کامپوزیت کاویان می توانید روی لینک زیر کلیک کرده و وارد صفحه توضیحات و خرید هریک شوید.