Přeskočit na obsah

Skleněná textilní vlákna

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
(přesměrováno z Skleněné vlákno)

Skleněná textilní vlákna jsou výrobky ze skelné taveniny s vlastnostmi vhodnými ke zpracování na řadu speciálních produktů. Jsou to zejména vodiče světelných vln, plošné textlie na prepregy, plnivo stavebních materiálů, zpevnění kompozit.[1][2][3]

Skleněné vlákno 40x zvětšené (2005)

Nejstarší skleněné nitě (tažené ze skelné taveniny kleštěmi) jsou známé ze 17. stolení před n. l. z Egypta. Za první průmyslovou výrobu skleněných niti je považována dílna založená v roce 1866 ve Vídni, ve které se měly vyrábět niti s tloušťkou 6–12 µm na paruky a svatební závoje. V roce 1932 vynalezl americký chemik Slayter (náhodně) technologii výroby skleněné vlny, která se v principu používá i v 21. století.[4]

E sklo se začalo vyrábět v roce 1943, asi od roku 1990 se vyrábí průmyslově kompozity se skleněnou výztuží.[5]

Historie optických vláken začala v roce 1964 objevem techniky odstranění nečistot z křemenného skla, v roce 1991 představili vynálezci Desurvire a Payne kompletní kabel se skleněným vodičem světelných vln.[6]

V roce 2022 se udávala celosvětová výroba skleněných vláken s 5,8 miliony tun (80 % ve formě rovingů),[7] výnos z prodeje rovingů a příze se odhaduje (2024) na 7 miliard USD s budoucími ročními přírůstky 5–8 %.[8]

Základní surovina je směs minerálů a chemikálií. Hlavní složky vsázky („batch“) jsou křemík, vápno a kaolin, chemická struktura skla se dá měnit různými příměsemi, např. Na, Li, Ba und Mg.

V závislosti na poměrech těchto látek ve směsi se rozeznávají druhy:

Druh skla Vlastnosti
A (alkali) natronové vápno/ silně alkalické
AR (alkaline resistant) odolnost proti žíravinám (10% ZrO2)
C (chemical) zvýšená rezistence proti chemikáliím
D (dielectric) nízké dielektrické ztráty (20–23 % B2O3)
E (electric) boro-hlinito-křemičitan s méně než 2 % alkalických oxidů
ECR (corrosion resistant) vysoká odolnost proti rezavění
Q (quatz) vlákno z oxidu křemičitého, vhodné pro vysoké teploty
R (resistance) křemičitan hlinitý s přídavkem vápníku a oxidu hořečnatého
S (strength) křemičitan hlinitý s přídavkem oxidu hořečnatého

Asi 90 % skleněných vláken se vyrábí z E-skla (např. s obsahem 55 % SiO2, 18 % CaO, 8 % Al2O3, 4,6 % MgO)[9][10]

Typické fyzikální vlastnosti skleněných vláken
Hustota 2,45…2,58 g/cm³
Tloušťka filamentu 5…24 µm
Tažná pevnost 1,8…5 GPa (kN/mm²)
Modul pružnosti 70…90 GPa
Tažnost < 5 %

[11]

Způsoby zvlákňování

[editovat | editovat zdroj]

Vodiče světelných vln

[editovat | editovat zdroj]

Způsob výroby je popsán ve článku Křemenná vlákna

Skleněná vlna

[editovat | editovat zdroj]

Fáze výroby izolačních rohoží: sázka – tavení při 1400 °C – zvlákňování (centrifuga tlačí taveninu do otvorů) – kladení filamentů (cca 80 % celkové váhy) na dopravní pás a postřikování pojivem – zahřívání rohože (na 200 °C), lisování, chlazení – příp. krájení hotové rohože na určitý rozměr[12]

Skleněná vlna se používá výlučně jako izolační materiál, vlákna mají minimální průměr 0,15–0,30 µm, povrch izolace (rohože) má být 0,1–0,2 m²/g. Pro izolační efekt je pojivo rouna důžitější než vlastnosti vláken.[11]

Stříž / vláknový beton

[editovat | editovat zdroj]

95 % skleněných stříží se vyrábí metodou tzv. dloužení přes buben. Princip: Skleněné pelety se taví při 100–1200 °C, tavenina se protlačuje tyskou (s 250–1000 otvory). Z vycházejících kapek se tvoří filamenty, které se dlouží tahem rotujícího bubnu a stahují do zvlákňovací nálevky, kde se tvoří roving z vláken s jemností 1,5–3 dtex s neurčitou délkou (2–100 cm). K použití na zpevnění betonu se vlákna rovingu stříhají na délku 3–25 mm. Podíl vláken na váze betonu je obvykle 3–5 %.[11][13]

Rovingy a příze na prepregy

[editovat | editovat zdroj]

Asi 90 % skleněných filamentů se vyrábí zvlákňováním přes trysky v na zařízení Unit Melter. Princip postupu výroby: tavení – zahřívání sázky plynovými hořáky na 1400 °C – zvlákňování (protlačení taveniny platinovou tryskou s 800–8000 otvory (Ø 1–2,5 mm)) – chlazení (200 K/cm) a dloužení (přesně řízenou odtahovou rychlostí 1200–4800 m/min.) na jemnost jednotlivých filamentů na 0,5–15 dtex – škrobení, navíjení (asi ¾ filamentů se navíjí spojených (bez zákrutu) do rovingů (>300 tex), zbytek jsou multifilamenty.[14][11][15]

V roce 2024 se běžně prodávají laminované textilie ze skleněných vláken např. v následujícím provedení:

Forma textilie Konstrukce Příklady zpracování (prepregy)
roving 2,4 ktex ruční lamináty, pultruze
tkanina
z filamentů
25 g/m²
425 g/m²
voštinové konstrukce
traverzy
tkanina
z rovingů
580 g/m² nádrže, konstrukční díly
rohož 440 g/m²
4 vrstvy ve 4 směrech
rotory větrných generátorů, čluny
splétaná
hadice
Ø 7–26 mm
(filament 136 tex)
protézy, sport. nářadí

Všechny prepregy (mimo rovingy) obsahují více než 80 % laminační pryskyřice.[16]

Finální výrobky s obsahem skleněných vláken

[editovat | editovat zdroj]

K nejčastějším patří vodiče světelných vln[17], konstrukční díly lodí a letadel, křídla rotorů větrných elektráren, filtry na horké plyny, elektrické a tepelné izolace, požární ochrana, zpevnění tištěných spojů a betonu.[11]

Galerie skleněných vláken

[editovat | editovat zdroj]
  1. Kießling/Matthes: Textil- Fachwörterbuch, Berlin 1993, ISBN 3-7949-0546-6, str. 204
  2. Glass Fibre [online]. STW, 2022 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  3. Mitschke: Glasfasern. Physik und Technologie, Spektrum Akademischer Verlag 2005, ISBN 978-3-8274-1629-2
  4. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 36–37
  5. Glass fibers [online]. Research Gate, 2017 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  6. History of Optical Fiber [online]. M2 Optics, 2016-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  7. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 905–922
  8. Global E Glass Fiber Yarn Market Size [online]. Valuates Reports, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  9. Vlákna pro kompozity [online]. Kořínek, 2016-11-05 [cit. 2018-06-15]. Dostupné online. 
  10. Gries/Veit/Wulfhorst: Textile Fertigungsverfahren, Carl Hanser Verlag München 2019, ISBN 978-3-446-45866-6, str. 72–75
  11. a b c d e Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 818–826
  12. Frequently Asked Questions About Glass Wool [online]. Huamei, 2022-11-22 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  13. Alkali Resistant Glass Fiber  [online]. Glob Marble, 2016 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  14. Aufbau und Regelung des Unit-melter [online]. Regelungstechnik, 1960 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  15. Global glass-fibre production [online]. JEC, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
  16. Faserverstärkungen - Glasfaser [online]. R&G Faserverbundwerkstoffe, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy) 
  17. Glasfaserkabel als Lichtwellenleiter [online]. Deutsche Telekom, 2024-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy) 

Literatura

[editovat | editovat zdroj]

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]