Kjernerollen til silika (SiO2) i E-glass

Silika (SiO2) spiller en helt sentral og fundamental rolle iE-glass, som danner grunnfjellet for alle dens utmerkede egenskaper. Enkelt sagt er silika «nettverksdanneren» eller «skjelettet» til E-glass. Funksjonen kan spesifikt kategoriseres i følgende områder:

1. Dannelse av glassnettverksstrukturen (kjernefunksjon)

Dette er den mest grunnleggende funksjonen til silika. Silika er i seg selv et glassdannende oksid. SiO4-tetraedre er forbundet med hverandre gjennom brodannende oksygenatomer, og danner en kontinuerlig, robust og tilfeldig tredimensjonal nettverksstruktur.

• Analogi:Dette er som stålskjelettet til et hus under bygging. Silika danner hovedrammeverket for hele glassstrukturen, mens andre komponenter (som kalsiumoksid, aluminiumoksid, boroksid osv.) er materialene som fyller ut eller modifiserer dette skjelettet for å justere ytelsen.
• Uten dette silikaskjelettet kan det ikke dannes et stabilt glassaktig stoff.

2. Tilveiebringelse av utmerket elektrisk isolasjonsytelse

• Høy elektrisk resistivitet:Silika har i seg selv ekstremt lav ionmobilitet, og den kjemiske bindingen (Si-O-binding) er svært stabil og sterk, noe som gjør den vanskelig å ionisere. Det kontinuerlige nettverket den danner begrenser i stor grad bevegelsen av elektriske ladninger, noe som gir E-glass svært høy volumresistivitet og overflateresistivitet.
• Lav dielektrisk konstant og lavt dielektrisk tap:E-glass' dielektriske egenskaper er svært stabile ved høye frekvenser og høye temperaturer. Dette skyldes hovedsakelig symmetrien og stabiliteten til SiO2-nettverksstrukturen, noe som resulterer i lav polariseringsgrad og minimalt energitap (omdanning til varme) i et høyfrekvent elektrisk felt. Dette gjør det ideelt for bruk som forsterkningsmateriale i elektroniske kretskort (PCB) og høyspenningsisolatorer.

3. Sikring av god kjemisk stabilitet

E-glass viser utmerket motstand mot vann, syrer (unntatt flussyre og varm fosforsyre) og kjemikalier.

• Inert overflate:Det tette Si-O-Si-nettverket har svært lav kjemisk aktivitet og reagerer ikke lett med vann eller H+-ioner. Derfor er hydrolysemotstanden og syrebestandigheten svært god. Dette sikrer at komposittmaterialer forsterket med E-glassfiber opprettholder ytelsen sin på lang sikt, selv i tøffe miljøer.

4. Bidrag til høy mekanisk styrke

Selv om den endelige styrken tilglassfibreer også sterkt påvirket av faktorer som overflatedefekter og mikrosprekker, deres teoretiske styrke stammer i stor grad fra de sterke Si-O kovalente bindingene og den tredimensjonale nettverksstrukturen.

• Høy bindingsenergi:Bindingsenergien til Si-O-bindingen er svært høy, noe som gjør selve glasskjelettet ekstremt robust, noe som gir fiberen høy strekkfasthet og elastisitetsmodul.

5. Gi ideelle termiske egenskaper

• Lav termisk ekspansjonskoeffisient:Silika har i seg selv en svært lav termisk utvidelseskoeffisient. Fordi det fungerer som hovedskjelettet, har E-glass også en relativt lav termisk utvidelseskoeffisient. Dette betyr at det har god dimensjonsstabilitet under temperaturendringer og er mindre sannsynlig å generere overdreven belastning på grunn av termisk utvidelse og sammentrekning.
• Høyt mykningspunkt:Silisiumdioksydets smeltepunkt er ekstremt høyt (omtrent 1723 °C). Selv om tilsetning av andre flussoksider senker den endelige smeltetemperaturen til E-glass, sikrer SiO2-kjernen fortsatt at glasset har et tilstrekkelig høyt mykningspunkt og termisk stabilitet til å oppfylle kravene til de fleste bruksområder.

I en typiskE-glasssammensetningen, er silikainnholdet vanligvis 52 %–56 % (etter vekt), noe som gjør det til den største enkeltstående oksidkomponenten. Det definerer glassets grunnleggende egenskaper.

Arbeidsfordeling mellom oksider i E-glass:

• SiO2(Silika): Hovedskjelett; gir strukturell stabilitet, elektrisk isolasjon, kjemisk holdbarhet og styrke.
• Al2O3(Alumina): Hjelpenettverksformer og stabilisatorøker kjemisk stabilitet, mekanisk styrke og reduserer tendensen til avglassing.
• B2O3(Boroksid): Fluks- og egenskapsmodifikatorsenker smeltetemperaturen betydelig (energisparing) samtidig som den forbedrer de termiske og elektriske egenskapene.
• CaO/MgO(Kalsiumoksid/Magnesiumoksid): Flussmiddel og stabilisatorhjelper til med smelting og justerer kjemisk holdbarhet og avglassingsegenskaper.