Når vi ser produkter laget avglassfiber, legger vi ofte bare merke til utseendet og bruken av dem, men tenker sjelden over: Hva er den indre strukturen til dette slanke svarte eller hvite filamentet? Det er nettopp disse usynlige mikrostrukturene som gir glassfiber dens unike egenskaper, som høy styrke, høy temperaturbestandighet og korrosjonsbestandighet. I dag skal vi dykke ned i glassfiberens «indre verden» for å avsløre hemmelighetene bak strukturen.
Det mikroskopiske grunnlaget: «Uordnet orden» på atomnivå
Fra et atomperspektiv er kjernekomponenten i glassfiber silisiumdioksid (vanligvis 50–70 vekt%), med andre elementer som kalsiumoksid, magnesiumoksid og aluminiumoksid tilsatt for å justere egenskapene. Plasseringen av disse atomene bestemmer de grunnleggende egenskapene til glassfiber.
I motsetning til den «langtrekkende ordenen» av atomer i krystallinske materialer (som metaller eller kvartskrystaller), viser atomarrangementet i glassfiber«Kortsiktig orden, langsiktig uorden.»Enkelt sagt, i et lokalt område (innenfor rekkevidden av noen få atomer), binder hvert silisiumatom seg med fire oksygenatomer og danner en pyramidelignende«silikatetraeder»struktur. Denne lokale ordningen er ordnet. I større skala danner imidlertid ikke disse silikatetraedre et regelmessig, repeterende gitter slik som i en krystall. I stedet er de tilfeldig koblet sammen og stablet på en uordnet måte, omtrent som en haug med byggeklosser som er satt sammen tilfeldig og danner en amorf glassstruktur.
Denne amorfe strukturen er en av de viktigste forskjellene mellomglassfiberog vanlig glass. Under avkjølingsprosessen til vanlig glass har atomene nok tid til å danne små, lokalt ordnede krystaller, noe som fører til høyere sprøhet. I motsetning til dette lages glassfiber ved raskt å strekke og avkjøle smeltet glass. Atomene har ikke tid til å ordne seg på en ordnet måte og blir «frosset» i denne uordnede, amorfe tilstanden. Dette reduserer defekter ved krystallgrensene, slik at fiberen kan opprettholde glassets egenskaper samtidig som den får bedre seighet og strekkfasthet.
Monofilamentstruktur: En ensartet enhet fra «hud» til «kjerne»
Glassfiberen vi ser er faktisk satt sammen av mangemonofilamenter, men hvert monofilament er en komplett strukturell enhet i seg selv. Et monofilament har vanligvis en diameter på 5–20 mikrometer (omtrent 1/5 til 1/2 av diameteren til et menneskehår). Strukturen er ensartet«fast sylindrisk form»uten åpenbar lagdeling. Fra et mikroskopisk sammensetningsfordelingsperspektiv er det imidlertid subtile forskjeller mellom «hud og kjerne».
Under tegneprosessen, når smeltet glass ekstruderes fra de små hullene i spinndysen, avkjøles overflaten raskt ved kontakt med luft, og danner et veldig tynt lag."hud"lag (omtrent 0,1–0,5 mikrometer tykt). Dette hudlaget kjøles ned mye raskere enn det indre"kjerne."Som et resultat er silisiumdioksidinnholdet i hudlaget litt høyere enn i kjernen, og atomarrangementet er tettere med færre defekter. Denne subtile forskjellen i sammensetning og struktur gjør overflaten til monofilamentet sterkere i hardhet og korrosjonsbestandighet enn kjernen. Det reduserer også muligheten for overflatesprekker – materialsvikt begynner ofte med overflatedefekter, og denne tette huden fungerer som et beskyttende «skall» for monofilamentet.
I tillegg til den subtile forskjellen mellom hud og kjerne, en høy kvalitetglassfiberMonofilament har også en svært sirkulær symmetri i tverrsnittet, med en diameterfeil som vanligvis kontrolleres innenfor 1 mikrometer. Denne ensartede geometriske strukturen sikrer at når monofilamentet belastes, fordeles spenningen jevnt over hele tverrsnittet, noe som forhindrer spenningskonsentrasjon forårsaket av lokale tykkelsesuregelmessigheter og dermed forbedrer den totale strekkfastheten.
Kollektiv struktur: Den ordnede kombinasjonen av «garn» og «stoff»
Selv om monofilamenter er sterke, er diameteren deres for liten til å brukes alene. Derfor finnes glassfiber vanligvis i form av en«kollektiv»oftest som«glassfibergarn»og«glassfiberstoff».Strukturen deres er et resultat av den ordnede kombinasjonen av monofilamenter.
Glassfibergarn er en samling av dusinvis til tusenvis av monofilamenter, satt sammen av enten«vridning»eller å være«uvridd».Uvrundet garn er en løs samling av parallelle monofilamenter med en enkel struktur, primært brukt til å lage glassull, hakkede fibre osv. Vrundet garn, derimot, dannes ved å tvinne monofilamentene sammen, noe som skaper en spiralstruktur som ligner på bomullstråd. Denne strukturen øker bindekraften mellom monofilamentene, og forhindrer at garnet rakner under belastning, noe som gjør det egnet for veving, vikling og andre bearbeidingsteknikker."telle"av garnet (en indeks som angir antall monofilamenter, for eksempel er et 1200 tex-garn satt sammen av 1200 monofilamenter) og"vri"(antall tvinn per lengdeenhet) bestemmer direkte garnets styrke, fleksibilitet og påfølgende bearbeidingsytelse.
Glassfiberstoff er en arklignende struktur laget av glassfibergarn gjennom en veveprosess. De tre grunnleggende vevingene er vanlig, twill og sateng.Vanlig vevingStoffet dannes ved vekslende sammenfletting av varp- og veftgarn, noe som resulterer i en tett struktur med lav permeabilitet, men jevn styrke, noe som gjør det egnet som basismateriale for komposittmaterialer.twillvevStoff, varp- og veftgarn flettes sammen i forholdet 2:1 eller 3:1, og skaper et diagonalt mønster på overflaten. Det er mer fleksibelt enn vanlig veving og brukes ofte til produkter som krever bøying eller forming.Satengvevhar færre sammenflettede punkter, med varp- eller veftgarn som danner kontinuerlige flytende linjer på overflaten. Denne vevingen er myk å ta på og har en glatt overflate, noe som gjør den egnet for dekorative eller lavfriksjonskomponenter.
Enten det er garn eller stoff, er kjernen i den kollektive strukturen å oppnå en ytelsesforbedring av«1+1>2»gjennom den ordnede kombinasjonen av monofilamenter. Monofilamentene gir den grunnleggende styrken, mens den kollektive strukturen gir materialet forskjellige former, fleksibilitet og tilpasningsevne i prosesseringen for å møte ulike behov, fra termisk isolasjon til strukturell forsterkning.
Publisert: 16. september 2025
