Skleněná textilní vlákna
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]
Historie
editovatNejstarší 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] Skleněná vlákna se vyrábějí ve 30 státech, počet možných variant odhadují někteří odborníci až na 5000.[9]
Výroba
editovatSurovina
editovatZákladní 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)[10][11]
| 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 % |
Způsoby zvlákňování
editovatVodiče světelných vln
editovatZpůsob výroby je popsán ve článku Křemenná vlákna
Skleněná vlna
editovatFáze 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[13]
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.[12]
Stříž / vláknový beton
editovat95 % 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 %.[12][14]
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.[15][12][16]
Tkaniny
editovatse vyrábějí ve všech základních vazbách,[17] pneumatické tkací stroje s pracovní šířkou do 280 cm mohou dosáhnout až 1300 obr./min.[18] Jeden český výrobce dodává pneumatické stroje na perlinkovou vazbu skleněných tkanin (šířka do 220 cm, až 750 obr./min, příze 34- 450 tex),[19] se kterými patří k předním specialistům ve světě.[20]
Finální úprava a forma plošných výrobků
editovatV 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 rovingů) obsahují více než 80 % laminační pryskyřice.[21]
Použití výrobků s obsahem skleněných vláken
editovatK nejčastějším patří vodiče světelných vln[22], konstrukční díly lodí a letadel, křídla rotorů větrných elektráren, filtry na horké plyny, elektrické a tepelné izolace, požární ochrana, zpevnění tištěných spojů a betonu.[12]
Galerie skleněných vláken
editovat-
Vynálezce technologie výroby skleněné vlny Russell Games Slayter (1896-1964) -
Skleněné tyče jako surovina a pokusně vyrobená staplová vlákna (NDR v roce 1958) -
Svazek skleněných filamentů (UD-Roving) -
Tkanina v plátnové vazbě (1100 g/m²) -
Nádrže na kvašení vína z laminátu ze skleněných vláken (Francie 2009) -
Pletenec ze skleněné příze -
Vrstvený skleněný pancíř -
Zkušební věž pro vysokorychlostní výtahy s fasádou ze skleněné tkaniny povrstvené teflonem (v německém Rottweilu)
Odkazy
editovatReference
editovat- ↑ Kießling/Matthes: Textil- Fachwörterbuch, Berlin 1993, ISBN 3-7949-0546-6, str. 204
- ↑ Glass Fibre [online]. STW, 2022 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Mitschke: Glasfasern. Physik und Technologie, Spektrum Akademischer Verlag 2005, ISBN 978-3-8274-1629-2
- ↑ Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 36–37
- ↑ Glass fibers [online]. Research Gate, 2017 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ History of Optical Fiber [online]. M2 Optics, 2016-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 905–922
- ↑ Global E Glass Fiber Yarn Market Size [online]. Valuates Reports, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Study on Wear Resistance of Glass Fiber Yarn Weaving Pro [online]. Shenzhen Core-Tex Composite Materials, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Vlákna pro kompozity [online]. Kořínek, 2016-11-05 [cit. 2018-06-15]. Dostupné online.
- ↑ Gries/Veit/Wulfhorst: Textile Fertigungsverfahren, Carl Hanser Verlag München 2019, ISBN 978-3-446-45866-6, str. 72–75
- ↑ a b c d e Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 818–826
- ↑ Frequently Asked Questions About Glass Wool [online]. Huamei, 2022-11-22 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Alkali Resistant Glass Fiber [online]. Glob Marble, 2016 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Aufbau und Regelung des Unit-melter [online]. Regelungstechnik, 1960 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Global glass-fibre production [online]. JEC, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Glasgewebe [online]. Christex Composite Materials, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (německy)
- ↑ Hocheffizienter Air Jet Webstuhl für das Weben [online]. Focus Tchnology, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (německy)
- ↑ CAM EL Adaptive [online]. VÚTS Liberec, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ České stroje pro neuvěřitelné tkaniny [online]. MM průmyslové spektrum, 2020-04-01 [cit. 2024-11-17]. Dostupné online.
- ↑ Faserverstärkungen - Glasfaser [online]. R&G Faserverbundwerkstoffe, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy)
- ↑ Glasfaserkabel als Lichtwellenleiter [online]. Deutsche Telekom, 2024-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy)
Literatura
editovat- Schenek: Lexikon Garne und Zwirne, Deutscher Fachverlag 2005, ISBN 3-87150-810-1
- Cherif:Textile Werkstoffe für den Leichtbau, Springer-Verlag 2011, ISBN 978-3-642-17991-4, str. 68
Související články
editovatExterní odkazy
editovat
Obrázky, zvuky či videa k tématu skleněná textilní vlákna na Wikimedia Commons
