Хімічний склад
Під склом розуміють неорганічні розплавлені продукти, які при охолодженні не кристалізуються. На відміну від інших неорганічних матеріалів, скло не має впорядкованої структури. Воно аморфне, тобто побудоване з випадково розташованих у просторі сітчастих структурних вузлів (наприклад, структурних груп SiO4, PO4, так званих вузлових центрів), в яких розміщені інші складові частини . Структурні групи, наприклад тетраедри SiO4, аналогічні кристалічним силікатів, однак в їх розташуванні відсутня періодичність. Про скло говорять як про матеріал, що має близький структурний порядок. Якщо типовий розплав скла, нагрітий до високої температури, повільно охолоджувати, то в ньому не спостерігається ознак кристалізації, а навпаки, структура рідкокристалічного стану «заморожується». Тому скло називають також переохолодженої рідиною.
Хоча в склоподібний стан можна перевести багато хімічних сполук, для технічних цілей прийнятні лише групи певного хімічного складу.
Серед цих видів скла найбільша частка належить силікатному, а серед силікатних - вапняно-лужному.
Силікатне скло складається в основному з SiO2 і крім того з оксидів лужних і лужноземельних металів та оксиду алюмінію. Для отримання необхідних властивостей до їх складу включають модифікуючі компоненти, наприклад невелику кількість борного ангідриду (в йенскому склі), оксид свинцю (кришталь), оксиди цинку або рідкісноземельних металів (оптичному склі). При цьому скло не є стехіометричними хімічними сполуками і може мати різне співвідношення компонентів.
Все залежить від суміші. Тут ми більш детально розглянемо скло для масового виробництва - силікатне. Якщо розплавити гірський кришталь, є природною формою SiO2 високого ступеня чистоти, для чого потрібна дуже висока (вище 1600 °С) температура, а потім відформувати розплав і досить швидко охолодити його, то ми отримаємо найпростіше в хімічному сенсі скло. Це кварцове скло - ідеальний скляний матеріал з абсолютно винятковими властивостями, який міг би знайти різноманітне застосування, якщо б його виробництво не було б обмежена двома чинниками:
відносно рідкісне отже, дорога сировина,
настільки висока температура плавлення чистого SiO2, що це ускладнює і здорожує технічну реалізацію процесу.
Тому так важливо вибрати придатну сировину та знизити температуру плавлення і переробки, щоб створити економічне і високорозвинене в технічному відношенні виробництво.
Склади технічної скломаси повинні містити лише дорогі і тугоплавкі оксиди, адже це необхідно для отримання бажаних властивостей. З іншого боку, дешеві і знижуючі температуру плавлення компоненти повинні застосовуватися лише в такому обсязі, при якому вони не погіршують цільові властивості матеріалу. З деяких пір практично у всьому світі застосовуються приблизно однакові склади сировини для виробництва віконного, господарського, технічного (для приладів), пляшкового скла і т. д. Прикладом може служити кварцове скло.
В основу скловолокон текстильного класу є діоксид кремнію, SiO 2. У чистому вигляді він існує у вигляді полімеру, (SiO2). У 1713 ° С, більшість молекул може вільно пересуватися. Якщо скло видавлюють і швидко охолоджують при цій температурі, це буде не в змозі сформувати впорядковану структуру. У полімеру утворює SiO 4 групи, які налаштовані в якості тетраедра з атомом кремнію в центрі і чотири атома кисню в кутах. Ці атоми тоді формують мережу, пов'язану по кутах шляхом обміну атома кисню.
Скловидні тіла і кристалічні стани з діоксидом кремнію (скла і кварцу), мають аналогічні рівні енергії в молекулярній основі, а також маючи на увазі, що склоподібний вигляд надзвичайно стійкий. Для того, щоб викликати кристалізацію, вона повинна бути нагріта до температури вище 1200 ° С протягом тривалих періодів часу.
Хоча чистий діоксид кремнію є початком виготовлення скла і скловолокна, він повинен бути розроблений при дуже високих температурах, що є недоліком, якщо його конкретні хімічні властивості не потрібно. Можна ввести домішки у склі у вигляді інших матеріалів, щоб знизити його робочу температуру. Ці матеріали також надають інші властивості скла, які можуть бути корисні в різних додатках. Перший тип скла, який використовується для волокна був натрій-кальцій-скло або скло ("А" по лугу він містить).Новий тип, Е-скла, був сформований - це алюмо-боросилікатне скло, лужно-Free (<2%). Це була перша композиція скла , яка використовується для формування безперервних елементарних ниток. E-скло як і раніше становить більшу частину виробництва скловолокна в світі.
Скляні волокна є корисними термоізоляторами через високий коефіцієнт площі поверхні до маси. Проте, збільшення площі поверхні робить їх чутливішими до хімічної атаки.
На відміну від вуглецевого волокна, скло може пройти більше подовження до його розриву. Існує кореляція між діаметром нитки і нитки діаметром вигину. [4]