Włókno szklane - właściwości i zastosowanie

Włókno szklane – co to jest?

Włókno szklane to cienkie włókno o średnicy 0,005–0,01 mm wyciągane ze stopionego szkła, a następne impregnowane żywicą. To mocny i odporny na korozję materiał. Tworzywa wzmocnione włóknem szklanym należą do najważniejszych materiałów konstrukcyjnych.

Służą również do izolacji cieplnej i akustycznej. Ze względu na ich zastosowanie wyróżniamy włókna ogólne i specjalne. Ponad 90 % wytwarzanych włókien szklanych to produkty ogólnego zastosowania. Określane są one mianem szkła typu E, co świadczy o ich niskiej przewodności elektrycznej. Zastosowania specjalne to te z wysoką wytrzymałością chemiczną, wysoką sztywnością lub niską stałą dielektryczną.

W zależności od mieszanki, z której wytwarzane jest włókno szklane zyskuje ono inne właściwości. Wyróżniamy następujące rodzaje włókien szklanych:

• Szkło typu E – jest włóknem ogólnego zastosowania. Powstaje ze szkła glinowo-borowo-krzemowego, choć dziś coraz częściej usuwa się z jego składu bor. Prowadzi to do obniżenia kosztów produkcji i emisji zanieczyszczeń. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością i niską przewodnością elektryczną.

• Szkło typu S – powstaje z mieszanki magnezytowo-glinowo-krzemionowej. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością, odpornością na korozję i wysokie temperatury. Często wykorzystywane jest w przemyśle tekstylnianym i budowlanym.

• Szkło typu A – powstaje z mieszanki sodowo-wapniowo-krzemianowej. Charakteryzuje się nieco słabszą wytrzymałością i mniejszym oporem w przewodnictwie elektrycznym od włókna szklanego typu E.

• Szkło typu C – powstaje z mieszanki wapniowo-borowo-krzemianowej. Charakteryzuje się dużą odpornością na substancje chemiczne i korozję.

• Szkło typu M – w ich składzie znajdują się tlenki berylu i cyrkonu. Ich obecność wpływa na zwiększenie wytrzymałości mechanicznej i termicznej. Cechuje je duża sprężystość.

• Szkło typu D – powstaje z mieszanki boro-krzemowej. Charakteryzuje się niską stałą dielektryczną.

• Szkło typu R – powstaje z mieszanki wapniowo-glinowo-krzemianowej. Cechuje się dużą wytrzymałością i odpornością na korozję.

W czasie produkcji duże znaczenie ma wysoka temperatura, w której topi się piasek krzemiankowy niezbędny, aby powstało włókno szklane. Właściwości materiału zależą od dodatkowych substancji dodanych do mieszanki takich jak wapno, magnezja, węglan sodu, glina, kwas borowy lub różnego rodzaju tlenki metali. Po przygotowaniu mieszanki jest ona poddawana temperaturze 1400 stopni Celsjusza, w której ulega stopnieniu. Następnie temperaturę obniża się do wysokości 1370 stopni Celsjusza.

Następnym etapem produkcji włókna szklanego jest tzw. rozwłóknianie. W temperaturze ok. 1200 stopni Celsjusza materiał zostaje rozciągany. Na tym etapie włókno szklane przybiera postać cienkiej nici od 4 do 35 μm, co stanowi jedną dziesiątą ludzkiego włosa. Na następnym etapie produkcji włókno pokrywane jest specjalną powłoką chemiczną tzw. klejonką, która ułatwia dalszą obróbkę materiału.

Na ostatnim etapie produkcji cienkie włóka zbierane są w wiązki. W jednej wiązce znajduje się od 51 do 1624 włókien. Następnie nawijane są one na specjalny bęben po czym suszone z nagromadzonej wody w czasie obniżania jej temperatury i nakładania powłoki chemicznej. Tak przygotowane pakiety włókna szklanego mogą zostać od razy przekazane do sprzedaży lub poddane dalszej obróbce, w zależności od zamawianej formy.

Włókno szklane występuje w postaci połączonych i nieskręconych pasm pokrytych preparacją lub w postaci tkanin o różnym splocie, ciętych pasm, mielonych itd.

Włókno szklane – właściwości, które warto znać

Istnieje wiele form, w których występuje na rynku włókno szklane. Właściwości, jakie wykazuje, cenione są w wielu gałęziach przemysłu. To w zależności od nich włókno szklane wykorzystywane jest w czystej postaci lub jako składnik kompozytów polimerowych.

Duża wytrzymałość

Włókno szklane wykazuje dużą wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne, zachowując przy tym niską wagę. Cenione jest to szczególnie w budownictwie, ale także przy produkcji sprzętu sportowego. Ponadto materiał ten odporny jest na korozję oraz wysoką temperaturę.

Duża sprężystość

Sprężystość włókna szklanego powoduje, że jest rozciągliwy i nie zrywa się pod dużym obciążeniem. Pozwala to na dowolne kształtowanie materiału. Ułatwia także jego naprawę. Zarówno wytrzymałość na uszkodzenia, jak i sprężystość zależy od grubości jednego włókna. Im jest ona większa tym rośnie prawdopodobieństwo wystąpienia wad materiałowych i różnego rodzaju defektów jak np. mikropęknięcia, które znacznie osłabiają materiał.

Właściwości dielektryczne, izolacyjne i odporność na ogień i substancje chemiczne

Włókno szklane w zależności od zastosowanej w czasie produkcji mieszanki wykazuje różne stopnie odporności na przewodnictwo elektryczne. Szczególnie cenne są to właściwości dla przemysły elektrycznego i telekomunikacyjnego. Właściwości izolacyjne włókna szklanego sprawdzają się natomiast głównie w budownictwie.

Duża odporność materiału na ogień i substancje chemiczne pozwala wykorzystać go do produkcji np. pojemników na paliwo, pomp, filtrów czy innych pojemników magazynowych.

Włókno szklane – czy jest szkodliwe?

Cenne dla przemysłu właściwości materiału w głównej mierze wpływają na jego popularność. Jednak czy tylko tego rodzaju właściwości wykazuje włókno szklane. Szkodliwość również powinna stanowić ważny czynnik decydujący o wyborze materiału, jakim jest włókno szklane. Czy jest szkodliwe dla zdrowia człowieka i środowiska?

Najnowsze badania wykazały, że najbardziej niebezpieczny dla zdrowia człowieka i środowiska jest pył, którego źródłem jest włókno szklane. Szkodliwość dotyczy głównie skóry i oczu. Pył ze szkła węglowego podrażnia skórę, co prowadzi do jej zapalenia. W wyniku dalszego podrażniania uszkodzenia nabłonka zwiększają się, co zwiększa także ryzyko infekcji bakteryjnej. Pył ten może przedostawać się również do spojówek oczu i uszkadzać je. Wykazano także rakotwórcze działanie pyłu z włókna szklanego.

Zarówno przy produkcji, jak i obróbce włókna szklanego należy zachować szczególne warunki bezpieczeństwa. Pracownikom powinno się udostępnić odzież ochronną, rękawice, okulary i maseczki, które zabezpieczą przed przedostawaniem się szkodliwych substancji do organizmu.

Włókno szklane – zastosowanie

Jak już zostało wspomniane, w wielu gałęziach przemysłu wykorzystywane są właściwości, jakie wykazuje włókno szklane. Zastosowanie tego materiału jest niezwykle szerokie i dotyczy zarówno sfery przemysłowej, jak i użytku prywatnego.

Włókno pochodzące ze szkła znane było już w starożytności. Jego produkcja na szeroką skalę rozpoczęła się jednak dopiero w 1912 roku. Wówczas wykorzystywane było w izolacji cieplnej czy w produkcji tkanin dekoracyjnych lub filtracyjnych. Po drugiej wojnie światowej włókno szklane zaczęto dodawać do kompozytów polimerowych jako ich wzmocnienie. Ten proces rozpoczął największą popularność włókna szklanego, która trwa do dziś.

Warto wiedzieć, gdzie można znaleźć włókno szklane. Zastosowanie tego materiału w przedmiotach codziennego użytku może niejednokrotnie zaskoczyć.

Budownictwo

Wata szklana wytwarzana z włókna szklanego znajduje zastosowanie głównie jako materiał izolacyjny. Dużą zaletą są także jej właściwości hydrofobowe. Stosuje się ją do ocieplania domów i tworzenia izolacji akustycznej. Z włókna szklanego wytwarza się także różnego rodzaju pręty, które służą do wznoszenia konstrukcji i uzbrojeń. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji tzw. stalki do zaciągania kabli. Ułatwia ona przeciąganie kabli, a także jest pomocna w udrażnianiu rur.

Wykańczanie wnętrz i dekoracja

Włókno szklane jest surowcem wykorzystywanym do wykańczania wnętrz. Często spotykane pod postacią tapet czy oklein. Tapeta z włókna szklanego to świetna inwestycja na całe dekady, jej trwałość szacuje się nawet na 30 lat.

O pomoc w ich nałożeniu najlepiej poprosić fachowca. Należy pamiętać, że w trakcie cięcia i przyklejania włókno szklane może działać drażniąco, dlatego podczas pracy niezbędne będą rękawice, okulary i maseczka przeciwpyłowa. Pomieszczenia wyłożone włóknem szklanym są bezpieczne dla zdrowia, śmiało więc można pokusić się o taką tapetę w pokoju dziecięcym, a nawet w łazience – włókno jest niezwykle odporne na wilgoć. Więcej na ten temat można przeczytać a artykule: tapety do łazienki

Tapety z włókna szklanego można układać również na sufitach. Do tego celu należy wybrać cieńsze modele. Tapety z włókna szklanego potrafią maskować pęknięcia, nierówności i inne niedoskonałości. Często wykorzystywane są jako wzmocnienie ścianek z karton-gipsu.

Tapety z włókna są przeznaczone do malowania, dlatego zwykle dostępne są w wersji białej lub kremowej. Do wyboru jest wiele wzorów np. w jodełkę czy romby. Do malowania takiej tapety świetnie sprawdzi się farba lateksowa lub akrylowa. A to wciąż tylko kilka z wielu zalet tapety z włókna szklanego.

Włókno szklane jest składnikiem także wielu materiałów, z których wytwarza się np. meble czy inny sprzęt codziennego użytku.

Inne zastosowania

Włókno szklane jest składnikiem coraz powszechniej stosowanych w telekomunikacji światłowodów. Za ich pomocą przekazywany jest sygnał telewizji cyfrowej czy internetu. Stosuje się je zarówno na polu przemysłowym, jak i prywatnym.

W składzie materiałów, z których wytwarzane są nadwozia ciężarówek, autobusów, samochodów osobowych znajduje się włókno szklane. Stosowane jest także w produkcji zderzaków, kontenerów chłodniowych, cystern, a nawet przyczep kempingowych.

Coraz częściej włókno szklane stosuje się także w stomatologii. Głównie znajduje zastosowanie w produkcji wkładów koronowo-korzeniowych, wokół których nadbudowywany jest ząb. Służy także do wzmacniania mostów. Dzięki niemu oszczędza się tkankę zdrowych zębów, które należałoby oszlifować w przypadku zakładania tradycyjnych mostów.

W produkcji sprzętu sportowego również stosuje się włókno szklane. Szczególnie przydatne jest w produkcji tyczek do skoków wzwyż, desek surfingowych, nart, rakiet tenisowych czy różnego rodzaju kasków ochronnych.

Z włókna szklanego produkuje się także skrzydła do wiatraków pozyskujących energię elektryczną z siły wiatru.