Das Material Glas hat eine Geschichte, die fast so alt ist wie die Zivilisation. Aber die Verwendung von Glas als Verstärkungsmaterial ist eine relativ neue Idee. Glas wurde im 16. und 17. Jahrhundert als Dekorationsmaterial verwendet. Ein Kleid aus Califine wurde 1893 auf der "Colombian Exposition" vorgestellt.
Glas ist ein anorganisches Material, das keine Orientierung oder Kristallisation aufweist. Griffiths Arbeit offenbarte 1920 die Hochleistungseigenschaften von Glas. Die allgemeinen Substanzen, aus denen die Glasmischung besteht, sind Siliziumdioxid, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Boroxid und einige Metalloxide. Glas hat als Struktur eine isotrope dreidimensionale Netzwerkstruktur.
Die kommerzielle Geschichte der Glasfaser als Hochleistungsfaser beginnt mit der gemeinsamen Investition von Owens Illinois und Corning Glass. Mit diesen Anfängen stieg die Glasfaserproduktion bis in die 1970er Jahre jährlich um durchschnittlich 15 – 25 %. In den folgenden Jahren überließ es den Glasfasermarkt Aramid, Kohlenstofffasern und verstärkten Verbundwerkstoffen.
Dennoch ist Glas derzeit eines der wichtigsten Verstärkungsmaterialien. Die wichtigsten Hersteller von Hochleistungsglasfasern sind Owens Corning, Wentrotex, Ashltrom und Pilkinton.
Der Grundbaustein für alle Arten von handelsüblichem Glas ist Kieselsäure. Kieselsäure wird durch Schmelzen verschiedener Oxide zwischen 1300 – 1600 °C gewonnen. Es gibt kommerzielle Glasfaserprodukte, die in einer großen Vielfalt von Strukturen und Eigenschaften erhältlich sind.
1. A – Glas: Es ist eine Glaszusammensetzung, die Alkali enthält. Es wird sehr selten zur Faserherstellung verwendet.
2. AR – Glas: Es ist eine alkalibeständige (AR: Alkaline Resistant) Glaszusammensetzung. Als tragendes Element wird Zement verwendet.
3. C – Glas: Es ist eine chemikalienbeständige (C: Chemical Resistant) Glaszusammensetzung. Es wird zur Faserherstellung verwendet.
4. E – Glas: Es ist eine Glaszusammensetzung mit hohem elektrischem Widerstand. (E: Elektrisch beständig)
5. HS – Glas: Es ist eine hochfeste (HS: High Strength) Glasfaser.
Enthält Magnesium - Silica - Alumina und geringe Mengen anderer Oxide.
6. S – Glas: Es hat eine ähnliche Struktur wie HS – Glas. Die Verwendung dieser Faser nimmt zu.
Etwa 90 % der gesamten Glasfaserproduktion ist E-Glas. Diese Glasart wird häufig in der glasfaserverstärkten Kunststoffindustrie (GFK: Glass Reinforced Plastics) verwendet. Die AR-Faser, eine neuere Faser, wird als hydraulisches Füllmaterial in Stützelementen gegen Hautbildung und Bruch verwendet.
AR – Glas enthält erhebliche Mengen an ZrO2 in seiner Struktur und dies ist der Hauptgrund für seine Alkalibeständigkeit..Endlosfilament-Glasfasern Es wird im Allgemeinen in Hochleistungsanwendungen verwendet. Die Filamentglasproduktion, die zuerst von Owens Corning durchgeführt wurde, ist im Grunde genommen zwei Stufen Es wird gebildet.
- Glasproduktion: Dieser Teil besteht aus schmelzenden Rohstoffen. Alle Komponenten werden bei einer Temperatur von 1700 °C geschmolzen. Homogenes Glas wird durch Mischen und Schmelzen der Komponenten erhalten. Es wird in Kugeln hergestellt, die Glassplittern ähneln.
- Faserzug: In diesem Abschnitt werden die Kugeln wieder aufgeschmolzen und den Düsen zugeführt. Diese Düsen haben mindestens 200 Löcher. Nach dem Faserspinnen wird die Glasfaser auf eine Spule gewickelt und geschlichtet, um ihre Leistung zu erhöhen.
Bei kommerziellen Anwendungen kann es geringfügige Unterschiede geben. Obwohl der Glasfaserquerschnitt in der Regel kreisförmig ist, werden auch verschiedene Querschnitte hergestellt.
Glasfasern sind hochfest, nicht brennbar und hitzebeständig. Sie sind auch sehr widerstandsfähig gegen Chemikalien, Feuchtigkeit und verschiedene Organismen. Die Festigkeit des Glases hängt von der Zusammensetzung, dem Faserdurchmesser und der Faserspinntemperatur ab. Beispielsweise ist das Verhältnis von Stärke zu Durchmesser von A-Cam sehr linear, aber die Stärke von E-Cam ist nicht sehr abhängig von seinem Durchmesser.
E-Glas wird normalerweise als Hochleistungsfaser angesehen.
Aber heutzutage S-Cam zeichnet sich durch Wirtschaftlichkeit bei mechanischen Leistungsanwendungen aus.
Owens Corning hat ein neues S-Glas namens S-2 entwickelt, das eine Alternative zu Aramid- und Kohlenstofffasern mit einem guten Verhältnis von Festigkeit zu Kosten darstellt. Der S-2 bietet eine gute Festigkeit, Härte und Ermüdungsbeständigkeit sowie eine gute Hitzebeständigkeit und Radarunsichtbarkeit. Die Stärke von S-Cam ist nicht nur im Vergleich zu E-Cam auf einem guten Niveau, sondern auch im Vergleich zu anderen Hochleistungsfasertypen.
Die Festigkeit von Glasfasern wird durch Beschädigung der Oberfläche stark reduziert. Daher müssen Hochleistungseigenschaften durch einen Oberflächenschutz unterstützt werden. E-Cam hat auch eine sehr schlechte Beständigkeit gegen Mineralsäuren.
Die allgemeinen Einsatzgebiete von Glasfaser sind wie folgt.
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Diverse Werkzeuge und Geräte
- Bau
- Korrosionsbeständige Produkte
- Glasfaserkabel
Glasfasern haben eine Vielzahl von Endanwendungen, von Fasern über Filamente bis hin zu Stoffen. Das wichtigste Einsatzgebiet für Glasfaser sind glasgestützte Kunststoffe. Bei diesen Produkten handelt es sich hauptsächlich um Automobil- und Sportausrüstungsprodukte. Darüber hinaus werden Glasfasern bei der Herstellung von Leichtflugzeugteilen verwendet. Owens Corning produziert auch texturierte Garne zur Verwendung beim Schären von dekorativen und industriell gewebten Stoffen.
Heutzutage sind Glasfasern in Bezug auf nicht brennbare Eigenschaften, geringe Verderblichkeit und keine gesundheitsschädlichen Auswirkungen gegenüber Asbest in einer Wettbewerbsposition.
S-Cam hat einen höheren Modul und eine höhere Festigkeit als E-Cam. S-Glas bei gleichem Gewicht sorgt für höhere Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Deshalb Flugkabinenpanzerung, Helikopterpanzerung, Sitze und Böden in Helikoptern und Flugzeugen verwenden für. Darüber hinaus hat S-Cam eine Struktur, die mit Radarsystemen schwer zu erkennen ist, und diese Funktion wird beim Militär verwendet.
Glasfasern werden auch zur Unterstützung von Autoreifen verwendet. AR-Cam wurde erfolgreich als Zement- und Betonbewehrung eingesetzt. Ein Beispiel für solche Anwendungen sind rissfeste Oberflächen, die auf Autobahnen beschichtet sind.
Eines der wichtigsten Einsatzgebiete von Glasfasern sind Lichtwellenleiter. Glasfaser ist für diese Arbeit mit ihrem bemerkenswerten Wellenlängenbereich, ihrer Festigkeit und ihrer langen Haltbarkeit sehr gut geeignet. Die Verlustmenge bei Übertragungen mit Glasfaser wurde mit der heutigen Technologie auf 20 db/km reduziert. Diese Kabel können für jede Art von Sprach- und Datenübertragung zu Kommunikationszwecken verwendet werden.
Es gibt Anwendungen, bei denen Endlosdraht-Glasfasern gegen Erosion eingesetzt werden.
Glasfaserbeschichtete Gewebe werden als tragendes Element in verschiedenen Konstruktionen in der Bauindustrie verwendet. Ein weiteres Anwendungsgebiet von Glasfaser im Bauwesen ist die Verwendung von glasfaserverstärkten Betonschichten für Fußbodenheizungen mit verschiedenen Heizelementen.
