الیاف شیشه

الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

E، S،C،ECR،AR. ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است.

تقریباَ ۹۰ درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می‌باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاَ ارزان است . تقسیم بندی شش نوع الیاف شیشه و ترکیب درصدهای آن در زیر نشان داده شده است:

glass- Eمصارف عمومی
glass- Rخواص مکانیکی بالاتر
glass-S خواص مکانیکی بالاتر
glass-c مقاومت شیمیایی مناسب
glass-ECR مقاومت اسید و باز خوب
glass-AR مقاومت اسید و باز خوب
در جدول ذیل ترکیب شیمیایی انواع الیاف شیشه مشاهده می‌شود.

AR	ECR	C	S	R	E
۶۱	۵۸٫۴	۶۴٫۶	۶۴٫۴	۶۰	۵۴٫۲	SiO2
۰٫۵	۱۱	۴٫۱	۲۵	۲۵	۱۴٫۰	Al2O3
۵	۲۲	۱۳٫۴	–	۹	۱۷٫۲	CaO
۰٫۰۵	۲٫۲	۳٫۳	۱۰٫۳	۶	۴٫۶	MgO
۱۴	۰٫۹	۹٫۶	–	–	۰٫۸	Na2O, K2O, Li2O
–	۰٫۰۹	۴٫۷	–	–	۱۰٫۶	B2O3
–	–	۰٫۹	–	–	–	BaO
–	۳	–	–	–	–	ZnO
۱۳	–	–	–	–	–	ZrO2
۵٫۵	۲٫۱	–	–	–	–	TiO2
۰٫۵	۰٫۲۶	–	–	–	۰٫۴	Fe2O3
۲٫۷۴	۲٫۶	۲٫۴۵	۲٫۴۹	۲٫۵۸	۲٫۵۶	Specific gravity
۱٫۵۶	–	۱٫۵۲	۱٫۵۲	–	۱٫۵۵	Refractive index
۲٫۵	۳٫۴	–	۴٫۵	۴٫۴	۳٫۶	Single fibre tensile strength, GPa
۸۰	۷۳	–	۸۶	۸۵	۷۶	Single fibre tensile modulus, GPa
۸۶۰	۹۰۰	۶۹۰	۱۰۰۰	۹۹۰	NA	Softening point, oC

فرآیند تولید الیاف شیشه را می‌توان بصورت زیر خلاصه نمود:

۱- آماده سازی مواد خام: بیش از نیمی از مواد اولیه مورد استفاده ماسه سیلیس است و قسمت اصلی هر نوع الیاف شیشه را تشکیل می‌دهد. سایر اجزاء شامل مقادیر ناچیز سایر ترکیبات شیمیایی می‌باشند.

۲- بخش اختلاط (Batch House): در اینجا مواد با هم مخلوط شده برای قسمت کوره آماده می‌شوند. اصطلاحا به این توده مخلوط، Batch گفته می‌شود.

۳- کوره: دمای کوره به اندازه کافی زیاد است تا ماسه و سایر اجزاء را ذوب کند و بصورت شیشه مذاب در آورد. سطح داخلی کوره با آجرهای مخصوصی ساخته شده است که در دوره‌های زمانی مشخص تعویض می‌شوند.

۴- بخش Bushing: شیشه مذاب روی سینی‌های پلاتینی مقاوم حرارتی متعدد، جریان پیدا می‌کند. در این سینی‌ها هزاران روزنه وجود دارد که بوشینگ نامیده می‌شوند.

۵- تشکیل الیاف: جریان شیشه مذاب از درون بوشینگ‌ها بیرون کشیده می‌شود و تا قطر معین نازک می‌شوند، سپس توسط آب یا هوا خنک می‌شوند تا الیاف تشکیل شوند.

-آهار زنی: الیاف مو مانند، با یک مخلوط شیمیایی مایع کهSizing نامیده می‌شود، پوشش داده می‌شوند. آهار زنی به دو علت اصلی انجام می‌شود:

1. برای محفوظ ماندن الیاف از سایش به یکدیگر در طی فرآیند ساخت و کار
2. به منظور حصول اطمینان از چسبندگی الیاف به رزین

دسته (strand): یک دسته از چند تاو (tow) تشکیل شده است و هر تاو بیانگر تعداد لیفهایی (fiber) است که از یک بوش ریسیده می‌شوند به عنوان مثال می‌تواند دویست لیف باشد. مجموعه‌ای از دسته‌ها، یک رشته (roving) نامیده می‌شود. یک تاب مختصر به رشته داده می‌شود تا کار کردن با آن آسانتر شود. برای کامپوزیتهای الیاف پیوسته، انتخاب نوع الیاف، بستگی به فرآیند شکل دهی و میزان آرایش یافتگی الیاف دارد.

تعداد تارهای (filament) یک رشته توسط تکس (tex) بیان می‌شود. به عنوان مثال ۶۰۰، ۲۰۰ ۱ ، ۲۴۰۰ .(tex 1= 1000m/g )

می‌توان رشته‌ها را خرد کرد (chopped) و برای تولید نمد شیشه (strand mat chopped) استفاده کرد. در این حالت از یک بایندر (binder) برای ثابت نگاه شدن الیاف در کنار هم استفاده می کنند. بایندر فوق به هنگام آغشته سازی الیاف با رزین خیس خوردگی (wet-out) را کنترل می‌کند و بنابراین آرایش اتفاقی الیاف در نمد حفظ می‌شود. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد انجام می گیرد و دوام یک قطعه کامپوزیتی می‌تواند متأثر از نوع بایندر باشد.

نمدهای الیاف پیوسته ( contruous random mat ) شکل دیگری از الیاف مورد استفاده می‌باشند که در آنها الیاف پیوسته با آرایش اتفاقی نمد درست می‌شود. این شکل از الیاف برای قرار گرفتن در قسمتهای تیز و کنج قالب مناسبند و در این حالت الیاف آن نمی‌شکنند.

همچنین می‌توان از الیاف شیشه با طولهای متفاوت برای کاربرد مستقیم در آمیزه سازی (BMC) استفاده کرد. طول الیاف در نمد (CSM) معمولا بیشتر از mm20 و بلندتر از الیاف مورد کاربرد در آمیزه سازی است. طول الیاف مورد استفاده در رزینهای گرماسخت نیز بیشتر از گرمانرمهاست. انواع پارچه‌ها با بافتهای مختلف نیز از رشته‌های شیشه بافته می‌شود.