Quan veiem productes fets defibra de vidre, sovint només ens fixem en la seva aparença i ús, però poques vegades considerem: quina és l'estructura interna d'aquest filament prim, negre o blanc? Són precisament aquestes microestructures invisibles les que donen a la fibra de vidre les seves propietats úniques, com ara l'alta resistència, la resistència a les altes temperatures i la resistència a la corrosió. Avui, ens endinsarem en el "món interior" de la fibra de vidre per revelar els secrets de la seva estructura.
La base microscòpica: «ordre desordenat» a nivell atòmic
Des d'una perspectiva atòmica, el component principal de la fibra de vidre és el diòxid de silici (normalment entre un 50% i un 70% en pes), amb altres elements com l'òxid de calci, l'òxid de magnesi i l'òxid d'alumini afegits per ajustar-ne les propietats. La disposició d'aquests àtoms determina les característiques fonamentals de la fibra de vidre.
A diferència de l'"ordre de llarg abast" dels àtoms en materials cristal·lins (com ara metalls o cristalls de quars), la disposició atòmica de la fibra de vidre presenta"ordre a curt termini, desordre a llarg termini."En poques paraules, en una àrea local (dins del rang d'uns quants àtoms), cada àtom de silici s'enllaça amb quatre àtoms d'oxigen, formant una forma piramidal.tetràedre de síliceestructura. Aquesta disposició local és ordenada. Tanmateix, a una escala més gran, aquests tetraedres de sílice no formen una xarxa repetitiva regular com en un cristall. En canvi, estan connectats aleatòriament i apilats de manera desordenada, de manera semblant a una pila de blocs de construcció muntats a l'atzar, formant una estructura de vidre amorfa.
Aquesta estructura amorfa és una de les principals diferències entrefibra de vidrei el vidre ordinari. Durant el procés de refredament del vidre ordinari, els àtoms tenen prou temps per formar cristalls petits i ordenats localment, cosa que condueix a una major fragilitat. En canvi, la fibra de vidre es fabrica estirant i refredant ràpidament el vidre fos. Els àtoms no tenen temps d'organitzar-se de manera ordenada i es "congelen" en aquest estat desordenat i amorf. Això redueix els defectes als límits cristal·lins, permetent que la fibra mantingui les propietats del vidre alhora que guanya més tenacitat i resistència a la tracció.
Estructura de monofilament: una entitat uniforme des de la "pell" fins al "nucli"
La fibra de vidre que veiem està composta de moltsmonofilaments, però cada monofilament és una unitat estructural completa en si mateix. Un monofilament sol tenir un diàmetre de 5 a 20 micròmetres (aproximadament 1/5 a 1/2 del diàmetre d'un cabell humà). La seva estructura és uniforme"forma cilíndrica sòlida"sense cap capificació evident. Tanmateix, des de la perspectiva de la distribució de la composició microscòpica, hi ha diferències subtils entre la pell i el nucli.
Durant el procés d'estirament, a mesura que el vidre fos s'extrudeix dels petits forats de la filera, la superfície es refreda ràpidament en contacte amb l'aire, formant una capa molt fina."pell"capa (d'uns 0,1-0,5 micròmetres de gruix). Aquesta capa superficial es refreda molt més ràpid que la interna«nucli».Com a resultat, el contingut de diòxid de silici a la capa superficial és lleugerament superior al del nucli, i la disposició atòmica és més densa amb menys defectes. Aquesta subtil diferència en la composició i l'estructura fa que la superfície del monofilament sigui més resistent a la duresa i a la corrosió que el nucli. També redueix la possibilitat d'esquerdes superficials: la fallada del material sovint comença amb defectes superficials, i aquesta capa densa actua com una "closca" protectora per al monofilament.
A més de la subtil diferència entre la pell i el nucli, una alta qualitatfibra de vidreEl monofilament també té una simetria molt circular en la seva secció transversal, amb un error de diàmetre normalment controlat amb una precisió d'1 micròmetre. Aquesta estructura geomètrica uniforme garanteix que quan el monofilament s'esforça, la tensió es distribueix uniformement per tota la secció transversal, evitant la concentració de tensions causada per irregularitats locals del gruix i millorant així la resistència a la tracció general.
Estructura col·lectiva: la combinació ordenada de «fil» i «teixit»
Tot i que els monofilaments són forts, el seu diàmetre és massa fi per utilitzar-los sols. Per tant, la fibra de vidre normalment existeix en forma de«col·lectiu»,més comunament com a"Fil de fibra de vidre"i"teixit de fibra de vidre".La seva estructura és el resultat de la combinació ordenada de monofilaments.
El fil de fibra de vidre és un conjunt de desenes o milers de monofilaments, acoblats mitjançant"torsió"o ser"sense torçar".El fil sense torçar és una col·lecció solta de monofilaments paral·lels, amb una estructura simple, que s'utilitza principalment per fabricar llana de vidre, fibres tallades, etc. El fil trenat, en canvi, es forma torçant els monofilaments junts, creant una estructura en espiral similar al fil de cotó. Aquesta estructura augmenta la força d'unió entre els monofilaments, evitant que el fil es desfà sota tensió, fent-lo adequat per al teixit, el bobinatge i altres tècniques de processament. El«comptar»del fil (un índex que indica el nombre de monofilaments, per exemple, un fil de 1200 tex està compost per 1200 monofilaments) i el"gir"(el nombre de voltes per unitat de longitud) determinen directament la resistència, la flexibilitat i el rendiment del processament posterior del fil.
El teixit de fibra de vidre és una estructura semblant a una làmina feta de fil de fibra de vidre mitjançant un procés de teixit. Els tres teixits bàsics són llis, sarja i setí.teixit plaEl teixit es forma entrellaçant alternadament fils d'ordit i trama, donant lloc a una estructura compacta amb baixa permeabilitat però resistència uniforme, cosa que el fa adequat com a material base per a materials compostos.teixit de sarjaEls fils de teixit, ordit i trama s'entrellacen en una proporció de 2:1 o 3:1, creant un patró diagonal a la superfície. És més flexible que el teixit pla i sovint s'utilitza per a productes que requereixen doblegament o modelat.teixit de setíté menys punts d'entrellaçat, amb fils d'ordit o trama formant línies flotants contínues a la superfície. Aquest teixit és suau al tacte i té una superfície llisa, cosa que el fa adequat per a components decoratius o de baixa fricció.
Tant si es tracta de fil com de teixit, el nucli de l'estructura col·lectiva és aconseguir una millora del rendiment de«1+1>2»mitjançant la combinació ordenada de monofilaments. Els monofilaments proporcionen la resistència bàsica, mentre que l'estructura col·lectiva dóna al material diferents formes, flexibilitat i adaptabilitat al processament per satisfer diverses necessitats, des de l'aïllament tèrmic fins al reforç estructural.
Data de publicació: 16 de setembre de 2025
