Біз жасалған өнімдерді көргендешыны талшық, біз көбінесе олардың сыртқы түрі мен қолданылуын ғана байқаймыз, бірақ сирек қарастырамыз: Бұл жіңішке қара немесе ақ жіптің ішкі құрылымы қандай? Дәл осы көрінбейтін микроқұрылымдар шыны талшыққа жоғары беріктік, жоғары температураға төзімділік және коррозияға төзімділік сияқты ерекше қасиеттерді береді. Бүгін біз шыны талшықтың «ішкі әлеміне» терең үңіліп, оның құрылымының құпияларын ашамыз.
Микроскопиялық негіз: Атом деңгейіндегі «бұзылған тәртіп»
Атомдық тұрғыдан алғанда, шыны талшықтың негізгі компоненті - кремний диоксиді (әдетте салмағы бойынша 50%-70%), оның қасиеттерін реттеу үшін кальций оксиді, магний оксиді және алюминий оксиді сияқты басқа элементтер қосылады. Бұл атомдардың орналасуы шыны талшықтың негізгі сипаттамаларын анықтайды.
Кристалдық материалдардағы (мысалы, металдар немесе кварц кристалдары) атомдардың «ұзақ қашықтықтағы тәртібінен» айырмашылығы, шыны талшықтағы атомдық орналасу келесідей көрінеді«Қысқа мерзімді тәртіп, ұзақ мерзімді тәртіпсіздік».Қарапайым тілмен айтқанда, жергілікті аймақта (бірнеше атом диапазонында) әрбір кремний атомы төрт оттегі атомымен байланысып, пирамида тәрізді түзеді.«кремнийлі тетраэдр»құрылым. Бұл жергілікті орналасу реттелген. Дегенмен, үлкенірек масштабта бұл кремний диоксиді тетраэдрлері кристалдағыдай тұрақты қайталанатын торды құрмайды. Керісінше, олар кездейсоқ түрде жалғанып, ретсіз жиналған құрылыс блоктарының үйіндісі сияқты аморфты шыны құрылымды құрайды.
Бұл аморфты құрылым арасындағы негізгі айырмашылықтардың бірі болып табыладышыны талшықжәне кәдімгі шыны. Кәдімгі шыныны салқындату процесінде атомдардың кішкентай, жергілікті реттелген кристалдар түзуге жеткілікті уақыты болады, бұл сынғыштықтың жоғарылауына әкеледі. Керісінше, шыны талшық балқытылған әйнекті тез созу және салқындату арқылы жасалады. Атомдардың реттелген түрде орналасуына уақыты жоқ және бұл ретсіз, аморфты күйде «қатып қалады». Бұл кристалл шекараларындағы ақауларды азайтады, бұл талшықтың әйнектің қасиеттерін сақтауға мүмкіндік береді, сонымен бірге беріктік пен созылу беріктігі артады.
Монофиламенттік құрылым: «Теріден» «Өзекке» дейінгі біртекті құрылым
Біз көріп отырған шыны талшық шыны талшықтары көптеген заттардан тұрадымоножіпшелер, бірақ әрбір монофиламент өз алдына толық құрылымдық бірлік болып табылады. Монофиламенттің диаметрі әдетте 5-20 микрометр (шамамен адам шашының диаметрінің 1/5-тен 1/2-ге дейін) болады. Оның құрылымы біркелкі«тұтас цилиндрлік пішін»айқын қабатталусыз. Дегенмен, микроскопиялық құрамның таралуы тұрғысынан алғанда, «тері-өзек» айырмашылықтары аз.
Сызу процесінде балқытылған әйнек иіргіштің кішкентай тесіктерінен сығылып алынған кезде, беті ауамен жанасқанда тез салқындап, өте жұқа қабат түзеді.«тері»қабат (қалыңдығы шамамен 0,1-0,5 микрометр). Бұл тері қабаты ішкі қабатқа қарағанда әлдеқайда жылдам салқындайды«негізгі».Нәтижесінде, тері қабатындағы кремний диоксидінің мөлшері өзекке қарағанда сәл жоғары, ал атомдық орналасуы тығызырақ, ақаулары аз. Құрамы мен құрылымындағы бұл нәзік айырмашылық монофиламенттің бетін өзекке қарағанда қаттылығы мен коррозияға төзімділігі жағынан күшті етеді. Сондай-ақ, ол беткі жарықтардың пайда болу мүмкіндігін азайтады - материалдың бұзылуы көбінесе беткі ақаулардан басталады, ал бұл тығыз тері монофиламент үшін қорғаныс «қабығы» ретінде әрекет етеді.
Тері өзегінің нәзік айырмашылығынан басқа, жоғары сапалышыны талшықМонофиламенттің көлденең қимасында да дөңгелек симметрия бар, диаметр қателігі әдетте 1 микрометрге дейін бақыланады. Бұл біркелкі геометриялық құрылым монофиламентке кернеу түскен кезде кернеудің бүкіл көлденең қима бойынша біркелкі таралуын қамтамасыз етеді, бұл жергілікті қалыңдықтың біркелкі еместігінен туындаған кернеу концентрациясының алдын алады және осылайша жалпы созылу беріктігін жақсартады.
Ұжымдық құрылым: «Жіп» пен «Матаның» реттелген үйлесімі
Монофиламенттері берік болғанымен, олардың диаметрі тым жіңішке болғандықтан, оларды жеке пайдалануға болмайды. Сондықтан, шыны талшық әдетте ... түрінде болады.«ұжымдық»,көбінесе«шыны талшықты жіп»және«шыны талшықты мата».Олардың құрылымы монофиламенттердің реттелген комбинациясының нәтижесі.
Шыны талшықты жіп - бұл екі данасы бір-бірімен жиналған ондаған немесе мыңдаған монофиламенттердің жиынтығы«бұралу»немесе болу«бұралмаған».Бұралмаған жіп – қарапайым құрылымы бар, негізінен шыны жүн, туралған талшықтар және т.б. жасау үшін қолданылатын параллель моножіпшелердің бос жиынтығы. Екінші жағынан, бұралған жіп моножіпшелерді бір-біріне бұрау арқылы қалыптасады, бұл мақта жіптеріне ұқсас спиральды құрылым жасайды. Бұл құрылым моножіпшелер арасындағы байланыстырушы күшті арттырады, жіптің кернеу кезінде шешілуіне жол бермейді, оны тоқу, орау және басқа да өңдеу әдістеріне жарамды етеді.«санау»жіптің (моножіпшелер санын көрсететін индекс, мысалы, 1200 тексті жіп 1200 моножіпшелерден тұрады) және«бұралу»(ұзындық бірлігіне шаққандағы бұралулар саны) жіптің беріктігін, икемділігін және кейінгі өңдеу өнімділігін тікелей анықтайды.
Шыны талшықты мата - тоқу процесі арқылы шыны талшықты жіптен жасалған парақ тәрізді құрылым. Үш негізгі тоқу түрі: жай, сарғыш және атлас.Жай өрімМата арқау және арқау жіптерін кезектестіріп тоқу арқылы жасалады, нәтижесінде өткізгіштігі төмен, бірақ беріктігі біркелкі тығыз құрылым пайда болады, бұл оны композиттік материалдар үшін негізгі материал ретінде жарамды етеді.тоқыма тоқумата, арқау және арқау жіптері 2:1 немесе 3:1 қатынасында өзара өріліп, бетінде диагональды өрнек жасайды. Ол жай тоқымаларға қарағанда икемдірек және көбінесе иілуді немесе пішіндеуді қажет ететін бұйымдар үшін қолданылады.Атлас тоқубетінде үздіксіз қалқымалы сызықтар түзетін, өрілген нүктелері аз, арқау немесе арқау жіптері бетінде үздіксіз қалқымалы сызықтар түзеді. Бұл тоқу жұмсақ және тегіс бетке ие, бұл оны сәндік немесе үйкелісі төмен компоненттерге жарамды етеді.
Жіп болсын, мата болсын, ұжымдық құрылымның негізгі мақсаты - өнімділікті арттыруға қол жеткізу«1+1>2»монофиламенттердің реттелген үйлесімі арқылы. Монофиламент негізгі беріктікті қамтамасыз етеді, ал ұжымдық құрылым материалға жылу оқшаулаудан бастап құрылымдық нығайтуға дейінгі әртүрлі қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін әртүрлі пішіндерді, икемділікті және өңдеуге бейімделуді береді.
Жарияланған уақыты: 16 қыркүйек 2025 ж.
