फायबरग्लासच्या सूक्ष्म संरचनेचे रहस्य

जेव्हा आपण बनवलेले उत्पादने पाहतोफायबरग्लास, आपण अनेकदा त्यांचे स्वरूप आणि वापर लक्षात घेतो, परंतु क्वचितच विचार करतो: या पातळ काळ्या किंवा पांढऱ्या फिलामेंटची अंतर्गत रचना काय आहे? नेमके हेच न पाहिलेले सूक्ष्म संरचना फायबरग्लासला त्याचे अद्वितीय गुणधर्म देतात, जसे की उच्च शक्ती, उच्च तापमान प्रतिरोध आणि गंज प्रतिकार. आज, आपण फायबरग्लासच्या "आतील जगात" खोलवर जाऊन त्याच्या संरचनेचे रहस्य उलगडू.

सूक्ष्म पाया: अणु पातळीवर "अव्यवस्थित व्यवस्था"

अणुंच्या दृष्टिकोनातून, फायबरग्लासचा मुख्य घटक सिलिकॉन डायऑक्साइड असतो (सामान्यत: वजनाने ५०%-७०%), त्याचे गुणधर्म समायोजित करण्यासाठी कॅल्शियम ऑक्साईड, मॅग्नेशियम ऑक्साईड आणि अॅल्युमिनियम ऑक्साईड सारखे इतर घटक जोडले जातात. या अणूंची व्यवस्था फायबरग्लासची मूलभूत वैशिष्ट्ये ठरवते.

स्फटिकीय पदार्थांमध्ये (जसे की धातू किंवा क्वार्ट्ज क्रिस्टल्स) अणूंच्या "दीर्घ-श्रेणीच्या क्रमापेक्षा" वेगळे, फायबरग्लासमधील अणू व्यवस्था दर्शवते"अल्प-पल्ल्याच्या क्रमाने, दीर्घ-पल्ल्याच्या विकाराने."सोप्या भाषेत सांगायचे तर, एका स्थानिक क्षेत्रात (काही अणूंच्या मर्यादेत), प्रत्येक सिलिकॉन अणू चार ऑक्सिजन अणूंशी जोडलेला असतो, ज्यामुळे पिरॅमिडसारखा एक प्रकारचा अणू तयार होतो."सिलिका टेट्राहेड्रॉन"रचना. ही स्थानिक व्यवस्था क्रमबद्ध आहे. तथापि, मोठ्या प्रमाणात, हे सिलिका टेट्राहेड्रा क्रिस्टलप्रमाणे नियमित पुनरावृत्ती होणारी जाळी तयार करत नाहीत. त्याऐवजी, ते यादृच्छिकपणे जोडलेले असतात आणि अव्यवस्थित पद्धतीने रचलेले असतात, जसे की इमारतीच्या ब्लॉक्सचा ढिगारा यादृच्छिकपणे एकत्र केला जातो, ज्यामुळे एक आकारहीन काचेची रचना तयार होते.

ही आकारहीन रचना ही त्यातील प्रमुख फरकांपैकी एक आहेफायबरग्लासआणि सामान्य काच. सामान्य काचेच्या थंड होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, अणूंना लहान, स्थानिक क्रमाने क्रमबद्ध केलेले क्रिस्टल्स तयार करण्यासाठी पुरेसा वेळ असतो, ज्यामुळे ठिसूळपणा जास्त होतो. याउलट, वितळलेल्या काचेला वेगाने ताणून आणि थंड करून फायबरग्लास बनवले जाते. अणूंना स्वतःला व्यवस्थित पद्धतीने व्यवस्थित करण्यासाठी वेळ नसतो आणि ते या अव्यवस्थित, आकारहीन अवस्थेत "गोठलेले" असतात. यामुळे क्रिस्टल सीमांवरील दोष कमी होतात, ज्यामुळे फायबरला काचेचे गुणधर्म राखता येतात आणि चांगली कडकपणा आणि तन्य शक्ती मिळते.

मोनोफिलामेंट रचना: "त्वचा" पासून "गाभ्या" पर्यंत एकसमान अस्तित्व

आपण पाहत असलेला फायबरग्लास प्रत्यक्षात अनेकांपासून बनलेला आहेमोनोफिलामेंट्स, परंतु प्रत्येक मोनोफिलामेंट स्वतःमध्ये एक संपूर्ण संरचनात्मक एकक आहे. एका मोनोफिलामेंटचा व्यास साधारणपणे ५-२० मायक्रोमीटर असतो (मानवी केसांच्या व्यासाच्या सुमारे १/५ ते १/२). त्याची रचना एकसमान असते."घन दंडगोलाकार आकार"स्पष्ट थर नसलेले. तथापि, सूक्ष्म रचना वितरणाच्या दृष्टिकोनातून, सूक्ष्म "त्वचा-कोर" फरक आहेत.

रेखांकन प्रक्रियेदरम्यान, स्पिनरेटच्या लहान छिद्रांमधून वितळलेला काच बाहेर काढला जात असताना, हवेच्या संपर्कात आल्यावर पृष्ठभाग वेगाने थंड होतो, ज्यामुळे एक अतिशय पातळ थर तयार होतो."त्वचा"थर (सुमारे ०.१-०.५ मायक्रोमीटर जाडी). हा त्वचेचा थर आतील थरापेक्षा खूप लवकर थंड होतो."गाभा."परिणामी, त्वचेच्या थरात सिलिकॉन डायऑक्साइडचे प्रमाण गाभ्यापेक्षा किंचित जास्त असते आणि अणु व्यवस्था कमी दोषांसह घन असते. रचना आणि संरचनेतील या सूक्ष्म फरकामुळे मोनोफिलामेंटची पृष्ठभाग गाभ्यापेक्षा कडकपणा आणि गंज प्रतिरोधकतेमध्ये अधिक मजबूत होते. यामुळे पृष्ठभागावरील क्रॅक होण्याची शक्यता देखील कमी होते - सामग्रीचे अपयश बहुतेकदा पृष्ठभागावरील दोषांपासून सुरू होते आणि ही दाट त्वचा मोनोफिलामेंटसाठी संरक्षक "कवच" म्हणून काम करते.

त्वचेच्या मुख्य भागाच्या सूक्ष्म फरकाव्यतिरिक्त, उच्च दर्जाचेफायबरग्लासमोनोफिलामेंटच्या क्रॉस-सेक्शनमध्ये एक अत्यंत वर्तुळाकार सममिती देखील असते, ज्यामध्ये व्यास त्रुटी सामान्यतः 1 मायक्रोमीटरच्या आत नियंत्रित केली जाते. ही एकसमान भौमितिक रचना सुनिश्चित करते की जेव्हा मोनोफिलामेंटवर ताण येतो तेव्हा संपूर्ण क्रॉस-सेक्शनमध्ये ताण समान रीतीने वितरित केला जातो, ज्यामुळे स्थानिक जाडीच्या अनियमिततेमुळे ताण एकाग्रता टाळता येते आणि त्यामुळे एकूण तन्य शक्ती सुधारते.

सामूहिक रचना: “सूत” आणि “फॅब्रिक” चे क्रमबद्ध संयोजन

मोनोफिलामेंट्स मजबूत असले तरी, त्यांचा व्यास एकट्याने वापरण्यासाठी खूप बारीक असतो. म्हणून, फायबरग्लास सामान्यतः a च्या स्वरूपात अस्तित्वात असतो"सामूहिक,"सर्वात सामान्यतः म्हणून"फायबरग्लास धागा"आणि"फायबरग्लास फॅब्रिक."त्यांची रचना ही मोनोफिलामेंट्सच्या क्रमबद्ध संयोजनाचा परिणाम आहे.

फायबरग्लास धागा हा डझनभर ते हजारो मोनोफिलामेंट्सचा संग्रह आहे, जो दोन्हीपैकी एकाने एकत्र केला आहे"वळण"किंवा असणे"अविचारी."न वळवलेले धागे हे समांतर मोनोफिलामेंट्सचा एक सैल संग्रह आहे, ज्याची रचना साधी असते, जी प्रामुख्याने काचेचे लोकर, चिरलेले तंतू इत्यादी बनवण्यासाठी वापरली जाते. दुसरीकडे, वळवलेले धागे मोनोफिलामेंट्स एकत्र वळवून तयार केले जातात, ज्यामुळे कापसाच्या धाग्यासारखी सर्पिल रचना तयार होते. ही रचना मोनोफिलामेंट्समधील बंधन शक्ती वाढवते, ताणाखाली धागा उलगडण्यापासून रोखते, ज्यामुळे ते विणकाम, वळण आणि इतर प्रक्रिया तंत्रांसाठी योग्य बनते."गणना"धाग्याचे (मोनोफिलामेंट्सची संख्या दर्शविणारा निर्देशांक, उदाहरणार्थ, १२०० टेक्स यार्न १२०० मोनोफिलामेंट्सने बनलेला असतो) आणि"ट्विस्ट"(प्रति युनिट लांबीच्या वळणांची संख्या) थेट धाग्याची ताकद, लवचिकता आणि त्यानंतरच्या प्रक्रिया कामगिरी निश्चित करते.

फायबरग्लास फॅब्रिक ही एक चादरसारखी रचना आहे जी विणकाम प्रक्रियेद्वारे फायबरग्लास धाग्यापासून बनवली जाते. तीन मूलभूत विणकाम म्हणजे साधा, ट्वील आणि साटन.साधा विणकामकापड हे वार्प आणि वेफ्ट यार्नच्या आलटून पालटून एकमेकांशी जोडून तयार केले जाते, ज्यामुळे कमी पारगम्यता परंतु एकसमान ताकद असलेली घट्ट रचना तयार होते, ज्यामुळे ते संमिश्र पदार्थांसाठी बेस मटेरियल म्हणून योग्य बनते.टवील विणणेकापड, ताणे आणि विणण्याचे धागे २:१ किंवा ३:१ च्या प्रमाणात एकमेकांत मिसळतात, ज्यामुळे पृष्ठभागावर एक कर्णरेषा तयार होते. हे साध्या विणण्यापेक्षा अधिक लवचिक आहे आणि बहुतेकदा वाकणे किंवा आकार देणे आवश्यक असलेल्या उत्पादनांसाठी वापरले जाते.साटन विणणेयात कमी इंटरलेसिंग पॉइंट्स आहेत, ज्यामध्ये वार्प किंवा वेफ्ट यार्न पृष्ठभागावर सतत तरंगत्या रेषा तयार करतात. हे विणकाम स्पर्शास मऊ आहे आणि त्याची पृष्ठभाग गुळगुळीत आहे, ज्यामुळे ते सजावटीच्या किंवा कमी-घर्षण घटकांसाठी योग्य बनते.

ते धागा असो किंवा कापड, सामूहिक रचनेचा गाभा म्हणजे कार्यक्षमता वाढवणे.“१+१>२”मोनोफिलामेंट्सच्या क्रमबद्ध संयोजनाद्वारे. मोनोफिलामेंट्स मूलभूत ताकद प्रदान करतात, तर एकत्रित रचना सामग्रीला विविध स्वरूपे, लवचिकता आणि थर्मल इन्सुलेशनपासून स्ट्रक्चरल मजबुतीकरणापर्यंत विविध गरजा पूर्ण करण्यासाठी प्रक्रिया अनुकूलता देते.