Silicas (SiO2) kernerolle i E-glas

Silica (SiO2) spiller en helt afgørende og fundamental rolle iE-glas, der danner grundfjeldet for alle dets fremragende egenskaber. Kort sagt er silica "netværksdanneren" eller "skelettet" af E-glas. Dets funktion kan specifikt kategoriseres i følgende områder:

1. Dannelse af glasnetværksstrukturen (kernefunktion)

Dette er silicas mest grundlæggende funktion. Silica er i sig selv et glasdannende oxid. Dets SiO4-tetraedre er forbundet med hinanden via brodannende iltatomer, der danner en kontinuerlig, robust og tilfældig tredimensionel netværksstruktur.

• Analogi:Det er ligesom stålskelettet i et hus under opførelse. Silica danner den primære ramme for hele glasstrukturen, mens andre komponenter (såsom calciumoxid, aluminiumoxid, boroxid osv.) er de materialer, der udfylder eller modificerer dette skelet for at justere ydeevnen.
• Uden dette silicaskelet kan der ikke dannes et stabilt glasagtigt stof.

2. Fremragende elektrisk isoleringsevne

• Høj elektrisk resistivitet:Silica har i sig selv ekstremt lav ionmobilitet, og den kemiske binding (Si-O-binding) er meget stabil og stærk, hvilket gør den vanskelig at ionisere. Det kontinuerlige netværk, den danner, begrænser i høj grad bevægelsen af ​​elektriske ladninger, hvilket giver E-glas en meget høj volumenresistivitet og overfladeresistivitet.
• Lav dielektricitetskonstant og lavt dielektrisk tab:E-glass' dielektriske egenskaber er meget stabile ved høje frekvenser og høje temperaturer. Dette skyldes primært symmetrien og stabiliteten af ​​SiO2-netværksstrukturen, hvilket resulterer i en lav polariseringsgrad og minimalt energitab (omdannelse til varme) i et højfrekvent elektrisk felt. Dette gør det ideelt til brug som forstærkningsmateriale i elektroniske printkort (PCB'er) og højspændingsisolatorer.

3. Sikring af god kemisk stabilitet

E-glas udviser fremragende modstandsdygtighed over for vand, syrer (undtagen flussyre og varm fosforsyre) og kemikalier.

• Inert overflade:Det tætte Si-O-Si-netværk har meget lav kemisk aktivitet og reagerer ikke let med vand eller H+-ioner. Derfor er dets hydrolysebestandighed og syrebestandighed meget god. Dette sikrer, at kompositmaterialer forstærket med E-glasfiber opretholder deres ydeevne på lang sigt, selv i barske miljøer.

4. Bidrag til høj mekanisk styrke

Selvom den endelige styrke afglasfibreer også i høj grad påvirket af faktorer som overfladedefekter og mikrorevner, deres teoretiske styrke stammer i høj grad fra de stærke Si-O kovalente bindinger og den tredimensionelle netværksstruktur.

• Høj bindingsenergi:Bindingsenergien i Si-O-bindingen er meget høj, hvilket gør selve glasskelettet ekstremt robust og giver fiberen høj trækstyrke og elasticitetsmodul.

5. Giver ideelle termiske egenskaber

• Lav termisk udvidelseskoefficient:Silica har i sig selv en meget lav termisk udvidelseskoefficient. Fordi det fungerer som det primære skelet, har E-glas også en relativt lav termisk udvidelseskoefficient. Det betyder, at det har god dimensionsstabilitet under temperaturændringer og er mindre tilbøjeligt til at generere overdreven belastning på grund af termisk udvidelse og sammentrækning.
• Højt blødgøringspunkt:Silicas smeltepunkt er ekstremt højt (ca. 1723 °C). Selvom tilsætning af andre flussmidler sænker den endelige smeltetemperatur for E-glas, sikrer dets SiO2-kerne stadig, at glasset har et tilstrækkeligt højt blødgøringspunkt og termisk stabilitet til at opfylde kravene i de fleste anvendelser.

I en typiskE-glassammensætningen er silicaindholdet normalt 52%-56% (efter vægt), hvilket gør det til den største enkeltstående oxidkomponent. Det definerer glassets grundlæggende egenskaber.

Arbejdsdeling mellem oxider i E-glas:

• SiO2(Silica): Hovedskeletgiver strukturel stabilitet, elektrisk isolering, kemisk holdbarhed og styrke.
• Al2O3(Aluminiumoxid): Hjælpenetværksformer og stabilisatorøger kemisk stabilitet, mekanisk styrke og reducerer tendensen til afglasning.
• B2O3(Boroxid): Flux- og egenskabsmodifikatorsænker smeltetemperaturen betydeligt (energibesparelse), samtidig med at de termiske og elektriske egenskaber forbedres.
• CaO/MgO(Calciumoxid/Magnesiumoxid): Flux og stabilisatorhjælper med smeltning og justerer kemisk holdbarhed og afglassningsegenskaber.