Skleněná textilní vlákna

Skleněná textilní vlákna jsou výrobky ze skelné taveniny s vlastnostmi vhodnými ke zpracování na řadu speciálních produktů. Jsou to zejména vodiče světelných vln, plošné textlie na prepregy, plnivo stavebních materiálů, zpevnění kompozit.

Skleněné vlákno 40x zvětšené (2005)

Historie

Nejstarší skleněné nitě (tažené ze skelné taveniny kleštěmi) jsou známé ze 17. stolení před n.l. z Egypta. Za první průmyslovou vyrobu skleněných niti je považována dílna založená v roce 1866 ve Vídni, ve které se měly vyrábět niti s tloušťkou 6–12 µm na paruky a svatební závoje. V roce 1932 vynalezl americký chemik Slayter (náhodně) technologii výroby skleněné vlny, která se v principu používá i v 21. století.

E sklo se začalo vyrábět v roce 1943, asi od roku 1990 se vyrábí průmyslově kompozity se skleněnou výztuží.

Historie optických vláken začala v roce 1964 objevem techniky odstranění nečistot z křemenného skla, v roce 1991 představili vynálezci Desurvire a Payne kompletní kabel se skleněným vodičem světelných vln.

V roce 2022 se udávala celosvětová výroba skleněných vláken s 5,8 miliony tun (80 % ve formě rovingů), výnos z prodeje rovingů a příze se odhaduje (2024) na 7 miliard USD s budoucími ročními přírůstky 5–8 %.

Výroba

Surovina

Základní surovina je směs minerálů a chemikálií. Hlavní složky vsázky („batch“) jsou křemík, vápno a kaolin, chemická struktura skla se dá měnit různými příměsemi, např. Na, Li, Ba und Mg.

V závislosti na poměrech těchto látek ve směsi se rozeznávají druhy:

Druh skla	Vlastnosti
A (alkali)	natronové vápno/ silně alkalické
AR (alkaline resistant)	odolnost proti žíravinám (10% ZrO2)
C (chemical)	zvýšená rezistence proti chemikáliím
D (dielectric)	nízké dielektrické ztráty (20–23 % B2O3)
E (electric)	boro-hlinito-křemičitan s méně než 2 % alkalických oxidů
ECR (corrosion resistant)	vysoká odolnost proti rezavění
Q (quatz)	vlákno z oxidu křemičitého, vhodné pro vysoké teploty
R (resistance)	křemičitan hlinitý s přídavkem vápníku a oxidu hořečnatého
S (strength)	křemičitan hlinitý s přídavkem oxidu hořečnatého

Asi 90 % skleněných vláken se vyrábí z E-skla (např. s obsahem 55 % SiO₂, 18 % CaO, 8 % Al₂O₃, 4,6 % MgO)

Typické fyzikální vlastnosti skleněných vláken
Hustota	2,45…2,58 g/cm³
Tloušťka filamentu	5…24 µm
Tažná pevnost	1,8…5 GPa (kN/mm²)
Modul pružnosti	70…90 GPa
Tažnost	< 5 %

Způsoby zvlákňování

Vodiče světelných vln

Způsob výroby je popsán ve článku Křemenná vlákna

Skleněná vlna

Fáze výroby izolačních rohoží: sázka – tavení při 1400° C – zvlákňování (centrifuga tlačí taveninu do otvorů) – kladení filamentů (cca 80 % celkové váhy) na dopravní pás a postřikování pojivem – zahřívání rohože (na 200° C), lisování, chlazení – příp. krájení hotové rohože na určitý rozměr

Skleněná vlna se používá výlučně jako izolační materiál, vlákna mají minimální průměr 0,15–0,30 µm, povrch izolace (rohože) má být 0,1–0,2 m²/g. Pro izolační efekt je pojivo rouna důžitější než vlastnosti vláken.

Stříž / vláknový beton

95 % skleněných stříží se vyrábí metodou tzv. dloužení přes buben. Princip: Skleněné pelety se taví při 100–1200 °C, tavenina se protlačuje tyskou (s 250–1000 otvory). Z vycházejících kapek se tvoří filamenty, které se dlouží tahem rotujícího bubnu a stahují do zvlákňovací nálevky, kde se tvoří roving z vláken s jemností 1,5–3 dtex s neurčitou délkou (2–100 cm). K použití na zpevnění betonu se vlákna rovingu stříhají na délku 3–25 mm. Podíl vláken na váze betonu je obvykle 3–5 %.

Rovingy a příze na prepregy

Asi 90 % skleněných filamentů se vyrábí zvlákňováním přes trysky v na zařízení Unit Melter. Princip postupu výroby: tavení – zahřívání sázky plynovými hořáky na 1400 °C – zvlákňování (protlačení taveniny platinovou tryskou s 800–8000 otvory (Ø 1–2,5 mm)) – chlazení (200 K/cm) a dloužení (přesně řízenou odtahovou rychlostí 1200–4800 m/min.) na jemnost jednotlivých filamentů na 0,5–15 dtex – škrobení, navíjení (asi ¾ filamentů se navíjí spojených (bez zákrutu) do rovingů (>300 tex), zbytek jsou multifilamenty.

V roce 2024 se běžně prodávají laminované textilie ze skleněných vláken např. v následujícím provedení:

Forma textilie	Konstrukce	Příklady zpracování (prepregy)
roving	2,4 ktex	ruční lamináty, pultruze
tkanina z filamentů	25 g/m² 425 g/m²	voštinové konstrukce traverzy
tkanina z rovingů	580 g/m²	nádrže, konstrukční díly
rohož	440 g/m² 4 vrstvy ve 4 směrech	rotory větrných generátorů, čluny
splétaná hadice	Ø 7–26 mm (filament 136 tex)	protézy, sport. nářadí

Všechny prepregy (mimo rovingy) obsahují více než 80 % laminační pryskyřice.

Finální výrobky s obsahem skleněných vláken

K nejčastějším patří vodiče světelných vln, konstrukční díly lodí a letadel, křídla rotorů větrných elektráren, filtry na horké plyny, elektrické a tepelné izolace, požární ochrana, zpevnění tištěných spojů a betonu.

Galerie skleněných vláken

• 
  Vynálezce technologie výroby skleněné vlny Russell Games Slayter (1896-1964)
• 
  Skleněné tyče jako surovina a pokusně vyrobená staplová vlákna (NDR v roce 1958)
• 
  Svazek skleněných filamentů (UD-Roving)
• 
  Tkanina v plátnové vazbě (1100 g/m²)
• 
  Nádrže na kvašení vína z laminátu ze skleněných vláken (Francie 2009)
• 
  Pletenec ze skleněné příze
• 
  Vrstvený skleněný pancíř
• 
  Zkušební věž pro vysokorychlostní výtahy s fasádou ze skleněné tkaniny povrstvené teflonem (v německém Rottweilu)

Odkazy

Literatura

• Schenek: Lexikon Garne und Zwirne, Deutscher Fachverlag 2005, ISBN 3-87150-810-1
• Cherif:Textile Werkstoffe für den Leichtbau, Springer-Verlag 2011, ISBN 978-3-642-17991-4, str. 68

Související články

• Křemenná vlákna
• Optické vlákno
• Minerální vata
• Skelná vata

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu skleněná textilní vlákna na Wikimedia Commons

Autoritní data	NKC: ph172850 BNF: cb119785207 (data) LCCN: sh85055144 NDL: 00562249 NLI: 987007531220805171