Włókna szklane powstają z różnego rodzaju potłuczonego szkła. Kruszone szkło zawiera krzemionkę z różnymi ilościami tlenków wapnia, magnezu, a czasami boru. Produkcja włókna szklanego to wysokotemperaturowa konwersja surowców w jednorodny stop, a następnie wytwarzanie z tego stopu włókien szklanych. Produkcję włókna szklanego można podzielić na trzy fazy: obróbka surowca, topienie i rafinacja szkła oraz formowanie i wykańczanie włókna szklanego, przy czym ta ostatnia faza jest nieco inna dla różnych rodzajów produkcji włókna szklanego.

Włókna w postaci rovingu są to długie (rzędu kilku i więcej tysięcy metrów) wiązki pojedynczych włókienek ułożone bez skręcenia z naniesioną na ich powierzchnię apreturą włókienniczą, lepiszczem i środkiem proadhezyjnym, poprawiającym ich przyczepność do żywicy. Czynnikiem charakteryzującym właściwości rovingu jest masa wiązki o długości 1000 m, tzw. Tex. Ta postać służy do produkcji kompozytów wzmacnianych długimi włóknami, często o właściwościach anizotropowych. Przeznaczona ona jest głównie do otrzymywania laminatów z tworzyw zdolnych do sieciowania oraz do wzmacniania termoplastów przetwarzanych specjalnymi metodami. Z rovingu wykonywane jest włókno cięte o długości od kilku do kilkunastu mm, przeważnie służące do wzmacniania wtryskowych termoplastów, maty oraz tkaniny rovingowe.

Włókna szklane, najczęściej wprowadzane do tworzyw w postaci rovingu o długości 4-5 milimetrów i średnicy 9-13 mikrometrów pozostają najczęstszym dodatkiem w wielu aplikacjach dla przetwórców zajmujących się formowaniem wtryskowym. Przy zawartości od 10-60% (z reguły 20-40 procent) wagowych mogą one oferować znacznie większą wytrzymałość i sztywność w porównaniu z typowymi niewzmocnionymi materiałami.

Do najczęściej wzmacnianych polimerów należą bez wątpienia poliamidy (głównie PA6, PA66), poliestry (PBT) ale również tworzywa wysokotemperaturowe (m.in.: PEEK, PEI, PES) oraz typowe materiały takie jak polipropylen (PP), ABS czy poliwęglany (PC).

Generalnie oprócz ogromnej poprawy sztywności, wytrzymałości na rozciąganie czy też odporności termicznej będących wynikiem wzmocnienia włóknem szklanym pewnego rodzaju ograniczeniem tej grupy materiałów może stać się ich odporność na silne obciążenia udarowe. Tutaj jednak istnieje możliwość stosowania compoundów w których oprócz włókna szklanego stosuje się jednocześnie modyfikatory udarności (często elastomery). Działanie to jest szczególnie popularne w grupie materiałów na bazie poliamidów.

Wraz ze wzrostem wytrzymałości rośnie kruchość. Części wypełnione szkłem działają najlepiej, gdy tylko utrzymują ciężar i nie są poddawane silnym obciążeniom udarowym.

Do powlekania włókna szklanego stosuje się różne rodzaje środków sprzęgających (kompatybilnych z matrycą polimerową). Środek sprzęgający wspomaga chemiczne i mechaniczne wiązanie między włóknem szklanym a matrycą polimerową, zwiększając wytrzymałość wzmocnionego tworzywa. Opracowano specjalne preparaty środków sprzęgających (generujące co oczywiste wyższe koszty materiałowe), aby poprawić właściwości polimerów konstrukcyjnych. Zmielone włókno szklane jest stosowane bez środka sprzęgającego w celu zwiększenia modułu sprężystości; jednakże właściwości wytrzymałościowe na rozciąganie i udarność takiego materiału są mniejsze od wartości dla matrycy polimerowej.

Wpływ orientacji płynięcia stopu podczas formowania wtryskowego w materiałach termoplastycznych jest znacznie większy niż w przypadku materiałów termoutwardzalnych lub w przypadku innych procesów formowania Struktury stopu tworzywa termoplastycznego stają się zorientowane, gdy krzepnie ono podczas cyklu chłodzenia, a orientacja włókna szklanego znacząco wpływa na właściwości mechaniczne produktu formowanego wtryskowo.

Włókna szklane są formowane ze stopów i wytwarzane w oparciu o różne składy (receptury) poprzez zmianę udziału poszczególnych surowców, takich jak: piasek na krzemionkę, glina na tlenek glinu, kalcyt na tlenek wapnia i kolemanit na tlenek boru. Dlatego różne rodzaje włókien szklanych wykazują różne właściwości, takie jak odporność na alkalia lub dobre właściwości mechaniczne przy użyciu różnych ilości krzemionki lub innych wspomnianych tutaj materiałów.

Produkty z włókna szklanego są klasyfikowane zgodnie z rodzajem kompozytu, w którym są wykorzystywane. Co więcej, nici cięte, niedoprzędy ciągnione bezpośrednio, niedoprzędy złożone i maty są najważniejszymi produktami stosowanymi w procesach formowania wtryskowego, nawijania włókien, pultruzji, formowania arkuszy i ręcznego układania w celu wytworzenia kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym.

Ochrona włókien szklanych przed pękaniem lub rozpadem jest ważną kwestią zarówno podczas produkcji włókna szklanego, jak i podczas produkcji kompozytu. Nakładanie apretury na włókno szklane podczas wytwarzania włókien powoduje ich smarowanie, a ponadto hamuje gromadzenie się elektryczności statycznej, adhezję włókien ciągłych do siebie i adhezję między włóknami ciągłymi a matrycą polimerową kompozytów.

Podczas wytwarzania kompozytów tworzy się warstwa międzyfazowa, przy której dochodzi do wzajemnego przenikania apretury do osnowy lub dyfuzji polimeru osnowy do apretury. Powstała warstwa międzyfazowa może zwiększać lub zmniejszać wytrzymałość kompozytu, biorąc pod uwagę kompatybilność i oddziaływanie pomiędzy składnikami a matrycą polimerową.

Z energetycznego punktu widzenia redukcja masy pojazdów jest głównym powodem oszczędzania energii w branży transportowej, a w tym zakresie wzrost produkcji lekkich samochodów do około 50% wskazuje na znaczenie kompozytów wzmacnianych włóknem szklanym. W konsekwencji wzrost produkcji włókna szklanego jest kierunkiem, który będzie jednoznacznie kontynuowany w przyszłości.

CDN...