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.^[1][2][3]

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 výrobu 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.^[4]

E sklo se začalo vyrábět v roce 1943, asi od roku 1990 se vyrábí průmyslově kompozity se skleněnou výztuží.^[5]

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.^[6]

V roce 2022 se udávala celosvětová výroba skleněných vláken s 5,8 miliony tun (80 % ve formě rovingů),^[7] výnos z prodeje rovingů a příze se odhaduje (2024) na 7 miliard USD s budoucími ročními přírůstky 5–8 %.^[8] Skleněná vlákna se vyrábějí ve 30 státech, počet možných variant odhadují někteří odborníci až na 5000.^[9]

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)^[10][11]

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 %

^[12]

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^[13]

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.^[12]

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 %.^[12][14]

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.^[15][12][16]

Tkaniny

se vyrábějí ve všech základních vazbách,^[17] pneumatické tkací stroje s pracovní šířkou do 280 cm mohou dosáhnout až 1300 obr./min.^[18] Jeden český výrobce dodává pneumatické stroje na perlinkovou vazbu skleněných tkanin (šířka do 220 cm, až 750 obr./min, příze 34- 450 tex),^[19] se kterými patří k předním specialistům ve světě.^[20]

Finální úprava a forma plošných výrobků

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 rovingů) obsahují více než 80 % laminační pryskyřice.^[21]

Použití výrobků s obsahem skleněných vláken

K nejčastějším patří vodiče světelných vln^[22], konstrukční díly lodí a letadel, křídla rotorů větrných elektráren, filtry na horké plyny, elektrické a tepelné izolace, požární ochrana, zpevnění tištěných spojů a betonu.^[12]

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

Reference

1. Kießling/Matthes: Textil- Fachwörterbuch, Berlin 1993, ISBN 3-7949-0546-6, str. 204
2. Glass Fibre [online]. STW, 2022 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
3. Mitschke: Glasfasern. Physik und Technologie, Spektrum Akademischer Verlag 2005, ISBN 978-3-8274-1629-2
4. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 36–37
5. Glass fibers [online]. Research Gate, 2017 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
6. History of Optical Fiber [online]. M2 Optics, 2016-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
7. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 905–922
8. Global E Glass Fiber Yarn Market Size [online]. Valuates Reports, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
9. Study on Wear Resistance of Glass Fiber Yarn Weaving Pro [online]. Shenzhen Core-Tex Composite Materials, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (anglicky) 
10. Vlákna pro kompozity [online]. Kořínek, 2016-11-05 [cit. 2018-06-15]. Dostupné online. 
11. Gries/Veit/Wulfhorst: Textile Fertigungsverfahren, Carl Hanser Verlag München 2019, ISBN 978-3-446-45866-6, str. 72–75
12. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 818–826
13. Frequently Asked Questions About Glass Wool [online]. Huamei, 2022-11-22 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
14. Alkali Resistant Glass Fiber  [online]. Glob Marble, 2016 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
15. Aufbau und Regelung des Unit-melter [online]. Regelungstechnik, 1960 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
16. Global glass-fibre production [online]. JEC, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (anglicky) 
17. Glasgewebe [online]. Christex Composite Materials, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (německy) 
18. Hocheffizienter Air Jet Webstuhl für das Weben [online]. Focus Tchnology, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (německy) 
19. CAM EL Adaptive [online]. VÚTS Liberec, 2024 [cit. 2024-11-18]. Dostupné online. (anglicky) 
20. České stroje pro neuvěřitelné tkaniny [online]. MM průmyslové spektrum, 2020-04-01 [cit. 2024-11-17]. Dostupné online. 
21. Faserverstärkungen - Glasfaser [online]. R&G Faserverbundwerkstoffe, 2024 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy) 
22. Glasfaserkabel als Lichtwellenleiter [online]. Deutsche Telekom, 2024-06-06 datum přístupu = 2024-07-06. Dostupné online. (německy) 

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

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