소식

넓은 의미에서 유리섬유는 무기 비금속 소재로 이해되어 왔지만, 연구가 심화됨에 따라 실제로는 다양한 종류의 유리섬유가 존재하며, 각각 뛰어난 성능과 여러 가지 탁월한 장점을 지니고 있다는 것을 알게 되었습니다. 예를 들어, 유리섬유는 기계적 강도가 매우 높고 내열성 및 내식성 또한 탁월합니다. 물론 완벽한 소재는 없듯이, 유리섬유 역시 무시할 수 없는 단점을 가지고 있습니다. 바로 내마모성이 부족하고 취성이 있다는 점입니다. 따라서 실제 적용에서는 유리섬유의 장점을 최대한 활용하고 단점을 보완해야 합니다.

유리섬유의 원료는 구하기 쉽습니다. 주로 폐기된 오래된 유리나 유리 제품이 원료가 됩니다. 유리섬유는 매우 가늘어서, 유리섬유 단일 가닥 20개 이상을 모아도 머리카락 굵기와 같습니다. 유리섬유는 일반적으로 복합재료의 보강재로 사용됩니다. 최근 유리섬유 연구가 활발해짐에 따라 생산 및 생활에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 다음 몇 편의 글에서는 유리섬유의 생산 공정과 응용 분야에 대해 주로 다룹니다. 이 글에서는 유리섬유의 특성, 주요 구성 요소, 주요 특징 및 재료 분류를 소개합니다. 이어지는 글에서는 유리섬유의 생산 공정, 안전 보호, 주요 용도, 산업 현황 및 발전 전망에 대해 논의할 것입니다.

I소개

1.1 유리섬유의 특성

유리섬유의 또 다른 뛰어난 특징은 높은 인장 강도입니다. 표준 상태에서 6.9g/d, 습윤 상태에서 5.8g/d에 달하는 인장 강도를 자랑합니다. 이러한 우수한 특성 덕분에 유리섬유는 보강재로 널리 사용됩니다. 유리섬유의 밀도는 A 등급으로 2.54입니다. 또한, 유리섬유는 내열성이 매우 뛰어나 300°C에서도 본래의 성질을 유지합니다. 전기 절연성이 우수하고 부식에 강하기 때문에 단열재 및 차폐재로도 널리 사용됩니다.

1.2 주요 성분

유리섬유의 구성은 비교적 복잡합니다. 일반적으로 잘 알려진 주요 성분으로는 실리카, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화칼슘 등이 있습니다. 유리섬유 단일 가닥의 직경은 약 10마이크론으로, 머리카락 직경의 1/10에 해당합니다. 각 섬유 다발은 수천 개의 단일 가닥으로 구성되어 있으며, 인발 공정에 따라 약간씩 차이가 있습니다. 일반적으로 유리섬유의 실리카 함량은 50%에서 65%를 차지합니다. 산화알루미늄 함량이 20% 이상인 유리섬유는 인장 강도가 비교적 높으며, 주로 고강도 유리섬유에 사용됩니다. 반면, 무알칼리 유리섬유의 산화알루미늄 함량은 일반적으로 약 15%입니다. 유리섬유의 탄성 계수를 높이려면 산화마그네슘 함량을 10% 이상으로 해야 합니다. 유리섬유에 소량의 산화철이 함유되어 있기 때문에 내식성이 다양한 정도로 향상되었습니다.

1.3 주요 특징

1.3.1 원료 및 응용 분야

무기 섬유와 비교했을 때 유리 섬유는 여러 가지 특성이 우수합니다. 발화성이 낮고, 내열성, 단열성이 뛰어나며, 안정성이 높고 인장 강도가 우수합니다. 하지만 취성이 강하고 내마모성이 떨어집니다. 강화 플라스틱이나 고무 강화재로 사용되는 유리 섬유는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

(1) 인장 강도는 다른 재료보다 좋지만 연신율은 매우 낮다.

(2) 탄성계수가 더 적합합니다.

(3) 탄성 한계 내에서 유리 섬유는 오랫동안 늘어날 수 있고 인장력이 매우 강하기 때문에 충격에 직면했을 때 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있습니다.

(4) 유리섬유는 무기섬유이기 때문에 무기섬유는 연소가 쉽지 않고 화학적 성질이 비교적 안정적이라는 장점이 많습니다.

(5) 물을 흡수하기 쉽지 않습니다.

(6) 내열성이 뛰어나고 성질이 안정적이며 반응하기 쉽지 않습니다.

(7) 가공성이 매우 좋아서 가닥, 펠트, 묶음, 직물 등 다양한 형태의 우수한 제품으로 가공할 수 있습니다.

(8) 빛을 투과할 수 있습니다.

(9) 재료를 쉽게 구할 수 있기 때문에 가격이 비싸지 않습니다.

(10) 고온에서는 타는 대신 액체 구슬로 녹는다.

1.4 분류

다양한 분류 기준에 따라 유리 섬유는 여러 종류로 나눌 수 있습니다. 모양과 길이에 따라 연속 섬유, 섬유 면, 고정 길이 섬유의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 알칼리 함량과 같은 구성 성분에 따라 무알칼리 유리 섬유, 중알칼리 유리 섬유, 고알칼리 유리 섬유의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

1.5 생산 원자재

실제 산업 생산에서 유리 섬유를 생산하기 위해서는 알루미나, 석영 모래, 석회석, 파이로필라이트, 돌로마이트, 소다회, 미라빌라이트, 붕산, 형석, 분쇄 유리 섬유 등이 필요합니다.

1.6 생산 방법

산업 생산 방법은 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 유리 섬유를 먼저 녹인 후, 직경이 작은 구형 또는 막대 모양의 유리 제품을 만드는 것입니다. 그런 다음, 이 제품을 다양한 방식으로 가열하고 재용융하여 직경 3~80μm의 미세 섬유를 만듭니다. 두 번째 방법은 유리를 먼저 녹이지만, 막대나 구형이 아닌 유리 섬유를 만듭니다. 이 시료를 기계적 인발법을 이용하여 백금 합금판을 통과시켜 인발합니다. 이렇게 만들어진 제품을 연속 섬유라고 합니다. 롤러 장치를 이용하여 인발하는 경우에는 불연속 섬유(단축형 유리 섬유 또는 스테이플 섬유라고도 함)를 얻습니다.

1.7 등급

유리섬유는 구성, 용도 및 특성에 따라 여러 등급으로 나뉩니다. 국제적으로 상용화된 유리섬유는 다음과 같습니다.

1.7.1 E-유리

붕산염 유리는 일상생활에서 알칼리 유리라고도 불립니다. 여러 장점 덕분에 가장 널리 사용되는 유리입니다. 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 널리 사용되는 만큼 피할 수 없는 단점도 있습니다. 무기염과 쉽게 반응하기 때문에 산성 환경에 보관하기 어렵습니다.

1.7.2 C-유리

실제 생산 과정에서는 중알칼리 유리라고도 불리는데, 화학적 성질이 비교적 안정적이고 내산성이 우수합니다. 단점으로는 기계적 강도가 높지 않고 전기적 성능이 떨어진다는 점입니다. 지역마다 기준이 다르기도 합니다. 국내 유리섬유 산업에서는 중알칼리 유리에 붕소 원소가 포함되지 않지만, 해외 유리섬유 산업에서는 붕소를 함유한 중알칼리 유리를 생산합니다. 함량뿐만 아니라 국내외에서 중알칼리 유리가 사용하는 역할도 다릅니다. 해외에서 생산되는 유리섬유 표면 매트와 유리섬유 봉은 대부분 중알칼리 유리로 만들어집니다. 또한 아스팔트 제조에도 중알칼리 유리가 사용됩니다. 우리나라에서는 가격이 매우 저렴하여 포장재 및 필터 직물 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있습니다.

유리섬유 막대

1.7.3 유리 섬유 A 유리

생산 과정에서는 이를 고알칼리 유리라고도 부르는데, 이는 규산나트륨 유리의 일종이지만 내수성이 뛰어나기 때문에 일반적으로 유리섬유 형태로 생산되지는 않습니다.

1.7.4 유리섬유 D 유리

유전체 유리라고도 하며, 일반적으로 유전체 유리 섬유의 주요 원료입니다.

1.7.5 유리섬유 고강도 유리

이 소재는 E-유리 섬유보다 강도가 1/4 높고, 탄성 계수 또한 E-유리 섬유보다 높습니다. 이러한 다양한 장점 때문에 널리 사용되어야 하지만, 높은 가격 때문에 현재는 군수 산업, 항공우주 등 일부 중요 분야에서만 사용되고 있습니다.

1.7.5 유리 섬유 AR 유리

알칼리 저항성 유리 섬유라고도 불리는 이 섬유는 순수 무기 섬유이며 유리 섬유 강화 콘크리트의 보강재로 사용됩니다. 특정 조건에서는 강철과 석면을 대체할 수도 있습니다.

1.7.6 유리 섬유 E-CR 유리

이는 개선된 무붕소, 무알칼리 유리 섬유입니다. 무알칼리 유리 섬유보다 내수성이 거의 10배나 뛰어나 방수 제품 생산에 널리 사용됩니다. 또한 내산성도 매우 강하여 지하 배관 생산 및 적용 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 앞서 언급한 일반적인 유리 섬유 외에도 과학자들은 최근 새로운 유형의 유리 섬유를 개발했습니다. 이 유리 섬유는 무붕소 제품으로 환경 보호에 대한 요구를 충족합니다. 최근에는 이중 유리 조성 유리 섬유가 더욱 인기를 얻고 있으며, 현재 생산되는 유리솜 제품에서 그 존재를 확인할 수 있습니다.

1.8 유리 섬유 식별

유리섬유를 구별하는 방법은 매우 간단합니다. 유리섬유를 물에 넣고 물이 끓을 때까지 가열한 후 6~7시간 동안 그대로 두십시오. 유리섬유의 날실과 씨실 방향이 덜 촘촘해지면 고알칼리 유리섬유입니다. 다양한 기준에 따라 유리섬유를 분류하는 방법은 여러 가지가 있으며, 일반적으로 길이와 직경, 구성 및 성능 측면에서 구분됩니다.

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