우리가 ~로 만들어진 제품을 볼 때유리섬유우리는 흔히 유리섬유의 외형과 용도에만 주목하고, 이 가늘고 검은색 또는 흰색 섬유의 내부 구조는 어떨지 생각해 보지 않습니다. 바로 이러한 눈에 보이지 않는 미세 구조가 유리섬유에 높은 강도, 고온 저항성, 내식성과 같은 고유한 특성을 부여하는 것입니다. 오늘은 유리섬유의 "내부 세계"를 탐구하여 그 구조의 비밀을 밝혀보겠습니다.
미시적 기초: 원자 수준에서의 "무질서한 질서"
원자적 관점에서 볼 때, 유리섬유의 핵심 구성 요소는 이산화규소(일반적으로 무게 기준으로 50~70%)이며, 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물과 같은 다른 원소들이 첨가되어 물성을 조절합니다. 이러한 원자들의 배열이 유리섬유의 기본적인 특성을 결정합니다.
금속이나 석영 결정과 같은 결정질 물질에서 나타나는 원자의 "장거리 질서"와는 달리, 유리섬유의 원자 배열은 다음과 같은 특징을 보인다.단기적인 질서, 장기적인 무질서.간단히 말해, 국소 영역(몇 개의 원자 범위 내)에서 각 실리콘 원자는 네 개의 산소 원자와 결합하여 피라미드 모양의 구조를 형성합니다.“실리카 사면체”이러한 국소적인 배열은 질서정연한 구조를 이룹니다. 그러나 더 큰 규모로 보면, 이 실리카 사면체들은 결정처럼 규칙적으로 반복되는 격자를 형성하지 않습니다. 오히려, 마치 아무렇게나 쌓아 올린 블록 더미처럼 무작위로 연결되고 무질서하게 쌓여 비정질 유리 구조를 이룹니다.
이러한 비정형 구조는 두 제품의 주요 차이점 중 하나입니다.유리섬유일반 유리와 유리섬유를 비교해 보면, 일반 유리는 냉각 과정에서 원자들이 충분한 시간을 갖고 국부적으로 규칙적인 작은 결정들을 형성하게 되어 취성이 높아집니다. 반면, 유리섬유는 용융된 유리를 빠르게 늘리고 냉각시켜 만듭니다. 이 과정에서 원자들은 규칙적으로 배열될 시간이 부족하여 무질서한 비정질 상태로 고정됩니다. 이러한 구조는 결정 경계에서의 결함을 줄여 유리섬유의 특성을 유지하면서도 인성과 인장 강도를 향상시킬 수 있게 합니다.
단일 필라멘트 구조: "표면"에서 "핵심"까지 균일한 실체
우리가 보는 유리섬유는 실제로 여러 가지 성분으로 구성되어 있습니다.모노필라멘트하지만 각각의 모노필라멘트는 그 자체로 완전한 구조적 단위입니다. 모노필라멘트는 일반적으로 직경이 5~20마이크로미터(사람 머리카락 직경의 약 1/5~1/2)입니다. 그 구조는 균일합니다.“단단한 원통형 모양”뚜렷한 층상 구조는 보이지 않습니다. 하지만 미세한 구성 성분 분포를 살펴보면 미묘한 "표면-내부" 차이가 존재합니다.
인발 공정 중 용융된 유리가 방사구의 작은 구멍에서 압출될 때, 표면은 공기와 접촉하면서 빠르게 냉각되어 매우 얇은 막을 형성합니다."피부"표면층은 약 0.1~0.5 마이크로미터 두께로, 내부보다 훨씬 빠르게 냉각됩니다."핵심."그 결과, 표면층의 이산화규소 함량은 중심부보다 약간 높고, 원자 배열은 더 조밀하며 결함이 더 적습니다. 이러한 미묘한 조성 및 구조적 차이로 인해 모노필라멘트 표면은 중심부보다 경도와 내식성이 더 강해집니다. 또한 표면 균열 발생 가능성을 줄여줍니다. 재료 파손은 종종 표면 결함에서 시작되는데, 이 조밀한 표면층은 모노필라멘트를 보호하는 "껍질" 역할을 합니다.
미묘한 피부와 속살의 차이 외에도, 고품질유리섬유모노필라멘트는 단면이 매우 원형에 가깝고, 직경 오차는 일반적으로 1마이크로미터 이내로 제어됩니다. 이러한 균일한 기하학적 구조 덕분에 모노필라멘트에 응력이 가해지면 응력이 단면 전체에 고르게 분포되어 국부적인 두께 불규칙성으로 인한 응력 집중을 방지하고 전체적인 인장 강도를 향상시킵니다.
집단 구조: "실"과 "직물"의 질서 있는 조합
모노필라멘트는 강하지만 직경이 너무 가늘어 단독으로 사용하기에는 적합하지 않습니다. 따라서 유리섬유는 일반적으로 여러 가닥이 연결된 형태로 존재합니다.“집단적인”가장 일반적으로 다음과 같습니다.유리섬유 섬유그리고“유리섬유 직물.”그 구조는 단일 섬유의 규칙적인 조합의 결과입니다.
유리섬유 섬유는 수십 개에서 수천 개의 단일 필라멘트가 모여 만들어진 것으로, 다음과 같은 방법으로 조립됩니다.“비틀기”또는 ~인"꼬임이 없는."꼬이지 않은 실은 평행한 단일 가닥 섬유가 느슨하게 모여 있는 구조로, 주로 유리솜, 잘게 자른 섬유 등을 만드는 데 사용됩니다. 반면 꼬인 실은 단일 가닥 섬유를 서로 꼬아 면사처럼 나선형 구조를 만듭니다. 이러한 구조는 단일 가닥 섬유 사이의 결합력을 증가시켜 장력 하에서도 실이 풀리는 것을 방지하므로 직조, 권취 및 기타 가공 기술에 적합합니다."세다"실의 종류(모노필라멘트 수를 나타내는 지표, 예를 들어 1200 tex 실은 1200개의 모노필라멘트로 구성됨)와"트위스트"(단위 길이당 꼬임 횟수)는 실의 강도, 유연성 및 후속 가공 성능을 직접적으로 결정합니다.
유리섬유 직물은 유리섬유 실을 직조하여 만든 판 형태의 구조입니다. 기본적인 직조 방식에는 평직, 능직, 새틴직 세 가지가 있습니다.평직직물은 날실과 씨실이 번갈아 가며 엮여 형성되며, 그 결과 투수성은 낮지만 강도가 균일한 촘촘한 구조를 가지므로 복합 재료의 기본 재료로 적합합니다.능직직물에서 날실과 씨실은 2:1 또는 3:1의 비율로 엮여 표면에 대각선 무늬를 만듭니다. 평직보다 유연하여 구부리거나 모양을 만들어야 하는 제품에 자주 사용됩니다.새틴 직조씨실이나 날실이 서로 얽히는 지점이 적어 표면에 연속적인 부유선을 형성합니다. 이러한 직조 방식은 촉감이 부드럽고 표면이 매끄러워 장식용 부품이나 마찰이 적은 부품에 적합합니다.
실이든 원단이든, 이러한 집단 구조의 핵심은 성능 향상을 달성하는 것입니다.“1+1>2”단일 섬유의 규칙적인 조합을 통해 형성됩니다. 단일 섬유는 기본적인 강도를 제공하고, 전체적인 구조는 단열에서 구조 보강에 이르기까지 다양한 요구 사항을 충족할 수 있도록 소재에 다양한 형태, 유연성 및 가공 적응성을 부여합니다.
게시 시간: 2025년 9월 16일
