우리가 만든 제품을 볼 때유리섬유우리는 종종 겉모습과 용도만 보고, 이 가느다란 검은색 또는 흰색 필라멘트의 내부 구조는 무엇인지 거의 생각하지 않습니다. 바로 이러한 보이지 않는 미세 구조가 유리 섬유에 고강도, 고온 내성, 내식성과 같은 고유한 특성을 부여합니다. 오늘은 유리 섬유의 "내부 세계"를 파헤쳐 그 구조의 비밀을 밝혀보겠습니다.
미시적 기초: 원자 수준의 "무질서한 질서"
원자적 관점에서 유리 섬유의 핵심 성분은 이산화규소(일반적으로 중량 기준 50~70%)이며, 여기에 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄과 같은 다른 원소들이 첨가되어 특성을 조절합니다. 이러한 원자의 배열이 유리 섬유의 기본적인 특성을 결정합니다.
결정질 재료(예: 금속 또는 석영 결정)의 원자의 "장거리 순서"와 달리 유리 섬유의 원자 배열은 다음과 같습니다."단기적 질서, 장기적 무질서."간단히 말해서, 국소 영역(몇 개의 원자 범위 내)에서 각 실리콘 원자는 4개의 산소 원자와 결합하여 피라미드와 같은 구조를 형성합니다.“실리카 사면체”구조입니다. 이 국소적 배열은 질서정연합니다. 그러나 더 큰 규모에서 이 실리카 사면체들은 결정처럼 규칙적으로 반복되는 격자를 형성하지 않습니다. 대신, 마치 무질서하게 조립된 블록 더미처럼 무작위로 연결되고 무질서하게 쌓여 비정질 유리 구조를 형성합니다.
이 비정질 구조는 다음의 주요 차이점 중 하나입니다.유리섬유일반 유리와 일반 유리의 냉각 과정에서 원자는 작고 국부적으로 정렬된 결정을 형성할 충분한 시간을 갖게 되어 취성이 높아집니다. 이와 대조적으로, 유리 섬유는 용융 유리를 빠르게 늘렸다가 냉각하여 만들어집니다. 원자는 질서정연하게 배열할 시간이 부족하여 무질서하고 비정질한 상태로 "고정"됩니다. 이는 결정 경계면의 결함을 줄여 유리 섬유가 유리의 특성을 유지하면서도 더 나은 인성과 인장 강도를 얻을 수 있도록 합니다.
모노필라멘트 구조: "피부"에서 "핵심"까지 균일한 실체
우리가 보는 유리섬유는 실제로 여러 가지로 구성되어 있습니다.모노필라멘트하지만 각 모노필라멘트는 그 자체로 완전한 구조 단위입니다. 모노필라멘트는 일반적으로 직경이 5~20마이크로미터(사람 머리카락 직경의 약 1/5~1/2)입니다. 그 구조는 균일합니다."단단한 원통형 모양"눈에 띄는 층층이 쌓이지는 않습니다. 그러나 미세한 구성 분포의 관점에서 보면 미묘한 "스킨-코어" 차이가 있습니다.
드로잉 공정 동안 용융 유리가 스피너렛의 작은 구멍에서 압출되면서 표면은 공기와 접촉하면서 빠르게 냉각되어 매우 얇은"피부"층(약 0.1-0.5 마이크로미터 두께). 이 피부 층은 내부보다 훨씬 빨리 냉각됩니다."핵심."결과적으로, 표피층의 이산화규소 함량은 중심부보다 약간 높고, 원자 배열은 더 조밀하며 결함은 더 적습니다. 이러한 미묘한 조성 및 구조 차이로 인해 모노필라멘트 표면은 중심부보다 경도와 내식성이 더 강합니다. 또한 표면 균열 발생 가능성도 줄어듭니다. 재료 파손은 종종 표면 결함에서 시작되며, 이 조밀한 표피는 모노필라멘트의 보호 "껍질" 역할을 합니다.
미묘한 피부 핵심 차이 외에도 고품질유리섬유모노필라멘트는 단면이 고도로 원형 대칭을 이루며, 직경 오차는 일반적으로 1마이크로미터 이내로 제어됩니다. 이러한 균일한 기하학적 구조는 모노필라멘트에 응력이 가해졌을 때 응력이 단면 전체에 고르게 분산되도록 하여 국부적인 두께 불균일로 인한 응력 집중을 방지하고, 결과적으로 전반적인 인장 강도를 향상시킵니다.
집단 구조: "실"과 "직물"의 질서 있는 조합
모노필라멘트는 강하지만, 그 직경이 너무 가늘어서 단독으로 사용하기에는 어렵습니다. 따라서 유리섬유는 일반적으로“집단적”가장 일반적으로"유리섬유 원사"그리고"유리 섬유 직물."이들의 구조는 모노필라멘트의 질서 있는 조합의 결과입니다.
유리섬유 원사는 수십에서 수천 개의 모노필라멘트로 구성된 집합체로,"비틀다"또는 ~하는 것"꼬이지 않은."꼬임 없는 실은 평행한 모노필라멘트들이 느슨하게 모여 있는 단순한 구조로, 주로 유리솜, 다진 섬유 등을 만드는 데 사용됩니다. 반면, 꼬임 실은 모노필라멘트들을 서로 꼬아서 면사와 유사한 나선형 구조를 만듭니다. 이 구조는 모노필라멘트 간의 결합력을 높여 실이 응력에 의해 풀리는 것을 방지하여 제직, 권취 및 기타 가공 기술에 적합합니다."세다"(예를 들어 1200tex 원사는 1200개의 모노필라멘트로 구성되어 있습니다.)"트위스트"(단위 길이당 꼬임 수)는 실의 강도, 유연성, 그리고 그에 따른 가공 성능을 직접적으로 결정합니다.
유리섬유 직물은 유리섬유 원사를 직조 공정을 통해 만든 시트 형태의 구조물입니다. 세 가지 기본 직조 방식은 평직, 능직, 새틴입니다.평직직물은 경사와 위사가 교대로 얽혀 형성되며, 통기성은 낮지만 강도는 균일한 치밀한 구조를 가지므로 복합 재료의 기본 소재로 적합합니다.능직직물, 경사, 위사가 2:1 또는 3:1의 비율로 얽혀 표면에 대각선 무늬를 형성합니다. 평직보다 유연하며, 굽히거나 모양을 잡아야 하는 제품에 자주 사용됩니다.새틴 직조직조 시 날실이나 위사가 표면에 연속적인 플로팅 라인을 형성하여 서로 얽히는 지점이 적습니다. 촉감이 부드럽고 표면이 매끄러워 장식용이나 마찰이 적은 제품에 적합합니다.
실이든 원단이든 집단구조의 핵심은 성능향상을 이루는 것입니다.“1+1>2”모노필라멘트의 규칙적인 조합을 통해 만들어집니다. 모노필라멘트는 기본적인 강도를 제공하는 반면, 집합 구조는 소재에 다양한 형태, 유연성, 그리고 가공 적응성을 부여하여 단열부터 구조 보강까지 다양한 요구를 충족합니다.
게시 시간: 2025년 9월 16일
