Zakaj steklena vlakna v prahu povečajo trdoto materiala?

Prah iz steklenih vlakenNi le polnilo; ojača s fizičnim prepletanjem na mikro ravni. Po taljenju in ekstruziji pri visoki temperaturi ter poznejšem mletju pri nizki temperaturi prah steklenih vlaken brez alkalij (E-steklo) še vedno ohranja visoko razmerje stranic in je na površini inerten. Ima ostre robove, vendar so nereaktivni in ustvarjajo mrežo podpore v matricah smole, cementa ali malte. Porazdelitev velikosti delcev od 150 mesh do 400 mesh ponuja kompromis med enostavno disperzijo in sidrno silo, preveč grobi delci bodo povzročili posedanje, preveč fini pa bodo oslabili nosilnost. Uporaba, ki je bolj primerna za visokosijajne premaze ali precizno lončenje, so ultra fine vrste, kot je prah steklenih vlaken 1250.

Znatno izboljšanje trdote substrata in odpornosti proti obrabi s steklenim prahom izhaja iz njegovih inherentnih fizikalno-kemijskih lastnosti in mikromehanizmov znotraj materialnih sistemov. Ta ojačitev se dogaja predvsem po dveh poteh: »ojačitev s fizičnim polnjenjem« in »optimizacija medfaznih vezi«, pri čemer se upoštevajo naslednja specifična načela:

Učinek fizičnega polnjenja prek visoke intrinzične trdote

Stekleni prah je sestavljen predvsem iz anorganskih spojin, kot sta silicijev dioksid in borati. Po taljenju in ohlajanju pri visoki temperaturi tvori amorfne delce z Mohsovo trdoto 6–7, kar daleč presega trdoto osnovnih materialov, kot so plastika, smole in običajni premazi (običajno 2–4). Ko je enakomerno razpršen v matrici,stekleni prahv material vgradi nešteto "mikrotrdih delcev":

Te trde točke neposredno prenašajo zunanji pritisk in trenje, kar zmanjšuje obremenitev in obrabo osnovnega materiala ter deluje kot "obrabno odporen ogrod";

Prisotnost trdih konic zavira plastično deformacijo na površini materiala. Ko zunanji predmet podrgne po površini, delci steklenega prahu preprečijo nastanek prask, s čimer se poveča splošna trdota in odpornost proti praskam.

Zgoščena struktura zmanjšuje obrabne poti

Delci steklenega prahu imajo fine dimenzije (običajno od mikrometra do nanometra) in odlično disperzibilnost, enakomerno zapolnjujejo mikroskopske pore v matriksnem materialu in tvorijo gosto kompozitno strukturo:

Med taljenjem ali strjevanjem stekleni prah tvori neprekinjeno fazo z matrico, kar odpravlja medfazne vrzeli in zmanjšuje lokalno obrabo, ki jo povzroča koncentracija napetosti. To ima za posledico bolj enakomerno in proti obrabi odporno površino materiala.

Medfazno lepljenje izboljša učinkovitost prenosa obremenitve

Stekleni prah kaže odlično združljivost z matričnimi materiali, kot so smole in plastika. Nekateri površinsko modificirani stekleni prahovi se lahko kemično vežejo z matrico in tvorijo robustne medfazne povezave.

Kemijska stabilnost je odporna na korozijo zaradi okolja

Stekleni prahIzkazuje izjemno kemijsko inertnost, odpornost na kisline, alkalije, oksidacijo in staranje. Ohranja stabilno delovanje v kompleksnih okoljih (npr. na prostem, v kemičnih okoljih):

Preprečuje poškodbe površinske strukture zaradi kemične korozije, ohranja trdoto in odpornost proti obrabi;

Predvsem pri premazih in črnilih odpornost steklenega prahu na UV-žarke in staranje zaradi vlage in vročine upočasnjuje degradacijo matrice in podaljšuje življenjsko dobo materiala.