Високоміцні скловолокна спеціального призначення

Abstract

В статті проаналізовано сучасний стан розробок скловолокна спеціального призначення та області застосування. Актуальність використання скловолокна для будівництва, автомобілебудування, аерокосмічної та автомобільної промисловості, вітрової енергетики, медицини пов’язана з комплексом унікальних експлуатаційних властивостей, легкості та екологічності. Визначено, що на сьогоднішній день для композитів спеціального призначення на основі скловолокна існує проблема залежності від постачання вартісного скловолокна зарубіжних виробників. На основі аналізу сучасних тенденцій на світовому ринку встановлена актуальність та необхідність одержання та використання вітчизняних високоміцних, легких, зі зниженою вартістю скловолокон та композитів на їх основі для аерокосмічної, ракетної, автомобільної промисловості, вітрової енергетики та медицини. Проаналізовано різні види перспективних високоміцних скловолокон та порівняно їх технічні характеристики. Визначені основні критерії для створення нових високоміцних наноструктурованих вітчизняних скловолокон для склопластиків при облицюванні корпусів ракетних двигунів та обґрунтовано вибір складу скла для одержання високоміцного скловолокна. Восстановлено, що проектування складів з урахуванням структурних показників (структурна міцність скломатеріалів (fSi), координаційний стан алюмінію (ΨAl) та бору (Ψв), коефіцієнт прозорості (Кпр), коефіцієнт кристалічності (Ккр), силікатний модуль (Мс), модуль кислотності (Мк), модуль в’язкості (Мв)) дозволить теоретично обґрунтувати вибір складів скловолокон схильних до наноструктурування в області температури розм’якшення, що сприятиме посиленню їх механічних та термічних властивостей шляхом формування самоорганізованої структури з наявністю нанокластерів, що є гомогенними зародками кристалічних фаз, які зміцнюють структуру скловолокна. Впровадження вітчизняних скловолокон з високими експлуатаційними характеристиками дозволить знизити імпортозалежність в даній галузі та сприяти підвищенню конкурентоздатності на світовому ринку. The article analyzes the current state of development of special-purpose fiberglass and its application areas. The relevance of using fiberglass for construction, automotive, aerospace and automotive industries, wind energy, and medicine is associated with a complex of unique operational properties, lightness, and environmental friendliness. It is determined that today, for special-purpose composites based on fiberglass, there is a problem of dependence on the supply of high-value fiberglass from foreign manufacturers. Based on the analysis of current trends in the world market, the relevance and necessity of obtaining and using domestic high-strength, lightweight, low-cost fiberglass and composites based on them for the aerospace, rocket, and automotive industries, wind energy, and medicine are established. Various types of promising high-strength fiberglass are analyzed and their technical characteristics are compared. The main criteria for creating new high-strength nanostructured domestic glass fibers for fiberglass when facing rocket engine housings are determined and the choice of glass composition for obtaining high-strength glass fiber is justified. It is established that the design of compositions taking into account structural indicators (structural strength of glass materials (fSi), coordination state of aluminum (ΨAl) and boron (ΨB), transparency coefficient (Ktr), crystallinity coefficient (Kcr), silicate Module (Ms), acidity modulus (Ma), viscosity modulus (Mv)) will allow theoretically justifying the choice of compositions of glass fibers prone to nanostructuring in the softening temperature region, which will contribute to the enhancement of their mechanical and thermal properties by forming a self-organized structure with the presence of nanoclusters, which are homogeneous nuclei of crystalline phases that strengthen the structure of glass fiber. The introduction of domestic fiberglass with high performance characteristics will reduce import dependence in this industry and help increase competitiveness in the global market.