ફાઇબરગ્લાસના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરના રહસ્યો

જ્યારે આપણેફાઇબરગ્લાસ, આપણે ઘણીવાર ફક્ત તેમના દેખાવ અને ઉપયોગ પર જ ધ્યાન આપીએ છીએ, પરંતુ ભાગ્યે જ વિચારીએ છીએ: આ પાતળા કાળા કે સફેદ ફિલામેન્ટની આંતરિક રચના શું છે? આ અદ્રશ્ય સૂક્ષ્મ રચનાઓ જ ફાઇબરગ્લાસને તેના અનન્ય ગુણધર્મો આપે છે, જેમ કે ઉચ્ચ શક્તિ, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર અને કાટ પ્રતિકાર. આજે, આપણે ફાઇબરગ્લાસની "આંતરિક દુનિયા" માં ઊંડા ઉતરીશું અને તેની રચનાના રહસ્યો જાહેર કરીશું.

માઇક્રોસ્કોપિક ફાઉન્ડેશન: અણુ સ્તરે "અવ્યવસ્થિત ક્રમ"

અણુ દ્રષ્ટિકોણથી, ફાઇબરગ્લાસનો મુખ્ય ઘટક સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ છે (સામાન્ય રીતે વજન દ્વારા 50%-70%), તેના ગુણધર્મોને સમાયોજિત કરવા માટે કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ, મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ અને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ જેવા અન્ય તત્વો ઉમેરવામાં આવે છે. આ અણુઓની ગોઠવણી ફાઇબરગ્લાસની મૂળભૂત લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે.

સ્ફટિકીય પદાર્થો (જેમ કે ધાતુઓ અથવા ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકો) માં પરમાણુઓના "લાંબા અંતરના ક્રમ" થી વિપરીત, ફાઇબરગ્લાસમાં પરમાણુ ગોઠવણી દર્શાવે છે"ટૂંકા ગાળાનો ક્રમ, લાંબા ગાળાનો અવ્યવસ્થા."સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, સ્થાનિક વિસ્તારમાં (થોડા અણુઓની શ્રેણીમાં), દરેક સિલિકોન અણુ ચાર ઓક્સિજન અણુઓ સાથે બંધાય છે, જે પિરામિડ જેવું બનાવે છે."સિલિકા ટેટ્રાહેડ્રોન"રચના. આ સ્થાનિક ગોઠવણી ક્રમબદ્ધ છે. જો કે, મોટા પાયે, આ સિલિકા ટેટ્રાહેડ્રા સ્ફટિકની જેમ નિયમિત પુનરાવર્તિત જાળી બનાવતા નથી. તેના બદલે, તેઓ રેન્ડમ રીતે જોડાયેલા હોય છે અને અવ્યવસ્થિત રીતે સ્ટેક કરવામાં આવે છે, જેમ કે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સના ઢગલા આડેધડ રીતે ભેગા થાય છે, જે આકારહીન કાચનું માળખું બનાવે છે.

આ આકારહીન રચના એ વચ્ચેના મુખ્ય તફાવતોમાંનો એક છેફાઇબરગ્લાસઅને સામાન્ય કાચ. સામાન્ય કાચની ઠંડક પ્રક્રિયા દરમિયાન, અણુઓ પાસે નાના, સ્થાનિક રીતે ક્રમબદ્ધ સ્ફટિકો બનાવવા માટે પૂરતો સમય હોય છે, જે વધુ બરડપણું તરફ દોરી જાય છે. તેનાથી વિપરીત, ફાઇબરગ્લાસ પીગળેલા કાચને ઝડપથી ખેંચીને અને ઠંડુ કરીને બનાવવામાં આવે છે. અણુઓ પાસે પોતાને વ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવવાનો સમય નથી અને આ અવ્યવસ્થિત, આકારહીન સ્થિતિમાં "સ્થિર" થઈ જાય છે. આ સ્ફટિક સીમાઓ પર ખામીઓ ઘટાડે છે, જેનાથી ફાઇબર કાચના ગુણધર્મો જાળવી શકે છે અને સાથે સાથે વધુ સારી કઠિનતા અને તાણ શક્તિ પ્રાપ્ત કરે છે.

મોનોફિલામેન્ટ માળખું: "ત્વચા" થી "મુખ્ય" સુધી એક સમાન અસ્તિત્વ

આપણે જે ફાઇબરગ્લાસ જોઈએ છીએ તે વાસ્તવમાં ઘણા બધાથી બનેલું છેમોનોફિલામેન્ટ્સ, પરંતુ દરેક મોનોફિલામેન્ટ પોતે એક સંપૂર્ણ માળખાકીય એકમ છે. મોનોફિલામેન્ટનો વ્યાસ સામાન્ય રીતે 5-20 માઇક્રોમીટર (માનવ વાળના વ્યાસના લગભગ 1/5 થી 1/2) હોય છે. તેની રચના એક સમાન હોય છે."ઘન નળાકાર આકાર"કોઈ સ્પષ્ટ સ્તરીકરણ વિના. જોકે, સૂક્ષ્મ રચના વિતરણના દ્રષ્ટિકોણથી, સૂક્ષ્મ "ત્વચા-કોર" તફાવતો છે.

ચિત્રકામ પ્રક્રિયા દરમિયાન, સ્પિનરેટના નાના છિદ્રોમાંથી પીગળેલા કાચને બહાર કાઢવામાં આવે છે, ત્યારે હવાના સંપર્કમાં આવતાં સપાટી ઝડપથી ઠંડી પડે છે, જેનાથી ખૂબ જ પાતળો કાચ બને છે."ચામડી"સ્તર (લગભગ 0.1-0.5 માઇક્રોમીટર જાડા). આ ત્વચા સ્તર આંતરિક સ્તર કરતાં ખૂબ ઝડપથી ઠંડુ થાય છે"મુખ્ય."પરિણામે, ત્વચાના સ્તરમાં સિલિકોન ડાયોક્સાઇડનું પ્રમાણ કોર કરતાં થોડું વધારે હોય છે, અને અણુ ગોઠવણી ઓછી ખામીઓ સાથે વધુ ગાઢ હોય છે. રચના અને રચનામાં આ સૂક્ષ્મ તફાવત મોનોફિલામેન્ટની સપાટીને કોર કરતાં કઠિનતા અને કાટ પ્રતિકારમાં વધુ મજબૂત બનાવે છે. તે સપાટી પર તિરાડો પડવાની શક્યતા પણ ઘટાડે છે - સામગ્રીની નિષ્ફળતા ઘણીવાર સપાટીની ખામીઓથી શરૂ થાય છે, અને આ ગાઢ ત્વચા મોનોફિલામેન્ટ માટે રક્ષણાત્મક "શેલ" તરીકે કાર્ય કરે છે.

સૂક્ષ્મ ત્વચા-મુખ્ય તફાવત ઉપરાંત, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળાફાઇબરગ્લાસમોનોફિલામેન્ટના ક્રોસ-સેક્શનમાં ખૂબ જ ગોળાકાર સમપ્રમાણતા પણ હોય છે, જેમાં વ્યાસની ભૂલ સામાન્ય રીતે 1 માઇક્રોમીટરની અંદર નિયંત્રિત થાય છે. આ એકસમાન ભૌમિતિક રચના ખાતરી કરે છે કે જ્યારે મોનોફિલામેન્ટ પર ભાર મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે તણાવ સમગ્ર ક્રોસ-સેક્શનમાં સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે, સ્થાનિક જાડાઈની અનિયમિતતાને કારણે તણાવની સાંદ્રતાને અટકાવે છે અને તેથી એકંદર તાણ શક્તિમાં સુધારો થાય છે.

સામૂહિક માળખું: "યાર્ન" અને "ફેબ્રિક" નું ક્રમબદ્ધ સંયોજન

જ્યારે મોનોફિલામેન્ટ મજબૂત હોય છે, તેમનો વ્યાસ એકલા વાપરવા માટે ખૂબ જ બારીક હોય છે. તેથી, ફાઇબરગ્લાસ સામાન્ય રીતે a ના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે"સામૂહિક,"સૌથી સામાન્ય રીતે"ફાઇબરગ્લાસ યાર્ન"અને"ફાઇબરગ્લાસ ફેબ્રિક."તેમની રચના મોનોફિલામેન્ટ્સના ક્રમબદ્ધ સંયોજનનું પરિણામ છે.

ફાઇબરગ્લાસ યાર્ન એ ડઝનેકથી હજારો મોનોફિલામેન્ટ્સનો સંગ્રહ છે, જે બંને દ્વારા એસેમ્બલ કરવામાં આવે છે"વળવું"અથવા હોવું"અનિશ્ચિત."અનટ્વિસ્ટેડ યાર્ન એ સમાંતર મોનોફિલામેન્ટ્સનો છૂટો સંગ્રહ છે, જેની રચના સરળ હોય છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે કાચની ઊન, સમારેલા રેસા વગેરે બનાવવા માટે થાય છે. બીજી બાજુ, ટ્વિસ્ટેડ યાર્ન મોનોફિલામેન્ટ્સને એકસાથે વળીને બનાવવામાં આવે છે, જેનાથી કપાસના દોરા જેવું સર્પાકાર માળખું બને છે. આ માળખું મોનોફિલામેન્ટ્સ વચ્ચે બંધન બળ વધારે છે, તાણ હેઠળ યાર્નને ખુલતું અટકાવે છે, જે તેને વણાટ, વાઇન્ડિંગ અને અન્ય પ્રક્રિયા તકનીકો માટે યોગ્ય બનાવે છે."ગણતરી"યાર્નનો (મોનોફિલામેન્ટ્સની સંખ્યા દર્શાવતો સૂચકાંક, ઉદાહરણ તરીકે, 1200 ટેક્સ યાર્ન 1200 મોનોફિલામેન્ટ્સથી બનેલો હોય છે) અને"ટ્વિસ્ટ"(એકમ લંબાઈ દીઠ ટ્વિસ્ટની સંખ્યા) યાર્નની મજબૂતાઈ, સુગમતા અને ત્યારબાદની પ્રક્રિયા કામગીરી સીધી રીતે નક્કી કરે છે.

ફાઇબરગ્લાસ ફેબ્રિક એ શીટ જેવી રચના છે જે વણાટ પ્રક્રિયા દ્વારા ફાઇબરગ્લાસ યાર્નમાંથી બનાવવામાં આવે છે. ત્રણ મૂળભૂત વણાટ સાદા, ટ્વીલ અને સાટિન છે.સાદો વણાટકાપડ વાર્પ અને વેફ્ટ યાર્નના વૈકલ્પિક ઇન્ટરલેસિંગ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, જેના પરિણામે ઓછી અભેદ્યતા પરંતુ એકસમાન મજબૂતાઈ સાથે ચુસ્ત માળખું બને છે, જે તેને સંયુક્ત સામગ્રી માટે આધાર સામગ્રી તરીકે યોગ્ય બનાવે છે.ટ્વીલ વણાટફેબ્રિક, તાણા અને વેફ્ટ યાર્ન 2:1 અથવા 3:1 ના ગુણોત્તરમાં એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે, જેનાથી સપાટી પર એક ત્રાંસી પેટર્ન બને છે. તે સાદા વણાટ કરતાં વધુ લવચીક છે અને ઘણીવાર એવા ઉત્પાદનો માટે વપરાય છે જેને વાળવાની અથવા આકાર આપવાની જરૂર હોય છે.સાટિન વણાટતેમાં ઓછા ઇન્ટરલેસિંગ પોઈન્ટ હોય છે, જેમાં વાર્પ અથવા વેફ્ટ યાર્ન સપાટી પર સતત તરતી રેખાઓ બનાવે છે. આ વણાટ સ્પર્શ માટે નરમ હોય છે અને તેની સપાટી સુંવાળી હોય છે, જે તેને સુશોભન અથવા ઓછા ઘર્ષણવાળા ઘટકો માટે યોગ્ય બનાવે છે.

યાર્ન હોય કે ફેબ્રિક, સામૂહિક માળખાનો મુખ્ય ભાગ પ્રદર્શનમાં વધારો પ્રાપ્ત કરવાનો છે“૧+૧>૨”મોનોફિલામેન્ટ્સના ક્રમબદ્ધ સંયોજન દ્વારા. મોનોફિલામેન્ટ્સ મૂળભૂત શક્તિ પ્રદાન કરે છે, જ્યારે સામૂહિક માળખું સામગ્રીને વિવિધ સ્વરૂપો, લવચીકતા અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશનથી લઈને માળખાકીય મજબૂતીકરણ સુધીની વિવિધ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે પ્રક્રિયા અનુકૂલનક્ષમતા આપે છે.