Co to jest włókno szklane? Właściwości, rodzaje i zastosowanie

Włókno szklane to bardzo cienkie nici wyciągane ze stopionego szkła. Pojedyncze włókno ma średnicę zaledwie kilku–kilkunastu mikrometrów, czyli jest wielokrotnie cieńsze od ludzkiego włosa. Choć powstaje z tego samego surowca co szyba, zachowuje się zupełnie inaczej: jest elastyczne, a przy tym niezwykle wytrzymałe na rozciąganie. Dzięki temu stało się jednym z najważniejszych materiałów współczesnego przemysłu – od budownictwa i elektrotechniki, przez szkutnictwo i stomatologię, aż po trwałe donice ogrodowe. W tym artykule wyjaśniamy, jak powstaje, jakie ma właściwości i gdzie znajduje zastosowanie.

Z czego powstaje włókno szklane?

Podstawowym surowcem jest piasek kwarcowy, do którego dodaje się m.in. wapień, kaolin, dolomit i związki boru. Mieszankę topi się w piecu w temperaturze około 1400–1600°C. Płynna masa przepływa następnie przez dysze z setkami drobnych otworów, a wychodzące z nich strugi są szybko rozciągane i schładzane. Tak powstają ciągłe włókna elementarne.

Na tym etapie włókna pokrywa się preparacją – cienką warstwą, która chroni je przed ścieraniem i poprawia przyczepność do żywicy. Proces wytwarzania włókna szklanego kończy się nawinięciem go w postaci rowingu (wiązki równoległych włókien) albo dalszym przetworzeniem na przędzę, tkaniny, maty czy włókno cięte.

Rodzaje włókna szklanego

W zależności od składu szkła wyróżnia się kilka typów włókien:

• szkło typu E – najczęściej stosowane, ogólnego zastosowania; ma dobre właściwości izolacyjne i mechaniczne,
• szkło typu S – o podwyższonej wytrzymałości, wykorzystywane m.in. w lotnictwie i sporcie,
• szkło typu C – odporne na korozję chemiczną, stosowane w środowisku kwasów,
• szkło typu AR – odporne na alkalia, używane jako zbrojenie betonu.

Pod względem formy spotyka się z kolei rowing, maty z włókna ciętego, tkaniny, siatki i włókninę – każda z nich nadaje się do innej metody produkcji.

Właściwości włókna szklanego

To, co wyróżnia ten surowiec, to połączenie niewielkiej masy z dużą wytrzymałością. Najważniejsze cechy to:

• wysoka wytrzymałość na rozciąganie w stosunku do wagi,
• niski współczynnik rozszerzalności liniowej – materiał prawie nie zmienia wymiarów pod wpływem ciepła,
• niepalność i stabilność w wysokich temperaturach,
• odporność na korozję, wilgoć i większość czynników chemicznych,
• bardzo dobre właściwości izolacyjne – elektryczne i cieplne,
• odporność na gnicie, pleśń i szkodniki.

Ograniczeniem jest stosunkowo niska sztywność – moduł sprężystości jest niższy niż w przypadku włókna węglowego. Tam, gdzie liczy się przede wszystkim sztywność przy minimalnej wadze, na przykład w wyczynowym sprzęcie sportowym, częściej wybiera się karbon.

Jak powstają wyroby z włókna szklanego?

Gotowe elementy wytwarza się najczęściej metodą laminowania. W formie układa się kolejne warstwy maty lub tkaniny i nasyca je żywicą – ręcznie albo natryskiem. Po utwardzeniu powstaje sztywna, jednolita skorupa o grubości dobranej do obciążeń. Długie profile, takie jak pręty, kątowniki czy kraty, produkuje się metodą pultruzji, czyli przeciągania nasączonego rowingu przez podgrzewaną matrycę. Dzięki temu z jednego surowca można uzyskać zarówno cienkie, elastyczne panele, jak i masywne, wytrzymałe konstrukcje, a kształt wyrobu ogranicza właściwie tylko forma.

Czy włókno szklane to plastik?

Nie. Samo włókno szklane to szkło, czyli materiał mineralny. Mylące bywa to, że w praktyce rzadko występuje samodzielnie – najczęściej łączy się je z żywicą (poliestrową, epoksydową lub winyloestrową). Powstaje wtedy kompozyt nazywany laminatem lub GRP. Żywica spaja włókna i nadaje kształt, a włókna przenoszą obciążenia, podobnie jak stal w żelbecie.

Takiego laminatu nie należy mylić z typowym plastikiem formowanym wtryskowo. Wyroby z włókna szklanego są znacznie sztywniejsze, lepiej znoszą mróz i słońce oraz nie odkształcają się pod wpływem upału. W WOF nie produkujemy donic plastikowych. Różnice w przypadku donic opisaliśmy w artykule donice z włókna szklanego czy plastikowe.

Czy włókno szklane jest szkodliwe dla zdrowia?

Gotowy wyrób, w którym włókna są zatopione w żywicy, nie stanowi zagrożenia. Ryzyko pojawia się przy obróbce – cięciu, szlifowaniu czy wierceniu. Uwalniający się wtedy pył może podrażniać skórę, oczy i drogi oddechowe, dlatego podczas takich prac stosuje się rękawice, okulary i maskę przeciwpyłową. Codzienny kontakt z laminatem, na przykład z kadłubem łodzi czy donicą, jest bezpieczny.

Włókno szklane – zastosowanie

Dzięki swoim właściwościom materiał ten ma szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu:

• budownictwo – siatki do zbrojenia tynków, pręty kompozytowe, a w postaci wełny szklanej izolacja cieplna i akustyczna,
• elektrotechnika – podłoża płytek drukowanych i elementy izolacyjne,
• przemysł chemiczny – zbiorniki, rury i kraty odporne na korozję,
• transport i sport – kadłuby łodzi, elementy karoserii, łopaty turbin wiatrowych, deski surfingowe,
• stomatologia – wkłady koronowo-korzeniowe i szyny do stabilizacji zębów.

Włókno szklane w donicach ogrodowych

Te same cechy, które cenią inżynierowie, sprawdzają się w ogrodzie i na tarasie. Donica z laminatu jest lekka, więc nadaje się na balkony i dachy o ograniczonej nośności, a przy tym sztywna i odporna na mróz, wilgoć oraz promieniowanie UV. Nie koroduje i nie gnije, dlatego może stać na zewnątrz przez cały rok. Gładką powierzchnię maluje się na dowolny kolor z palety RAL lub NCS.

Materiał łatwo formować, dlatego powstają z niego zarówno klasyczne kształty, jak i donice na wymiar dopasowane do konkretnej wnęki czy balustrady. Gotowe modele znajdziesz w kategorii donice z włókna szklanego, a o tym, jak zachować ich wygląd na lata, przeczytasz w poradniku jak dbać o donice z włókna szklanego.

Podsumowanie

Włókno szklane to cienkie nici ze stopionego szkła, które w połączeniu z żywicą tworzą lekki, wytrzymały i odporny na warunki atmosferyczne kompozyt. Niepalność, odporność na korozję i dobre właściwości izolacyjne sprawiają, że wykorzystuje się je w budownictwie, przemyśle, transporcie, medycynie – i w trwałych donicach, które przez wiele sezonów zdobią ogrody, tarasy i przestrzenie publiczne.