Křemenná vlákna

Křemenná vlákna jsou výrobky se zvýšeným obsahem oxidu křemičitého (SiO2).[1]

Chemická vazba křemene

V závislosti na složení výchozí látky se dají křemenná vlákna rozdělit na dvě skupiny:

  • vlákna z kyseliny křemičité (s obsahem asi 80–99 % SiO2)
  • vlákna z čistého křemíku (nad 99 % SiO2)[2]

Vlákna z kyseliny křemičité

Výroba: Na vlákna z E skla se působí různými kyselinami (dusičná, sírová aj.), zbytek kyseliny se vypere, vlákna se osuší a navinou na cívky.

Vlastnosti: V textilii se může touto úpravou zvýšit obsah křemíku až na 99 %, výrobek snáší trvale teploty až 1200°C, má hustotu 2,2 g/cm3, tažnou pevnost 70 kp/mm2, modul 6200–7200 kp/mm2 a v ostatních chemicko-fyzikálních vlastnostech se neliší od textilií z čistého křemíku.[3]

Použití: příze (17–272 tex), tkaniny (200–600 g/m2)[4], šňůry, stuhy, hadice[5] [3]

Vlákna z čistého křemíku

Vlákna s obsahem nad 99 % SiO2 se vyrábějí suchým zvlákňováním z vodnaté skloviny.

  • Vlákna mají hustotu 2,2 g/cm3, tažná pevnost 70 kp/mm2, modul 6200–7200 kp/mm2.

Používají se většinou jako příze (17–272 tex) např. na izolace drátů.[3]

  • „Ultračistá“ křemenná vlákna (99,99 SiO2) se vyrábějí z preformy tzv. bezkontejnerovou technologií.[6]Výrobky snášejí vysoké teploty (do 1090°C), ultrafialové záření a radiaci světelných paprsků. Používají se většinou jako příze např. v kompozitech pro radomy na špicích letadel (ochrana proti poletujícím předmětům a proti statické elektřině).[1]

Preforma je skleněná trubice s průměrem 1–10 cm a délkou 1–2 m, která se používá pro přípravu ke zvlákňování u všech variant výroby vláken z čistého křemene. Do preformy pro optická vlákna se nanášejí dopovací látky (SiO4+BCl3, SiCl4+GeCl4 aj), kterými se po zahřátí dosáhne úprava úhlu zlomu světelných paprsků.[7] [8]

Celosvětová výroba preform na optická vlákna byla v roce 2016 zaznamenána s cca 15 tisíci tun (½ v Číně), do roku 2021 se počítalo se zvýšením na dvojnásobek.[9]

Optická vlákna

„Skleněné“ optické vlákno pro přenos dat s pomocí světelných paprsků na větší vzdálenosti sestává z jádra, pláště a ochranného obalu. Jádro a plášť jsou z čistého SiO2, obal z umělého plastu, obvykle z polyakrylu.[10]

Schéma vedení paprsku hlavními typy optického vlákna (jádro= svěle, plášť=modře)

Výroba

Do dutiny preformy se nanášejí dopovací plyny za současného zahřívání preformy posuvným hořákem až na 2000°C. Preforma se taví, tavenina se protahuje tryskou, vzniklá vláknina (jádro) se obaluje pláštěm s kontrolovanou tloušťkou výsledného vlákna. V poslední fázi se na vlákno nanáší ochranná vrstva z plastické hmoty a výrobek se navíjí na cívku.[11]

Výrobní linka se staví vertikálně v celkové délce 6–7 metrů, odváděcí rychlost dosahovala na začátku 21. století 200–800 m/min.[12]

Podle možného použití hotového vlákna se přizpůsobuje v preformě způsob dopování (skokem nebo kontinuálně) a průměry jádra a pláště vlákna (jedno- nebo vícevidové).

Na nákresu vpravo je znázorněno (shora dolů): vícevidové vlákno dopované skokem – vlákno dopované kontinuálně (gradientní) – jednovidové vlákno

Vícevidová vlákna se používají jen k přenosu dat na krátké vzdálenosti, jednovidová na vzdálenost několika desítek kilometrů.[13]

Cívka s cca 30 m jednoovidového vlákna (dopovaného erbiem). Vlákno je osvětlené laserem

Vlastnosti a použití

K hlavním parametrům patří: ztráta energie přenosem (u jednovidových vl. 0,2 dB/km = cca 4,5 % na km), numerická apertura, útlum, disperze

Použití: optická komunikace, laser, ampliony, senzory[14]

Literatura
  • Kießling/Matthes: Textil- Fachwörterbuch, Berlin 1993, ISBN 3794905466
  • Ulrich: Handbuch der chemischen Untersuchung der Textilfaserstoffe, Springer-Verlag 2013, ISBN  9783709178652

Související články

Skleněná textilní vlákna, Optické vlákno, Numerická apertura

Reference
  1. Glass Fibers [online]. ASM, 2001 [cit. 2020-07-01]. Dostupné online. (anglicky)
  2. Bertau/Müller/Fröhlich/Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie, John Wiley & Sons, 2013, ISBN 9783527330195, str. 492-497
  3. Selden: Glasfaserverstärkte Kunststoffe, Springer-Verlag 2013, ISBN 9783642868672, str. 271-272
  4. Kieselsäurefaser und Gewebe [online]. BB Chemicals, 2020 [cit. 2020-07-01]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2020-08-07. (německy)
  5. Textil-Stopfbuchspackung [online]. Texpack, 2020 [cit. 2020-06-20]. Dostupné online. (německy)
  6. Hofmeister: Containerless Processing, Tms 1993, ISBN 978-0873392020
  7. Ministructured Optical Fibers [online]. Elsevier, 2006 [cit. 2020-07-01]. Dostupné online. (anglicky)
  8. Meschede: Optik, Licht und Laser, Springer-Verlag 2008, ISBN 9783835101432, str. 13-14
  9. Global and China Optical Fiber  [online]. China BI Portal, 2005-2014 [cit. 2020-07-01]. Dostupné online. (anglicky)
  10. Bäuerle: Laser: Grundlagen und Anwendungen in Photonik, Technik, Medizin und Kunst, John Wiley & Sons 2012, ISBN 9783527661633
  11. Optical Fiber [online]. Advameg, 2020 [cit. 2020-07-08]. Dostupné online. (anglicky)
  12. Drawing Method of Optical Fiber [online]. FPO, 2005-06-21 [cit. 2020-07-02]. Dostupné online. (anglicky)
  13. Fibre Refractive Index Profiles [online]. IBM, 1998-11-09 [cit. 2020-07-02]. Dostupné online. (anglicky)
  14. Silica Fibers [online]. RP Photonics Encyclopedia, 20 [cit. 2020-07-01]. Dostupné online. (anglicky)
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.