Křemenná vlákna

Chemická vazba křemene

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

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]

Odkazy

Reference

  1. ↑ a b Glass Fibers [online]. ASM, 2001 [cit. 2020-07-01]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2021-05-25. (anglicky) 
  2. ↑ Bertau/Müller/Fröhlich/Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie, John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-33019-5, str. 492–497
  3. ↑ a b c Selden: Glasfaserverstärkte Kunststoffe, Springer-Verlag 2013, ISBN 978-3-642-86867-2, 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 v archivu pořízeném dne 2020-08-07. (německy) 
  6. ↑ Hofmeister: Containerless Processing, Tms 1993, ISBN 978-0-87339-202-0
  7. ↑ Ministructured Optical Fibers [online]. Elsevier, 2006 [cit. 2020-07-01]. Dostupné online. (anglicky) 
  8. ↑ Meschede: Optik, Licht und Laser, Springer-Verlag 2008, ISBN 978-3-8351-0143-2, 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 978-3-527-66163-3
  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) 

Literatura

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

Související články

Média použitá na této stránce

Erbium-doped fiber with green light.jpg
Autor: Ximeg, Licence: CC BY-SA 3.0
Tento soubor byl nahrán pomocí nástroje Commonist.
Silica.svg
The amorphous structure of glassy Silica (SiO2) in two-dimensions. (svg version)
Optical fiber types.svg
Autor: Mrzeon, Licence: CC BY-SA 3.0
Optical fiber types