ซิลิกา (SiO2) มีบทบาทสำคัญและเป็นพื้นฐานอย่างยิ่งในอี-กลาสซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของคุณสมบัติอันยอดเยี่ยมทั้งหมดของแก้วอี (E-glass) กล่าวโดยง่าย ซิลิกาคือ "ตัวสร้างโครงข่าย" หรือ "โครงกระดูก" ของแก้วอี หน้าที่ของมันสามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่เฉพาะได้ดังต่อไปนี้:
1. การก่อตัวของโครงสร้างเครือข่ายแก้ว (หน้าที่หลัก)
นี่คือหน้าที่พื้นฐานที่สุดของซิลิกา ซิลิกาเป็นออกไซด์ที่สามารถก่อตัวเป็นแก้วได้ โครงสร้างรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า SiO4 ของมันเชื่อมต่อกันด้วยอะตอมออกซิเจนที่เป็นตัวเชื่อม ทำให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่ต่อเนื่อง แข็งแรง และไม่เป็นระเบียบ
- การเปรียบเทียบ:เปรียบเสมือนโครงเหล็กของบ้านที่กำลังก่อสร้าง ซิลิกาเป็นโครงสร้างหลักของโครงสร้างแก้วทั้งหมด ในขณะที่ส่วนประกอบอื่นๆ (เช่น แคลเซียมออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ โบรอนออกไซด์ เป็นต้น) เป็นวัสดุที่เติมเต็มหรือปรับเปลี่ยนโครงสร้างนี้เพื่อปรับประสิทธิภาพการใช้งาน
- หากปราศจากโครงสร้างซิลิกา สารที่มีสถานะเป็นแก้วที่เสถียรจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้
2. การให้ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม
- ความต้านทานไฟฟ้าสูง:ซิลิกาเองมีความคล่องตัวของไอออนต่ำมาก และพันธะเคมี (พันธะ Si-O) มีความเสถียรและแข็งแรงมาก ทำให้ยากต่อการแตกตัวเป็นไอออน โครงข่ายต่อเนื่องที่เกิดขึ้นจำกัดการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าอย่างมาก ทำให้แก้วอีมีค่าความต้านทานปริมาตรและความต้านทานพื้นผิวสูงมาก
- ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำและการสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ:คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของ E-glass มีความเสถียรมากที่ความถี่สูงและอุณหภูมิสูง ส่วนใหญ่เป็นเพราะความสมมาตรและความเสถียรของโครงสร้างเครือข่าย SiO2 ซึ่งส่งผลให้มีระดับการโพลาไรเซชันต่ำและการสูญเสียพลังงาน (การแปลงเป็นความร้อน) น้อยที่สุดในสนามไฟฟ้าความถี่สูง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเป็นวัสดุเสริมแรงในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และฉนวนไฟฟ้าแรงสูง
3. การรับประกันเสถียรภาพทางเคมีที่ดี
กระจกอี-กลาสมีความทนทานต่อน้ำ กรด (ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดฟอสฟอริกที่ร้อน) และสารเคมีได้ดีเยี่ยม
- พื้นผิวเฉื่อย:โครงสร้างเครือข่าย Si-O-Si ที่หนาแน่นมีกิจกรรมทางเคมีต่ำมากและไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำหรือไอออน H+ ได้ง่าย ดังนั้นจึงมีความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสและความต้านทานต่อกรดได้ดีมาก สิ่งนี้ช่วยให้วัสดุคอมโพสิตที่เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว E-glass สามารถรักษาประสิทธิภาพไว้ได้ในระยะยาว แม้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
4. มีส่วนช่วยให้มีความแข็งแรงเชิงกลสูง
แม้ว่าความแข็งแกร่งขั้นสุดท้ายของเส้นใยแก้วนอกจากนี้ยังได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปัจจัยต่างๆ เช่น ข้อบกพร่องบนพื้นผิวและรอยแตกขนาดเล็ก ความแข็งแรงตามทฤษฎีของวัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่มาจากพันธะโควาเลนต์ Si-O ที่แข็งแรงและโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ
- พลังงานพันธะสูง:พลังงานพันธะของพันธะ Si-O สูงมาก ซึ่งทำให้โครงสร้างแก้วมีความแข็งแรงทนทานเป็นพิเศษ ส่งผลให้เส้นใยมีแรงดึงและความยืดหยุ่นสูง
5. การมอบคุณสมบัติทางความร้อนที่เหมาะสม
- ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ:ซิลิกาเองมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก เนื่องจากทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลัก แก้วอีจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างต่ำเช่นกัน ซึ่งหมายความว่ามันมีเสถียรภาพทางมิติที่ดีในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และมีโอกาสน้อยที่จะเกิดความเครียดมากเกินไปเนื่องจากการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อน
- จุดอ่อนตัวสูง:จุดหลอมเหลวของซิลิกาค่อนข้างสูงมาก (ประมาณ 1723 องศาเซลเซียส) แม้ว่าการเติมออกไซด์ตัวช่วยในการหลอมเหลวอื่นๆ จะทำให้อุณหภูมิหลอมเหลวสุดท้ายของแก้วอีลดลง แต่แกนกลาง SiO2 ก็ยังคงทำให้แก้วมีจุดอ่อนตัวและความเสถียรทางความร้อนสูงเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของการใช้งานส่วนใหญ่ได้
ในกรณีทั่วไปอี-กลาสโดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบทางเคมีของแก้วจะมีซิลิกาอยู่ประมาณ 52%–56% (โดยน้ำหนัก) ทำให้ซิลิกาเป็นส่วนประกอบออกไซด์ที่มีปริมาณมากที่สุด และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติพื้นฐานของแก้ว
การแบ่งงานระหว่างออกไซด์ในแก้วอี:
- ซิโอ2(ซิลิกา): โครงกระดูกหลักให้ความมั่นคงทางโครงสร้าง ฉนวนไฟฟ้า ความทนทานต่อสารเคมี และความแข็งแรง
- อัล2โอ3(อลูมินา): ตัวสร้างและรักษาเสถียรภาพเครือข่ายเสริมช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางเคมี ความแข็งแรงเชิงกล และลดแนวโน้มการเกิดผลึกตกผลึก
- บี2โอ3(โบรอนออกไซด์): ตัวแก้ไขฟลักซ์และคุณสมบัติช่วยลดอุณหภูมิหลอมเหลวลงอย่างมาก (ประหยัดพลังงาน) พร้อมทั้งปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อนและไฟฟ้าให้ดีขึ้น
- CaO/MgO(แคลเซียมออกไซด์/แมกนีเซียมออกไซด์): ฟลักซ์และสารทำให้เสถียรช่วยในการหลอมเหลว ปรับความทนทานทางเคมี และคุณสมบัติการเกิดผลึก
วันที่เผยแพร่: 10 ตุลาคม 2568
