二氧化矽

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)
台北市立第一女子高級中學二年級魏瑀潔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃纖維是一種以二氧化矽為基本材料利用擠壓或拉長等技術形成半徑極為纖細似纖維的的玻璃複合材料。雖然利用溫度改變來加工玻璃的技術已經有數千年歷史,但是約於1890年代,玻璃製造者才研發出玻璃纖維並廣泛地應用在紡織業。

與一般纖維或聚合物比較,玻璃纖維不一樣的性質是玻璃纖維仍保留一些結晶性的玻璃結構,加熱軟化玻璃纖維與加熱玻璃有相似的性質。科學上嚴謹的定義玻璃屬於一種液體物質,與一般固體比較,隨著溫度之改變,玻璃或玻璃纖維都具有很大的黏度及黏度改變。

於1938年開始,Owens Corning公司的發明家羅素(Russell Games Slayter)發展出現在所用的玻璃纖維,當時的用途是絕緣體材料。

玻璃纖維是以二氧化矽SiO2為單元形成的三度網狀聚合物,其基本結構以矽原子為中心外接四個氧原子,形成一個十分地穩定的四面體的結構,每個氧被兩個矽原子所共用。一般而言玻璃纖維沒有真正的熔點,但大約在2000℃時會軟化,若冷卻速度太快時,二氧化矽的排列並會凌亂而無章法,結晶性較差。二氧化矽可以做出相當理想的玻璃纖維,但缺點是製造所需的溫度太高,所以常在其中摻入雜質來降低製造溫度。
中心原子矽與四個氧原子鍵結形成四面體結構:

 

玻璃纖維有幾個性質:

二氧化矽的性質

二氧化矽(Silicon dioxide)的性質
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師責任編輯

二氧化矽:自然界存在的二氧化矽稱為矽石,約佔地殼總質量的21%。二氧化矽分為晶態和無定形態兩大類。晶態的二氧化矽主要存在於石英礦中,常以石英、鱗石英(tridymite)和方石英(cristobalite)三種變體形式出現。某些石英礦有特殊的名稱,如大而透明的石英晶體叫水晶;紫水晶、瑪瑙和碧玉都是含雜質的有色晶體。砂子也是混有雜質的石英細粒。矽藻土和蛋白石則是無定型二氧化矽礦石,它們都是含不定量結晶水的二氧化矽SiO2∙nH2O。SiO2通過Si-O鍵形成三維網格的原子晶體。

二氧化矽的用途

二氧化矽(Silicon dioxide)的用途
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師責任編輯

二氧化矽的用途:石英在1900K時熔化成黏稠液體,冷卻時內部結構為SiO4四面體雜亂排列,結構呈無定形,冷卻時因黏度大不易再結晶,變成過冷 液體,稱為石英玻璃,熱膨脹係數很小,可以耐受溫度劇變,用以製造耐高溫的器具。石英還可以拉成絲,具有很高的強度與彈性,是製作光學纖維的原料。水晶可用作鏡片或光學儀器,瑪瑙和碧玉可以做裝飾寶石。矽藻土為多孔性物質,可以做工業用吸附劑和保溫、隔音材料。