Glasfasern

Glasfasern,

 

amorphe anorganische Fasern, die nach verschiedenen Verfahren aus geschmolzenem Glas gewonnen werden. Charakteristische Eigenschaften sind hohe Zugfestigkeit, chemische und thermische Beständigkeit, Lichtdurchlässigkeit sowie gutes Isoliervermögen gegen Wärme, Schall und Elektrizität. Bei Einwirkung von Feuchtigkeit vermindert sich die Zugfestigkeit. Glasfasern werden in Isolierfasern, Textilglasfasern und Lichtleitfasern unterteilt. Isolierfasern werden für den Schall-, Wärme- und Brandschutz verwendet; an sie werden nur geringe Reinheitsanforderungen gestellt. Textilglasfasern aus Aluminiumborosilikatglas mit weniger als 0,8 % Alkali (E-Glas, ursprünglich für elektrotechnische Zwecke) findet in Form von Matten, Geweben und Strängen aus parallelen Spinnfäden (Rovings) breite Anwendung für die Kunststoffverstärkung. Die Zugfestigkeit liegt mit 3 500 N/mm² wesentlich höher als die von Glasfasern aus alkalireichem A-Glas. Glasfasern aus chemisch besonders beständigem C-Glas mit hohem Borgehalt werden für den Oberflächenschutz und in der Filtertechnik (Filtertücher) verwendet. Dekorationsstoffe und Hitzeschutzkleidung aus Glasgewebe, auf speziellen Webmaschinen hergestellte Flächengebilde aus Textilglasfasergarnen und -zwirnen, zeichnen sich durch Unbrennbarkeit, Knitterfreiheit und Alterungsbeständigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Mikroorganismen aus. Ungünstig sind die Sprödigkeit und durch Faserbruchstücke bedingte Hautreizungen sowie die schlechte Anfärbbarkeit. - Das wichtigste Herstellungsverfahren für Textilglasfasern ist das Düsenziehverfahren, bei dem Endlosfäden (Glasfilamente) aus Düsen abgezogen werden, die sich am Boden eines Platin-Rhodium-Schmelzbehälters befinden. Beim Düsenblasverfahren werden aus Düsen austretende Schmelzeströme durch einen Gasstrom zerfasert. Nach diesem Verfahren können kurze Stapelfasern und Isolierfasern gewonnen werden, die als verfilztes Vlies ohne regelmäßige Anordnung (Glaswolle) Verwendung finden oder nach Zusatz von Bindemitteln zu Platten, Filzen, Schalen u. a. verformt werden. Um die Scheuerwirkung von Glas auf Glas und die Gefahr einer mechanischen Beschädigung zu vermindern, werden Schlichten (bei Filamenten) oder Schmälzmittel (bei Stapelfasern) auf die Glasfasern aufgebracht. Verwendet werden u. a. Stärke oder Dextrin zusammen mit Fetten und Ölen. - Glasfasern werden heute zunehmend als Ersatz für Asbest verwendet. Jedoch sind nur die Textilglasfasern gesundheitlich unbedenklich, die Isolierfasern (Glaswatte, -wolle) enthalten lungengängige Faserteilchen und bilden Stäube, die gesundheitsgefährdend sind.

 

Glasfasern für Lichtleiter (Lichtleitfasern) bestehen aus einem Glaskern, der von einem Mantel aus Glas mit etwas niedrigerer Brechzahl umgeben ist. Der Übergang der Brechzahlen erfolgt bei den technisch besonders wichtigen Gradientenfasern stufenlos. Für Lichtleitfasern wird eine sehr geringe Schwächung der Lichtwellen durch Absorption und Streuung gefordert. Extrem niedrige Dämpfung (weniger als 0,2 Dezibel pro km) haben Glasfasern aus reinem Quarzglas. Da Verunreinigungen (v. a. Hydroxidionen und Ionen der Übergangsmetalle) die Lichtabsorption erhöhen, werden an die Reinheit des Quarzglases sehr hohe Anforderungen gestellt. Die Dotierung mit Germaniumdioxid oder Phosphorpentoxid führt zur Erhöhung der Brechzahl, die mit Bortrioxid erniedrigt die Brechzahl. Hochreines synthetisches Quarzglas wird durch Verbrennung von Siliciumtetrachlorid (eventuell unter Zusatz von Chloriden der Dotierungselemente) in einer Knallgasflamme gemäß der Reaktion SiCl₄ + O₂ → SiO₂ + 2 Cl₂ hergestellt. Die entstehenden Quarzpartikel werden auf einem rotierenden Stab (VAD-Verfahren; VAD Abkürzung für englisch vapour phase axial deposition) oder auf der Innenseite eines Rohres (MCVD-Verfahren; MCVD Abkürzung für englisch modified chemical vapour deposition) aus Quarzglas abgeschieden. Die stabförmigen Vorformen werden am Ende aufgeschmolzen und zu einer Faser ausgezogen. Lichtleitfasern haben eine Dicke zwischen etwa 5 μm und 0,5 mm. Die Faserlänge hängt von der Größe der Vorform und damit vom Herstellungsverfahren ab. Sie kann mehr als 100 km betragen. Zum Schutz gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigung werden Glasfasern mit Kunststoffen (z. B. Silikonkautschuk), Metallen (Aluminium, Indium) oder Keramik (z. B. Siliciumnitrid) beschichtet.