Heißbruchmechanismen im Grenzbereich des Glasfaserziehvorganges

Abstract

Der Heißbruchmechanismus von E-Glasfasern, hergestellt nach dem Düsenziehverfahren, wurde bei einer sehr niedrigen und einer sehr hohen Düsentemperatur untersucht. Der Faserbruch wird im Grenzbereich des Faserziehvorganges durch langsame Steigerung der Ziehgeschwindigkeit ausgelöst, das abgerissene Faserende abgefangen und im Lichtmikroskop sowie im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Bei der niedrigen Düsentemperatur bestehen die Faserbruchenden nach einer zweimaligen Einschnürung über eine Länge von 1 bis 3 mm aus einem sehr dünn ausgezogenen Faden mit einem nahezu konstanten Durchmesser von etwa 50 bzw. 100 nm. Das Faserende selbst zeigt keine Bruchfläche, sondern eine konvexe Abschnürung. Dieser Zerreißvorgang wird mit der während der Einschnürung auftretenden Dissipationsenergie erklärt, durch die die Faser soweit aufgeheizt wird, daß es zu einem Sekundärziehprozeß nach Art des Stabziehverfahrens und schließlich zu einer Abschnürung auf Grund der Oberflächenspannung kommt. Gelegentlich tritt während der zweiten Einschnürung auch ein glatter Heißbruch auf, jedoch mit einer wesentlich geringeren Wahrscheinlichkeit. Demgegenüber zeigen die bei hoher Düsentemperatur gezogenen Fasern stets eine glatte Bruchfläche am Ende einer einmaligen Einschnürung, die über eine Strecke von 20 cm Länge erfolgt. Der Faserdurchmesser an der Bruchstelle beträgt etwa 100 nm, was zusammen mit der Ziehkraft auf eine an dieser Stelle herrschende Spannung führt, die als auslösendes Moment für den Bruch angesehen werden kann.

Hot fracture mechanisms in the limiting region of glass fibre drawing The hot fracture mechanism of Ε glass fibres drawn from nozzles at very low and very high nozzle temperatures was investigated. Fibre fracture was produced by slow increase of the drawing velocity and the broken fibres were examined in both optical and scanning electron microscopes. At low nozzle temperatures the broken ends of the fibre consist after a twofold constriction over a length of 1 to 3 mm of a very thin drawn filament with an almost constant diameter of 50 or 100 nm. The broken end of the fibre did not show a fractured surface but a convex habitus. This failure mechanism can be interpreted in terms of the energy of dissipation arising during necking by which the fibre is heated up so that a kind of secondary drawing out occurs followed by failure on account of surface tension. Occasionally a flat hot fracture occurs during the second necking but this is much less probable. In contrast fractures occurring at high drawing temperatures show a flat fracture surface at the end of a single neck occurring over a length of about 20 cm. The fibre diameter at the place of fracture is about 100 nm and the stresses produced here by the drawing force are sufficient to account for this kind of fracture.

Mécanismes de rupture à chaud d'une fibre de verre aux limites du domaine d'étirage Le mécanisme de rupture à chaud de fibres de verre Ε étirées a été étudié à une température très basse et très élevée de la filière. La rupture de la fibre se produit aux limites du domaine d'étirage lorsque l'on fait croître lentement la vitesse d'étirage. On étudie l'extrémité de la fibre rompue au microscope optique et au microscope électronique à balayage. Pour une faible température de la filière, les extrémités des fibres rompues après un double rétrécissement sur une longueur de 1 à 3 mm se composent d'un filament étiré très mince dont le diamètre est à peu près constant, de l'ordre de 50 ou 100 nm. L'extrémité de la fibre elle-ême ne présente pas de surface de fracture, mais un étranglement convexe. Cette rupture s'explique par l'apparifion, pendant le rétrécissement, d'une énergie de dissipation qui échauffe la fibre jusqu'à ce qu'il se produise un étirage secondaire pareil à celui du procédé de fabrication d'une tige, et finalement, un étranglement dû à la tension superficielle. Occasionnellement, il peut se produire également, lors du deuxième étranglement, une rupture à chaud, avec miroir de fracture, dont la probabilité est vraiment minime. Par ailleurs, les fibres étirées à température élevée de la filière présentent toujours une surface de fracture lisse après un seul rétrécissement, sur une longueur de 20 cm. Le diamètre de la fibre de verre au point de rupture est de 100 nm environ, ce qui, avec la force de traction, crée une contrainte à cet endroit que l'on peut considérer comme un moment déterminant dans le processus de rupture.