DEVIATIONS OF STRUCTURE BETWEEN BULK AND FIBER GLASSES

Résumé
Les fibres de verre de silicate et de verre métaphosphate fabriquées par étirage ont été étudiées par rapport aux propriétés structurelles en comparaison du verre massif. Les paramètres de fabrication - la température de la filière, le débit de masse et la vitesse d'étirage - ont été variés sur une grande plage de valeurs. Les propriétés suivantes ont été examinées : la densité des fibres, la dilatation et la biréfringence optique des fibres. Toutes les propriétés des fibres de verre montrent les déviations caractéristiques du verre massif et elles dépendent fortement des paramètres de fabrication. Ce sont principalement la grande vitesse de refroidissement et l'effort de traction au niveau des fibres naissantes qui déterminent la structure des fibres de verre. La vitesse de refroidissement - jusqu'à 10⁵ K/s - dans le domaine de la température de transformation produit un effet isotrope dans le réseau vitreux avec une température fictive élevée. L'effort de traction forme un réseau vitreux figé anisotrope dans les fibres de verre de silicate. En outre les fibres de verre métaphosphate montrent une orientation des chaînes révélée par la biréfringence optique pratiquement de deux ordres de grandeur plus élevé que pour les fibres de verre de silicate. La dilatation et la densité montrent la même dépendance en fonction des paramètres de fabrication pour les deux types de fibres.

Abstract
Fibers from a silicate and a metaphosphate glass, produced by the nozzle drawing process are investigated with respect to their structural properties compared with bulk glass. The drawing parameters - nozzle temperature, mass flow and drawing speed - are varied in a wide range. The following properties are investigated : fiber density, thermal expansion-contraction-behaviour and optical birefringence. All these properties show characteristic deviations from the bulk glass values depending strongly on the drawing parameters. The fiber structure is mainly determined by the extreme high cooling rate and by the drawing stress acting on the gob during the fiber drawing process. The cooling rate up to 10⁵ K/s in the glass transition range causes an isotropic effect on the glass network with an open structure corresponding to high fictive temperatures. The drawing stress leads to an anisotropic frozen-in network structure in the case of silicate glass fibers ; the metaphosphate glass fibers show additionally an orientation of chains indicated by the optical birefringence, which is nearly two orders of magnitude larger than that of the silicate glass fibers. On the other hand, the thermal expansion and density behaviour show nearly the same dependence on the drawing parameters for both glass fiber types.