Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

шаться в сборном лотке, и это неизбежно будет влиять на стабиль­

ностью волокон в зоне формования, в узле замасливания, а также равномерностью диаметра волокна по его длине. Процесс фор­ мования стеклянных волокон в некоторых случаях самопроизволь­ но прекращается. В конце пятидесятых годов обрывность состав­ ляла до 50 обрывов на килограмм вырабатываемого волокна и являлась основным тормозом на пути повышения производитель­ ности установок. В настоящее время она составляет 0,5—3 обрыва на килограмм волокна и влияет не столько на производительность оборудования, сколько на производительность труда операторов, препятствуя увеличению зоны обслуживания.

Струйка стекломассы, вытекающая из фильеры, непрерывно и постепенно утоняясь и охлаждаясь, превращается в хрупкое во­ локно. Напряжения, развивающиеся в стекломассе при формова­ нии, значительно ниже предела прочности при растяжении как для вязких участков луковицы, так и для волокна. При стабильных ус­ ловиях формования процесс вытягивания может продолжаться неограниченно долго. Обрыв наступает в момент, когда напряже­ ния в силу каких-либо обстоятельств возрастают и превышают предел прочности при растяжении вязкой струи или волокна в од­ ном из сечений. В зависимости от места, где он происходит, обрыв носит либо деформационный (вязкий), либо хрупкий характер.

При деформационном разрушении струи (обгорании волокна) происходит постепенное уменьшение ее сечения вплоть до разры­ ва. Деформационное разрушение может начаться также с образо­ вания пережима в зоне максимальных температур луковицы и по­ следующего утонения сечения верхнего участка шейки. Первый вид обгорания волокна происходит в начальный момент намотки

где — радиус луковицы, при котором начинается образование пережима; остальные обозначения соответствуют принятым в уравнении (5.12).

100

Возможность обгорания снижается при уменьшении вязкости, поверхностного натяжения, скорости деформации стекломассы, кри­ визны и диаметра сечения луковицы с максимальной температурой стекломассы, а также при возрастании формующего усилия.

Изменение перечисленных параметров в нужном направлении обычно достигается снижением температуры окружающей среды и радиуса фильер и увеличением расхода стекломассы.

Хрупкое разрушение происходит в сформованном волокне при вязкостях выше 107 пз в момент, когда напряжения, развивающие­ ся в волокне, превышают предел прочности при растяжении о к р . Разрушение происходит в две стадии: образование трещины и рост

процесс формования протекает без обрывов, если же они прихо­ дятся на участки с большой вязкостью, может произойти обрыв. Основным фактором, способствующим созданию условий хрупкого разрушения, является резкое повышение скорости охлаждения стекломассы либо в результате снижения температуры или повы­ шения скорости движения воздушной среды, либо при прохождении через зону формования объема стекломассы, отличающегося вы­ сокой скоростью твердения (химически неоднородная стекломас­ са). При прохождении через зону формования инородных включе­ ний (камня, крупных газовых пузырей, свили) луковица на корот­ кий период времени удлиняется, так как утонение струи ограниче­ но размерами включения. Утонение стекломассы происходит в этом случае при более низких температурах окружающей среды. Диа­ метр волокна на короткий период резко возрастает (при сохране­ нии высоких скоростей вытягивания). Структурные дефекты, кото­ рые более или менее равномерно распределены по стекломассе, скапливаются около включений, создавая высокие местные напря­ жения, которые могут оказаться достаточными для образования

повышенной обрывности при использовании стекломассы с ино­ родными включениями. После подобных обрывов образуются кап­ ли с хвостиком, «а конце которого имеется утолщение. Для пред­ отвращения таких обрывов требуется более высокая степень хи­ мической однородности стекломассы.

Расчеты показали значительное влияние температуры среды, окружающей луковицу, на температурное поле луковицы и, сле­ довательно, на скорость деформации волокна и его обрывность.

101

При измерении температуры воздушной среды в подфильерной зо­ не было установлено, что термический режим в ней весьма неста­ билен. Температура среды, окружающей луковицу, меняется с из­ менением скорости вытягивания, при перезаправке бобин, при

Обрыву волокна предшествует резкое уменьшение или увели­ чение расхода стекломассы. Скоростной киносъемкой процесса формования волокна было показано, что изменение расхода стек­ ломассы в 1,5—2 раза, происходящее в результате пульсирующего характера истечения стекломассы из фильер, не приводит к обры­ ву волокон. Однако вполне вероятно, что колебания объема луко­ виц и расхода стекломассы в отдельных случаях могут быть более значительными. При максимальных отклонениях возможно созда­

Волокно, получаемое из стекломассы, отличается от массивного стекла гибкостью и высокой механической прочностью. Изменя­

зависит от состава стекла, способа формования и диаметра во­ локна.

Прочность стеклянного волокна. В соответствии с существую­ щими представлениями прочность стеклянного волокна определя­ ется степенью дефектности его поверхностного слоя. Дефекты в виде трещин образуются на поверхности волокна в результате концентрации дефектов структуры стекла — «трещин Гриффита». Основным фактором, определяющим прочность волокна, является частота и распределение трещин, а не их относительная «серьез­ ность». Главную роль в образовании и распределении трещин иг­ рает «термическая история» стеклянного волокна, которая охваты­ вает условия варки стекла и изготовления стеклянных шариков и формования волокна. Режимы варки стекла и выработки стеклян­ ных шариков определяют степень его микронеоднородности, на­ личие структурных образований кристаллического типа, инород-

102