Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

ных включений, которые могут явиться причиной возникновения трещин.

Высокая степень химической однородности стекломассы— необходимое требование для получения высокопрочного стеклянно­ го волокна.

Прочность стеклянного волокна в значительной степени за­ висит от способа его производства. Наибольшая прочность полу­ чена для волокон, вытянутых из расплавленного стекла фильерным способом и охлажденных с большой скоростью. Волокна, вытяну­ тые при помощи сжатого воздуха, менее прочны, чем вытянутые механическим путем. Более низкая прочность характерна для во­ локон, вытянутых из стеклянных штабиков (так же как и из кварце­ вых), что можно объяснить особенностями нагрева штабиков, при котором происходит кристаллизация стекла.

Быстрое охлаждение способствует получению волокна со сво­ бодной от напряжений однородной структурой и, следовательно, высокой прочностью.

Ряд исследователей допускают, что при формовании волокна в первую очередь охлаждается поверхностный слой луковицы, поэ­ тому он прежде, чем остальная масса луковицы, может достигнуть хрупкого состояния. Напряжения, которые испытывает стекломасса при формовании, концентрируются преимущественно в этом по­ верхностном слое. Во внутренней части луковицы стекломасса бо­ лее пластична, и напряжения в ней рассасываются быстрее. Возни­ кающие при вытягивании волокна напряжения достаточны для разрушения тончайшего поверхностного слоя в ослабленных мес­ тах. Таким образом, поверхностные дефекты возникают в процес­ се формования волокна в результате воздействия вытягивающих усилий.

Факторы, способствующие повышению скорости охлаждения волокна и получению однородной структуры,—уменьшение диа­ метра волокна, увеличение скорости твердения стекла, разность

103

100—120 мкм прочность снижается до 150 кгс/мм2. Следует отме­ тить, что максимальная для каждого диаметра волокна прочность может быть достигнута только при оптимальных технологических параметрах. Например, для волокон большего диаметра необхо­ димо обеспечить больший расход стекломассы. При увеличении диаметра волокна только за счет снижения скорости его вытяги­ вания получаются волокна пониженной прочности.

Интересные данные были получены при определении прочности волокон, отобранных между фильерами и замасливающим устрой­ ством и испытанных через несколько минут после выработки. Во­

выработки, диаметра волокна и длины образцов. Объясняется это отсутствием повреждений на поверхности отобранных таким обра­ зов волокон; при наличии дефектов структуры трещины образуют­ ся только при последующем абразивном воздействии волокон друг на друга во время намотки их на бобины или при воздействии дру­

ная при температуре ниже температуры отжига стекла, способст­ вует увеличению плотности стеклянного волокна до плотности мас­ сивного стекла. Этот процесс сопровождается сокращением объема волокна в одинаковом соотношении как по длине, так и по диа­ метру.

Коэффициент преломления стеклянных волокон. При изменении диаметра волокна от 36 до 4 мкм коэффициент преломления сни­ жается для волокон из алюмоборосиликатного стекла на 0,3%>

адля волокон из известково-натриевого стекла на 0,1%.

Модуль упругости стеклянного волокна. Этот показатель для

для волокон из известково-натриевого стекла. Термообработкой во­ локна можно увеличить модуль упругости волокна до значений, ха­

характеристик от диаметра волокна, сопоставленные с характери­ стиками массивного стекла, указывают на то, что структура стек­ лянного волокна отличается от структуры массивного стекла. Это*

104

объясняется особенностями процесса формования стеклянного во­ локна, способствующими фиксации в волокне высокотемпературной структуры расплава стекла.

Диаметр волокна устанавливается в зоне его формования; на всех дальнейших стадиях переработки стеклянного волокна он сохраняется постоянным.

ния волокна и (с точностью до 2—3%), связь между этими величи­ нами имеет вид

характер влияния технологических параметров на расход стекло­ массы с влиянием их на диаметр волокна.

Измерениями толщины стеклянных волокон было установлено, что диаметр волокна, вытянутого из одной фильеры, не остается по­ стоянным. Разнотолщинность стеклянного волокна наблюдалась во всех без исключения опытах и изменялась от 4 до 25%. Количест­ венно разнотолщинность волокна оценивалась величиной коэффи­ циента вариации С показателей, полученных при измерении диа­ метра волокон (см. главу 20).

Особенно интересными оказались результаты измерений диамет­ ра волокна по его длине, представленные на рис. 6.1, а и 6.1, б. Точки на рис. 6.1, а получены при измерении диаметра волокна через каждые 7,5 см. На рис. 6.1, б каждая точка — среднее из пяти значений диаметра, измеренного через 7,5 см. Полученные данные позволяют проследить за измерением диаметра волокна на большой длине; разнотолщинность волокна, по этим данным, со­ ставила 15%.

оба метода подтверждают пульсирующий характер процесса фор­ мования волокна, частота и амплитуда колебаний объема лукови­ цы в процессе формования совпадают с частотой (0,5—1 гц) мак­ симальных по амплитуде колебаний диаметра волокна по его дли­ не, т. е. колебания объема луковицы являются причиной колеба­ ний диаметра волокон.

Чтобы определить, как влияют колебания диаметра волокон на толщину нити, изучалась структура нити.

Структура стеклянной нити. Стеклянная нить представляет со­ бой пучок волокон, состоящий из отдельных непрерывных волокон.

105

Толщину нити выражают в тексах. Толщина в системе текс харак­ теризуется величиной массы m (в г), приходящейся на единицу длины Li (в км).

^Длина болокна, м

Толщина Т определяется по формуле

где L — длина, м.

Толщина нити зависит от среднего диаметра и количества не­ прерывных волокон в нити, от плотности стекла и содержания влаги и замасливателя.

106

Эта зависимость выражается уравнением

где Т — толщина нити, текс; г — средний радиус волокна, см; р — плотность волокна, г/см3; п — число волокон; k — коэффициент, учитывающий содержа­ ние замасливателя и влаги.

Из уравнения следует, что одинаковые по толщине нити могут состоять из волокон разного диаметра, если число волокон раз­ лично.

На кривых изменения массы 100-метровых отрезков нитей в ряде случаев были обнаружены плавные колебания массы с частотой менее 0,03 гц и амплитудой, достигающей 20% от средней массы. Такие колебания встречаются сравнительно редко (в 5—10% бо­

В ряде случаев составляющие колебаний с частотой 25—33 гц отсутствовали.

Сравнение спектра частот периодических колебаний массы от­ резков нитей и диаметра волокна показало их практически полное совпадение. Причина подобного совпадения была выявлена при изучении характера распределения волокна по диаметру в различ­ ных сечениях одной и той же нити. Установлено, что форма кривых распределения диаметра волокна значительно различается для различных сечений этой нити. На рис. 6.3 приведены кривые рас­ пределения волокна по диаметру для трех из одиннадцати проме­ ренных сечений нити (кривые с минимальной, средней и макси­ мальной ординатой). Разность наибольшего и наименьшего диа­ метров волокна в отдельных сечениях изменялась от 3,4 до 9,7 мкм при среднем диаметре волокна 6 мкм, а коэффициент вариации из­ менялся от 12 до 24%. Интересно то, что порядок величин коэффи­ циентов вариации диаметра одного волокна по его длине и раз­ ных волокон в сечении нити один и тот же, и, следовательно, разброс величин диаметров волокон в сечении нити, а также изме­

представляющей собой пучок волокон, диаметр каждого волокна периодически колеблется по его длине, независимо от других во­ локон, при этом колебания диаметра отдельных групп волокон сдвинуты по фазе.

107