ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 173
Скачиваний: 1
деляется главным образом диаметром фильер и расходом стекло массы. При постоянном расходе стекломассы и одинаковых усло виях ее охлаждения в подфильерной зоне сравнительная скорость твердения стекломассы может характеризоваться только кривой
вязкости |
стекла, |
тангенс |
угла наклона |
которой |
в координатах |
l g T ) — 1 / т |
может |
служить |
количественной |
оценкой |
скорости твер |
дения. Чем круче кривая, тем больше скорость твердения и расход стекломассы для данного стекла, и для получения одинаковой по толщине нити потребуется меньший диаметр фильер.
При введении в составы стекол красящих окислов, например 1—3% СоО, достигнуто уівел-ичениэ скорости твердения и расхода стекломассы.
Данные о неровноте нитей, выработанных в сопоставимых |
усло |
||
виях на одном |
и том же сосуде из |
стандартного бесщелочного |
|
и нейтрального |
стекла, представлены |
на рис. 7.2 (кривые 1 |
и 3). |
Из рисунка видно, что неровнота нити, выработанной из бесщелоч ного стекла, значительно ниже, чем для нити из нейтрального стекла. Обрывность также ниже в 1,5 раза. Таким образом, при повышении скорости твердения стекла расход стекломассы увели чивается, а разнотолщинность и обрывность волокон уменьшаются, т. е. устойчивость процесса формования возрастает.
5 |
6 |
7 |
8 |
• Температура, |
|
у-!0*°/< |
Рис. 7.1. Зависимость вязкости стек
ломассы |
от температуры: |
|
/ — бесщелочное |
стекло; |
2 — нейтральное |
стекло; 3 — нейтральное |
с добавками V2O5. |
Рис. 7.2. |
Неровнота нити для стекол |
|||
с разным |
поверхностным натяжением: |
|||
/ — нейтральное |
стекло |
(ѵ=320 |
дин/см); |
|
2 — нейтральное |
стекло |
с |
д о б а в к а м и |
|
V2O5 (Y=280 динісм); 3 — бесщелочное стек |
||||
|
л о |
(ѵ=320 |
дин/см). |
|
Заметное влияние на процесс формования непрерывного стек лянного волокна оказывает поверхностное натяжение стекла, вели чина которого определяет работу, затрачиваемую на образование
новой поверхности |
при истечении |
стекломассы |
через |
фильеры |
и при вытягивании |
волокна. Так как на образование |
новой |
поверх |
|
ности при истечении стекломассы |
через фильеры частично затра |
|||
чивается работа, |
совершаемая статическим давлением |
расплава |
||
в сосуде, то и расход стекломассы |
в некоторой степени зависит от |
114
поверхностного натяжения |
стекла — он увеличивается с уменьше |
|
нием поверхностного натяжения. |
|
|
Поверхностное натяжение стандартного бесщелочного |
стекла |
|
в интервале температур |
1235—1310 °С составляет ~300 |
дин/см. |
При понижении температуры поверхностное натяжение медленно
возрастает, |
а затем резко увеличивается в аномальном интервале |
температур, |
достигая при комнатной температуре — 1200 дин/см. |
Поверхностное натяжение различных по составу стекол при темпе ратуре 1250 °С изменяется в пределах 270—360 дин/см.
ТВердое тело
Рис. 7.3. Краевой угол смачивания Ѳ жидкостью твер дой подложки.
Влияние поверхностного натяжения стекла на процесс формо вания волокна изучалось для двух нейтральных стекол, близких по составу и вязкостным характеристикам и различающихся на 11% по величине поверхностного натяжения (в одно из стекол до бавлялось поверхностно-активное вещество V2O5). Данные о неровноте нитей, выработанных в одинаковых условиях из этих стекол (см. рис. 7.2, кривые 1 и 2), свидетельствуют о том, что снижение поверхностного натяжения стекла уменьшает разнотолщинность волокна. Обрывность волокон, вырабатываемых из стекла с мень шим поверхностным натяжением, также оказалась почти вдвое ниже.
С понижением поверхностного натяжения стекла существеннс усиливается смачиваемость стекломассой металлических подложек. Согласно теории смачивания жидкость растекается, если взаимо действие между частицами жидкости на поверхности капли меньше сил взаимодействия частиц жидкости и твердого тела, на котором смачивание происходит, и наоборот. Степень смачивания может быть описана величиной угла смачивания, образующегося между твердой поверхностью и касательной к поверхности жидкости в точ ке пересечения (рис. 7.3).
Смачивание платины бесщелочным и нейтральным стеклами при нагреве их плавно увеличивается. При температуре 850 °С для бес щелочного стекла и 900 °С — для нейтрального степень смачивания резко возрастает (cos Ѳ меняет знак плюс на минус); при даль нейшем нагреве стекол до 1200°С смачиваемость снова медленно увеличивается. Для бесщелочного стекла угол смачивания умень шается от 40 градусов при температуре 950 °С до 18 градусов при температуре 1200 °С. Для нейтрального стекла уюл смачива-
8* |
115 |
ния соответственно снижается от 56 градусов до 31 градуса. Сма чивающая способность стекла в значительной степени зависит от среды, в которой происходит смачивание, и материала подложки. В атмосфере азота, водорода, двуокиси углерода и водяных паров силикатные и борные стекла вообще не смачивают поверхности пла тины. В присутствии следов кислорода расплавленное стекло не медленно растекается по всей поверхности металла. Полагают, что на платине в атмосфере кислорода образуется пленка, способствую щая растеканию стекла. Влияние металлической подложки и соста ва стекла на смачиваемость фильерной пластины расплавленной стекломассой учитывается при разработке новых составов стекол для стеклянного волокна и новых материалов для стеклоплавиль ных сосудов.
При сильном смачивании на нижнем срезе фильер не образуют ся капли, стекломасса ползет вверх по фильерам и растекается между ними по пластине, происходит затекание фильерной пла стины стекломассой, в результате чего возрастает время, затрачи ваемое оператором на заправку волокон, и усложняется обслу живание установки. Фильерная пластина, затекшая однажды, значительно легче затекает повторно. Кроме того, фильера, покры
тая пленкой |
стекла, теряет больше тепла в окружающую среду |
и становится |
холоднее чистых фильер; при этом расход стекломас |
сы через фильеры уменьшается. Для снижения смачиваемости в процессе формования волокон необходимо снижать температуру стекломассы и фильерной пластины и регулировать температуру воздушной среды, окружающей фильеру и луковицу. Это дости гается удалением керамической изоляции сосуда на расстояние 5—10 мм от фильерной пластины, а также применением дополни тельных охлаждающих устройств.
Качество стекломассы •— постоянство химического состава, сте пень осветления, однородность, наличие или отсутствие включений (свиль, кристаллы, воздушные и газовые пузыри) — во многом определяет характер процесса формования и свойства стеклянного волокна.
От технологических режимов варки стекла в стекловаренной печи и выработки стеклянных шариков зависит количество газов, растворенных в шариках, и та температура, при которой растворен ные газы начинают выделяться из стекла. Так как максимальная температура в стеклоплавильном сосуде близка к температуре вы работки шариков, в случае выработки волокна при повышенной тем пературе или из плохо осветленной стекломассы наблюдается вспе
нивание ее в сосуде. При этом сразу же выключается |
система |
загрузки стеклянных шариков и уменьшается напор |
стекло |
массы. |
|
Газовые включения в виде «мошки», содержащиеся в стеклян ных шариках, почти не увеличивают обрывности волокна. Они вытягиваются вдоль оси волокна, образуя микрокапилляры.
116
При вытягивании волокна из шариков, содержащих грубую (ви димую) свиль, процесс формования нарушается частыми обрывами волокон. Повышенная обрывность объясняется тем, что свиль спо собствует образованию участков стекломассы с различной вяз костью, и эти участки распределяются по всему объему сосуда. Установлено, что при наличии в стекломассе грубой, редко распо ложенной свили наблюдается меньше обрывов, чем при наличии тонкой, но часто расположенной свили.
Стеклянные шарики, изготовляемые в промышленном масштабе, не содержат грубой свили; тонкую свиль можно обнаружить только при просмотре хорошо отожженных шариков под полярис копом. Сортировкой отожженных шариков под полярископом были получены три партии шариков, различающиеся по степени свильности. Данные об обрывности волокон и неровноте нити для этих партий шариков представлены на рис. 7.4. Из рисунка видно, что
увеличение степени химической |
|
|
|
|
|
|||||||
неоднородности |
стекла |
приво |
|
|
|
|
|
|||||
дит |
к повышению |
обрывности |
|
|
|
|
|
|||||
и |
разнотолщинности |
|
волокна, |
|
|
|
|
|
||||
т. е. к снижению |
устойчивости |
|
|
|
|
|
||||||
процесса |
формования |
|
непре |
|
|
|
|
|
||||
рывного |
стеклянного |
|
волокна. |
|
|
|
|
|
||||
|
Следует отметить, |
|
что во |
|
|
|
|
|
||||
локна, полученные из |
одинако |
|
|
|
|
|
||||||
вых |
по |
однородности |
стекол, |
|
|
|
|
|
||||
сваренных в различных |
ванных |
|
|
|
|
|
||||||
печах, могут резко |
различаться |
Рис. 7.4. Зависимость иеровиоты нити |
||||||||||
по |
обрывности. |
Это |
означает, |
|||||||||
что |
химическая |
|
однородность |
и обрывности волокон |
от |
степени |
||||||
стекла является |
только одной |
|
однородности стекла: |
|||||||||
а |
стекло |
отожженное, |
беі |
свили; |
||||||||
из |
|
характеристик, |
влияющих |
6 |
— стекло |
отожженное, |
нслкребраніюе; |
|||||
на обрывность волокон. К дру |
|
е — стекло отожженное, |
со свилью. |
|||||||||
гим |
характеристикам |
могут |
|
|
|
|
|
быть отнесены, например, степень микронеоднородности структуры стекла, количество и состав растворенных газов и т. д.
Таким образом, на процесс формования непрерывного стеклян ного волокна влияют физико-химические свойства стекла, и это сужает границы составов стекол, применимых для выработки стек лянного волокна. Для получения волокна целесообразно использо вать стекла с пониженным поверхностным натяжением и высокой скоростью твердения. Технологический процесс варки стекла дол жен обеспечивать отсутствие свили, видимой в отожженном стекле под полярископом. Повышенные требования предъявляются к ста бильности режима варки стекла и к постоянству химического со става стекол.
Г Л А В А 8
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ
НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
•
ПЛАВЛЕНИЕ СТЕКЛА И ПОДГОТОВКА ЕГО К ФОРМОВАНИЮ В СТЕКЛОПЛАВИЛЬНОМ СОСУДЕ
Плавление стекла и подготовка его ік формованию происходят в стеклоплавильных сосудах. Стандартный промышленный стекло плавильный сосуд (рис. 8.1) представляет собой малогабаритную
г
Рис. 8.1. Стеклоплавильный |
сосуд: |
|
|
/ — боковая стенка; 2 — крышка; 3 — загрузочная |
трубка; |
4 — уровнемерная трубка; |
5 — эк |
ран; 6 — токоподвод; 7 — ф и л ь е р н а я пластина; |
8 — фильера; 9—фильтрующая |
сетка; |
|
10 — торцевая |
стенка. |
|
|
(емкостью 2—5 л) электрическую печь сопротивления, изготовлен ную из сплава драгоценных металлов, главным образом из плати ны и родия. Корпус сосуда состоит из боковых 1 и торцевых стенок, крышки 2 с загрузочными трубками 3 и уровнемерной трубкой 4. Снизу сосуд ограничен фильерной пластиной 7 с фильерами 8. Внутри сосуда имеются экраны 5 и фильтрующая сетка 9. Про
мышленные стеклоплавильные |
сосуды могут иметь 100, 200, 400 |
или 800 фильер. Конструкция |
стеклоплавильного сосуда должна |
обеспечивать: 1) достаточную механическую прочность элементов, особенно фильерной пластины, в течение предусмотренного срока службы сосуда (до одного года); 2) равномерность разогрева фильерной пластины; 3) необходимое распределение температур стекломассы по высоте сосуда; 4) устранение влияния загрузки хо
лодных стеклянных |
шариков на производительность установки; |
5) высокое качество |
нити. |
Стеклоплавильный сосуд разогревается электрическим током си лой 1500—5500 а при напряжении 2—5 в. Наиболее высокую тем пературу имеет крышка сосуда— 1300—1450 °С, а наименьшую фильерная пластина— 1150—1250°С.
118