Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

Из них изготавливают корпуса и различные детали машин и ап­ паратов, электроарматуру (изоляторы, щитки, коллекторы и т. п.),. трубы для скрытой электропроводки.

Втопливной и химической промышленности их используют в виде труб, контейнеров, баков, сосудов; эти изделия отличаются высокой коррозионной стойкостью, малой массой и высокой проч­ ностью.

Врезультате применения стеклопластиков обеспечивается чис­

тота жидкостей и газов, исключается биологическое изменение воды. Баллоны из стеклопластиков выдерживают высокие давле­ ния.

Стеклопластики широко применяются в строительстве в ка ­ честве кровельных, облицовочных и гидро- и звукоизоляционных материалов, а также материалов для изготовления различных на­ весов, панелей, отдельных элементов несущих строительных кон­ струкций, архитектурно-строительных и санитарно-технических деталей и изделий. Особый интерес представляют трехслойные панели сотовой конструкции, светопрозрачные кровли и стеклопластиковая арматура для стеклобетонных конструкций, работаю­ щих в агрессивной среде. При использовании стеклопластиков значительно снижается вес стеновых и потолочных панелей, что позволяет облегчать фундамент и несущий каркас зданий. Стекло­

производят меньше шума, обладают большей ударной вязкостью. Вследствие низкой теплопроводности этих материалов салоны и кузова из стеклопластиков хорошо сохраняют тепло зимой и мень­ ше нагреваются летом, они пригодны для эксплуатации в аркти­ ческих и тропических условиях.

Стеклопластики применяют для изготовления корпусов неболь­ ших гребных, парусных и моторных морских и речных судов. Для крупных судов корпус конструируется с каркасом из металла или древесины. Корпуса судов из стеклопластиков лишены недостат­ ков, присущих корпусам из древесины или металлов: они не гниют,, не корродируют, мало поглощают влагу и хорошо противостоят действию морской воды.

На судах широко используются стеклопластиковые воздухово­ ды и трубопроводы для морской воды, крышки люков, двери, пере­ городки и т. д.

23,

Р А З Д Е Л I

ТЕХНОЛОГИЯ СТЕКЛА Д Л Я ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА

Г Л А В А 1

СТЕКЛО И ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ И СТРУКТУРА СТЕКЛА

По определению, данному комиссией по терминологии Акаде­ мии наук СССР, «стеклом называются все аморфные тела, полу­ чаемые путем переохлаждения расплава независимо от их хими­ ческого состава и температурной области затвердевания и обла­ дающие в результате постепенного увеличения вязкости механи­ ческими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жид­ кого состояния в стеклообразное должен быть обратимым».

Характерной особенностью любого стеклообразного расплава является отсутствие определенной температуры плавления, т. е. отсутствие точки перехода из жидкого состояния в твердое и об­ ратно. При понижении температуры расплава постепенно увели­ чивается его вязкость, он приобретает способность сохранять при­ данную ему форму, а затем превращается в твердое тело. Темпе­ ратурная область превращения стеклообразного расплава в твер­

Процесс плавления и затвердевания для стекол обратим. Если стекло расплавить, а затем охладить по заданному для этого стек­ ла режиму, оно вновь приобретет первоначальные свойства.

Стекла, как и все аморфные тела, изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Изотропность стекол объясняется тем, что они имеют в среднем однородную структуру.

До второй половины XIX в. считали, что стекло — это химиче­ ское соединение, которое можно выразить химической формулой.

Впервые представление о стекле как о сложной системе вы­ двинул Д. И. Менделеев, который считал стекло сплавом окислов, подобным металлическим сплавам переменного состава. Впослед­

современных представлений о строении жидкостей.

25

Ранее предполагалось, что жидкость по многим свойствам близ­ ка к газам. Изучение ряда свойств жидкостей, особенно вблизи тем­ ператур кристаллизации, показало, что соответствие жидкого и твердого состояния вещества больше, чем жидкого и газообраз­ ного состояния.

Наиболее убедительным подтверждением структурного подобия жидкого и твердого состояния являются рентгеноструктурные исследования веществ в обоих этих состояниях. Для объяснения результатов исследований пред­ ложено две теории. Одна рас­ сматривает структуру жидкости как скопление большого числа чрезвычайно малых сильно де­ формированных кристалликов (микрокристаллическая структу­ ра). Согласно второй теории ча­ стицы жидкости образуют непре­ рывную трехмерную сетку, в ко­ торой структурный порядок огра­ ничивается только соседними ча­ стицами, а по мере увеличения расстояния между частицами этот порядок нарушается. Обе теории приводят к результатам, одинако­ во хорошо согласующимися с

данными опытов.

Как и для жидкостей, для стекла существуют две основные гипотезы строения. Это кристаллитная гипотеза А. А. Лебедева (микрокристаллики в стекле на­ зываются кристаллитами) и гипо­ теза непрерывной сетки Захариасена (рис. 1.1). Следует отметить, что кристаллиты в стекле-—это

не обломки правильной кристаллической решетки, а чрезвычайно мелкие структурные образования, которые только в центре имеют структуру, близкую к нормальной кристаллической. По мере уда­ ления от центра кристаллита эта структура все более и более иска­ жается, и на границе соприкосновения двух кристаллитов она со­ вершенно беспорядочна.

Гипотеза непрерывной сетки не допускает наличия в стекле каких-либо кристаллитов. В соответствии с этой гипотезой струк­ тура стекла представляет собой непрерывную трехмерную сетку, подобную кристаллической, в узлах которой расположены ионы, атомы или группы атомов. Однако здесь расположение структур­ ных элементов в отличие от кристаллической решетки не упоря­ дочено, уже во взаимной ориентации ближайших соседей наблю-

26

даются некоторые искажения, а далеко отстоящие структурные элементы оказываются расположенными произвольно.

Структура стекла изучается электронно-микроскопическими и другими тонкими методами. Электронно-микроскопическими мето­ дами удалось обнаружить в стекле структурные образования раз­ мером 2—20 Â (10~7 мм), которые отличаются от остальной одно­ родной массы. Эти неоднородные включения могут быть как кри­ сталлитами, так и упорядоченными участками, наличие которых допускает теория непрерывной сетки.

Таким образом, пока еще нет достаточных данных, чтобы от­ дать предпочтение одной из гипотез.

Вероятность существования в стекле чрезвычайно мелких, раз­ личных по структуре областей (микрогетерогенная структура) подтверждается результатами исследований ряда свойств — элект­ ропроводности, вязкости и др. Микрогетерогенность структуры некоторых стекол используется в промышленности для получения высококремнеземистых стекол и волокон. Так, в натрийборосилнкатных стеклах можно растворить боронатриевую со­

2—4 нм), в которых и располагается боронатриевая составляющая. Так же получается -и кремнеземное волокно. После удаления из стеклянного волокна растворимой составляющей волокна нагрева­ ют до высокой температуры, лоры закрываются и получаются однородные волокна с большим содержанием Si02 .

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТЕКОЛ ДЛЯ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА

Состав стекла нельзя выразить химической формулой. Стекло представляет собой сплав различных окислов, взятых в различных

теризуются очень высоким электрическим сопротивлением и при­ меняются в качестве изоляционных материалов; сопротивление щелочных стекол в несколько сот раз меньше и с повышением температуры снижается еще больше. Так как значительные ко­ личества стеклянных волокон используются для производства электроизоляционных материалов, основным видом стекла для про­ изводства стеклянного волокна является бесщелочное стекло типа «Е». Щелочные стекла применяют для изготовления фильтроваль­ ных тканей, в качестве химически стойких материалов, для произ-

27

іводства стеклопластиков и других целей. Химические составы стекол, применяемых в производстве стеклянного волокна, пред­ ставлены в табл. 1.1.

* Д л я щелочных стекол

Кроме указанных в табл. 1.1 окислов почти все стекла содер­ жат 0,2—1,0% фтора, так как в шихту добавляют плавиковый шпат.

Выдержать точно заданный состав стекла очень трудно. Хими­ ческий состав сырья для варки стекла непостоянен. Некоторые компоненты стекла уносятся с пылью и улетучиваются при варке; потери колеблются в зависимости от условий варки. Поэтому для каждого состава стекла в определенных пределах допускаются отклонения от заданного (см. табл. 1.1).

СВОЙСТВА СТЕКОЛ в жидком состоянии

Кристаллизационная способность. Склонность стекла к крис­ таллизации называется кристаллизационной способностью. Стек­ ломасса при охлаждении в определенных условиях может закристаллизовываться. Появление кристаллов в стекломассе нарушает процесс выработки изделий, а попадание их в изделия приводит к появлению брака. Для -каждого стекла существует определенный температурный интервал, в пределах которого стекло нельзя дол­ го выдерживать, если хотят избежать его кристаллизации. Поэтому при выработке изделий нужно, чтобы стекломасса в процессе фор­ мования быстро охлаждалась до температуры ниже опасной зоны кристаллизации.

28