Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

Прочность. Предел прочности определяется величиной нагруз­ ки, разрушающей образец, отнесенной к площади поперечного сечения образца. Предел прочности стекла при сжатии в зависи­

ного стекла — в 15—20 раз меньше предела прочности при сжатии и составляет всего 3,5—10 кгс/мм2.

На прочность стекла, особенно при растяжении, кроме хими­ ческого состава большое влияние оказывают состояние поверхнос­ ти, дефекты, степень отжига и т. д.

Наличие царапин на поверхности стекла может снизить его прочность в 5 раз. В зависимости от режима отжига прочность при изгибе уменьшается на 9—12%. В присутствии свилей она сни­ жается на 10—30%.

Электрические свойства. Из электрических свойств для стеклян­ ного волокна наиболее важным является электропроводность — способность пропускать электрический ток. При обычных темпе­ ратурах стекло не проводит ток, т. е. является диэлектриком, и поэтому применяется в качестве электроизоляционного материала. Выше температуры размягчения стекло начинает проводить элект­ рический ток и, следовательно, может быть расплавлено с помощью электрической энергии.

Удельное объемное электрическое сопротивление стекол (вели­ чина, обратная удельной электропроводности) при комнатной тем­

стекол объясняется тем, что электрический ток переносится в стек­ лах не электронами, как в металлах, а ионами, поскольку в стеклах

ны содержать минимальное количество окислов щелочных металлов.

Окислы щелочноземельных металлов при замене ими окислов щелочных металлов понижают электропроводность стекла, а при замене кислотных окислов — повышают ее.

В табл. 1.2 приведены некоторые свойства стекол, применяемых для производства стеклянного волокна.

Химическая стойкость. Способность стекла противостоять раз­ рушающему действию газов, паров и жидкостей называется хими-

Т а б л и ц а 1.2. Свойства стекол, применяемых для производства

стеклянного волокна

воды или растворов кислот, может быть нестойким по отношению « щелочным растворам или растворам других веществ.

Химическая стойкость силикатных стекол была детально изуче­ на И. В. Гребенщиковым. Он установил, что под действием воды или влаги воздуха силикаты, находящиеся на поверхности стекла, постепенно разлагаются. Силикаты щелочных металлов при этом образуют едкую щелочь и кремнезем. Щелочь в зависимости от условий разрушения может свободно вымываться или оставаться на поверхности. Кремнезем всегда остается на поверхности, обра­ зуя защитную кремнеземную пленку, которая препятствует сво­ бодному проникновению воды к стеклу и таким образом замедляет процесс дальнейшего разрушения.

Растворы кислот действуют на стекло, подобно воде.

Итак, скорость разрушения стекла определяется двумя факто­ рами: скоростью разложения силикатов и скоростью проникновения воды и продуктов разрушения стекла через защитную пленку. Наибольшая скорость разложения наблюдается для силикатов щелочных металлов, меньшая — для силикатов щелочноземельных металлов. Из последних наиболее стойки силикаты цинка, берил­ лия и кальция, менее стойки силикаты магния и стронция, доволь­ но легко разлагаются силикаты бария и свинца.

Химически стойки алюмосиликаты и боросиликаты, содержащие не более 12% В 2 0 3 . Силикаты циркония наиболее химически стой­ ки во всех средах.

34

Следовательно, к действию кислот и воды стойки стекла с низ­ ким содержанием щелочных и умеренным содержанием щелочно­ земельных окислов. Особенно повышают химическую стойкость ZnO, А12 0з, Т і 0 2 и Zr0 2 .

Следует иметь в виду, что щелочи способны растворять кремне­ зем, содержащийся в самом стекле. Поэтому при действии щело­ чей на стекло поверхностная защитная пленка не образуется и разрушение стекла происходит с постоянной скоростью вследствие растворения. Щелочные окислы, а также BaO, MgO, РЬО, Т І О 2 сни­ жают щелочестойкость, a AI2O3, и особенно ZrC^, повышают щелочестойкость стекол.

Химическая стойкость стекла резко понижается с увеличением поверхности изделий. Стеклянное волокно или порошок разруша­ ются во много раз быстрее, чем массивное стекло того же химичес­ кого состава. Поэтому для производства стеклянного волокна тре­ буются химически стойкие стекла.

Химическую стойкость стекол определяют порошковым мето­ дом. Для этого известное количество порошка исследуемого стекла обрабатывают в течение заданного времени (1—5 ч) соответствую­ щим раствором (обычно при температуре* 80—120 °Cj. О степени разрушения судят или по потере массы порошка, или по количест­ ву компонентов стекла, перешедших в раствор. Так определяется гидролитический класс стекла.

Метод испытания массивных образцов стекол более точен, чем порошковый метод. Образцы стекол обрабатывают кипящими раст­

соответствующую 5000 см2 поверхности, кипятят в течение 3 ч в

стеклянного волокна из стекла различного химического состава в различных средах.

35

Г Л А В А 2

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сырьевые материалы, применяемые для производства стеклян­ ного волокна, делятся на основные и вспомогательные. К основным относятся материалы, посредством которых в стекло вводятся окис­ лы, образующие стекло, а к вспомогательным — материалы, спо­ собствующие улучшению процесса варки стекла и его качества.

Основные материалы

Кварцевый песок. Этот материал служит для введения в стекло двуокиси кремния Si02 . В природе кварцевые пески распростра­ нены очень широко, однако не все они могут быть применены для производства стеклянного волокна. В большинстве случаев кварце­ вые пески сильно загрязнены окислами железа Fe2 03 и непригодны для варки стекла, так как интенсивно окрашивают стекло в жел­ то-зеленый цвет и ухудшают его однородность. Кроме того, окислы железа отрицательно влияют на устойчивость платинородиевого сплава фильерных питателей при выработке волокна.

Чистый кварцевый песок (98—99,5% Si02 ) постоянного соста­ ва с небольшими примесями железа встречается в природе доста­ точно редко. Примесями кварцевого песка наряду с железом обыч­ но являются тяжелые минералы (кианит, циркон, силлиманит, ру­ тил и др.).

Важным показателем качества кварцевых песков является их гранулометрический состав. Зерна кварцевых песков неоднородны, диаметр поколеблется от 0,1 до 2 мм и более*.

Гранулометрический состав песков даже одного карьера ни­ когда не бывает постоянным. Крупнозернистые пески (остаток на сите №045 составляет 8—15%) применять для производства стек­ лянного волокна нежелательно, потому что крупные зерна кварца трудно растворяются в стекломассе, а это может привести к ухуд­ шению однородности стекломассы и повышенной обрывности при

36

ангидрида в химически чистой борной кислоте, применяемой для варки стекла, 56,45%, а 43,55% составляет вода; содержание при­ месей в ней, как правило, ничтожно.

алюмоборосиликатном стекле одинаково и равно 1,2. Недостатком

вводится окись алюминия А12 0з. Он представляет собой мелкий белый порошок, содержащий 98,5—99,5% основного вещества; примеси составляют от 0,5 до 1,5%- К недостаткам глинозема сле­ дует отнести медленное растворение его при варке стекла.

Каолин служит для введения в стекло окиси алюминия А12 0з и двуокиси кремния Si02 . Он состоит преимущественно из минерала

плавких стекол, применяемых при производстве некоторых видов стеклянного волокна; он должен содержать минимальное количест­ во окислов железа и иметь постоянный химический состав.

Доломит используется для введения в стекло окиси магния MgO и окиси кальция СаО. Доломит — широко распространенная горная порода. По химическому составу он представляет собой двойной карбонат кальция и магния CaC03 -MgC03 , содержащий 30,5% СаО и 21,9% MgO; примесями являются двуокись кремния, окислы железа, алюминия. Поступающий на завод доломит (в виде кусков сероватого цвета) подвергается дроблению и размолу. Для производства стеклянного волокна используют доломит, содержа­ щий не более 0,2% Fe2 03 .

Известняк или мел служит для введения в стекло окиси каль­ ция СаО. Эти материалы представляют собой осадочную горную породу, в состав которой входит главным образом карбонат каль­ ция С а С 0 3 (СаО—56%, С 0 2 — 4 4 % ) . Основные примеси в извест­ няке: карбонат магния, алюмосиликаты, свободный кремнезем в виде кварца и окислы железа. В зависимости от наличия примесей известняк может быть окрашен в различные цвета от серовато-бе­ лого до бурого. Мел содержит значительно меньше примесей, чем известняк, но отличается высокой влажностью-—до 10—12%.

Карбонат натрия (сода) служит для введения в стекло окиси натрия Na2 0. По внешнему виду — это белый порошок с кажущей-

37