История стеклоделия

 Стекло  — один из первых материалов, освоенных  человеком. Этот промысел возник более трех тысячелетий назад. В Древнем Египте в гробницы фараонов укладывали сопутствующие  могущественным властителям  при жизни изделия  из стекла — посуду, украшения. В европейских странам расцвет стеклоделия приходится на эпоху Средневековья. В это время здесь осваивается высокосортное стекло. Древняя Русь в развитии стекольного промысла во многом опередила европейские цивилизации.

 Родина  стеклоделия

 На  тверской земле, близ деревни Посады на реке Медведице, в прошлом веке была найдена бусина из цветного стекла (она хранится в Государственном Историческом музее в Москве), которую ученые считают одним из ранних образцов отечественного стеклоделия. В ее составе около 60 процентов окиси свинца, что далеко превосходит лучшие из известных специалистам составы хрусталя, полученного в Западной Европе, кстати, на пять веков позднее, чем этого добились мастера земли русской. Предметы материальной культуры Древнерусского государства, хранящиеся в музейных собраниях, свидетельствуют о том, что наши предки — стекольных дел мастера — раскрыли секреты изготовления многих сортов цветного стекла значительно раньше западноевропейцев. Русские стеклоделы владели сложными навыками работы с горячим материалом, изготовляя фигурные флаконы, причудливой формы чаши, изысканные ювелирные украшения. В одном из музеев хранятся шахматы, в кого- 
рых миниатюрные фигуры сделаны из стекла. Древние мастера владели приемами выдувания, лепки, вытягивания, накручивания взятых на копчик выдуватель- ной трубки расплавленных капель стекольной массы. Русские умельцы научились украшать стекло причудливыми прилепами, многоцветной росписью, тонкой золотой фольгой. Одним из уникальных изобретений старинного стеклоделия стал стакан — устойчивый и удобный сосуд для питья. И здесь мы оказались впереди Европы всей, которая довольствовалась при питье кубками в виде рога.

 Активное  развитие стеклоделия на Руси было остановлено татаро-монгольским  нашествием.

 Новый период расцвета стекольного производства в России приходится на вторую половину XVIII века. «Генеральное соображение по Тверской губернии», составленное неизвестным автором по материалам топографического и административно-хозяйственного описания городов и уездов, упоминает стекольный завод помещицы Кожиной под Бежецком, где было занято семь человек крепостных, появившийся на рубеже 1783-84 годов. Стекольные заводы в конце XVIII века рождаются в разных уголках Тверской губернии. Следующее столетие превратило наш край в один из крупнейших по масштабам развития стекольного производства.

Так выглядела  печь для плавки стекла в древних  цивилизациях: 1 — топка;

2. — тигель для грубой плавки в топке;
3. —тигель готового расплава;
4. — холодная камера для готовой продукции.

 Революционные события, гражданская война и  последовавшая за ней разруха самым плачевным образом сказались на состоянии стекольной промышленности страны. Понадобились годы для нового возрождения. В Калининской области во второй половине прошлого столетия действовало около двух десятков стекольных заводов. По индустриальному потенциалу и объемам производства продукции стекольной промышленности Калининская область занимала второе место в Советском 

Союзе, уступая лишь более продвинутой  в этом отношении Владимирской области. Именно многовековые традиции стеклоделия, вероятно, и послужили веским основанием для размещения на территории области нового производства — стеклянного волокна.

 Новое направление

(тысяч тонн)

 Развитие  этой отрасли диктовалась временем. В Советском Союзе еще в 1940-е  годы наметилось, а впоследствии еще  более обострилось серьезное отставание от развитых стран Запада, особенно от Соединенных Штатов Америки, в выпуске стеклянного волокна. Этот разрыв наглядно представлен в таблице:

 Угрожающее  отставание приобретало стратегический характер и не могло не вызвать серьезной обеспокоенности в высших эшелонах власти Советского Союза. Принимается решение построить несколько современных заводов и, нарастив мощности, совершить прорыв в производстве нового вида продукции.

 Впрочем, назвать это производство совершенно новым нельзя. Получать волокна из стекла человек научился давно. Еще  в средневековой Венеции можно  было наблюдать такую картину. Молодой  резвый подмастерье брал щипцами  холодную каплю стекла, подносил ее к расплавленной стеклянной массе и мчался в другой конец мастерской. За ним устремлялась тончайшая нить. Чем проворнее оказывался подмастерье, тем тоньше и прочнее она получалась.

 Стеклянное  волокно умели делать и в России. Так, в середине XVIII века его вырабатывали тем же, что и венецианские ремесленники, способом на заводе, основанном М.В. Ломоносовым. В Венеции мастера, как и их предшественники в Древнем Египте, использовали стеклянное волокно в декоративных 

целях. Тонкими прозрачными нитями украшали одежду и изделия из стекла. В  начале XVIII века знаменитый ученый Реомюр, известный своими исследованиями в стекольном деле, продемонстрировал коллегам привезенный из Венеции кусочек ткани. Изумлению ученых мужей не было предела — ткань была изготовлена из ... стекла. Тончайшие стеклянные стерженьки, из которых была сплетена ткань, обладали некоторой гибкостью, но не могли сравниться с традиционными текстильными материалами. Только сравнительно недавно установлено, что использование стеклянного волокна для текстильных целей было русским изобретением. В 1840 году наш соотечественник Шамо изобрел аппарат, позволявший получать стеклянное волокно более прогрессивным, чем это делали венецианские мастера, способом. Это волокно годилось для производства ткани. О чем свидетельствовал полученный Шамо приоритет или «Привилегия на способ и аппарат для приготовления стекла, на выделку тканей как из одного стекла, так и в соединении с шелком, шерстью, льном и другими прядильными веществами». К сожалению, из-за тогдашней технической отсталости изобретение это не получило должного развития и в конце концов было забыто.

 Век развития

 Прошел  еще целый век, прежде чем люди научились получать из стекла волокно толщиной, измеряемой микронами. А ученые и инженеры смогли по достоинству оценить его преимущества. Стеклянное волокно оказалось прочнее любых других волокнистых материалов. При сечении 3 — 6 микрон его прочность на разрыв в пять раз больше капроновой, в шесть раз — шерстяной нити.

 Многих  исследователей, естественно, интересовал  вопрос: каким образом стекло, известное своей хрупкостью, вытягиваясь в волокно, приобретает удивительную прочность? Разгадка проста. Дело в том, что поверхность стекла в тех видах изделий, с какими мы постоянно сталкиваемся в обыденной жизни, покрыта множеством микроскопических трещин, чем и обусловлена хрупкость. Что же происходит при вытяжке стекла в тончайшую нить? Вся хитрость в особом способе вытягивания, при котором стекло очень быстро переходит из жидкого состояния в твердое. Получается как бы его закали- 

вание. Образованию микроскопических трещин препятствует быстрое охлаждение волокна. Ученые полагают, что в процессе вытягивания молекулы стекла выстраиваются особым образом, отчего волокна выходят прочными и гибкими.

 Свойства  стеклянной нити отличаются от характеристик стеклянной массы, из которой она получена. С уменьшением толщины волокно становится более гибким, прочность его возрастает. Например, чтобы разорвать волокно, диаметр которого составляет 9 микрон, нужно приложить усилие на один квадратный миллиметр его поверхности в 220 — 250 килограммов. Если же уменьшить диаметр волокна до 5 микрон, то потребуется уже усилие несколько большее. Однако с увеличением прочности растет и чувствительность волокна к воздействию воды и агрессивных сред. Причина гут — в большей поверхности волокна. Из элементарной геометрии каждый школьник знает, что площадь поверхности резко возрастает с увеличением длины. Так, если поверхность цилиндра объемом в один кубический сантиметр и диаметром один сантиметр равна 5,3 квадратных сантиметра, то волокно диаметром 10 микрон при таком же объеме образует поверхность почти в тысячу раз большую. Поэтому вода, получив возможность атаковать сразу большее число молекул, образующих эту поверхность, легко вымывает из стеклянного волокна щелочь и разрушает его. Вот почему уменьшать толщину следует до разумных пределов. Наука и производство придумали использовать для получения волокна бесщелочное стекло, более водостойкое и активнее сопротивляющееся воздействию химических растворов. С развитием стекловолоконной промышленности появились и другие способы повышения качественных характеристик стеклянного волокна.

 Востребованными оказались два основных вида стекловолокна — непрерывное и короткое. Они отличаются друг от друга и способом изготовления, и своими физико-механическими свойствами.

 Удивительная  нить

 Первичные волокна, соединенные вместе, образуют пряди, из которых получают элементарные нити. Добиться абсолютно параллельного и равномерного распределения волокон в нити чрезвычайно сложно, хотя параллельное расположение увеличивает прочность нити, а нарушение этого требования увеличивает трение волокон друг о друга, что делает нить уязвимой.

 Современная технология выработки однонаправленного  стекловолокна напоминает способ венецианских ремесленников. Волокна вытягиваются из расплавленной стеклянной массы. Но процесс вытяжки, конечно же, коренным образом изменился. С учетом огромного числа технологических тонкостей, за соблюдением которых человеку уследить практически невозможно, вытяжка волокна ведется в автоматическом режиме. Из одного стеклоплавильного сосуда электропечи, в которой при высокой температуре стеклянные шарики (сырье для производства стекловолокна) превращаются в жидкое состояние, через специальные отверстия (фильеры) вытягивается одновременно несколько сотен ( в зависимости от числа фильер в нижней части сосуда) элементарных волокон. Они тут же соединяются в первичную нить, которая обрабатывается специальной эмульсией-замасливателем, скрепляющим волокна. Затем нить наматывается на съемную бобину.

 Далее она проходит те же этапы, что и  в традиционном текстильном производстве — размотку, крутку, сновку. И принцип  ткачества тот же — основные нити, уточные. Ткани различного переплетения отличаются по свойствам, поэтому и  сферы использования их различны — от бытовой до космической. Находят применение также и нетканые материалы из стеклянного волокна.

 Но  особая роль стеклянного волокна  проявилась в другом — оно в  массовых масштабах было востребовано при производстве новых конструкционных материалов, идущих на смену металлу, дереву и даже железобетону. Речь идет о полимерах. Как утверждали публицисты, XX век принадлежал этим чудо- материалам. Но заговорили о полимерах гораздо раньше.

 Чудо XX века 

 Почти полтора столетия назад, в 1862 году, изобретатель Александр Парке представил на Международную  выставку в Лондоне изделия из материала «парксайн», которому в  официальном каталоге давалось довольно красочное описание: «Этот материал может быть сделан твердым, как слоновая кость, прозрачным или непрозрачным. Эластичным в любой степени, также водостойким; может иметь наиболее яркие расцветки, может быть использован в твердом, пластичном или жидком состоянии. Может изготовляться штамповкой или прессованием, как металлы, может быть отлит или использован в виде покрытий для самых разнообразных веществ, может быть распылен или нанесен таким же способом, как каучук, и подвергаться атмосферному воздействию в течение многих лет, сохраняя свои свойства,..может обеспечить наиболее совершенную имитацию черепахового панциря, дерева и дать бесконечно разнообразные эффекты».

 Изобретение Паркса не осталось без награды. Он получил солидную по тем временам премию — 10 тысяч фунтов стерлингов. Изобретателя таким образом отметили за ... создание заменителя дорогостоящей слоновой кости, из которой изготовлялись бильярдные шары. А в 1962 году был юбилей — исполнилось сто лет со дня выдачи патента на «парксайн» —первый представитель обширнейшего семейства синтетических полимерных материалов. Патент Александра Паркса знаменит тем, что в нем были выявлены главные особенности полимерных материалов и на многие годы предопределена их судьба.

 В приведенном  выше описании «парксайна» прозорливо подмечено основное преимущество полимеров — универсальность их свойств. Хорошо известно, что каждый природный материал наделен только ему присущими качествами: сталь очень прочна, но тяжела и боится коррозии; дерево, напротив, легкий материал, но недостаточно прочный, легко воспламеняемый, подверженный гниению; кожа эластична, но не очень прочна. А полимеры — это такие материалы, которые по необходимости можно сделать легкими, твердыми и эластичными, прозрачными и непрозрачными, на долгие годы окрашенными в любой цвет. Уникальность пластических масс в том, что их создатель, человек, наделял их теми свойствами, которые были ему необходимы. Новые материалы отвечали желаниям своего творца. И все же удивительные свойства пластмасс выявились далеко не сразу. Довольно длительное время они значились в разряде заменителей. Дешевые аналоги дорогих природных материалов. Словом, не очень ценное, повторяющееся, нечто вроде подделки. Такой, несколько пренебрежительный, взгляд объяснялся тем, что при всех прочих достоинствах полимерам не хватало одного качества — прочности. Понадобились годы, глобальные потрясения, прежде чем отношение к пластмассам изменилось.