Материалы 21 века

    Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу путём нанесения на него муфельных красок (смеси легкоплавкой глазури и минеральных красок) с последующим обжигом. Для художественной отделки стекла на него наносят также различными способами тончайшие плёнки золота и серебра. Основой химических способов золочения и серебрения стекла является осаждение на поверхности изделий коллоидно-дисперсных частиц металла при его восстановлении из растворов солей. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

2. Стекловолокно

    Из  обычного стекла можно получить тонкие, весьма гибкие нити, пригодные для  изготовления ткани.

    Стекловолокно (стеклонить) –  волокно или комплексная нить, формуемая из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные  свойства из стекла: не бьётся и не ломается, а, напротив, легко гнётся без угрозы разрушения. Это позволяет ткать из него ткань стеклоткань, изготавливать гибкие световоды и применять во многих отраслях техники.

    2.1. виды стекловолокна

    Стеклянным волокном называют искусственное волокно, изготовляемое различными способами из расплавленного стекла.

    Известно  два вида стекла: непрерывное и штапельное.

    Для непрерывного волокна, получаемого вытягиванием из расплава стекла, характерна неограниченно большая длина, прямолинейность и параллельное расположение волокон в нити. Здесь стекловолокно представляет собой элементарные волокна диаметром 3-10 мкм и длиной 20 км и более.

    Штапельное стекловолокно, получаемое путем расчленения струи расплавленного стекла воздухом, паром или газовым потоком, отличает небольшая длина 1-50 см, диаметр волокна 0,1-20 мкм, извитость и хаотическое расположение волокон в пространстве.

    Изделия из непрерывного волокна по внешнему виду напоминают натуральный или  искусственный шёлк, а из штапельного – короткие волокна хлопка или шерсти.

    2.2. технология производства

    Для варки стёкол  в производстве стеклянных  волокон применяют горшковые, ванные печи непрерывного действия, пламенные печи прямого нагрева, электрические и газоэлектрические стекловаренные печи.

    Стекловолокно изготавливается методом экструдирования  из расплавленной стекломассы обладающей специальным химсоставом.

    Основные  компоненты для производства стекловолокна:

• стеклобой;
• песок;
• сода;
• доломит;
• известняк;
• этибор и другие компоненты.

  Для производства стекловолокна применимы  стекла с температурой ликвидуса на 30—50°С ниже температуры его формования, поэтому составы стекол, пригодные для формования стеклянных волокон различного назначения, отличаются от известных рецептур «массивных» стекол.

  Качество  стекла для выработки стекловолокна  в значительной степени зависит от гомогенизации и дегазации стекломассы, использования комплексного тонко измельченного сырья, высокой температуры варки стекла (1600°С и выше), принудительного перемешивания стекломассы, применения стекло стойких огнеупоров и др.

    Сырьё расплавляется в печи, после чего проходит стадию волокнообразования, где расплавленное стекло распускается на волокна в 20 раз тоньше человеческого  волоса.

    Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной

стекломассы через  фильеры (число отверстий 200-4000) при  помощи механических устройств, наматывая  волокно на бобину. Диаметр волокна  зависит от скорости вытягивания  и диаметра фильеры.

    Технологический процесс может быть осуществлён в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стеклоплавильных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклёз (кусочки оплавленного стекла), которые плавят также в стеклянных печах.

    В Российской Федерации применяются  два типа технологий, по которым  производится стекловолокно – одно- и двухстадийный метод.

    Наиболее  распространён двухстадийный способ производства стекловолокна.

    Первая  стадия включает в себя подготовку шихты, варку стеклянной массы, выработку  стеклошариков, эрклёза или штабиков.

    Вторая  стадия формирования стекловолокна  включает в себя подготовку шариков  или эрклёза, плавление и подготовку стеклянной массы, заправку грубого  волокна, формование и охлаждение волокон, «замасливание» волокон и соединение их в нить, раскладку и намотку  стекловолокна.

    Одностадийный способ изготовления стекловолокна  является значительно прогрессивным.

    При этом способе непосредственно из печи, в которую подаётся шихта, поступает  стекломасса, из которой сразу вытягиваются волокна. Таким образом, исключена  стадия выработки шариков или эрклёза, благодаря чему энергозатраты сокращаются практически вдвое. Вместо этого поток стекла распределяется по отдельным фильерным питателям.

    После этого стекловолокно обрабатывается замасливателями, что ведёт к  гидрофобизации, снижению элекризуемости и поверхностной энергии. Так же снижается коэффициент трения стекловолокна с 0,7 до 0,3, увеличивается его прочность при растягивании на 0-30%. Капиллярная структура стекловолокна и его поверхностные свойства определяют его весьма малую гтгроскопичность (до 0,2%) для волокон, и повышенную гигроскопичность для тканей (0,3-4%).

    Штапельное стекловолокно формуют одностадийным методом путём разделения струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и другими методами. Эти тончайшие  стеклоткани (их толщина составляет около 6 микрон) располагаются параллельно друг другу, что обеспечивает материалу прекрасную способность поглощать звук.

Окончательное формирование происходит после того, как материалу  придаётся цвет и необходимая жёсткость, он охлаждается и разрезается на заготовки.

    2.3. свойства и функции 

    Свойства  стекловолокна определяются, главным  образом,  их химическим составом.

  Для получения стеклянных волокон стекла синтезируют в различных стеклообразных системах, используя:

1) бесщелочные,  алюмоборосиликатные стекла, содержащие  до 0,5— 2,0 % по массе R₂О — тип Е (электроизоляционного назначения);

2) бесщелочные  или малощелочные натриево-кальциево-алюмо-боро-силикатные стекла (до 10 % по массе R₂О) —тип С (химически устойчивые);

3) щелочные—натриево-кальциево-силикатные  стекла, содержащие более 10% по  массе RzO—тип А (тепло—звукоизоляция);

4) бесщелочные  магнийалюмосиликатные и другого  состава стекла (высокопрочные и высокомодульные);

5) бесщелочные  из оксидов тугоплавких металлов или их соединений стекла (кварцевые, высококремнеземные, алюмокремнеземные, алю-мосиликатные и другие высокотемпературостойкие).

      Во фторфосфатных стеклах, содержащих  до 40— 50 мол. % соединений редкоземельных  элементов, получены фтороустойчивые материалы с интересными магнитооптическими и сцинтилляционными свойствами. Особый интерес в настоящее время представляют фторфосфатные стекла, которые по своим оптическим свойствам являются ближайшими аналогами фторобериллатных, а также фторборатные стекла, обладающие сочетанием сравнительно низких ТКЛР (50—120) и температур растекания (400—600 °С) и поэтому перспективные для спаивания различных материалов.

    Стекловолокно обладает множеством полезных функций, среди которых выделяются следующие:

• Защита от холода/жары (это объясняется способностью волокон прочно удерживать воздух, который обладает отличными теплоизолирующими свойствами и надёжно защищает от холода зимой и жары летом);
• Защита от шума (изделие из стекловолокна обладают высокими  звукопоглощающими характеристиками, чему способствует строение материала, состоящего из связанных друг с другом волокон, промежутки между которыми заполнены воздухом, что обеспечивает акустический комфорт  в помещении).

    Важно отметить следующие свойства стекловолокна:

• оно как впитывает влагу, так и быстро отдаёт её, что позволяет говорить о негигроскопичности материала (важно только, чтобы в строительной конструкции был предусмотрен вентиляционный зазор, который способствует выделению влаги из конструкции);
• стекловолокно – довольно упругий материал, что позволяет транспортировать его в рулонах на значительные расстояния, так как при вскрытии упаковки материал быстро возвращается к исходным параметром, благодаря этому можно существенно сэкономить на транспортировке и хранении;
• ещё одно важное свойство – экологичность (материалы из стекловолокна не выделяют вредных веществ и безопасны для здоровья);
• теплоизоляция из стекловолокна отпугивает вредителей благодаря обработке специальными составами, на её поверхности никогда не образуется плесень.

    Стеклянные  волокна различного химического  состава обладают ценными свойствами — негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами, что позволяет их применять в различных областях техники, главным образом, для изготовления текстильных материалов и изделий (нитей, жгутов, лент, и нетканых материалов).

      Штапельные стекловолокна в процессе их получения формируют в виде ваты, матов и холстов, скрепляемых органическими и неорганическими связующими.

    Стекловолокно характеризуются редким сочетанием высокой теплостойкости (например, кварцевое, кремнезёмное, каолиновое –  выше С),  высоких диэлектрических свойств (удельное объёмное  электрическое сопротивление кварцевого, бесщелочного алюмоборосиликатного, магнийалюмосиликатного стекловолокна Ом см и выше), низкой теплопроводности, малого коэффициента термического расширения, высокой химостойкости и механической прочности (3000-5000 Мн/ , или 300-500 кгс/ ).

    По  сравнению с другими теплоизоляционным  материалом – минеральной ватой  – стекловолокнистые изделия  имеют большую прочность и  отличаются виброустойчивостью.

    Благодаря малой плотности и большому содержанию воздуха они отличаются малым  коэффициентом теплопроводности.

    Тепловое  сопротивление изделий из стекловолокна  сохраняется неизменным в течение  длительного времени.  Стекловолокно  – настолько лёгкий, мягкий и эластичный материал, что изделиями из него можно облицовывать неровные поверхности, его можно применять в конструкциях любой формы и конфигурации.

    В то же время изделия из стекловаты отличаются стабильностью формы, выдерживают  старение, не подвергаясь деформации. Этот негорючий материал не выделяет токсичные  и вредные вещества под воздействием огня.

    2.4. применение

    Изделия из стекловолокна используются во многих сферах человеческой деятельности, таких  как: строительство, инструментальная промышленность, электротехническая промышленность, конструкционные материалы в судостроении, автомобилестроительной промышленности, а также во многих других отраслях.

    Пользуясь привычными вещами, мы редко задумываемся, из чего они изготовлены. У многих вызовет удивление, что основа многих вещей – стекло, а точнее - стекловолокно.

    Детали  корпусов автомобилей, пластиковые  изделия для спорта и отдыха, стеклопластиковые  корпуса судов, конструкционные  детали, сантехнические изделия, стеклообои, стеклосетки, другие строительные материалы и изделия, и многое – многое другое.

    Материалы из непрерывных и штапельных стеклянных волокон широко используются в электротехнической промышленности, машиностроении, химической промышленности, строительстве и других отраслях народного хозяйства.