Стекло и стекловолокно

• Выдувание стекла — операция, позволяющая из вязкого расплава получить различные формы — шары, вазы, бокалы.

С точки зрения стеклодува стёкла делятся на «короткие» (тугоплавкие и термостойкие, например — «пирекс»), пластичные в весьма узком диапазоне температур и «длинные» (легкоплавкие, например — молибденовое) — имеющие этот интервал значительно более широким.

Рис.4. Стеклодув за работой.

Важнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка — это полая металлическая трубка длиной 1—1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабжённая на конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи расплавленное стекло, выдувает его в форме шара и формует. Для этого ему нужны металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной массы, для образования тиснёных украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от трубки и деревянная ложка для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув вкладывает в форму из дерева или железа. Оставшийся от отшибания след (насадок, колпачок) приходится удалять шлифовкой.

Готовое изделие отшибают от трубки на вилы и несут в отжигательную печь. Отжиг изделия производится несколько часов при температуре около 500 °C с тем, чтобы снять возникшие в нём напряжения. Неотожжённое изделие может из-за них рассыпаться при малейшем прикосновении, а иногда и самопроизвольно. В демонстрационных целях это явление издавна эффектно показывается на батавских слёзках — застывших каплях из стекла.

• Шлифовка и полировка стекла
• Огранка стекла
• Металлизация и окрашивание стекла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Стекловолокно.

Рис. 5. Пучок оптических волокон

2.1. Что такое стекловолокно?

Стекловолокно́ (стеклонить) — волокно или комплексная нить, формуемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для стекла свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него стеклоткань, изготавливать гибкие световоды и применять во множестве других отраслей техники.

Стекловолокно достаточно давно и с успехом применяется в качестве теплоизоляционного материала при строительстве и ремонте различных сооружений.  
Недостатка в подобных материалах сегодня нет, минеральная вата, пенопласт, стекловолокно, древесноволокнистые плиты, эковата и пр., как говориться на любой вкус и кошелек. Главное – выбрать из существующего многообразия наиболее подходящий вам материал, а потом грамотно его применить. 
          В этой статье рассмотрим стекловолокно, как пример одного из популярных и относительно недорогих утеплительных материалов. 
           Стекловолокно имеет добротные характеристики и соответственно практичные свойства.  
           В зависимости от среднего диаметра различают ультратонкое стекловолокно (УТВ) диаметром менее 1 мкм, супертонкое волокно (СТВ) 1-3, тонкое и утолщенное волокно, толщиной 4-12, и 12-25 мкм соответственно, а также стекловолокно толстое , толщина которого более 25 мкм.

2.2. Свойства стекловолокна.

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 надежно защищает от холода зимой и жары летом);  
  
• защита от шума (изделия 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 отдает ее, что позволяет говорить о негигроскопичности материала (важно только, чтобы в строительной конструкции был предусмотрен вентиляционный зазор, который способствует выведению 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 параметрам, 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);  
  
• благодаря обработке специальными составами, теплоизоляция из стекловолокна отпугивает вредителей, а на ее поверхности никогда не образуется плесень. 
  

По сравнению с другим 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 легкий, 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 теплоизоляционные изделия из стекловаты отличаются стабильностью формы, выдерживают старение, не подвергаясь деформации. Этот негорючий материал не выделяет токсичные и вредные вещества под воздействием огня.

Рис. 6. Пучок стеклянных волокон (стекловолокно)

2.3. Производство

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 осуществлен в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах). Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и др. методами.

2.4. Использование стекловолокна.

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 людей 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.  
           В строительстве стекловолокно применяется для изоляции межэтажных и чердачных перекрытий, легких стен и скатных крыш, металлических зданий поэлементной сборки, полов, при утеплении вентилируемых фасадов, в каркасных конструкциях стен, в системах с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции, для изоляции трубопроводов различного назначения.  
           Плиты из стекловолокна используются также для звукоизоляции, например, в межкомнатных перегородках. 
           Стекловолокно – достаточно легкий и простой для монтажа материал. Его можно резать без особых усилий, доводя до необходимых размеров. 
              Особенностью панелей из стекловолокна является возможность производить гнутые элементы, что позволяет создавать рельефные потолки. Потолки из стекловаты благоприятно влияют на внешний вид любого интерьера, поскольку белая и гладкая поверхность стекловолокна хорошо отражает свет и улучшает освещение помещения. Такие потолки очень прочны и абсолютно безопасны.  
              Для примера: подвесные потолки из стекловолокна настолько прочны, что их можно устанавливать даже в спортивных залах, где проводятся игры с мячом. 
               Материалы из стекловолокна выпускаются как в рулонах, так и в виде плит с высокой жесткостью. 
Жесткие плиты, облицованные стекловойлоком, являются хорошей ветрозащитой. Основное применение таких плит — это изоляция стен под штукатурку в  вентиляционных фасадах. По длинным сторонам плит возможно соединение в шпунт и гребень, что обеспечивает надежное крепление и отсутствие зазоров. А значит, обеспечивается сохранение тепла, так необходимого для комфорта и уюта в холодное время года. 
Из обычного стекла можно получить тонкие весьма гибкие нити, пригодные для изготовления ткани. В современной технике стекловолокно из специальных марок стекла наиболее широко используется в волоконной оптике, для изготовления композиционных (фиберглас), электроизолирующих и теплоизолирующих материалов.

2.5. Виды стекловолокна (стеклонити).

Стекловолокно экструдируют из расплава стекла специального химического состава. Экструзия, как и в других случаях, производится путем продавливания расплава через прядильные фильеры. Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3—100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в паковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в крученые нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в крученые изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).

Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путем резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) - 50 см, титр волокна в данном случае как правило, ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1—20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы по различным технологиям, стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.

Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов, — использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и композитов. Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом - пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы, прочие полимеры).

 

Примечание