книги из ГПНТБ / Производство стеклянных волокон и тканей

занные с барабана,— диаметр 12—25 мкм и длину до 2,5 м. Из более тонких волокон получают теплоизоляционные материалы, фильтры, а также наполнители для стеклопластиков, из утолщен­ ных однонаправленных волокон — вату, маты, прошивные и не- прошивные полосы, маты, покрытые стеклотканью, сепараторные пластины.

работки стеклянного волокна: размотки нити с бобин с первичной круткой, трощения нитей и вторичной их крутки и ткачества. Таким способом получают ткани, сетки, ленты, колпаки и другие тек­ стильные изделия. На ткацких станках можно перерабатывать некрученые нити в комбинации с кручеными и без них (жгутовые ткани). Для обмотки проводов, прошивки холстов применяют кру­ ченые нити.

Стеклянное волокно для текстильной переработки должно иметь диаметр 3—14 мкм. Волокна большего диаметра характеризуются пониженной прочностью на изгиб и чаще ломаются при текстиль­ ной переработке, что затрудняет обслуживание оборудования и

.снижает качество текстильных материалов.

•Г ; Иетканые материалы из непрерывного стеклянного волокна.

K'-Ітим относят жгуты, холсты из рубленых и непрерывных нитей, ленты из склеенных нитей, стекловолокнистые анизотропные ма­ териалы.

Жгут представляет собой прядь, состоящую из большого числа стеклянных нитей.

Холсты — рулонные нетканые материалы. В жестких холстах хаотически расположенные нити или обрезки нитей скреплены смо­ лами, в мягких холстах — механической прошивкой.

При упорядоченной намотке или протяжке нитей или жгутов с одновременным нанесением связующего получают анизотропные материалы, свойства которых различны в разных направлениях. Эти материалы могут быть как рулонными — при непрерывном спо­ собе производства, так и листовыми — при периодическом. Стеклян­ ные волокна, используемые для нетканых материалов, имеют диа­ метр до 20 мкм.

Волоконные световоды, изготовленные из оптических волокон, обладают свойством передавать световую энергию. Светопроводящие непрерывные волокна имеют наружную оболочку с низким коэффициентом преломления и световедущую жилу с более высо­ ким показателем преломления. Прохождение света по стеклянно­ му волокну происходит при полном внутреннем отражении, что обеспечивает прохождение света по жиле с небольшими потерями. Пучок оптических волокон называется световодом для передачи изображения, если торцы плотно уложенных волокон на обоих кон­ цах световода строго идентичны. Если же световоды предназначе-

10

ны только для передачи света, достаточно плотно уложить волокна на торцах, и нет необходимости в регулярной и одинаковой их укладке на торцах световода.

Изделия из штапельного стеклянного волокна

Из штапельного стеклянного волокна вырабатывают изделия, в которых используются волокна различного диаметра и длины (длинноволокнистые и коротковолокнистые).

В зависимости от диаметра различают следующие виды шта­ пельного волокна:

Изделия из коротковолокнистых штапельных волокон. К ним относят вату, рулонные материалы, маты, плиты и скорлупы. Всеэти изделия состоят из хаотически перепутанных стеклянных воло­ кон. Волокно, осажденное вместе с синтетическими материалами на .конвейерной ленте, после обработки принимает вид непрерывно­ го ковра толщиной 20—100 мм, а на конвейере с фасонной лентой получаются различного вида скорлупы с профильной выемкой по оси.

Рулонный материал представляет собой длинный кусок ковра,

прерывного стеклянного волокна, при этом толщина их может быть

относят холсты, сепараторные пластины, бумагу. Эти материалы отличаются малой толщиной (0,5—1,5 мм), они могут быть свер­ нуты в рулоны или нарезаны на пластины. Для повышения ме­

Свойства изделий из штапельного стеклянного волокна в зна­ чительной степени зависят от диаметра волокна, состава стекла и вида связующего материала.

11

КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕКЛЯННЫХ волокон ПО СПОСОБАМ ПРОИЗВОДСТВА

Способы выработки стеклянного волокна классифицируют, ис­ ходя из двух основных -принципов его формования: 1) утонения струйки стекломассы и превращения ее в непрерывное волокно и 2) разделения и расчленения струи расплавленного стекла при одновременном вытягивании коротких волокон.

Волокно из струйки стекломассы вытягивается механическим путем или с помощью воздуха или пара. Каждый из этих способов может быть одностадийным или двухстадийным. При двухстадийном процессе стеклянное волокно вырабатывается из стеклопла­ вильных сосудов или печей, питаемых стеклянными шариками, штабиками или эрклезом; при одностадийном процессе — из стек­ ловаренных печей, питаемых шихтой.

Для механического вытягивания волокна используют бара­ баны, съемные бобины, вытяжные валки, колеса или прядильные головки, для вытягивания воздухом или паром — дутьевые головки.

Способы разделения струи расплавленного стекла условно де­ лят на три группы: способы раздува, центробежные и комбини­ рованные. К первой группе относятся способы вертикального и горизонтального раздува паром, воздухом или горячими газами

дутьевой (ЦД) . Ниже приводятся схемы установок для получения непрерывного и штапельного стеклянных волокон.

Схема агрегата СПА-Зс для получения непрерывного стек­ лянного волокна двухстадийным способом показана на рис. 1. Стеклянные шарики из бункера / автоматически подаются в стек­ лоплавильный сосуд 3 и расплавляются в нем. Стекломасса, вы­ текающая из фильер, растягивается в волокна при помощи нама­ тывающего механизма 7. Стеклянные волокна формируются в нить в замасливающем устройстве 4 и наматываются с большой ско­ ростью на съемную бобину 6. Этим способом получают волокна текстильного назначения диаметром 3—14 мкм.

Двухстадийный способ применяется также для получения штапелированной пряжи (рис. 2). При этом волокна 2, получаемые из стеклоплавильного сосуда /, не соединяются в комплексную нить*, а вытягиваются параллельно, смачиваются замасливателем и на­ матываются на вращающуюся конусную головку прядильной ма­ шины 4. С торца конусной головки волокна сходят в виде штапелированной пряжи, повторно замасливаются и наматываются на бумажные шльзы крестовой намоткой. Штапелироваюная пряжа

* Здесь и далее для краткости комплексную нить будем называть нитью (термин, принятый в промышленности химических волокон).

12

Рис. 1. Схема агрегата СПА-Зс для получения непрерывного стеклянного волокна двухстадийным способом:

вырабатывается из волокон диаметром 8—12 мкм толщиной 200— 660 текс.

Схема установки для получения волокна одностадийным спо­ собом показана на рис. 3. В ванную стекловаренную печь / заг­ ружают шихту в смеси со стеклянным боем. Сваренная стекломас­ са поступает в фидер 2, в дне которого размещены заборные

Рис. 2. Схема установки для получения штапелированной пряжи:

/ — стеклоплавильный с о с у д ; 2 — волокно; 3 — з а м а с л и в а ю щ е е устройство; 4 — прядильная машина; 5 — емкость с з а м а с л и в а т е л е м ; 6 — устройство д л я вторичного з а м а с л и в а н и я п р я ж и ; 7 — гильза д л я п р я ж и .

ртт;

ТР&ок

Рис. 3. Схема установки для получения волокна одностадийным способом:

/ — стекловаренная печь; 2— ф и д е р ; 3 — струйная трубка; 4—фильерный питатель; 5 — ни-

устройства — струйные трубки 3, подводящие стекломассу к фильерньгм питателям 4. Стекломасса вытекает из фильер, растягива­ ется в волокна, которые собираются в нитесборнике 5, образуя

14

нить 6. Нити вытягиваются валковым устройством 7, валки которо­ го вращаются навстречу друг другу. Далее с помощью расклад­ чика 8 (эжекторного типа) нить раскладывается на движущейся сетке конвейера 9. Слои нитей 10, толщина которых определяется производительностью сосуда и скоростью движения ленты конвей­ ера, пропитываются клеящим составом и поступают на другой конвейер с сушильной камерой. После сушки получают стеклянный холст 12, который используется в качестве армирующего материа­ ла для стеклопластиков.

ский лист; 7 — к а п л я стекла.

ми на этой же установке можно получать стеклянное волокно текс­ тильного назначения.

Штабиковый способ получения непрерывного стеклянного во­ локна (рис. 4). Стеклянные штабики 1 закреплены по 100 и более штук в кассеты, вместе с которыми они автоматически подаются к нагревателям. Концы штабиков расплавляются в пламени газо­ вой горелки 2 или в электрическом нагревателе. Расплавленная стекломасса, как и при фильерном способе, растягивается в волок­ но. В зависимости от расположения штабиков различают горизон­

15

8—25 мкм. Недостатком штабикового способа по сравнению с фильерными (одно- и двухстадийным) является более низкая про­ изводительность труда и оборудования.

Получение стеклянного шпона из непрерывного стеклянного волокна. Электропечь со стеклоплавильным сосудом монтируется на передвижной каретке, которая перемещается параллельно оси наматывающего аппарата. Аппарат имеет барабан диаметром 1 и длиной 3 м. При одновременном вращении барабана и перемеще­ нии печи происходит вытягивание и послойно-крестовая намотка волокна на барабан. Перед намоткой волокна покрывают через пульверизатор полимерным связующим. После намотки на бара­

Схема установки для получения штапельного стеклянного во­ локна способами вертикального вытягивания и раздува (рис. 5). Сваренная в ванной печи / стекломасса поступает в фидер 2, в дне которого установлены фильерные питатели 3. Вытекающие из фильер струи стекломассы диаметром 2—3 мм раздуваются паром или воздухом, поступающим из дутьевых головок 4. Полученные волокна попадают в камеру осаждения 5, в которой на них нано­ сится с помощью форсунок 6 связующее, и оседают на ленте при- емно-формующего конвейера 8. Дальнейшая обработка волокна может включать сушку, отверждение связующего, подклейку стек­ лянной ткани, уплотнение и резку слоя стеклянного волокна.

Конструкция фильер, технологические параметры работы фильерного питателя и энергоносителя при обоих способах су­ щественно различны.

Схема получения штапельного волокна центрифугально-фильер- но-дутьевым способом (рис. 6). Стекломасса из стекловаренной печи поступает в питатели, установленные в дне фидера. Струя стекломассы из питателя попадает в центрифугальную чашу. Под действием центробежных сил стекломасса продавливается через фильеры в боковых стенках чаши и вытягивается в тонкие вязкие струйки. Поток раскаленных газов омывает чашу снаружи, обо­ гревая ее, и дополнительно растягивает стеклянные волокна. Осаждение волокон на конвейере, сушка, резка и другие стадии получения штапельного стеклянного волокна такие же, как для способа вытягивания и раздува.

16

нетической энергии газового потока происходит расплавление и расчленение волокон на отдельные элементы, которые вытягива­ ются в тончайшие волокна. Эти волокна уносятся газами в диф­ фузор и оседают на движущейся сетке приемного конвейера. Получающийся холстик сматывается в рулон. При изготовлении

локна .

матов ультра- и супертонкое волокно, покрытое связующим, под­ вергают термической обработке в камере сушки и отверждения, а затем маты оклеивают алюминиевой фольгой или синтетической пленкой.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА

Изделия, вырабатываемые заводами стеклянного волокна, находят самостоятельное применение: фильтровальные и деко­ ративные ткани, световоды, звуко- и теплоизоляционные мате­ риалы. Но чаще всего эта продукция является полуфабрикатом (который используется или перерабатывается другими предпри­ ятиями для получения готовых изделий): нити для обмотки про­ водов, наполнители стеклопластиков различного назначения, ткани с полупроводниковыми свойствами, температуроустойчивые изде­ лия и т. д.

2—1277

превосходят все материалы из органических волокон и могут при­ меняться в условиях повышенной влажности и при высокой тем­ пературе.

Для обмотки проводников различной толщины применя­ ются волокна диаметром от 3 до 10 мкм из алюмоборосиликатного стекла с содержанием щелочей менее 0,5%. Стеклянные крученые нити из волокна диаметром 3,0 мкм используют для получения надежной изоляции проводников диаметром 0,1 мм при толщине изоляции не более 0,05 мм.

Штапелированная стеклянная пряжа успешно конкурирует с асбестовым шнуром. Электроизоляционные стеклянные сетки и ткани предназначаются главным образом для изготовления текстолитов, лакотканей, микаленты.

Использование стекловолокнистой изоляции в электромашино­ строении дает возможность повысить срок службы двигателей в 5—6 раз, уменьшить габариты машин на 25—40% и сократить расход цветных металлов. Особенно эффективным оказалось применение монтажных проводов и машин с обмотками, изолиро­ ванными стекловолокнистыми материалами, в угольных шахтах, на химических заводах, в доменных и мартеновских цехах, в двига­ телях врубовых машин, тепловозах, электровозах, гидро- и теплотурбинах.

В качестве высокотемпературоустойчивой изоляции (до 1200°С в условиях длительной эксплуатации и до 2000°С при

Фильтровальные стекловолокнистые материалы. Фильтроваль­

стекла, а также от химического состава замасливателя и аппретов. Для фильтрации нейтральных агрессивных газов и жидко­ стей, а также расплавов легкоплавких металлов и сплавов при температурах от — 200 до 300—350 °С и кратковременно до 700 °С применяются материалы из алюмоборосиликатного стекла. Для фильтрации горячих кислых растворов и газов применяют материа­ лы из кварцевого волокна. Продолжительность службы фильтро­ вальных материалов зависит от характера и величины механиче­

ских воздействий при их эксплуатации.

Фильтровальные стеклянные ткани широко применяют для фильтрации промышленных и топочных газов при температуре до 350 °С и более высокой, а также других газообразных сред, для

18