Научно-популярная статья посвящена стеклянному волокну и стеклянным тканям, которые благодаря своим уникальным свойствам открывают новые возможности для электротехники, химической промышленности, транспорта и специального оборудования. Рассматриваются история создания материала, достижения советских специалистов в разработке технологии его промышленного получения и основные этапы производства тончайших стеклянных нитей.
На электротехнической выставке 1933 года в Детройте (США) была показана обыкновенная изоляционная лента. Среди новинок американской техники она занимала весьма скромное место. Но посетители могли пройти мимо любого разрекламированного экспоната и неизменно останавливались у этой по виду ничем не примечательной ленты.
Пояснительная надпись на этикетке рассказывала незамысловатую биографию экспоната. Лента, прежде чем попасть на стенд выставки, служила изоляцией обмотки мотора в 3 лошадиных силы. Мотор был перегружен вдвое, давая мощность в 6 лошадиных сил, и при такой нагрузке работал две недели.
«На нем можно было варить яйца», пояснил представитель электрокабельного завода. Температура обмотки составляла 348°. Вышли из строя подшипники, подвела смазка, а лента выдержала.
Если изоляция способна выдержать вдвое большую нагрузку, то можно, не меняя общих размеров электромашины, увеличить её мощность на 50%. А это имеет огромное значение для различных отраслей техники.
Проектируя, например, подводную лодку, конструктор старается разместить все аппараты и приборы так, чтобы они занимали минимум полезной площади. Чем компактнее оборудование, тем меньше вес подводной лодки, тем большую скорость она сможет развить.
Таким образом, помимо экономии дефицитных металлов, новая изоляция даёт возможность в ряде случаев уменьшить общий вес конструкций.
*
Что же это за материал, из которого выткана столь чудесная лента?
Песок, мел и сода — вот исходное сырье, из которого вначале было изготовлено самое обыкновенное стекло, послужившее, в свою очередь, сырьём для «детройтской» ленты.
Современная техника сумела разрешить одну из сложнейших проблем: она нашла способ превращать стекло — хрупкий, прозрачный, легко бьющийся на мелкие осколки материал — в мягкую шелковистую ткань. Это один из примеров, который наглядно демонстрирует закон диалектики — переход количества в качество.
Если стекло расплавить и вытянуть из него тончайшую нить, то оно резко меняет свои качества. Бьющееся вдребезги при толщине, измеряемой миллиметрами, это же стекло, превратившись в нить диаметром в несколько микронов, приобретает ряд новых качеств — эластичность, гибкость, прочность, способность скручиваться. А это как раз основные свойства текстильного волокна, позволяющие вырабатывать из него различные ткани.
*
Попытки создать производство тканей из стекла делались ещё во время первой империалистической войны. Тогда немецкие инженеры в поисках заменителей испытанного изоляционного материала, асбеста, обратились к стеклу. Лабораторные опыты показали, что стеклянное волокно превосходит асбест и вполне его может заменить. Однако промышленный способ производства отличался несовершенством, и стеклянное волокно получалось низкого качества. После войны эти работы в Германии прекратились.
В США в результате многолетних исследовательских и экспериментальных работ удалось найти дешёвый способ получения стеклянных нитей высокого качества, и там производство тканей из стекла получило за последнее время промышленный размах. Сейчас в США имеются крупнейшие предприятия, выпускающие на рынок ежегодно сотни тысяч метров стеклянной ткани.
Замечательные качества стеклянного волокна — негорючесть, химическая стойкость, высокие диэлектрические, теплоизоляционные и другие свойства — открывают ему широкий доступ в самые разнообразные отрасли промышленности.
В электромоторах, на котельных установках и во всех других агрегатах, где высокие температуры нередко выводят из строя целлюлозную изоляцию, новый изоляционный материал работает безукоризненно.
Высокая химическая стойкость и большая фильтрующая способность, которыми обладает стеклянная изоляция, особенно ценны для химической промышленности, где врагами обычной изоляции являются хлор, аммиак, пары кислот и щелочей. Они быстро разрушают её, нарушая тем самым ход производственного процесса. На изоляцию из стеклянного волокна все эти химические вещества почти не действуют. Эта изоляция не боится влаги, и потому она желанный материал для судовых установок.
Но этим далеко не ограничиваются возможности применения стеклянных тканей. Трансмиссионные ремни и канаты, оболочки для воздушных кораблей, тросы для аэростатов, огнестойкие занавесы в ангарах и театрах, противоипритные костюмы, одежда пожарных и водолазов, спецодежда в химической промышленности и горячих цехах, пожарные рукава, декоративные материалы — вот неполный перечень предметов, которые могут быть изготовлены из стеклянной массы.
В нашей стране задача выработки дешёвым способом тканей из стекла разрешена коллективом Государственного экспериментального института стекла: кандидатами технических наук М. Г. Черняком, С. И. Иоффе, научным сотрудником М. С. Аслановой, мастером-крутильщиком С. Н. Беляевым и инженером Г. М. Холмогоровым.
Под семью замками хранят американские фирмы секреты промышленного производства стеклянных нитей. И в своих исканиях коллектив института вынужден был идти, в основном, собственными путями. Успех пришёл после большой исследовательской и экспериментальной работы.
Прост и не вызывает удивления советский метод получения стеклянного волокна. Но это та кажущаяся простота, которая достигается ценой большого творческого напряжения, изобретательности и мастерства.
*
Один за другим с автоматической точностью падают в раскалённое чрево электропечи маленькие стеклянные шарики, исходный материал для выработки волокна. Простенькие, напоминающие бусы, эти шарики являются плодом длительного и упорного научного труда. Их рецептура и даже сама форма не случайны. Это бесщёлочное стекло специального состава. Почти все составные части его отличаются исключительной дешевизной. Шарообразная форма даёт ряд преимуществ: шарики легче отпрессовать, в них ясно заметны любая посторонняя примесь и пузыри, они равномерно и быстро расплавляются в печи, легко поддаются точной автоматической дозировке.
Питание печи шариками проходит по строго установленному режиму, небольшими порциями. Лишний шарик, не вовремя поданный в печь, повысит допустимый уровень расплавленной массы, что может нарушить дальнейший ход производственного процесса. Регулирование «аппетита» печи выполняется специальным аппаратом — автопитателем. Он неусыпно следит за аптекарски точной дозировкой отправляемых в печь шариков.
Автоматический питатель находится в постоянном контакте с указателем уровня стекла в печи. При конструировании указателя уровня были использованы давно известные свойства стекла как электрического проводника. Расплавленное стекло — прекрасный проводник электрического тока. Стоит только жидкой массе стекла подняться выше предписанного ей уровня, как цепь указателя замыкается. Это приводит в действие реле, которое останавливает моторы автоматического питателя, и вход в печь перед шариком закрывается. Но вот уровень стекла понизился — и вся цепочка в обратном порядке снова приводится в действие.
Брошенные в электропечь шарики подвергаются воздействию высокой температуры, достигающей почти 1400—1450°. Что же происходит с ними в условиях такой исключительной жары? Шарики расплавляются и образуют общую массу, которая обладает уже определённой степенью вязкости, позволяющей вытягивать из этой массы тончайшие нити.
Расплавленная стекловидная масса требует весьма тщательного ухода. её надо уберечь от загрязнения посторонними примесями и от образования пузырей, иначе эти дефекты в дальнейшем отрицательно скажутся на качестве нитей.
*
Металл, из которого сделана электропечь, очень сильно влияет на поведение расплавленного стекла. Свыше ста различных сплавов было перепробовано, прежде чем был найден самый подходящий сплав.
Только после того, как была разрешена эта проблема и была создана печь, которая служит одновременно и нагревателем, и резервуаром для расплавленного стекла, удалось разработать промышленный метод получения стеклянной пряжи.
Печь, в которой совмещены резервуар с нагревателем, нагревается быстро и равномерно до требуемой температуры. Температура в печи регулируется автоматически посредством контактного гальванометра; помимо того, дополнительная регулировка температуры, а следовательно, и вязкости стекла, осуществляется при помощи особого регулятора вязкости, действующего сжатым воздухом.
Благодаря равномерному нагреву печи удаётся избежать скопления пузырей в нижней части печи, так называемой лодочке, где устроены очень маленькие выходные отверстия — фильеры.
Расплавленная стекломасса под тяжестью собственного веса вытекает через ряд фильеров в виде серебристых нитей. Их первоначальный диаметр соответствует диаметру фильеров.
Нити попадают на съёмные барабаны наматывающего аппарата. Барабаны, вращаясь со скоростью 2 тысячи метров в минуту, вытягивают нить до нужной тонины — 5—6 микронов. Здесь и происходит переход количества в качество, когда стекло перестаёт быть хрупким и ломким материалом и превращается в гибкую нить.
По пути между электропечью и съёмным барабаном стеклянные нити проходят через лоток замасливающего аппарата. Смесь парафина с жирными кислотами и аминоспиртами в течение тысячных долей секунды прочно склеивает отдельные волокна в процессе их вытягивания в одну прядь.
Но одного склеивания недостаточно. Аппарат одновременно замасливает каждое волоконце, что предохраняет его от перетирания.
Первый и наиболее сложный процесс производства ткани из стекла закончен. В результате этого процесса получено стеклянное волокно, которое по своим техническим свойствам вполне пригодно для дальнейшей переработки. А далее уже на обычном текстильном оборудовании из полученных нитей вырабатываются ткани, которые обладают столь ценными свойствами.
Комментариев нет:
Отправить комментарий