Неметаллические материалы

материалов,

конструкций и микросистем
Телефон: 8-917-597-78-73
E-mail: reznichenkogm@mati.ru

Материаловедение и технологии конструкционных
неметаллических материалов

природных (натуральных) и искусственных
химически модифицированных природных
и синтетических) органических
высокомолекулярных соединений (полимеров)

ПРИМЕНЕНИЕ - наряду с металлическими и неметаллическими неорганическими
материалами ПМ являются основой современного материального
производства и широко используются во всех отраслях техники и
технологии: в ракето-, авиа-, судо- и автомобилестроении,
железнодорожном транспорте, в микро- и наносистемной технике
и технологии, в строительстве, медицине, сельском хозяйстве, быту
и спорте, в производстве тары, упаковки, одежды, обуви и других
товаров общего и специального назначения.
ПМ отличаются широкими возможностями выбора и регулирования
состава, структуры и свойств, способов и условий получения, переработки,
обработки и применения.

процессов
получения, переработки и обработки
низкая плотность (0,85—1,8 г/см³)
высокая

стойкость к агрессивным средам, атмосферным и радиационным
воздействиям и ударным нагрузкам
низкая теплопроводность
высокие оптические, радио- и электротехнические свойства
хорошие адгезионные свойства

НЕДОСТАТКИ ПМ
низкая жесткость, тепло- и термостойкость
большое тепловое расширение
склонность к ползучести и  релаксации  напряжений
растрескивание под напряжением
для многих ПМ – горючесть, невозможность биоразложения

числе пено-
и поропласты (вспененные, газонаполненные или ячеистые)
-

армированные пластики (полимерные композиционные материалы, композиты)
- каучуки, резины, резино-технические материалы
лакокрасочные материалы (краски, эмали, лаки, грунтовки, шпатлевки)
и покрытия из них
полимерные клеи, компаунды, герметики, полимер-цементные и
полимер-битумные композиции
волокнистые, пленочные, листовые и профилированные материалы (жгуты, нити,
ткани, ленты, нетканые материалы, пленки, листы, трубы, профили, кожа, бумага)

ПМ специального (функционального) назначения
трибологические (фрикционные и антифрикционные)
тепло- и электроизоляционные, электропроводящие
термо-, электро-, магнито-, механо- и оптически активные
фоточувствительные
абляционные
с эффектом памяти формы, интеллектуальные, биоподражающие

массы): полимер в интервале температур эксплуатации
материала находится

в стеклообразном состоянии и под действием нагрузки
деформируется слабо
эластичные материалы: полимер в интервале температур эксплуатации материала
находится в эластичном состоянии и под действием нагрузки деформируется
значительно (эластические деформации)

По способности обратимо переходить из твердого состояния в жидкое
(вязко-текучее) или пластическое
- термопласты: макромолекулы имеют линейную или разветвленную форму.
При изменении температуры могут обратимо менять свое состояние:
твердое (стеклообразное или кристаллическое)


вязко-текучее или пластическое

- реактопласты: макромолекулы имеют пространственную сетчатую структуру.
Эти материалы не способны растворяться и переходить в
пластическое или вязко–текучее состояние при нагревании.

 

полиолефины (различные типы полиэтилена и полипропилена),
поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат и
поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и полиакрилаты,
фторопласты, водорастворимые полимеры (полиакриламид,
поливинилпирролидон), ионсодержащие термопластичные
полимеры (иономеры)

полиацетали (полиоксиметилен, или полиформальдегид),
алифатические и ароматические простые и сложные
полиэфиры (полиэтилен- и полипропиленоксиды,
полифениленоксид, полиэфирсульфоны, полиэфирэфиркетон,
полифениленсульфиды, полиэтилен- и полибутилентерефталаты,
поликарбонат)


полиамиды 66 и 6 (нейлон и капрон соответственно), фенилон


- термопластичные полиимиды (полиамид- и полиэфиримиды) и полиэфируретаны;
- статистические и чередующиеся сополимеры
- блок- и привитые сополимеры
- смеси и сплавы полимеров (ударопрочный полистирол, АБС пластик,
термоэластопласты)

- карбоцепные
полимеры

- гетероцепные
полимеры

- алифатические
и ароматические
полиамиды

60% об.
- Кристаллическая ϕкр> 60% об.


Свойства аморфных термопластичных полимеров
-

сохраняют деформационную устойчивость в интервале температур Тхр< Тэ < Тс
- температура стеклования Тс определяет «теплостойкость» материала – максимальную температуру эксплуатации изделий из пластиков
- при температурах выше Тс аморфные полимеры находятся в высоко-эластическом состоянии и деформируются как эластичные материалы
- температура хрупкости Тхр определяет температуру «хладостойкости (морозостойкости)» материала, ниже которой материал разрушается хрупко, что недопустимо для конструкционных материалов

наличия кристаллической фазы
при температурах выше Тс на 20-300 материал деформируется

преимущественно упруго, что обусловлено наличием в полимере проходных цепей (макромолекул, входящих в состав как кристаллической, так и аморфной фаз)
переходят в вязко-текучее состояние только после плавления кристаллов, что повышает температуру формования изделий, приближая ее к температуре деструкции полимера, а в ряде случаев, превышая ее

Свойства кристаллических термопластичных полимеров
- эксплуатируются при температурах выше Тс аморфной фазы, т.к. при более низких температурах полимер становится хрупким (следовательно, морозостойкость таких полимеров определяется температурой Тс)
устойчивы к ударным и циклическим нагрузкам
проявляют ползучесть, которая резко возрастает с повышением температуры и уже задолго до плавления кристаллов полимер утрачивает деформационную устойчивость

ПА) имеют сравнительно низкую теплостойкость,
что

ограничивает интервал температур эксплуатации в интервале 70-1400С.
2. «Усталостная» (длительная) прочность таких материалов составляет всего 25-40% от прочности при
кратковременном нагружении, указанной в таблице.
3. Высокое значение термического коэффициента линейного расширения (α=80-250х10-6 К-1) :
значительная усадка изделия в процессе охлаждения его в форме (2-5%), что создает проблемы обеспечения
точности размеров изделия и извлечения его из формы;
значительное изменение размеров и, возможно, формы изделия при смене температурных условий
эксплуатации;
- возникновение термических напряжений в гетерогенных материалах (ПКМ).

и неплавкий материал с сетчатой или полициклической (лестничной) молекулярной структурой

непосредственно в изделии в результате химических и физических превращений в процессе получения, переработки и обработки материала

реакционно-способные мономеры, олигомеры, полимеры и их сложные смеси (смолы), содержащие ненасыщенные и циклические группы:
ненасыщенные поли- и олиго-эфиракрилаты и малеинаты
виниловые эфиры
эпоксидные олигомеры и смолы
ди- и полиизоцианаты, бисмалеинимиды
низкомолекулярные (жидкие) и высокомолекулярные каучуки
Реакции отверждения: свободно-радикальная, ионная цепная полимеризация и полиприсоединение (ступенчатая полимеризация)
Условия отверждения: действие тепла, УФ и других излучений, присутствие инициаторов, катализаторов и отвердителей
Особенности отверждения: не выделяются низкомолекулярные вещества, сравнительно небольшая химическая усадка (контракция)

и теплостойкие полимеры
Реакция отверждения: внутримолекулярная циклизация (имидизация), протекающей по ступенчатому

механизму поликонденсации (250-3200С)
Особенности реакции: не выделяются низкомолекулярные вещества

3) феноло-, карбамидо- и меламино-формальдегидные смолы - старейшие типы реакционно-способных преполимеров
Реакция отверждения: поликонденсация
Особенности реакции: выделение низкомолекулярных веществ

4) различные олигомер/олигомерные и олигомер/полимерные смеси, в том числе на основе термопластичных полимеров в виде взаимопроникающих сеток в отвержденном состоянии

в мономере («форполимер»)

Стадия Б

Сетчатый полимер


Стадия В

Смола (олигомер)

Стадия А
Плайномер
(«предотвержденный полимер»)

Стадия Б

Сетчатый

полимер

Стадия В

олигомера химически присоединяются друг к другу,
образуя длинные разветвленные макромолекулы

Между соседними

макромолекулами возникают единичные химические связи - “точка гелеобразования”.
Материал теряет способность течь

Образование сетчатого полимера, стеклообразного или эластичного при заданной температуре отверждения

Фазовая структура полимеров - реактопластов (отвержденных смол) – аморфная, характеризуется резко выраженной микрогетерогенностью, обусловленной образованием микрогелевых частиц размером 20-30 нм в процессе отверждения смолы. Следствием гетерогенности структуры является низкая прочность и высокая хрупкость густосетчатого полимера.

до температуры термодеструкции, применяют в материалах для высоконагруженных изделий, работающих

при криогенных (сверхнизких) или повышенных температурах (150-3500С).

Полимеры с сетчатой структурой не плавятся и не растворяются - невозможно совместить их с модификаторами или наполнителями. Поэтому процесс их образования происходит одновременно с процессами получения материала (реактопласта) и формования изделия из него.

(НК) и синтетические каучуки (СК)
Термопластичные гибкоцепные полимеры с линейной молекулярной

структурой.
В интервале температур эксплуатации проявляют ярко выраженный эластический
характер деформирования.

Резина (вулканизат)

Термореактивный полимер с редкосетчатой молекулярной структурой.
Такой материал в интервале температур эксплуатации сохраняет способность
эластически деформироваться. Пластические деформации (хладотекучесть под
нагрузкой), характерные для полимеров с линейной молекулярной структурой,
становятся невозможными.

Резина образуется в результате химической реакции – вулканизации: сера (или
производные серы) химически взаимодействует с резиновой смесью с образованием
полимера с редкосетчатой структурой после заполнения резиновой смесью
формы при изготовлении изделия.

Резиновая смесь (сырая резина) или наполненная резиновая смесь (наполненная
сырая резина) - НК или СК, совмещенные с модификаторами или наполнителями.

Термоэластопласты

Эластичные полимеры, аналогичные по своим механическим свойствам резинам,
но способные подобно термопластам обратимо переходить из эластического в
пластическое или вязко-текучее состояния при изменении температуры.
При этом удается значительно ускорить процесс формования изделия, т.к. отпадает
необходимость в длительном химическом процессе - вулканизации.

деструкции полимера при нагревании;
повышение огнестойкости, трещиностойкости и атмосферостойкости полимера;
изменение цвета

материала;
повышение морозостойкости эластичных материалов (мягчители).

Способы введения модификатора:
1) растворение в полимере;
2) диспергирование в виде мельчайших частиц.

полимере в процессе

переработки и эксплуатации полимерного материала

По назначению наполнители можно разделить на два типа:
модифицирующие наполнители;
фазы композиционных материалов.

Модифицирующие наполнители – вводят в полимер в виде порошков в небольших
количествах (до 20-30 % об.) с целью улучшения каких –либо характеристик полимера:
1) снижения пожароопасности ПМ за счет придания им самозатухающих свойств;
2) снижения усадки полимерного материала в процессе его переработки в изделия;
3) снижения КТР;
4) снижения коэффициента трения;
5) предотвращения накапливания электростатического заряда;
6) окрашивания материала;
7) отражения или поглощения тепловых и световых лучей
и т.п.

Вся совокупность свойств, присущих полимерной матрице и наполнителю,
суммируется в композиционном материале пропорционально объемным долям
каждой из фаз, что позволяет, владея методами конструирования ПКМ, создавать
материалы с требуемым сочетанием свойств, обеспечивая многофункциональность
изделий.

Фазы композиционных материалов

0,1-2 мм)

в конструкции транспортного самолета Ан-124: 1 - носовой обтекатель; 2

- передние створки; 3 — предкрыльевая панель; 4 - мотогандола; 5 - задняя часть пилона; 6 - обтекатель; 7 - концевой носок стабилизатора; 8 - зализы стаби­лизатора; 9 - створки грузового люка; 10 - створки шасси; 11 - залонжеронная часть крыла

Элементы космической ракеты из углепластика

матрице распределены нерастворимые в ней
другие материалы (наполнители).
Между матрицей и наполнителем

возникает четко обозначенная граница раздела
и прочное взаимодействие (адгезия) по всей поверхности этой границы, которое
обеспечивает равномерное перераспределение по наполнителю напряжений,
возникающих в матрице под действием внешних нагрузок.

Вся совокупность свойств, присущих полимерной матрице и наполнителю, суммируется
в композиционном материале пропорционально объемным долям каждой из фаз,
что позволяет, владея методами конструирования ПКМ, создавать материалы
с требуемым сочетанием свойств, обеспечивая многофункциональность изделий.

форме наполнителя
Дисперснонаполненные
Непрерывноармированные (полимерные композиты)
По характеру распределения наполнителя в матрице
Одноосноориентированные
Ориентированные в

плоскости
Объемноориентированные
Неориентированные

По свойствам

Изотропные
Анизотропные

природы
(вдоль волокон/перпендикулярно волокнам)

которого материал (термопласт, реактопласт, резиновая смесь)
переводится в вязко-текучее состояние и

затем впрыскивается под давлением в форму,
где происходит оформление изделия

Методом литья под давлением производят штучные изделия массой от долей грамма
до десятков килограммов. Этот способ является наиболее распространенным в переработке
Большинства промышленных термопластов. Кроме того, литьем под давлением производят
изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др.

Основным оборудованием процесса является
термопластоавтомат, оснащенный пресс-формами

5-шнек; 6-пластикационный цилиндр; 7-бункер;
8-привод; 9-гидравлический цилиндр; 10-передаточный
механизм; 11-электрические нагреватели
Схема трансферного

пресса для литьевого прессования реактопластов: 1-плунжер; 2-гидравлический цилиндр; 3-поршень; 4-трансферный цилиндр; 5-оформляющие гнезда прессформы; 6-литниковые каналы; 7-прессформа; 8-цилиндр пластикатора; 9-червяк

Принципиальная схема
процесса литья под давлением

виде

сечением на основе волокон стекла, углерода, базальта и полимеробразующих смол
Схема

пултрузии

Фильера

Пултрузионная машина

Форма изделий

с использованием силы вакуумного давления. Исходные компоненты композитного материала в сухом виде

выкладываются в оснастку, на следующем этапе создаются условия вакуума, после чего смола по специальным трубкам засасывается в ламинат. Данную технологию используют для производства деталей различных размеров и назначения из углепластика и стеклопластика. При таком технологическом процессе возможно как производство штучных деталей, так и изготовление небольших партий

препрег

3 - антиадгезионный слой; 4 – формуемое изделие; 5 -

разделительная перфорированная пленка; 6 – впитывающий слой; 7 - цулага; 8 - дренажный слой; 9 - вакуумный мешок: 10 – клапан вакуумной системы; 11 - герметизирующий жгут

нитей; 3 - арматура; 4 - пропиточная ванна со связующим;

5 - отжимные ролики; 6 - система подогрева и контроля температуры связующего; 7 - ТЭН; 8 - масло; 9 — натяжитель сформированной ленты; 10 - раскладчик; 11 - вращающая оправка; 12 - намоточный станок

эластичная мембрана; 4 – уплотнители; 5 - тележка; 6 -

рельсы; 7 - корпус автоклава; 8 - крышка

- препрег; 4 - емкость со связующим

пористая (до 30%)
Оксидные
- алюмосиликатные SiO₂ - Al₂O₃

высокое электросопротивление, радиопрозрачность
(детали ракет, космических аппаратов и радиоаппаратуры, корпуса галогенных ламп,…)
- SiO₂ - Al₂O₃ - MgO, SiO₂ - Al₂O₃ -Li₂O (радиотехнические детали, огнеупоры, изоляторы,
авто- и авиасвечи, …)
- на основе TiO₂ высокая диэлектрическая проницаемость (детали в электронике и радиотехнике)

Карбидные - SiC (карборунд), карбиды Ti, Nb, W высокие электро- и теплопроводность
(нагреватели электрич. печей, детали жаропрочных конструкций, металлообрабатывающие инструменты)

Нитридные - BN, AlN, Si3N4

(нитрид кремния заменяет жаропрочные сплавы из Co, Ni, Cr, Fe)

Силицидные - на основе дисилицида молибдена MoSi2 стойкость в окислительных средах
до 1650оС (электронагреватели)

Характеризуются: высокие прочность при сжатии (до 5 ГПа), огнеупорность (до 1650 оС),
стойкость в окислительных средах)

Измельчение и
смешение
компонентов

Формование изделия
(литье, прессование)
и его сушка

Обжиг (900 - 2000оС)
под давлением
или без него

Мехобработка,
металлизация
(при необходимости)

прочности при нагревании
- высокая термопрочность
- относительно низкая плотность
- хорошо обрабатываются

на металлорежущих станках
- высокие тепло- и электропроводность

МГ, ППГ, ГМЗ

В металлургической промышленности:
- тигли, кристаллизаторы, футеровки при плавке тугоплавких
металлов и их оксидов
- электроды для электрометаллургических плавильных печей
- нагреватели для электровакуумных и высокочастотных
печей (вместо вольфрамовых и молибденовых)

МПГ- 6

- нагреватели и тепловые экраны электровакуумных печей
- пресс-формы горячего прессования, фильеры
(в защитной или инертной атмосфере до 25000С)
- искусственные алмазы

МГ ППГ ВПП МПГ-6
Плотность, г/см3, не менее 1,50 1,72 1,85 1,8
σсж, МПа, не менее 23 36 45 100

Прессование порошков
нефтяного кокса или
каменно-угольного пека

Обжиг при 900-12000С
(карбонизация)

Термообработка
При 1800-20000С
(графитация)

УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СУ-2500 изделия для химической промышленности
плотность, кг/м3

1450
прочность, МПа
σв 45
σи 170
σсж 260
модуль упругости Е, ГПа 21
теплопроводность λ, Вт/(м -К) 10
микротвердость, МПа 1500
открытая пористость, % 2,6

Изготовление
пластмассовой
детали литьем
или прессованием

Термообработка
детали при 900 - 12000С
(карбонизация)

стойкость к абляции
- сохранение прочностных свойств до 2000-25000С
- высокая

ударная вязкость
- стойкость к тепловому удару
- стойкость в агрессивных средах

Изготавливают: тормозные авиационные диски, теплозащиту космических
кораблей, сопла реактивных двигателей, пресс-формы
для горячего прессования тугоплавких порошков

Подготовка
армирующего
каркаса

Газофазная или
жидкофазная
пропитка каркаса
углеродной матрицей

Углеродные
каркасы

получения стекол с определенными физико-

химическими свойствами: кислотные, щелочные
и щелочноземельные окислы

Вспомогательные компоненты – для придания стекломассе необходимых
свойств: осветлители, обесцвечиватели,
красители, глушители, окислители,
восстановители, ускорители варки

г/ см3)
В природе встречается в кристаллической форме в виде кварца

- бесцветных кристаллов с Тпл=1713 оС
и Ткип=2590 оС.
Разновидности кварца:
1) горный хрусталь – прозрачные призматические кристаллы;
2) дымчатый топаз темно-коричневого цвета;
3) аметист лилово-красного или розового цвета за счет присутствия окислов марганца и железа.

Для большинства стеклянных изделий основным сырьевым компонентом является кварцевый песок, образующийся в результате разрушения горных пород, содержащих кварц.

Химический состав кварцевого песка Люберецкого месторождения

Главные компоненты

листового и бутылочного стекла и столовой посуды.
Окись алюминия Al2O3
Для

снижения КТР стекла, повышения термостойкости,
повышения химической стойкости, повышения механической прочности и твердости.

Окислы щелочных металлов (Ме2О):
Na2O для осветления стекломассы;
K2O для высококачественной посуды, изделий из хрусталя, цветных, оптических и технических стекол;
Li2O для светящихся стекол и для получения стеклокристаллических материалов.

Окислы щелочноземельных (Са, Mg) и других металлов (МеО):
СаО для осветления и придания стеклу химической устойчивости;
MgO для повышения химической устойчивости и механической прочности стекла;
ZnO для снижения ТКР, повышения стойкости к термоудару, химической устойчивости и коэффициента преломления;
ВеО для снижения ТКР, повышения термической и химической устойчивости, прозрачности для УФ-лучей, коэффициента преломления и твердости;
PbO для оптических стекол, хрустальной посуды, искусственных драгоценных камней и эмалей.

Окислы четырехвалентных металлов (МеО2):
GeO2 для увеличения показателя преломления;
TiO2 для увеличения показателя преломления и повышения химической стойкости, особенно к воде и кислотам, для поглощения УФ-лучей;
ZrO2 для повышения химической устойчивости, снижения ТКР, улучшения механических свойств (разрыв, сжатие), снижения хрупкости, повышения термостойкости;
ThO2 (торий) для оптических стекол с высоким показателем преломления и огнеупорных тиглей.

высоких температурах освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей,

т.е. ее осветлению: сульфат натрия (Na2SO4), хлористый натрий, трехокись мышьяка, селитра, фтористые и аммонийные соли.

Обесцвечиватели – материалы, уничтожающие нежелательную окраску( закись железа FeO окрашивает стекло в сине-зеленый цвет, а окись Fe2O3 – в желто зеленый).

Химическим способом закись железа переводят в окисную форму, менее окрашивающую стекломассу, что значительно увеличивает прозрачность стекла,
но полностью его не обесцвечивает:трехокись мышьяка, селитра, сульфат натрия, хлористый натрий, фториды и окись сурьмы.

Физический способ заключается в добавке веществ, окрашивающих стекломассу
в цвет, дополнительный к зеленому; прозрачность стекла при этом снижается: перекись марганца, селен, закись никеля, окись кобальта и редкоземельные соединения
(окись неодима).

Красители

Молекулярные красители растворяются в стекломассе, например:
СоО является весьма интенсивным красителем и сообщает стеклу синий цвет,
а окись марганца Mn2O3 – фиолетовую окраску;
окись неодима Nd2O3 придает стеклу красивую пурпурно-фиолетовую окраску;
при искусственном освещении наблюдается игра цветов с образованием оттенков
от розово-синего до красного;
окись празеодима Pr2O3 окрашивает стекло в красивый зелено-золотистый цвет,
в тонком слое стекло имеет более желтый цвет, в толстом – более зеленый;
трехокись урана UO3 окрашивает стекло в желто-зеленый цвет с яркой зеленой
флуоресценцией.

Коллоидные красители находятся в стекле в коллоидно-дисперсном состоянии:
золото, медь, селен, сурьма – образуют т.н. красные рубины;
серебро – окрашивает стекла в желтый цвет.
 Золото окрашивает стекло в «золотой рубин» от розового до темно пурпурового цвета.
Для этого пользуются хлорным золотом, которое получают путем растворения
металлического золота в смеси концентрированных соляной и азотной кислот.

Для получения глушеного стекла

молочно-белого цвета применяют
криолит (3NaFAlF3), кремнефтористый натрий (Na2SiF6) и фтористый
кальций (CaF2).

Окислители и восстановители позволяют варить цветные стекла как в окислительной, так и
в восстановительной средах.
Окислители – натриевая и калиевая селитры.
Восстановители – углерод, металлические алюминий и магний и др.

Стадии процесса стекловарения
(в реальном производстве не изолированы друг от друга)

Силикато-
образование
800-9000С

Стекло-
образование
1150-12000С

Дегазация
1400-15000С

Гомогенизация

Студка

Силикатообразование – растворение компонентов шихты (нет отдельно песка, соды, мела и т.д.).

Стеклообразование – расплавленная масса смеси компонентов становится прозрачной,
однако имеет много газовых пузырей.

Дегазация – стекломасса освобождается от видимых газовых включений (пузырей).

Гомогенизация – стекломасса становится однородной по показателю преломления
(оптические стекла ± 0,0005): перемешивание или выдержка при высокой
температуре.

Студка – температура стекломассы снижается на 200-3000 для придания ей необходимой технологической вязкости.

стекла придают, когда стекломасса находится в жидком или пластичном состояниях.
Способы

формования

- литье в форму;
- штамповка;
- прокатка между вальцами;
- прессование;
- выдувание железной трубкой (как мыльные пузыри);
- вытягивание в листы, трубки и нити;
- центробежное формование;
- сваривание между собой стеклянных изделий;
- спекание стеклянных порошков и волокон
(при производстве фильтров).

Прессование применяют для массового изготовления массивных или полых
стеклоизделий с толстыми стенками и неглубокой, простой по форме,
цилиндрической, призматической или суживающейся книзу полостью.

Выдувание широко распространено для изготовления полых стеклянных изделий
самой разнообразной формы, размеров и назначений (консервные банки,
молочные бутылки с широким горлом и т.д.).

сверлом (с применением
особой смачивающей жидкости);
- обточка на

токарном станке победитовыми резцами;
- резание алмазом или стальными роликами;
- шлифовка и полировка.

Центробежное формование применяют для изготовления полых стеклянных
изделий с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью и
сложной наружной поверхностью, например, линз Френеля,
представляющих собой боченкообразные стеклянные тела с
поясными линзами и призмами на наружной поверхности,
применяемые в светотехнике.

Вытягивание применяют для получения стеклянных лент различной толщины.

Прокатка используется для получения гладкого листового стекла толщиной до 25 мм,
а также рифленого и узорчатого стекла с наружным и внутренним рисунком.

стекла применяют главным образом для остекления скоростного транспорта: автомобилей, троллейбусов,

автобусов и самолетов. Такие стекла не дают при разбивании острых осколков или удерживают их.

Армированное стекло – получают введением внутрь стеклянного листа металлической сетки; при ударе и растрескивании стекла металлическая проволока удерживает осколки на себе.

Порция стекла выливается на стол перед передним валиком. Валик огибается проволочной сеткой, которая сматывается с рулона. Валик раскатывает стекло в пласт и одновременно прижимает к нему проволочную сетку.

За первым валиком на небольшом расстоянии и несколько выше катится второй, Перед ним также налито стекло, которое раскатывается поверх сетки, сливаясь в одно целое с нижним слоем.

толщиной 4-6,5 мм, состоящий из двух листов стекла, склеенных прозрачным

и упругим промежуточным слоем органического вещества, который удерживает на себе осколки.

Применяют отполированное с обеих сторон или неполированное листовое стекло высшего качества. Стекло не должно быть волнистым, т.к. это искажает рассматриваемые через него предметы.

Прямоугольные заготовки режут на форматы заданного размера и контура. Поверхность стекла обезжиривается 1% раствором соды в воде и сушится (15 мин, 65-700С).

В качестве клеевой прослойки используется пленка из бутафоли ( поливинилбутироля) толщиной 0,35-0,5 мм.

Собранные пакеты из двух листов стекла и пленки выдерживают под нагрузкой 12-18 кг в течение 1-5 мин, укладывают в резиновые мешки и вакуумируют 2-3 часа для удаления воздуха.

Склеивают пакеты в автоклаве при давлении 18 атм («прессовка») с предварительным подогревом без давления до 98-1000С для размягчения клеевой пленки с целью лучшей склейки.

Трехслойные стекла для автомашин изготовляют также гнутыми и закаленными.

Свойства: толщина (4-6,6)±0,5 мм; бесцветные; прозрачность ≥82%; не распадаются на куски при ударе падающим с высоты 1 м стальным шаром весом 800 г;
не изменяется цвет и прозрачность при облучении ртутно-кварцевой лампой в течение 24 часов.

размягчения при температуре 630-6500С (на 50 – 600 выше Тg)

и последующем быстром равномерном охлаждении. При этом напряжения в стекле распределяются равномерно.

Трехслойные стекла для автомашин изготовляют гнутыми и закаленными.
Для гнутья стекол используют прессы и формы из гипса или жаростойкой стали. При двойной заготовке для триплекса весь контур между стеклами припудривают мелом во избежание их слипания. Стеклам придают требуемую форму при температуре 650-6700.

Свойства закаленного стекла:
выдерживает удар во много раз большей силы, чем незакаленное; при толщине 6 мм оно не разбивается при падении на него шара весом 800 г с высоты 1,2 м;
при разрушении осколки имеют мелкоячеистую структуру без острых углов; площадь каждой ячейки не превышает 100 мм2;
закалка увеличивает сопротивление на изгиб в 5-7 раз; прочность на изгиб ≥ 125 МПа;
имеет повышенную термическую устойчивость – выдерживает резкие изменения температуры до 2700 (обыкновенное стекло растрескивается при разности температур в 700).

Толщина для автомобильной промышленности 5,5 и 6,5 мм, для строительных целей – до 20 мм.

электротехнике – электроизоляционная бумага, специальная высокотемпературная изоляция;
в радиоэлектронике – детали

измерительных приборов и аппаратов (мишени электроннолучевых трубок, сопротивления, высокочастотные конденсаторы, подложки и т.д.);
в оптике – предметные и покровные стекла для микроскопии;
в машиностроении – стеклопластики различного назначения, смотровые окошки для приборов и аппаратов;
в строительстве – конструктивные детали, кровли и облицовочные материалы (стеклопластики).

Пленочное стекло – тонкое плоское стекло толщиной до нескольких мкм, у которого проявляется свойство гибкости, отсутствующее у массивных стекол.
Максимальная стрела прогиба обычного листового стекла не превышает десятых и сотых долей его длины. Стекло толщиной 0,15-0,2 мм легко огибает барабан диаметром 0,3-0,5 м, а толщиной 10-15 мкм наматывается на стержень диаметром 20-30 мм.

Свойства пленочного стекла:
механическая прочность пленочного стекла в несколько раз превышает прочность
массивных стекол;
удельное пробивное напряжение в неоднородном электрическом поле при изменении
толщины пленок от 100 до 6 мкм возрастает более, чем в 8 раз;
высокая прозрачность (до 92%) в области видимой части спектра;
выдерживает резкие перепады температур без разрушения (высокая термостойкость).

Методы получения пленочного стекла:
вытягивание непрерывной ленты стекла из расплава стекломассы сверху вниз через
формующее устройство определенной конфигурации;
растягивание полосы обычного листового стекла, подвергнутой местному нагреву
до температуры размягчения.

Чешуйчатое стекло получают дроблением пленочного стекла до получения частиц заданного размера.
Используют в качестве наполнителей в дисперсно – наполненных материалах.

с сообщающимися порами – звукопоглощающее;
- с частично замкнутыми порами –

строительно-изоляционное;
- микропористое – химическое;
- механически прочное – техническое.

Свойства пеностекла и некоторых других жестких теплоизоляционных материалов

смесь стекольного боя (отходов стекольного производства) и кокса в качестве

пенообразователя.
Шихту приготовляют в помольном отделении цеха, где имеются бункеры для боя стекла и щековая дробилка для дробления крупных кусков эрклеза.
Помол и смешение стеклобоя и кокса осуществляют в шаровых мельницах в течение 3 – 6 часов.
Приготовленную шихту засыпают примерно наполовину в формы прямоугольной формы для спекания, изготовленные из жаростойкой стали, слегка расширяющиеся кверху для облегчения извлечения готовых блоков.
Форму закрывают крышкой и подают в печь специальным толкателем.

Вспенивание
Вспенивание происходит в туннельной печи, обогреваемой газом. Печь имеет ряд температурных зон,
последовательно воздействующих на содержимое формы. Вспенивание происходит при температуре
700-8000С. После вспенивания происходит охлаждение до 6000С, затем формы извлекают из печи.

Механическая обработка блоков из пеностекла
Производится для получения стандартных по размерам и форме изделий. Для этого применяют
дисковые пилы со стальными зубьями. Из каждой партии отбирают несколько образцов для проверки
на водопоглощение, плотность и прочность на сжатие.

Применение пеностекла
строительство складов и хранилищ съестных припасов;
изготовление спасательных приспособлений и понтонных мостов;
повышение плавучести металлических конструкций;
защита кораблей от коррозии;
перегородки внутри речных и морских судов и изоляция котельных установок на судах;
в качестве декоративного и архитектурно-строительного материала.

диаметр по сравнению с другими волокнами.
Диаметры волокон
Стеклянное волокно обладает высокой

прочностью. При обычной температуре при нагружении стеклянные волокна ведут себя как идеально упруго-хрупкие тела, подчиняясь закону Гука вплоть до разрыва.

Прочность волокон

Прочность стеклянных волокон сохраняется при нагреве до 2500С

вата
длина 20 км и более, по внешнему виду напоминает натуральный

и искусственный шелк

длина 5-80 см, похоже
на хлопок и шерсть

В процессе получения применяют замасливатель (парафин), чтобы склеить их в одну прядь и уменьшить трение друг о друга при переработке их в ткани.

Способы производства стеклянного волокна

Штабиковый

Фильерный

Центробежный

Дутьевой