Какие различия в свойствах имеют органические и неорганические стекла кратко

Обновлено: 02.07.2024

В различных отраслях промышленности, строительстве и других отраслях хозяйства применяются стекла неорганические и органические. Неорганическое стекло подразделяется на техническое, строительное и бытовое. В свою очередь строительное стекло делится на конструкционное, отделочное, звуко—и теплоизоляционное. По качеству поверхности стекло бывает полированное и неполированное, цветное и бесцветное. По способу упрочнения – обычное, отожженное, закаленное и упрочненное химическим или другим способом. По профилю выпускают стекло плоское, волнистое, гнутое и профильное.

Стекло неорганическое строительное нашло широкое применение в строительстве: для остекления световых проемов в стенах, фонарей (в крышах различных зданий).

Неорганическое стекло получают при остывании расплава, содержащего чистый кварцевый песок (кремнезем), сульфат натрия и известняк.

Наибольшее применение для остекления оконных и дверных блоков, перегородок получило стекло оконное листовое 1 и 2 сортов. Плотность этого стекла 2000–2600 кг/м 3 , све—топропускание – 84–87 %, теплопроводность низкая. Промышленность выпускает также стекло листовое узорчатое 1 и 2 сортов, бесцветное и цветное с рельефным узором; стекло листовое термически полированное, стекло цветное листовое (красного, синего, зеленого, желтого цветов), гладкое, цветное и бесцветное; с гладкой, рифленой или узорчатой поверхностью; неармированное и армированное стальной сеткой (выпускается 3 типов: швеллерное профильное; коробчатое профильное – с одним или двумя швами; ребристое профильное); стекло листовое, армированное металлической сеткой, – бесцветное и цветное, гладкое и рифленое, узорчатое.

Органическое стекло – продукт ненасыщенных полиэфирных смол, прозрачный полимер. Подразделяется на техническое, конструкционное, листовое, светотехническое и часовое. Техническое органическое стекло – пластифицированный и непластифицированный полимер (сополимер) метилового эфира метакриловой кислоты, широко применяемый в различных отраслях промышленности и хозяйства вообще. Стандартом предусмотрены три марки стекла ТОСП – стекло техническое органическое пластифицированное; ТОСН – стекло техническое органическое непла—стифицированное; ТОСС – стекло техническое органическое сополимерное. Физико—механические свойства технического органического стекла: температура размягчения (в зависимости от толщины) – 92—130 °C, ударная вязкость – 6–9 кДж/м 2 (6–9 кгс – плотность при 20 °C), прозрачность (при толщине до 30 мм) – 85–88 %, усадка перегрева при 40 °C в течение 1 ч – 3,5–4 %, разрушающее напряжение при растяжении – 60–80 МПа (600–800 кгс/см 2 ), относительное удлинение при разрыве – 2–2,5 %.

Конструкционное органическое стекло выпускается трех марок: СОЛ – стекло органическое пластифицированное; СТ–1 – стекло органическое непластифицированное и 2–55 – стекло сополимерное. Эти марки органического стекла применяются в качестве конструкционного материала в приборо—и агрегатостроении.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

СТЕКЛО, БЕЗОТКАЗНО ГОДНОЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ

СТЕКЛО, БЕЗОТКАЗНО ГОДНОЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ Выплавка открытого еще в Месопотамии стекла, шедшего на производство разнообразных емкостей, велась уже в пятом веке до нашей эры. Повторное применение бутылок и пузырьков началось с тех же давних времен. Наши предки пускали в

Краска для нанесения надписей на стекло

Краска для нанесения надписей на стекло На стекле можно выполнить различные черно-белые надписи или изображения, которые будут радовать жильцов и гостей дома в течение долгого времени. Приводим рецепты подходящих красок для работы по стеклу.Белая краска. Ингредиенты:

Глава 2. Стекло: характеристика, классификация

Глава 2. Стекло: характеристика, классификация Все твердые тела делят на кристаллические и аморфные. Последние обладают свойством плавиться при достаточно высокой температуре. В отличие от кристаллических тел они имеют структуру лишь с небольшими участками

Способы изготовления краски для нанесения надписей на стекло

Способы изготовления краски для нанесения надписей на стекло Чтобы сделать на поверхности стекла практически несмываемые черно-белые изображения или надписи, можно воспользоваться следующими рецептами красок.Черная краскаИнгредиенты:– силикатный клей –

Органическое стекло

Органическое стекло Обработка органического стекла, по сравнению с обычным, которое можно видеть на окнах, более проста и легка. Оргстекло имеет следующие рабочие характеристики:– при воздействии относительно небольшой температуры оно плавится, что позволяет

Нанесение надписей и рисунков на органическое стекло методом травления

Нанесение надписей и рисунков на органическое стекло методом травления Эскиз надписи или рисунка, необходимый для определенного орнамента, следует заранее приготовить на листе бумаги. После этого его переводят на поверхность стекла. Делают это так.На разогретый до

Нанесение надписей и рисунков на органическое стекло методом гравировки

Нанесение надписей и рисунков на органическое стекло методом гравировки Гравировку поверхности оргстекла осуществляют фрезами или борами. Фреза должна быть быстрорежущей. Скорость вращения фрезы с 10–36 зубцами составляет 2200 об/мин. Гравировку также обычно наносят

ЛЕКЦИЯ № 13. Стекло. Декоративные материалы

ЛЕКЦИЯ № 13. Стекло. Декоративные материалы 1. Стекло: неорганическое и органическое В различных отраслях промышленности, строительстве и других отраслях хозяйства применяются стекла неорганические и органические. Неорганическое стекло подразделяется на техническое,

Художественная обработка стекла. Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты

Художественная обработка стекла. Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты Изделия из стекла вошли в культуру и быт человека с незапамятных времен. Считается, что первые изделия из стекла появились более шести тысяч лет

Стекло как материал для кровли

Стекло как материал для кровли Стекло – это старейший художественный материал, оно появилось более пяти тысячелетий назад. По мере развития технологии его производства, стекло начали использовать для архитектурно-строительных целей: застекления окон, создания

Стеклом называют твёрдые, прозрачные, аморфные материалы. Стекла делятся на органические и неорганические.

Органическое стекло (о.с.) является одной из разновидностей пластмасс.

Основой его является органический полимер (полиметилметакрилат).

Для повышения стойкости о.с. против растрескивания его подвергают растяжению в размягченном состоянии (нагретом до 130-140C) в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Это приводит к повышению ударной вязкости в 7-10 раз.

Используется о.с. при изготовлении ограждений осветительной аппаратуры, защитных щитков на станках и т.п. В автомобильной промышленности применяют для изготовления безосколочного стекла триплекс, когда два слоя неорганического стекла склеиваются со слоем о.с.

Триплексы в пищевой промышленности используются для изготовления различных смотровых окон в аппаратах, работающих при умеренных температурах, но повышенных давлениях.

Неорганическое стекло

Основой неорганических стёкол являются затвердевшие расплавы смесей различных оксидов. Оксиды делятся на стеклообразующие (SiO2, GeO2, B2O3) и модифицирующие, т.е. меняющие свойства (Na2O, K2O,CaO, BaO и др.). В зависимости от соотношения концентраций тех или иных оксидов, меняются свойства различных марок стёкол. Введение оксидов щелочных и щелочно- земелных металлов снижает прочность, термо- и химическую стойкость стёкол, но облегчает технологичность их производства. Введение оксидов Al2O3, TiO2, BaO, PbO и др. металлов значительно повышают указанные свойства. Так, для обычного силикатного стекла, содержащего только оксиды кремния и щелочных, либо щелочно-земельных металлов, температура размягчения стекла –700-790C, термостойкость до 80-100C, а для кварца (практически чистый –99,5 % SiO2) эти характеристики повышаются до 1000-1200C. В стёклах марок Мазда и №31, с пониженным содержанием оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, термостойкость повышается до 150-185C.

Механическая прочность различных марок стекол (на сжатие) колеблется в пределах 400-700 МПа (прочность на растяжение почти на порядок ниже –50-100 МПа). Стекла отличаются высокой хрупкостью. Для повышения механических свойств используют различные способы их поверхностного упрочнения путём химической, термической и термомеханической обработок.

По назначению неорганические стекла делятся на: 1) ходовые (бутылки, банки, бытовые зеркала и др.), 2) строительное (оконное, витринное, стеклоблоки), 3) техническое (оптическое, электротехническое, химико-лабораторное, приборное, трубное) и др.

Помимо вышеописанных марок стекол, широко используется пеностекло, получаемое путем введения в неорганические стекла вспенивающих добавок (мела, кокса и др.). Пеностекло имеет малую плотность, хорошую тепло- и звукоизолирующую способность, высокую химическую стойкость. В пищевой промышленности используется в качестве теплозащитных и шумопоглощающих экранов, а также для изготовления различного рода фильтров.

Стеклокристаллические материалы – ситаллы

Ситаллы изготавливают на основе неорганических стекол, путем их полной, или частичной кристаллизации путём введения специальных добавок. В отличие от неорганических стекол, свойства которых определяются химическим составом, для ситаллов главным фактором, регулирующим свойства, является структура, определяемая количеством и дисперсностью добавляемой кристаллической фазы. При изготовлении ситаллов добавляют либо оксиды (SiO2, Al2O3, P2O5, NaF, и др.), либо чистые металлы (Ag, Au, Pt). Доля кристаллической фазы в ситаллах может меняться от 60 до 95 %, а размер кристаллов близок к 1-2 мкм.

По типу вводимых кристаллизаторов ситаллы делятся на термоситаллы (вводят оксиды) и фотоситаллы (указанные чистые элементы). Причем, кристаллизацию термоситаллов проводят путем нагрева стёкол до температур 400-600C, а кристаллизацию фотоситаллов – путем освещения их ультрафиолетовыми лучами.

Термоситаллы обладают прочностью (sв на сжатие достигает 1000-2000 МПа), высокой плотностью (r = 2,4 - 2,7 г/см3), хорошей химической устойчивостью, низкими коэффициентами трения, высокой термостойкостью (до 700-800C).

В пищевой промышленности термоситаллы используют для изготовления подшипников, допускающих непосредственный контакт с пищевыми продуктами, цилиндров и поршней в различных термообменных аппаратах. Их целесообразно использовать для футеровки трасс при расфасовке сыпучих продуктов.

Фотоситаллы используют при изготовлении различных фотоэлементов, различных деталей в радиоприборах, для деталей контрольно-измерительной аппаратуры и т.п.

Прогресс не стоит на месте и касается всех сфер человеческой жизнедеятельности. Так и в области строительства. На замену старым технологиям приходят абсолютно новые, а известные и привычные всем стройматериалы претерпевают модернизацию или уступают место более современным и практичным. Так произошло и со стеклом. Мало кто сейчас удивится широкому ассортименту пластикового стекла и практически полным отсутствием на рынке традиционного.

Отличия органического стекла от неорганического

С незапамятных времен человечество научилось производить стекло — прозрачный, твердый, и самое главное, устойчивый к высокой температуре материал. Единственным недостатком традиционного стекла, изготавливаемого из специально подготовленного песка, являлась хрупкость. В XX веке наука дала человечеству материал, идентичный неорганическому стеклу и способный выполнять те же самые функции в строительстве — полиметилметакрилат (ПММА). Являясь по своей сути пластмассой, которая является органическим веществом, в широких массах продукт получил название органическое стекло. Сохранив все достоинства своего предшественника, ПММА избавился и от главного его недостатка — хрупкости.

Технология изготовления

Получают полиметилметакрилат в результате полимеризации метакриловой кислоты. Сам процесс представляет собой неоднократное присоединение простейших соединений к наиболее сложному. Отсюда происходит главная особенность структуры ПМАА — укрупненные, по сравнению с большинством неорганических соединений, молекулы. Благодаря такому построению структуры, листовое органическое стекло на порядок прочнее своего неорганического аналога.

Описываемый образ — не единственно возможный. Оргстекло изготавливают по такой же технологии с применением других полимеров. Примером могут послужить полистирол, поликарбонат и др.

Изготавливается органическое стекло по ГОСТ 17622-72. В документе тщательным образом прописана технология изготовления, согласно которой в дальнейшем проходит сертификация готовой продукции.

Преимущества полиметилметакрилата

Внешне полимерное и неорганическое полотна практически ничем не отличаются. Разница ощущается на уровне тактильных ощущений. Во-первых, ПММА ощущается более плотным при касании. Во-вторых, органическое стекло намного эластичнее. При беглом осмотре других отличий отыскать невозможно.

Преимущество оргстекла перед простым силикатным явственны. Прочность первого в десятки раз выше, превосходная ударостойкость не вызывает сомнений. Еще один немаловажный плюс стекла из ПММА — хорошая пропускная способность ультрафиолетовых лучей. Именно поэтому панели из полиметилметакрилата пользуются большой популярностью в садоводстве, поскольку являются лучшим материалом для застекления теплиц. При более тщательном изучении полимерного полотна открывается еще одно его достоинство.

Установлено, что при повышении температуры до 120 °С структура полимерного стекла начинает плавиться, становясь вязкой и тягучей субстанцией. Это свойство значительно расширяет область применения полиметилметакрилата, ведь такой пластик можно использовать не только для изготовления панелей из оргстекла, но и других изделий. Термический порог для ПММА около 300 °С, так как именно под воздействием такой температуры стекло начинает разлагаться.

Органическое стекло ТОСП

Одним из самых популярных видов оргстекла является ТОСП. Это одна из форм полиметилметакрилата, основная особенность которой — присутствие в молекулярной решетке дополнительных пластификаторов. Эта особенность придает оргстеклу дополнительные свойства механического и физического характера. Производится ТОСП в виде монолитных блоков, что делает перевозку, установку и эксплуатацию материала более удобной.

Область использования оргстекла ТОСП

Эта разновидность органического стекла используется повсеместно в качестве материала для сборки разнообразных строительных конструкций. Свое применение ТОСП нашло и в легкой промышленности в качестве материала для изготовления аквариумов и всяких сувениров. Блоки выпускаются в различных цветовых вариациях, что делает их очень востребованным материалом для оформления витрин, строительства перекрытий в торговых центрах и т. п.

Материал пользуется большой популярностью у маркетологов. Часто на улицах города можно увидеть рекламу, оформленную в блок ТОСП, или баннер в торговом центре, защищенный прозрачной или разноцветной панелью. Производители мебели также не обделили вниманием новшество. Большинство современных журнальных столиков делаются по технологии с использованием подобных стеклянных панелей. В медицинских учреждениях хорошо зарекомендовали себя шкафы из органического стекла, а дизайнеры все чаще используют этот материал в оформлении интерьера различных помещений.

Неорганическое стекло следует рассматривать как затвердевший раствор особого вида — сложный расплав высокой вязкости кислотных и основных оксидов.

В состав неорганических стекол входят стеклообразующие оксиды, образующие структурную сетку, и модифицирующие оксиды натрия, калия, лития, кальция, магния, бария, изменяющие физикохимические свойства стекломассы.

Следует отметить, что к стеклообразующим оксидам относятся оксиды кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка. Кроме того, в состав стекла вводят оксиды алюминия, железа, свинца, титана, бериллия и другие, которые самостоятельно не образуют структурный каркас, но могут частично замещать стеклообразующие оксиды и этим сообщать стеклу нужные технические характеристики. В этой связи промышленные стекла являются сложными многокомпонентными системами.

Стекла классифицируют по стеклообразующему веществу, по содержанию модификаторов и по назначению.

В зависимости от химической природы стеклообразующего вещества стекла подразделяют на:

Наиболее широко применяется силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния (SiО₂). Чистый диоксид кремния в стеклообразном состоянии (кварцевое стекло) имеет каркас из тетраэдров (SiО₄) -4 , соединенных вершинами. Расстояния между узлами меняются в широких пределах, поэтому образуется неупорядоченная пространственная сетка (рис. 1, а). Частичное замещение кремния на алюминий или бор приводит к образованию каркаса алюмосилкатного или боросиликатного стекла. Катионы щелочных и щелочно-земельных металлов (Na, К, Са, Mg, Ва) — модификаторы — располагаются между кремнекислородными тетраэдрами, не нарушая структуры каркаса (рис. 1, б).

Рис. 1. Структура неорганического стекла: а — кварцевого; б — щелочного

По содержанию модификаторов стекла бывают щелочными (содержащими оксиды Na₂О, К₂О), бесщелочными и кварцевыми.

При этом широкое распространение получили многокомпонентные силикатные стекла системы Na₂О—СаО—SiО₂ с добавлением Al₂O₃ и MgO.

Кварцевое стекло получают плавлением природного или синтетического кварца. Технология получения стекол включает составление шихты и ее варку в печах.

По назначению неорганические стекла подразделяются на следующие:

технические (оптические, светотехнические, электротехнические, химико-лабораторные, приборные, трубные);
строительные (оконные, витринные, армированные, стеклоблоки);
бытовые (стеклотара; посуда, бытовые зеркала и т. п.). Техническое стекло по области применения делится на электротехническое, транспортное, оптическое, светотехническое, термостойкое, тугоплавкое, легкоплавкое, химико-лабораторное и др.

Технические стекла, в основном, относятся к алюмоборосиликатной группе и отличаются разнообразием входящих оксидов. Стекла выпускаются промышленностью в виде готовых изделий, заготовок или отдельных деталей.

Состав распространенных стекол следующий:

При нагреве стекло плавится в некотором температурном интервале, который зависит от состава этого стекла. Ниже температуры стеклования t_c стекло приобретает хрупкость. Для промышленных силикатных стекол температура стеклования t_с = 425…600 °С, температура размягчения t_р = 600…800 °С. В интервале температур между t_с и t_p стекла находятся в высоковязком пластическом состоянии. При температуре выше t_p (1 000…1 100 °С) осуществляются все технологические процессы переработки стекломассы в изделия. Свойства стекла (как и всех аморфных тел) изотропны. Плотность стекла колеблется от 2 200 до 6 500 кг/м 3 (для стекла с оксидами свинца или бария она может достигать 8 000 кг/м 3 ).

Механические свойства стекла характеризуются высоким сопротивлением сжатию (500…2 000 МПа), низким пределом прочности (30…90 МПа при растяжении и 50…150 МПа при изгибе), высоким модулем упругости (45…100 МПа), а коэффициент Пуассона μ = 0,184…0,26. Теоретическая прочность стекла (на молекулярном уровне) в 200…500 раз больше реальной прочности. Чтобы приблизить реальную прочность стекла к значению теоретической прочности, необходимо совершенствовать технологию изготовления и совершенствовать состав материалов стекла. Наиболее высокие механические свойства обеспечиваются у стекол толщиной 5…100 мкм и волокон диаметром 0,2…40 мкм. Твердость стекла (как и других неорганических материалов) часто определяется приближенным методом царапания по минералогической шкале Мооса и равна 5…7 единицам (за 10 единиц принята твердость алмаза, за единицу — талька).

Стекло является хрупким материалом, его ударная вязкость низкая (1,5…2,5 кДж/м 2 ). Более высокие механические характеристики имеют стекла, в составе которых отсутствует щелочь, и кварцевые. Важнейшими специфическими свойствами стекол являются оптические (светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и преломление света). Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90 %, отражает примерно 8 % и поглощает около 1 % видимого и частично инфракрасного света, а ультрафиолетовое излучение такое стекло поглощает почти полностью (кварцевое стекло является прозрачным для ультрафиолетового излучения). Коэффициент преломления стекол составляет 1,47…1,96, коэффициент рассеяния (дисперсии) находится в интервале 20…71. Стекло с большим содержанием РbО поглощает рентгеновское излучение.

Листовое стекло получают вытягиванием стекломассы в узкую щель. Стеклянные блоки и изделия чаще всего получают прессованием и объемной штамповкой. Для производства полых изделий применяют метод выдувания стекла.

Термостойкость стекла характеризует его долговечность в разных условиях изменения температуры и определяется разностью температур, которую стекло может выдержать без разрушения при его резком охлаждении в воде (t = 0 °С). Термостойкость стекла вычисляют по формуле Г. М. Бартенева:

где ΔT — разность температур, °С; K — коэффициент (при охлаждении всего изделия K = 1); σ_изг — предел прочности при изгибе; μ — коэффициент Пуассона; α — температурный коэффициент линейного расширения; Е — модуль упругости.

Коэффициент линейного расширения (α) стекла составляет от 5,6·10 –7 с -1 (кварцевое) до 90·10 -7 с -1 (строительное), коэффициент теплопроводности — 0,7…15 Вт/(м·К). Для большинства видов стекол значения термостойкости колеблются от 90 до 170 °С, а для кварцевого стекла она составляет 800…1 000°С. Химическая стойкость стекла зависит от образующих его компонентов: оксиды SiO₂, ZrО₂, ТiO₂, В₂О₅, А1₂О₃, СаО, МgО, ZnО обеспечивают высокую химическую стойкость, а оксиды Li₂О, Na₂О, К₂О, ВаО и РbО, наоборот, способствуют химической коррозии стекла. Механическая прочность и термостойкость стекла могут быть повышены путем закалки и термического упрочнения.

Закалка заключается в нагреве стекла до температуры выше значения t_c и последующем быстром и равномерном охлаждении в потоке воздуха или в масле. При этом сопротивление стекла статическим нагрузкам увеличивается в 3…6 раз, а ударная вязкость — в 5…7 раз. При закалке стекла повышается также его термостойкость.

Термохимическое упрочнение основано на значительном изменении структуры стекла и свойств его поверхности. Стекло подвергается закалке в подогретых кремнийорганических жидкостях, в результате чего на поверхности материала образуются полимерные пленки. Этим создается дополнительное (по сравнению с результатом обычной закалки) упрочнение. Повышение прочности и термостойкости можно получить травлением закаленного стекла плавиковой кислотой, в результате чего удаляются поверхностные дефекты, снижающие его качество.

Стекло поддается механической обработке (его можно пилить, обтачивать, резать, шлифовать, полировать) специальным инструментом.

1. Применение технических стекол

Для остекления транспортных средств используют преимущественно триплексы, термопан и закаленные стекла.

Триплекс — композиционный материал, получаемый из двух листов закаленного силикатного стекла толщиной 2…3 мм, склеенных прозрачной эластичной полимерной пленкой (обычно из поливинилбутираля). При разрушении триплекса неострые осколки удерживаются на полимерной пленке. Триплексы бывают плоскими и гнутыми.

Термопан — трехслойное стекло из двух листов закаленных стекол и воздушного промежутка между ними, который обеспечивает теплоизоляцию.

Оптические стекла, применяемые в оптических приборах и инструментах, подразделяют на кроны, отличающиеся малым значением коэффициента преломления, и флинты, которые характеризуются высоким содержанием оксида свинца и большими значениями коэффициента преломления. Тяжелые флинты не пропускают рентгеновские лучи и γ-излучение.

Светорассеивающие стекла содержат в своем составе фтор. Остекление кабин и помещений, где находятся пульты управления мартеновских и дуговых печей, прокатных станов и подъемных кранов в литейных цехах, выполняется стеклами, содержащими оксиды железа и ванадия, которые поглощают около 70 % инфракрасного излучения в интервале длин волн 0,7…3 мкм.

Кварцевое стекло вследствие его высокой стойкости (термической и химической) применяют для изготовления тиглей, чаш, труб, наконечников, лабораторной посуды. Близкое по свойствам к кварцевому стеклу, но более технологичное кварцоидное (кремнеземное) стекло используют для электроколб, форм для точного литья и т. д. Электропроводящие (полупроводниковые) стекла (халькогенидные и оксидные ванадиевые) применяются в качестве термисторов, фотосопротивлений.

В промышленности (химической и пищевой) вместо труб из нержавеющей стали и цветных металлов используют термостойкие трубы, изготовленные из безборного стекла.

2. Стекловолокнистые материалы

Теплозвукоизоляционные стекловолокнистые материалы имеют рыхловолокнистую структуру с большим числом воздушных прослоек, волокна в которых располагаются беспорядочно. Благодаря такой структуре, эти материалы имеют малую объемную массу (20…130 кг/м 3 ) и низкую теплопроводность λ = 0,030…0,0488 Вт/(м·К).

Стеклянное волокно получают следующими способами: штабиковым (образующаяся на конце нагретого штабика капля падает, вытягивая из штабика нить); фильерным (стекловолокно вытягивают из расплава через фильеру); фильерно-центробежным; дутьевым.

Разновидностями стекловолокнистых материалов являются стекловата, применение которой ограничено ее хрупкостью. Стекловаты — это материалы АСИМ, АТИМС, АТМ-3, состоящие из стекловолокон, расположенных между двумя слоями стеклоткани или стеклосетки, простеганной стеклонитками. Эти материалы применяются в интервале температур от –60 до +600 °С. Иногда стекловолокна сочетают с термореактивной смолой, придающей материалам (матам) более устойчивую рыхлую структуру (материал АТИМСС). Такие материалы работают при температуре до 150 °С.

Материалы, вырабатываемые из короткого волокна и синтетических смол, называются плитами. Коэффициент звукопоглощения плит при частоте звуковых колебаний 200…800 Гц равен 0,5; при частоте 8 000 Гц — 0,65.

Стеклянные волокна и стеклоткани используются в качестве наполнителей при производстве стеклопластиков.

Стекловату, маты, плиты применяют для теплозвукоизоляции кабин самолетов, кузовов автомашин, железнодорожных вагонов, тепловозов, электровозов, корпусов судов, а также в холодильной технике. Этими материалами изолируют различные трубопроводы, автоклавы и т. д.

3. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)

Для повышения прочности стекла стремятся избежать его кристаллизации, приводящей к неоднородности структуры материала. Однако если такая кристаллизация протекает в контролируемых условиях и окончательная структура материала состоит из микрокристаллических частиц, равномерно распределенных в стеклообразной массе, то он приобретает комплекс новых свойств.

Материалы, получаемые управляемой кристаллизацией неорганического стекла, называют стеклокристаллическими или ситаллами. Процесс кристаллизации стекла в ситаллах доводится до конца, так что остаточное содержание некристаллической фазы составляет не более нескольких процентов. Размер кристаллов в ситаллах составляет 1…2 мкм, толщина некристаллических прослоек — несколько десятых микрометра. Для изготовления ситаллов используют те же компоненты, что и для стекол, а также добавки — катализаторы (нуклеаторы). Основу ситаллов составляют оксиды (Li₂О, А1₂О₃, SiO₂, МgО, СаО и прочие), а в качестве нуклеаторов применяются соли светочувствительных металлов (Аu, Аg, Сu), которые являются коллоидными красителями и находятся в стекле в виде мельчайших коллоидно-дисперсных частиц, а также фтористые и фосфатные соединения, TiO₂ и другие, представляющие собой центры кристаллизации, распределяющиеся в стекле в виде плохо растворимых частичек.

После плавления шихты для ситаллов и изделий, получаемых по обычной технологии, производят ее повторный нагрев до температуры стеклования (400…600 °С). При этой температуре происходит образование кристаллов, которые зарождаются на центрах кристаллизации. Время выдержки изделия при температуре стеклования выбирают таким, чтобы получить максимальный объем кристаллической фазы. Степень кристаллизации в ситаллах доходит до 95 %. В зависимости от исходного сырья различают три вида ситаллов — фотоситаллы, термоситаллы и шлакоситаллы. Структура ситаллов является многофазной и состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95 %. Размер кристаллов обычно не превышает 1…2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы в них составляет до 40 %).

Шлакоситаллы получают на основе доменных шлаков и катализаторов (сульфаты, порошки железа и другие); в которые вводятся соединения фтора для усиления ситаллизации.

В отличие от обычного стекла, свойства которого определяются, в основном, его химическим составом, для свойств ситаллов решающее значение имеют их структура и фазовый состав. Причиной ценных свойств ситаллов является их исключительная мелкозернистость и почти идеальная поликристаллическая структура. Свойства ситаллов изотропны. В них совершенно отсутствует всякая пористость. Усадка материала при его переработке незначительна. Большая абразивная стойкость ситаллов делает их малочувствительными к поверхностным дефектам.

Плотность ситаллов составляет 2 400…2 950 кг/м 3 , прочность при изгибе σ_изг = 70…350 МПа (и даже 560 МПа), при растяжении — σ_в = 112…161 МПа, при сжатии — σ_сж = 700…2000 МПа, модуль упругости — 84…141 ГПа. Прочность ситалла зависит от температуры. До температуры 700…780 °С его прочность уменьшается незначительно, а при более высоких температурах — быстро падает. Жаропрочность ситаллов под нагрузкой составляет 800…1 200 °С. Максимальная температура размягчения t_разм = 1 250…1 350 °С. Ударная вязкость ситаллов выше, чем ударная вязкость стекла (4,6…10,5 кДж/м 2 ), но они тоже относятся к хрупким материалам, а их твердость приближается к твердости закаленной стали (микротвердость составляет 7 000…10 500 МПа). При этом они очень износостойки (f_тр = 0,07…0,19). Коэффициент линейного расширения ситаллов составляет (7…300)·10 -7 с -1 . Из-за повышенной плотности ситаллы по теплопроводности превосходят стекла (λ = 2…7 Вт/м·К) и их термостойкость является высокой (Δt = 500…900 °С).

Стеклокристаллические материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам и не окисляются даже при высоких температурах. Эти материалы газонепроницаемы и обладают нулевым водопоглощением, они являются хорошими диэлектриками.

Применение ситаллов определяется их свойствами. Из ситаллов изготовляют подшипники, детали для двигателей внутреннего сгорания, трубы для химической промышленности, детали для химических насосов, плунжеры, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники. Ситаллы используют в качестве жаростойких покрытий для защиты металлов от действия высоких температур. Ситаллы применяют для изготовления износостойких деталей текстильных машин, абразивов для шлифования, фильер для вытягивания синтетических волокон. Из ситаллов могут быть изготовлены лопасти воздушных компрессоров и сопла реактивных двигателей. Ситаллы используются для изготовления точных калибров и оснований металлорежущих станков.

Читайте также: