Стекловолокно получают из расплавленного стекла. Особенности технологии и свойств стекловолокна обусловлены химическим составом стекол.

Стекловолокно характеризуется высокой прочностью, вибростойкостью, тепло- и биостойкостью, малой гигроскопичностью, хорошими диэлектрическими свойствами, а также химической устойчивостью.

Для получения стекловолокна применяют как щелочные, так и бесщелочные борсодержащие составы стекла (табл. 7.4).

Прочность, химическая стойкость и температуростойкость выше у борсодержащих, но бораты дороги и дефицитны, поэтому теплоизоляционное волокно изготовляют в основном из щелочных составов. Температуростойкость бесщелочного стекла 600°С, а щелочного стекла 450°С.

В зависимости от способа производства волокно может быть непрерывным и штапельным (длиной от 1 до 50 см). По применению оно подразделяется на текстильное и теплоизоляционное. Текстильное перерабатывается в пряжу и ткани технического назначения. Диаметр текстильного волокна находится в пределах от 3 до 7 мкм. Диаметр теплоизоляционного волокна колеблется от долей мкм до 30 мкм. Волокно диаметром 1—3 мкм называют супертонким, диаметром менее 1 мкм — ультратонким.

Сырьевые материалы. Для производства стеклянных волокон применяют следующие основные сырьевые материалы: для введения кислотных оксидов— песок, глинозем, борную кислоту В(ОН)3; для введения щелочных оксидов —соду (Na2C03), сульфат натрия (Na2S04), поташ (К2СО3); для введения щелочноземельных оксидов — известняк, мел, доломит.

Некоторые сырьевые материалы вносят в шихту два оксида, например полевой шпат (Si02, А1203), бура Na20, В203).

Подготовка сырьевых материалов заключается в следующем: кварцевый песок сушат при 700—800°С и просеивают. Полевой шпат, известняк, мел и доломит должны подвергаться дроблению, тонкому помолу и просеиванию. При значительной влажности материалов производится сушка. Полевой шпат сушится при 700—800°С, известняк, мел, доломит —при температуре не выше 400°С. Сода и сульфат разрыхляются в дезинтеграторах и просеиваются. Борная кислота и бура не подвергаются никакой обработке. Их отвешивают в необходимом количестве и добавляют в Шихту.

Подготовленные материалы дозируют и смешивают до получения однородной шихты. Последовательность подготовки шихты приведена на схеме 2.

Технология производства изделий из стекловолокна. Основными процессами производства изделий из стекловолокна являются варка стекломассы из специально приготовленной шихты, получение волокна и формование изделий. Варят стекломассу в ванных печах. Получают волокно следующими способами: штабико-вым, фильерным, центробежным одноступенчатым, фильерно-дутьевым, центробежно-фильернодутьевым. При штабиковом и фильерном способе получают непрерывное волокно.

Штабиковый, способ основан на подогреве до расплавления стеклянных палочек-штабиков и вытягивании из них стеклянного волокна, наматываемого на вращающийся барабан. Фильерный способ основан на вытягивании волокон из расплавленной массы через фильеры и наматывании вытягиваемого волокна на вращающийся барабан. Применение штабикового и фильерного способов для производства теплоизоляционных материалов ограничено малой производительностью. Эти способы применяют иногда при изготовлении стекловолокна для высокотемпературной изоляции (1200— 1500°С), что дает возможность получить волокно высокого качества. Штапельное волокно получают центробежным, фильернодутьевьгм и центробежно-фильерно-дутьевым (ЦФД) способами, аналогичными способам, применяемым в минераловатном производстве.

При одинаковых способах получения стекловолокно характеризуется большей длиной и меньшим содержанием неволокнистых включений по сравнению с минеральной ватой. Объясняется это свойствами расплава стекольной шихты. Он характеризуется большим интервалом вязкости и более благоприятным соотношением вязкости и поверхностного натяжения по сравнению с минеральными расплавами.

Центробежный одноступенчатый способ малопроизводительный, в настоящее время уступает место более производительным и совершенным способам — фильерно-дутьевым и ЦФД. В обоих случаях формирование ковра происходит в вертикальной камере волокноосаждения (рис. 7.31). Введение связующего и тепловая обработка осуществляются такими же способами, как и в минераловатном производстве.

Способ получения ультра- и супертонкого волокна основан на двухстадийном раздуве и позволяет получить теплоизоляционные изделия с очень малой объемной массой (5—7 кг/м3). Сущность способа заключается в следующем. Из фильер электропечи, загруженной шариками стекла, вытягивают первичные волокна диаметром 100—200 мкм. Затем валки, вращающиеся в разные стороны, подают эти волокна в газовый высокотемпературный поток, выходящий из сопла камеры сжигания со скоростью 250—300 м/с. Под действием газового потока первичные волокна размягчаются и превращаются в тонкие короткие волокна диаметром от 0,5 до 3 мкм. Волокно поступает на конвейер, где оно пропитывается синтетическим связующим и подвергается тепловой обработке в камере сушки и отверждения. Получающиеся маты оклеивают фольгой или синтетической пленкой.

Стеклянное волокно для теплоизоляции применяют в виде изделий следующих видов: гибкие — маты штучные или в рулонах, шнуры или жгуты; полужесткие — плиты, полуцилиндры, сегменты; жесткие — плиты.

Гибкие изделия. Маты выпускаются как со связующим, так и без него. Из-за большой длины волокна переплетаются и удерживаются силами взаимного сцепления. В качестве связующего применяют в основном феноло-формальдегидные и карбамидные смолы. Шнуры имеют оплетку из металлической проволоки или стеклянной нити.

Применение. Изделия из стеклянной ваты используют для строительной и монтажной изоляции, а также в качестве акустических материалов. Благодаря вибростойкости стеклянная вата и изделия из нее могут служить для тепловой изоляции трубопроводов, подверженных сотрясениям и вибрациям, а также подвижного состава железных дорог, в авиа- и судостроении.

По сравнению с миНераловатными изделиями изделия из стекловолокна характеризуются лучшими свойствами, однако стоимость их выше, поэтому объем их производства значительно меньше, чем минераловатных. В настоящее время стеклянную вату и изделия из нее выпускают в объеме 3 млн. м3/год„ и на ближайший период предусматривается сравнительно небольшое увеличение их выпуска. В общем балансе теплоизоляционных материалов на долю стекловолокна и изделий из него приходится около 10%