Технология производства стекло-выдувных изделий

1. Технологические операции  и процессы изготовления выдувных  стеклянных изделий, применяемое  оборудование, возможные виды производственных  дефектов.

 

Искусство выдувания  стекла было открыто впервые на Ближнем  востоке, в древнем финикийском царстве.

  До открытия искусства выдувания стекла, стекло считалось очень дорогим

предметом роскоши и  слабые и средние классы населения  не могли себе

позволить его приобрести. Но после изобретения выдувания  стекла через

трубу, возникла другая реальность, в которой стекло превратилось из дорого

излишества в относительно недорогой предмет, доступный всем.

Технология выдувания  неизменна и по сей день. Мастер путем выдувания из обыкновенного  стекла создает уникальные произведение из стекла - это шедевр, который имеет  свой собственный почерк несравнимый ни с чем другим.

 Под воздействием  температуры в 900 гр. стекло принимает  нужную форму. Это очень сложный  и трудоемкий процесс, т.к. стекло  остывает очень быстро, нужно  как можно точнее и быстрее  создать из него VIP-подарок или  бизнес-сувенир. Каждое произведение из стекла - это шедевр, который имеет свой собственный почерк несравнимый ни с чем другим.

 Выдувание:

  Порцию стекла можно, подобно мыльному пузырю, раздувать воздухом под давлением. При этом сначала получают заготовку (пульку, баночку), а затем из пульки формуют изделие. Стекло набирают на конец полой трубки или специальной дутьевой головки с полым керном (рис. 5), через которые подается воздух. Изделие обычно выдувают в форму, в которой его держат до тех пор, пока оно не отвердеет, после чего его передают на отжиг.

  Изделия раньше выдували мастера-стеклодувы. Этот способ (ручной) в настоящее время применяется только для выработки изделий очень малой толщины (например, покровных стекол для микроскопов), изделий сложной формы (изделий сортовых на ножке, с ручками и т. п.) или уникальных художественных изделий. Он используется также при стеклодувных работах, когда сложные приборы и аппараты выполняют из стеклянных трубок. Трубки разогревают до пластичного состояния, выдувают из них части приборов, а затем эти части спаивают.

  При ручном способе порцию стекла набирают из печи на конец стальной трубки и, вращая ее, раздувают, превращая в небольшой пузырь — баночку. Последнюю охлаждают, набирают на нее новую порцию стекла, придают набору конфигурацию, близкую к таковой изделия (вращая его, сплющивая или оттягивая), помещают набор в форму и выдувают изделие. Мелкие изделия выдувают в форму сразу из первого набора. Формы могут быть деревянные, металлические (чугунные или стальные), графитовые и т. д.; чаще всего используют формы из двух половин — раскрывные. Цилиндрические или конические изделия выдувают в нераскрывиых формах.

 На выдувных автоматах  имеются две формы: черновая  и чистовая. В черновой форме  раздувают баночку, которая затем передается в чистовую форму, где выдувают изделие. Стекло поступает в черновую форму в виде капель или засасывается при помощи вакуума. На некоторых автоматах пулька раздувается в чистовой форме за счет давления заключенного в ней воздуха без подачи дополнительного, вследствие того что в форме создается небольшой вакуум.

 Размеры изделий  зависят от количества набранного  стекла, а толщина стенок —  от соотношения массы набора  и объема формы, от температуры  (вязкости) стекла и давления воздуха.  Для получения равномерной толщины стенок и гладкой поверхности изделия при выдувании его вращают.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 Схема выдувания  изделия в форме

1 — дутьевая головка; 2 — кери; 3 — набор стекломассы; 4 — форма; 5 — изделие

 Как утверждают  знатоки ремесла, стекло - самый сложный в обработке материал. Формировать его можно только в расплавленном виде, и когда оно застывает, уже нельзя ничего существенно переделать. После формовки оно должно два дня остывать. Стеклодувы относятся к стеклу почти как к живому существу - настолько оно капризно, требует к себе внимательного отношения и знания, которое приходит лишь с опытом.

Так, окрашивание стекла достигается за счет введения в стекольную массу окисей цветных металлов, которые  под влиянием высоких температур в печи меняют свой цвет. Окись железа окрашивает стеклянную массу в зеленый цвет, окись меди дает зеленый или красный тон, окись олова - молочный белый, примесь золота - рубиновый, кобальт - синий.

Основными стеклодувными  операциями, применяющимися в лабораторных условиях, являются: резание, вращение, изгибание, выдувание и спайка. При изготовлении различных видов аппаратуры из трубчатого и стержневого стекла производятся операции, представляющие комбинации названных основных стеклодувных операций. Описанию того, как выполняются эти операции, посвящена настоящая глава. Для изготовления лабораторной аппаратуры в настоящее время широко применяется тугоплавкое стекло, как, например, пайрекс. Стекло пайрекс имеет высокую температуру размягчения и быстро затвердевает после удаления из пламени. По этой причине пайрекс значительно труднее обрабатывать, чем стекла, размягчающиеся при низкой температуре (легкоплавкие стёкла). Однако, так как тугоплавкое стекло обладает низким коэффициентом теплового расширения и высокой прочностью, то при отжиге этого стекла приходится иметь дело с меньшими трудностями, чем при отжиге легкоплавкого стекла. В этой главе мы будем интересоваться, главным образом тугоплавким стеклом, ибо свойства этого стекла дают значительный выигрыш, даже, если учесть, что его обработка требует высокого мастерства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 Стеклодувный верстак

  Для нагревания стекла до температуры размягчения применяются газовые горелки двух типов: при американском способе обработки стекла употребляются газовые горелки с пламенем в виде нескольких пересекающихся огненных струй (так называемые перекрёстные огни, или веерные горелки); немецкие же стеклодувы обычна применяют одноструйные газовые горелки. Газовая горелка американского типа нагревает стекло быстрее и более равномерно, чем однострунная немецкая газовая горелка. В большинстве операций могут быть использованы горелки обоих типов. Однако некоторые операции требуют применения узкого пламени. Такое пламя легче получить с помощью однострунной горелки. При американском способе обработки стекла на многоструйных горелках, обычно неподвижно закрепляемых на верстаке, для получения узкого пламени используется также одноструйная ручная горелка.

 В качестве горючего  вещества дли горелок применяется  природный или искусственный газ. Дутьём при обработке легкоплавких стёкол служит

 сжатый воздух. В  обычной горелке в качестве  горючего может быть применён, например, ацетилен со сжатым  воздухом. Для получения высокой  температуры, необходимой для  обработки тугоплавкого стекла, применяется кислородное дутьё или дутьё из смеси кислорода и воздуха. Кроме газовых горелок, при обработке стекла необходимы дополнительные принадлежности, к числу которых относятся: набор пробок. различных размеров, одни из которых служат в качестве рукояти вращения запаянных стеклянных трубок, а другие необходимы для работы с открытыми трубками; куски резиновых шлангов различных размеров, необходимые при работе с запаянными трубками (через шланг производите выдувание трубки с незапаянного конца). Для выдувания с одновременным вращением больших изделий или же изделий, которые неудобно подносить удобно использовать вертлюг, соединяемый с мундштуком резиновым жгутом

 

Рисунок 3 Пинцеты и  формовочные инструменты

 

Трубки различных размеров, капилляры и штабики из стекла пайрекс необходимые, для изготовления аппаратуры, следует держать в отдельном месте. В особом месте следует иметь набор стекол других сортов — натровое, свинцовое, нонекс. Все эти стекла должны маркироваться.

Выдувные изделия, выходящие  из пределов выдувной машины, могут быть автоматически протестированы на предмет всевозможных дефектов.

Многие дефекты, такие  как микротрещины, практически невозможно определить без специального оборудования, а при больших объёмах производства в штуках упаковщики не успевают (а в ночную смену часто и не хотят успеть) со 100% вероятностью отделять изделия даже с достаточно очевидным браком. Выборочные проверки партий продукции также не дают абсолютного результата, т.к. дефектное изделие с лёгкостью может их миновать. В результате, на фасовочную или разливочную линию в любом случае попадает какое-то количество изделий с дефектами. 

Продутость — уменьшение толщины в отдельных участках изделия; недопустимый дефект выдувной посуды.

Недодутость — недопустимый дефект в виде утолщенных участков, возникает в процессе остывания формуемого стекла при недостаточном давлении воз-Духа.

Окалина — частицы  железа от трубок и форм, вкрапленные  в стекло. Недопустимый дефект, резко  ухудшающий вид и гигиенические  свойства изделия.

Посечки — мелкие волосяные трещины, снижающие термостойкость изделия. Возникают в местах соприкосновения нагретого изделия с холодным или мокрым предметом при охлаждении форм или пуансона и при неправильной рецептуре стекломассы; в изделиях не допускаются.

Царапины и черченностъ  на поверхности образуются при загрязнении  формы твердыми частицами, оставляющими след; допускаются единичные, едва заметные.

Осыпь края — мелкие повреждения  внутренней поверхности края изделия  при недоброкачественной обрезке  колпака и дальнейшей обработке, является грубым, недопустимым дефектом.

Следы от отреза остаются при соприкосновении холодных ножниц с горячей стекломассой; допускаются  едва заметные и только на дне или  ножке изделия.

 

2. Искусственные волокна  и нити, их виды, способы получения, основные свойства, применение

 

Химические волокна  формуют из органических полимеров. Различают искусственные волокна, которые получают из природных полимеров, главным образом целлюлозы и  ее эфиров (например, вискозные волокна, ацетатные волокна), и синтетические волокна, получаемые из синтетических полимеров (например, полиамидные волокна, полиакрилонитрильные волокна). К химическим иногда относят также волокна из неорганических веществ, например стеклянное волокно, борное волокно.

В промышленности химические волокна вырабатывают в виде:

1) штапельных (резаных)  волокон дл. 35-120 мм;

2) жгутов и жгутиков (линейная плотность соотв. 30-80 и  2-10 г/м);

3) комплексных нитей  (состоят из многих тонких элементарных  нитей; в зависимости от линейной плотности и механических свойств подразделяются на текстильные и технические);

4) мононитей (диаметром  0,03-1,5 мм). 

Важные преимущества химических волокон перед волокнами  природными - широкая сырьевая база, высокая рентабельность производства и его независимость от климатических условий. Многие химические волокна обладают также лучшими механическими свойствами (прочностью, эластичностью, износостойкостью) и меньшей сминаемостью. Недостаток некоторых химических волокон, например полиакрилонитрильных, полиэфирных, - низкая гигроскопичность.

В 60-70-е гг. созданы  В. х. из полимеров со специфическими свойствами, например: термостойкие волокна(из ароматических полиамидов, полиимидов и др.), выдерживающие длит. эксплуатацию при 200-300°С; углеродные, волокна, получаемые карбонизацией химических волокон и обладающие высокой жаростойкостью (в бескислородных условиях до 2000 °С, в кислородсодержащих средах до 350-400 °С); фторволокна(из фторсодержащих карбоцепных полимеров), устойчивые в агрессивных средах, физиологически безвредные, обладающие хорошими антифрикционными и электроизоляционными свойствами. Некоторые из этих волокон характеризуются также более высокими, чем обычные химические волокна, прочностью, модулем, большей растяжимостью и др.

Формование волокон и их структура.

Химические волокна  формуют из расплавов или растворов, отфильтрованных от примесей и дегазированных. Расплав или раствор продавливают через отверстия фильеры (диаметр  отверстий 50-500 мкм) в среду, в которой  струйки полимера затвердевают, превращаясь в волокна.

При формовании из расплава затвердевание струек происходит вследствие их охлаждения воздухом ниже температуры  плавления полимера. Этот способ используют в тех случаях, когда полимер  плавится без заметного разложения, например, в производстве волокон из полиолефинов, полиэфиров, алифатич. полиамидов.

Формование из раствора применяют при получении химических волокон из полимеров, температура  плавления которых лежит выше температуры их разложения или близка к ней. Волокно образуется в результате испарения летучего растворителя ("сухой" способ формования) или осаждения полимера в осадительной ванне ("мокрый" способ), иногда после прохождения струек раствора через воздушную прослойку ("сухо-мокрый" способ). Сухим способом формуют, напр., ацетатные и полиакрилонитрильные волокна, мокрым - вискозные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные и др., сухо-мокрым - волокна из термостойких полимеров. наиболее производителен (скорость 500-1500 м/мин, иногда до 7000 м/мин), прост и экологически безопасен способ формования из расплава, наименее производителен (скорость 5-100 м/мин) и наиболее сложен мокрый способ формования из раствора, требующий регенерации реагентов и очистки выбросов. Скорость формования по сухому способу 300-800 м/мин.

 

Сформованные химические волокна подвергают ориентационному вытягиванию в 3-10 раз и термообработке (релаксации) с целью повышения их прочности, а также уменьшения деформируемости и усадки в условиях эксплуатации. Оптимальная  температура этих операций лежит вблизи температуры максимальной скорости кристаллизации полимера, их продолжительность определяется скоростями релаксационных процессов и кристаллизации.