Стекловолокнистые пластики —
Стеклопласты как материалы, отличающиеся широким диапазоном технических характеристик и свойств, находят применение в самых различных областях современной техники. Изготовляют их из непрерывных и штапельных стеклянных волокон в композиции с искусственными и естественными смолами: фенолформальдегидными, полиэфирными и эпоксидными, а также битумами, асфальтитами и др.1- 2.
Вид используемого волокна и выбор связующего определяют свойства стеклопластика и технологию изготовления тех или иных изделий на его основе.
Стеклянное волокно для строительных стеклопластов получается фильерным, штабиковым, центробежным, дутьевым и газоструйным способами. Процесс формования волокон из расплавленной стекломассы протекает при высоких температурах, когда на поверхности стекла многие структурные элементы обладают повышенной реакционной способностью и благодаря этому легко вступают в химическое взаимодействие с различными веществами окружающей среды.
Свойства и химический состав поверхностных слоев силикатного стекла всегда отличаются от массы стекла. Наиболее существенно влияют поверхностные слои и созданные на них искусственные покрытия на свойства стеклянных изделий, имеющих развитую поверхность.
Образование прочных покрытий на стекловолокне в процессе его формования возможно только в том случае, если имеет место химическое взаимодействие их с поверхностью волокна, благодаря которому происходит как бы достройка этой поверхности новыми структурными элементами.
Свойства стекловолокнистых пластиков в значительной степени зависят также от топохимкческих реакций между активными группами на поверхности стекла и реакционно-способными радикалами смол. Чистота и химическая активность поверхности стеклянного волокна часто являются решающими факторами для равномерного нанесения покрытий и получения качественных стекловолокнистых пластиков.
Количество смолы, увлекаемой поверхностью стеклянного волокна (толщина покрытия), зависит от скорости прохождения волокон через смолу, диаметра волокна, поверхностного натяжения и вязкости смолы и стекла.
Содержание смолы на 1 кг стекловолокна с различной величиной среднего диаметра элементарных волокон показано в табл. 1.
В зависимости от области применения в строительстве различают мягкие, жесткие и твердые, или конструкционные, стекловолокнистые пластики (стеклопласты) .
Мягкие стеклопласты применяются в качестве теплоизоляционных и акустических материалов. Технология производства ряда таких материалов разработана Институтом стекла.
Исследования свойств мягких изоляционных стеклопластов объемным весом от 50 до 200 кг/.м3 показали, что они могут быть рекомендованы в качестве огнестойких легких теплоизоляционных и акустических материалов для строительства. Пс своим показателям мягкие стеклопласты преходят все применяемые сейчас в строительстве изоляционные материалы.
По мере развития производства тонкостенных железобетонных конструкций, изготовляемых вибропрокатным и кассетным способами, будет расширяться применение в строительстве стекловолокнистых пластиков в качестве тепло- и звуконзоляционных вкладышей и прокладок.
Жесткие стеклопласты объемным весом от 200 до 600 кг/л»3 не получили у нас пока распространения. Вместе с тем исследования, проведенные в Институте стекла, показывают, что они являются высококачественными конструктивными строительными материалами, особенно при облицовке их картоном, шпоном древесины, алюминием.
В сочетании с другими материалами жесткий стеклопласт может найти применение при изго- товленин трехслойпых перегородок, детален встро eiiHOii мебели. Кроме того, он годится для использования в строительстве в качестве заменителя так называемого «сотового» материала для различного рода легких деталей.
В производстве жестких стеклопластов применяются упругие стеклянные волокна толщиной 35— 100 мк, а в некоторых случаях, в частности для воздушных фильтров, до 300 мк. Расход смолы составляет 5—15% (по Бесу).
Разработанная Институтом стекла технология производства строительных (изоляционных) стекловолокннстых пластиков внедряется в настоящее время на Ивотском (Брянская область) н Ленинском (Московская область) стекольных заводах. При изготовлении жестких пластиков, ц отличие от мягких, формование заготовок из стекловолокна с пластмассовым покрытием производится под несколько большим давлением, обеспечивающим уплотнение до объемного веса 200—600 кг/м3.
Твердые стеклопласты объемным весом от 600 до 1 800 кг/м3 являются прекрасным конструкционным материалом. Они обладают относительной легкостью, долговечностью, прочностью, стабильностью размеров, не боятся коррозии или загнивания, не требуют окраски. Некоторые виды конструкционных стеклопластов пропускают до 90 % световых лучей.
Наиболее высокие механические показатели характерны для стеклопластиков типа СВАМ, разработанных в свое время лабораторией анизотропных структур АН СССР. Модуль упругости н предел прочности при растяжении листов СВАМ составляют соответственно 350 тыс. кг/см2 и 5 тыс. кг/см2, что в 1,5 раза превышает аналогичные показатели стеклотекстолита. При ориентировке 90%, волокон вдоль листа предел прочности при растяжении листов СВАМ достигает 9 500 кг/см2. Примерно такими же показателями обладает стеклопласт, изготовленный из жгута с параллельными волокнами. Следует, однако, заметить, что стеклопласты такого типа пока еще очень дороги.
С точки зрения потребностей больше интерес представляют стекловодокннстые маты и л лонные материалы, а также стеклошпоны, на основе которых получаются, хотя и несколько менее прочные, по, что особенно важно для массового применения в строительстве, дешевые стеклопласты.
Предел прочности при растяжении и модуль упругости пластиков, изготовленных из стекловолокнистых матов, сравнительно невысоки, соответственно 600—1 200 кг/см2 и 60—90 тыс. кг/см2. Это в 2—3 раза меньше величин, характерных, скажем, для стеклотекстолита. Однако прочность на удар у первых выше. Пластики на основе стекловолокнистых матов находят за рубежом широкое применение. в частности для изготовления волнистых прозрачных кровельных листов.
Требозаниям, предъявляемым к строительным конструкциям сравнительно крупных размеров, вполне удовлетворяют пластики из полиэфирных смол, с использованием тонкого стекловолокнистого жгута или склесных и прошитых матов. Применение полиэфирных смол чрезвычайно удобно по соображениям чисто технологическим, так как не требуется большого давления при прессовании, допускается холодный способ отверждения. Изделия из этих смол не дают усадки, обладают светопроницаемостью, высокой атмосферостойкостью и другими ценными техническими свойствами. Уместно отметить, что именно эти достоинства стеклопластов на полиэфирных смолах способствовали весьма широкому внедрению их в строительную практику за рубежом, особенно в США.
Новым перспективным для строительства материалом является огнестойкий стеклопласт «глакрезит», полученный в ГДР на стекловолокнистой основе и крезолформальдегидных смолах . Институтом стекла в содружестве с коллективами ряда заводов, располагающих оборудованием для производства фанеры и древесно-волокнистых плит, отработаны основы технологии производства стеклопласта типа глакрезит. Выпущены опытные партии этого материала в количестве 12 г. Их физико- технические данные приведены в табл. 2.
Стеклопласт типа глакрезит рекомендован к массовому производству на новых заводах конструкционных стекловолокнистых пластиков.
В Институте стекла разработана также технология получения жгутовых стеклопластов для армирования бетона, изготовляемых из пег :г:тш » стеклянного волокна двух различных хим. составов. Жгчты формуются из параллельных з локон с покрытием на специальном жгутоплетс ном станке. Оплетенные стекловолокнистые жгуты проходят подсушку, а затем склейку в камере стабилизации структуры в течение 40—50 мин. пси температуре 135—140°. В качестве связующего применяются фенолформальдегидные смолы.
Физнко-техническне показатели полученных стеклопластов характеризуются следующими данными: длина 1500—2 000 мм, диаметр 10—20 мм, объемный вес—14—1,8 кг/м3, содержание связующего 11,5—19,0%;, предел прочности при изгибе 1 145 кг/см2, при разрыве 1620 кг/см2. Они могут релимендованы в качестве армирующего материала для легких сборных ненесущих конструкции.
В заключение следует отметить, что развитие производства стекловолокнистых пластиков из непрерывного и штапельного волокна сдерживается тем, что до сих пор не внедрены в промышленных масштабах достаточно экономичные способы получения стеклянного волокна. Большие возможности в этом отношении, на наш взгляд, открывает внедрение более эффективных, чем применяемые сейчас, способов, к которым можно отнести стержневой (рис. 1) и фильерно-центробежно-газоструйный (рис. 2), разрабатываемые в настоящее время в Институте стекла.
Основным преимуществом стержневого способа перед существующими является возможность получения непрерывных и штапельных волокон непосредственно из разогретой стекломассы при значительно более высоких скоростях вытягивания.
Таким способом, очевидно, возможно получить толстые стеклянные волокна, имеющие такую же мехчиичесую прочность, как и тонкие. Это позволит реализовать выводы теории прочности стекловолокна. разработанной в Институте проф. Бартеневым Г. М.
Фильерно-ценгробежно-газоструйный способ по лучения стеклянного волокна высокого качества нашел распространение за рубежом благодаря большей производительности. Питание фильтрно-центробежно-газоструйной установки стекломассой осуществляется из больших экономичных стекловаренных печей.
Нанесение покрытий из смолы на поверхность стеклянных волокон, получаемых последними двумя способами, будет осуществляться аэрозолями в едином технологическом процессе.