7.4. Стекло

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).

Отличительной особенностью о.с. является его лёгкость (плотность 1,18-1,19 г/см³), высокая удельная прочность, хорошая стойкость по отношению к ударным нагрузкам (хрупкость отсутствует до температур –60⁰С), хорошими диэлектрическими свойствами. О.с. пропускает до 90-92 % ультрафиолетового излучения, неорганические стёкла пропускают лишь 1-3 %.

Для повышения стойкости о.с. против растрескивания его подвергают растяжению в размягченном состоянии (нагретом до 130-140⁰С) 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 –700-790⁰С, термостойкость до 80-100⁰С, а для кварца (практически чистый –99,5 % SiO₂) эти характеристики повышаются до 1000-1200⁰С. В стёклах марок Мазда и №31, с пониженным содержанием оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, термостойкость повышается до 150-185⁰С.

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 при введении 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 400-600⁰С, а кристаллизацию фотоситаллов – путем освещения их ультрафиолетовыми лучами.

Термоситаллы обладают прочностью (s_в на сжатие достигает 1000-2000 Мпа), невысокой плотностью (их плотность r = 2,4 - 2,7 г/см³), хорошей химической устойчивостью, низкими коэффициентами трения, высокой термостойкостью (до 700-800⁰С).

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 и др., для деталей контрольно-измерительной аппаратуры.

Вопросы для самоконтроля по теме

1. Какие пластмассы наиболее широко используют в пищевой промышленности?

2. На какие группы делят резины по назначению?

3. Каковы различия органических и неорганических стекол.

4. Каковы преимущества и недостатки тефлона как конструкционного материала?

Тесты по теме 7

Тест 1. Какие материалы называют пластмассами?

1.1. материалы на основе полимеров;

1.2. материалы на основе каучуков;

1.3. сырьем для которых служат уголь, нефть, газы.

Тест 2. Какие основные составляющие входят в сложные пластмассы?

2.1. несколько полимеров различного состава;

2.2. пигменты и красители;

2.3. наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, отвердители.

Тест 3. Какие пластмассы называют кислотостойкими?

3.1. полиэтилен;

3.2. поливинилхлорид;

3.3. фаолиты.

Тест 4. В каком температурном интервале может работать тефлон-4?

4.1. от –50 до +100⁰С;

4.2. от –100 до +100⁰С;

4.3. от –269 до +260⁰С.

Тест 5. Какие резины считают термокислотостойкими?

5.1. марки СКБ;

5.2. наирит;

5.3. на основе фторсодержащих каучуков (марки СКФ).