Матрично волокнистые армированные. Непрерывные волокна

Матрично  волокнистые армированные. Непрерывные  волокна.

 

Оглавление

 

 

 

 

Введение

 

За последние 100 лет  население Земли удвоилось. Но еще  больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон  – шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли – стала заметно  отставать от спроса. Так, за последние 40 лет, она увеличилась лишь на 25%, а спрос – на 100%.

Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах  производится миллионы километров искусственного шелка и других химических волокон  из природной целлюлозы или из угля, известняка, поваренной соли и воды. Сегодня доля химических волокон в общей их выработке составляет уже более 28%. За последние 15 лет объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза.

Огромное значение химических волокон очевидно. В самом деле, если затраты труда на изготовление синтетического полиамидного шелка принять за 100%, то для искусственного вискозного шелка они составят 60%, для шерсти 450%, а для натурального шелка еще больше – 25000%!¹

Шерсть на овце за 3 месяца отрастает  в среднем на 30 мм. А на заводе химического волокна прядильная машина за 1 минуту вытягивает до 5000 м нити!

На международной ярмарке в  Лейпциге внимание посетителей привлекла  к себе вывеска над павильоном одной английской фирмы, торгующей  текстильными изделиями. По распоряжению управляющего этой фирмой, из огромных букв были собраны слова: «Шерсть нельзя заменить ничем!» Ну что же, ему нельзя отказать в умении рекламировать свой товар. Однако этот бизнесмен не учел, что на той же самой выставке в других павильонах были представлены великолепные ткани, изготовленные полностью или преимущественно из синтетических волокон; пряжа и нитки, обладающие такими достоинствами, которых нет у натуральных волокон.

Даже закоренелые скептики, которых  раньше было, не так уж мало, в последние годы могли воочию убедиться в том, что цельносинтетические волокна по прочности, стойкости к воде, погоде, свету, бактериям и насекомым, эластичности и способности защищать от холода часто превосходят волокна природного происхождения – шерсть, хлопок и шелк.

Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных. Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей.

Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических  волокон, однако из них лишь несколько  производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные.

Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими  и технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При массовом производстве сырье обязательно должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям.

Первое цельносинтетическое волокно  было выпущено промышленностью в 1934 г. под названием волокно РС.

1.Непрерывные волокна

 

Базальтовые непрерывные  волокна по сравнению со стеклянными  имеют на (10-20)% больший модуль, большую абсолютную прочность после воздействия высоких температур, превосходят их по щелоче- и, особенно, по кислотостойкости.

Обладая термостойкостью, приблизительно равной термостойкости асбестовых волокон, базальтовые волокна  не расщепляются под воздействием высоких контактных напряжений в условиях повышенных температур (характерных для эксплуатации изделий триботехнического назначения) на тонкодисперсные (менее 0,4 мкм), микроволокнистые структуры, обладающие канцерогенными свойствами.

В основе предлагаемого  нами технологического производства тонкого  непрерывного волокна лежит индукционный способ плавления горных пород в водоохлаждаемом тигле, позволяющий быстро и эффективно осуществлять процесс перевода шихты в расплав и гомогенизацию стекломассы. Из расплава с помощью струйного и фильерного питателей формируются элементарные нити, которые затем обрабатываются замасливателем и наматываются на бобины.

Производство предполагает организацию следующих участков, соответствующих содержанию технологических процессов: 

• дробление шихты до требуемой фракционности;
• приготовление замасливателя;
• плавление шихты;
• получение элементарных непрерывных волокон;
• обработка волокон замасливателем и формирование комплексных нитей;
• намотка нитей на бобины;
• складирование².

2.Производство непрерывного волокна

Схема производства непрерывного волокна

1 - тара с шихтой   2 - вакуумнасос   3 - емкость с шихтой   4 - дозатор   5 - пневмотранспорт для шихты   6 - печь индукционная   7 - установка высокочастотная   8 - фидер   9 - струйный питатель   10 - фильерный питатель   11 - замасливатели   12 - наматывающие устройства

Предлагаемая технология позволяет строить производства по модульному типу.

В зависимости от комплектации оборудованием годовая производительность технологических модулей по выпуску тонкого непрерывного волокна составляет 100 и 300 тонн. Путем проектной компоновки возможно создание производств любой мощности. 

Техническая характеристика модулей³

Годовой выпуск, т	100	300
Габаритные размеры (длина - ширина - высота), м	9х6х7,3	13х6х7,3
Обслуживающий персонал, чел.	13	13
Расход электроэнергии на 1 тонну продукции, кВт	10400	8300
Расход воды на 1 тонну  продукции, м3	замкнутый водооборот
Расход природного газа на 1 т продукции, м3	500	500
Давление охлаждающей воды, МПа	0,20-0,25	0,20-0,25
Напряжение питающей сети, В	380	380
Частота питающей сети, Гц	50	50
Расход сырья, кг/кг шихта замасливатель	1,1  от 0,6 до 1,0	1,1  от 0,6 до 1,0

Выработанное базальтовое  непрерывное волокно в дальнейшем подвергается переработке в ровинг, жгут или крученую нить с помощью тростильных, жгутовых и крутильных машин.

Основные технические  характеристики

 

Удельная разрывная  нагрузка ровинга, мН/текс РБ-9375 РБ-12280	375  280
Влажность, %, не более	1,0
Номинальная линейная плотность, текс: РБ-9 РБ-12	250-800  400-900
Содержание веществ, удаляемых  при прокаливании, %, не менее	1,2

3.Достоинства

 

• высокая химическая стойкость 
• широкий температурный диапазон эксплуатации
• негорючесть и нетоксичность
• долговечность
• стойкость к вибрации⁴

 

 

4.Область применения

 

• изоляция электрических проводов, кабелей 
• текстильное производство тканей, лент технического назначения
• армирование пластмасс
• изготовление фрикционных материалов
• производство стеклопластиков
• укрепление земель и рекультивация
• промышленное дорожное строительство

Базальтовые непрерывные  волокна в виде ровингов и нитей  являются основой при изготовлении базальтопластиков, которые по основным техническим характеристикам не только не уступают стеклопластикам, но и превосходят их по модулю упругости, ударной вязкости и стойкости к агрессивным средам. Несомненным преимуществом базальтопластиков являются также высокие диэлектрические свойства и стабильность основных качественных характеристик при длительной эксплуатации.  

5.Основные технические характеристики

 

Разрушающее напряжение, МПа, при сжатии при изгибе при растяжении	460 - 490  670 - 780  1080 - 1380
Модуль упругости при  растяжении, МПа	89000 - 93000
Водопоглощение за 24 ч., %	0,01

 

Заключение

 

Применение базальтопластиков расширяет ассортимент композиционных материалов со специальными свойствами, обеспечивающими работоспособность их в условиях повышенных температур и влажности. В сферу применения базальтопластиков входят электро- и радиотехническая промышленность, производство акустических материалов, коммуникационные системы, машиностроение и дорожное строительство. На основе базальтопластиков можно изготавливать дорожные плиты, борты, паребрики, базальтопластиковую арматуру, 1 кг которой заменяет 9 кг арматурной стали, ограждающие панели для зданий, трубы горячего и холодного водоснабжения, облицовку гидротехнических сооружений и др.

Изготовленные из базальтового непрерывного волокна  трикотажные полотна легко изменяют свою форму и могут быть использованы для изготовления несгораемых чехлов, костюмов, рукавиц. Перспективно применение базальтового трикотажа в качестве матриц при изготовлении звукопоглощающих изделий с высокой акустической прозрачностью для авиационной и машиностроительной промышленности.

Высокие акустические свойства базальтовых тканей позволяют  применять их для облицовки стен промышленных зданий с повышенной звуковой нагрузкой.

Применение  базальтовой сетки в качестве армирующего материала при укладке  дорожных покрытий значительно увеличивает срок их эксплуатации. В производстве асбестоцементных и железобетонных конструкций эффективна замена асбеста и металла на базальтопластиковую арматуру.

 

Список литературы

 

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1986.
2. Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В., Куприянов В.Н., Орентлихер Л.П., Рахимов Р.З., Сахаров Г.П., Хрулев В.М. Строительные материалы / Под ред.В.Г. Микульского. - М.: АСВ, 1996, 2000.
3. Конкин А.А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы.- М., 1974.
4. Сайфулин Р.С. Неорганические композиционные материалы.- М., 1983.
5. Справочник по композиционным материалам/ под ред.Д. Любина, пер. с англ., кн. I 2.- М., 1988.

 

¹ Конкин А.А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы.- М., 1974. – С.24.

² Справочник по композиционным материалам/ под ред.Д. Любина, пер. с англ., кн. I 2.- М., 1988. – С.59.

³ Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В., Куприянов В.Н., Орентлихер Л.П., Рахимов Р.З., Сахаров Г.П., Хрулев В.М. Строительные материалы / Под ред.В.Г. Микульского. - М.: АСВ, 1996, 2000. – С.183.

⁴ Справочник по композиционным материалам/ под ред.Д. Любина, пер. с англ., кн. I 2.- М., 1988. – С.63.