РАЗРАБОТКА ПРОПИТОЧНОГО СОСТАВА ДЛЯ ЩЕЛОЧЕСТОЙКОЙ СТЕКЛОСЕТКИ
|
Введение 4
1. Анализ предметной области 8
1.1 Анализ стекла марки Е 8
1.2 Анализ технологий производства стекла марки Е 10
1.3 Типы фильерных питателей 19
1.4 Замасливатели 21
1.5 Материалы на основе стекловолокна 23
1.5.1 Стеклосетка 24
1.5.2 Стекломаты (геоматы) 40
1.5.3 Ровинговая ткань 42
1.6 Обзор существующих конструкций стекловаренных печей 43
1.6.1 Г оршковые печи 47
1.6.2 Ванные печи периодического действия 48
1.6.3 Ванные печи непрерывного действия 50
1.6.4 Ванные регеративные печи с поперечным направлением
пламени 52
1.6.5 Ванные регенеративные печи с подковообразым
направлением пламени 54
1.6.6 Электрические стекловаренные печи 55
1.7 Сырье для производства стекловолокна 56
1.8 Патентный поиск 59
Выводы по главе 1 72
2. Материалы и методы исследования 73
2.1 Исследуемые материалы 73
2.2 Методы исследования 76
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 81
3. Разработка пропиточного состава стеклосеток для повышения
эксплуатационных свойств 85
3.1 Маршрутно-операционная карта технологии производства
стеклосетки
3.2 Разработка рецептуры пропитки стеклосетки 87
3.2.1 Разработка рецептуры пропитки стеклосетки на основе
стирол-акриловой дисперсии 87
3.2.2 Разработка пропиточного состава на основе стирол
акриловых дисперсий с добавлением вспомогательных веществ 91
3.2.3 Разработка пропиточного состава на основе
отечественных стирол-акриловых дисперсий 94
Выводы по главе 3 100
4. Анализ условий труда при эксплуатации технологического
оборудования в производстве 101
Заключение 109
Список литературы 111
1. Анализ предметной области 8
1.1 Анализ стекла марки Е 8
1.2 Анализ технологий производства стекла марки Е 10
1.3 Типы фильерных питателей 19
1.4 Замасливатели 21
1.5 Материалы на основе стекловолокна 23
1.5.1 Стеклосетка 24
1.5.2 Стекломаты (геоматы) 40
1.5.3 Ровинговая ткань 42
1.6 Обзор существующих конструкций стекловаренных печей 43
1.6.1 Г оршковые печи 47
1.6.2 Ванные печи периодического действия 48
1.6.3 Ванные печи непрерывного действия 50
1.6.4 Ванные регеративные печи с поперечным направлением
пламени 52
1.6.5 Ванные регенеративные печи с подковообразым
направлением пламени 54
1.6.6 Электрические стекловаренные печи 55
1.7 Сырье для производства стекловолокна 56
1.8 Патентный поиск 59
Выводы по главе 1 72
2. Материалы и методы исследования 73
2.1 Исследуемые материалы 73
2.2 Методы исследования 76
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 81
3. Разработка пропиточного состава стеклосеток для повышения
эксплуатационных свойств 85
3.1 Маршрутно-операционная карта технологии производства
стеклосетки
3.2 Разработка рецептуры пропитки стеклосетки 87
3.2.1 Разработка рецептуры пропитки стеклосетки на основе
стирол-акриловой дисперсии 87
3.2.2 Разработка пропиточного состава на основе стирол
акриловых дисперсий с добавлением вспомогательных веществ 91
3.2.3 Разработка пропиточного состава на основе
отечественных стирол-акриловых дисперсий 94
Выводы по главе 3 100
4. Анализ условий труда при эксплуатации технологического
оборудования в производстве 101
Заключение 109
Список литературы 111
Первые теоретические разработки советских ученых по структуре стекла были начаты в начале 1920-х годов с работ А. А. Лебедева, а изучение стекловаты началось в конце 1930-х годов.
Первые десятилетия штапельное стекловолокно производили только по штабиковому способу. В конце 30-х на заводе в Биллимбаево начали производство минеральной ваты, которую изготавливали под давлением 1012 атмосфер при нагреве 250-280 °С. На Зестафонском заводе в Тбилиси вату производили путём распыления струи сжатого воздуха в 6-8 атмосфер. В это время в СССР рассматривали применение стеклоткани в качестве оболочек для дирижаблей.
В 1937 году в Государственном институте стекла была лаборатория по работе со стекловолокном и молодые учёные Асланова, Иоффе и Черняк занялись исследованиями этого материала. В 1941 году был разработан новый состав стекла, а также и новое производственное оборудование для его получения. За счёт этого в скором времени в Г усь-Хрустальном открыли первый завод по производству стекловолокна.
В 1946 году стекловолокнистые материалы уже широко применялись в авиационной, оборонной и электротехнической промышленности. 12 июня 1946 на базе лаборатории был организован институт стекловолокна ("Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна" - ВНИИСВ). Институт занимался разработками в области формирования и переработки типовых технологических процессов, а также разработками оборудования для изготовления армирующих материалов из стеклопластиков, технологий получения новых видов стекловолокна и материалов на его основе.
За рубежом производство супертонкого волокна (меньше 1 микрона) было начато уже во второй период второй мировой войны, тогда как в СССР подобные разработки получили старт только в 50-х годах. В 1952 году начались работы по получению волокон из базальта. Помимо этого использовался вулканический дальневосточный пепел, а также вулканические продукты с Кавказа и Крыма.
Впоследствии на базе института были созданы производства кварцевых волокон, волоконной оптики, медьсодержащих лент и нетканых стекловолокнитов в промышленном масштабе.
В настоящее время на территории России для получения непрерывного стекловолокна применяют два подхода - одностадийный и двухстадийный.
Двухстадийный (наиболее распространенный) способ получения волокна включает в себя стадию подготовки шихты, варки стекла, выработки эрклеза (кусочки оплавленного стекла), стеклошариков или штабиков и стадию плавления эрклеза и стеклошариков в плавильном сосуде и вытягивания волокна.
Вторая стадия получения волокна состоит из следующих операций:
• подготовка и подача стеклянных шариков или эрклеза в стеклоплавильный сосуд;
• плавление шариков и эрклеза и подготовка стекломассы к формованию;
• заправка грубых волокон (при использовании штабиков);
• формование волокон;
• охлаждение волокон;
• нанесение на волокна замасливателя и соединение их в нить;
• раскладка и намотка нити.
Одностадийная технология значительно опережает двухстадийную по соотношению цена/качество конечного продукта. Он является более современным, поэтому к настоящему времени не все производства смогли его внедрить. При применении этого подхода волокна вытягивают из стекломассы, поступающей в выработку сразу из стекловаренной печи, питаемой шихтой, т. е. исключается промежуточная стадия выработки эрклеза и стеклянных шариков, при этом расход энергии сокращается практически в два раза. Вместо нее осуществляется операция распределения потока стекла в распределителе стеклоплавильной печи по отдельным фильерным питателям. Надо отметить, что при этом качество стекловолокна может быть несколько хуже, чем при изготовлении по первой технологии, что связано с меньшей гомогенизацией расплава.
Одностадийный метод получения стекловолокна используется на предприятиях ОАО «Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно», ОАО «Стеклонит», ООО «УРСА Серпухов» и ООО «Сен-Г обен Изовер Егорьевск» ООО «П-Д Татнефть- Алабуга Стекловолокно».
Все стеклянные волокна условно можно разделить на два больших класса: дешевые волокна общего применения и дорогостоящие волокна специального применения. Почти 90 % всех стеклянных волокон, которые выпускаются сегодня в мире это стекловолокно марки Е. Подробно требования к таким волокнам изложены, например, в стандарте ASTM D578- 98. Остальные 10% процентов - это волокна специального назначения. Большинство марок стекловолокна получили свое название благодаря своим специфическим свойствам:
- Е (electrical) - низкой электрической проводимости;
- S (strength) - высокой прочности;
- C (chemical) - высокой химической стойкости;
- M (modulus) - высокой упругости;
- А (alkali) -высокое содержание щелочных металлов, известковонатриевое стекло;
- D (dielectric) - низкая диэлектрическая проницаемость;
- AR (alkali resistant) - высокая щелочестойкость.
Для электрической изоляции применяется только бесщелочное (или малощелочное) алюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для конструкционных стеклопластиков, как правило, используют бесщелочное магнийалюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для стеклопластиков неответственного назначения можно употреблять и щелочесодержащее стекловолокно.
Механические характеристики стекловолокон напрямую зависят от метода производства, химического состава стекла, температуры и окружающей среды. Самую большую прочность имеют непрерывные стекловолокна из бесщелочного и кварцевого магнийалюмосиликатного стекла. Повышенное содержание щелочей в исходном стекле значительно снижает прочность стекловолокон [1].
В этой связи целью работы является анализ и разработка пропиточного состава для щелочестойкой стеклосетки для повышения разрывной нагрузки после 28 дней.
Для достижения цели в работе решены следующие задачи:
- анализ стекла марки Е;
- анализ технологий производства стекла марки Е;
- обзор существующих конструкций стекловаренных печей и типов фильерных питателей;
- анализ материалов на основе стекловолокна;
- патентный поиск технологий производства стелонаполненных материалов и рецептур замасливателей;
- выбор методов исследований в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к стеклосеткам;
- комплексные исследования физико-механических и эксплуатационных свойств стеклосеток;
- анализ условий труда при эксплуатации технологического оборудования в производстве.
Первые десятилетия штапельное стекловолокно производили только по штабиковому способу. В конце 30-х на заводе в Биллимбаево начали производство минеральной ваты, которую изготавливали под давлением 1012 атмосфер при нагреве 250-280 °С. На Зестафонском заводе в Тбилиси вату производили путём распыления струи сжатого воздуха в 6-8 атмосфер. В это время в СССР рассматривали применение стеклоткани в качестве оболочек для дирижаблей.
В 1937 году в Государственном институте стекла была лаборатория по работе со стекловолокном и молодые учёные Асланова, Иоффе и Черняк занялись исследованиями этого материала. В 1941 году был разработан новый состав стекла, а также и новое производственное оборудование для его получения. За счёт этого в скором времени в Г усь-Хрустальном открыли первый завод по производству стекловолокна.
В 1946 году стекловолокнистые материалы уже широко применялись в авиационной, оборонной и электротехнической промышленности. 12 июня 1946 на базе лаборатории был организован институт стекловолокна ("Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна" - ВНИИСВ). Институт занимался разработками в области формирования и переработки типовых технологических процессов, а также разработками оборудования для изготовления армирующих материалов из стеклопластиков, технологий получения новых видов стекловолокна и материалов на его основе.
За рубежом производство супертонкого волокна (меньше 1 микрона) было начато уже во второй период второй мировой войны, тогда как в СССР подобные разработки получили старт только в 50-х годах. В 1952 году начались работы по получению волокон из базальта. Помимо этого использовался вулканический дальневосточный пепел, а также вулканические продукты с Кавказа и Крыма.
Впоследствии на базе института были созданы производства кварцевых волокон, волоконной оптики, медьсодержащих лент и нетканых стекловолокнитов в промышленном масштабе.
В настоящее время на территории России для получения непрерывного стекловолокна применяют два подхода - одностадийный и двухстадийный.
Двухстадийный (наиболее распространенный) способ получения волокна включает в себя стадию подготовки шихты, варки стекла, выработки эрклеза (кусочки оплавленного стекла), стеклошариков или штабиков и стадию плавления эрклеза и стеклошариков в плавильном сосуде и вытягивания волокна.
Вторая стадия получения волокна состоит из следующих операций:
• подготовка и подача стеклянных шариков или эрклеза в стеклоплавильный сосуд;
• плавление шариков и эрклеза и подготовка стекломассы к формованию;
• заправка грубых волокон (при использовании штабиков);
• формование волокон;
• охлаждение волокон;
• нанесение на волокна замасливателя и соединение их в нить;
• раскладка и намотка нити.
Одностадийная технология значительно опережает двухстадийную по соотношению цена/качество конечного продукта. Он является более современным, поэтому к настоящему времени не все производства смогли его внедрить. При применении этого подхода волокна вытягивают из стекломассы, поступающей в выработку сразу из стекловаренной печи, питаемой шихтой, т. е. исключается промежуточная стадия выработки эрклеза и стеклянных шариков, при этом расход энергии сокращается практически в два раза. Вместо нее осуществляется операция распределения потока стекла в распределителе стеклоплавильной печи по отдельным фильерным питателям. Надо отметить, что при этом качество стекловолокна может быть несколько хуже, чем при изготовлении по первой технологии, что связано с меньшей гомогенизацией расплава.
Одностадийный метод получения стекловолокна используется на предприятиях ОАО «Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно», ОАО «Стеклонит», ООО «УРСА Серпухов» и ООО «Сен-Г обен Изовер Егорьевск» ООО «П-Д Татнефть- Алабуга Стекловолокно».
Все стеклянные волокна условно можно разделить на два больших класса: дешевые волокна общего применения и дорогостоящие волокна специального применения. Почти 90 % всех стеклянных волокон, которые выпускаются сегодня в мире это стекловолокно марки Е. Подробно требования к таким волокнам изложены, например, в стандарте ASTM D578- 98. Остальные 10% процентов - это волокна специального назначения. Большинство марок стекловолокна получили свое название благодаря своим специфическим свойствам:
- Е (electrical) - низкой электрической проводимости;
- S (strength) - высокой прочности;
- C (chemical) - высокой химической стойкости;
- M (modulus) - высокой упругости;
- А (alkali) -высокое содержание щелочных металлов, известковонатриевое стекло;
- D (dielectric) - низкая диэлектрическая проницаемость;
- AR (alkali resistant) - высокая щелочестойкость.
Для электрической изоляции применяется только бесщелочное (или малощелочное) алюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для конструкционных стеклопластиков, как правило, используют бесщелочное магнийалюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекловолокно. Для стеклопластиков неответственного назначения можно употреблять и щелочесодержащее стекловолокно.
Механические характеристики стекловолокон напрямую зависят от метода производства, химического состава стекла, температуры и окружающей среды. Самую большую прочность имеют непрерывные стекловолокна из бесщелочного и кварцевого магнийалюмосиликатного стекла. Повышенное содержание щелочей в исходном стекле значительно снижает прочность стекловолокон [1].
В этой связи целью работы является анализ и разработка пропиточного состава для щелочестойкой стеклосетки для повышения разрывной нагрузки после 28 дней.
Для достижения цели в работе решены следующие задачи:
- анализ стекла марки Е;
- анализ технологий производства стекла марки Е;
- обзор существующих конструкций стекловаренных печей и типов фильерных питателей;
- анализ материалов на основе стекловолокна;
- патентный поиск технологий производства стелонаполненных материалов и рецептур замасливателей;
- выбор методов исследований в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к стеклосеткам;
- комплексные исследования физико-механических и эксплуатационных свойств стеклосеток;
- анализ условий труда при эксплуатации технологического оборудования в производстве.
1. В настоящее время стеловолокно находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Стеклянное волокно обладает редким сочетанием свойств - высокой прочностью на изгиб, растяжение и сжатие, негорючестью, температуроустойчивостью, низкой гигроскопичностью, стойкостью к химическому и биологическому воздействию, сравнительно низкой плотностью. Стеклянное волокно способно пропускать свет, обладает полупроводниковыми свойствами, прозрачно для радиоволн и поглощает рентгеновские и более коротковолновые лучи.
Продукция на основе стекловолокна нашли широкое применения в различных отраслях промышленности.
2. В настоящее время композиционные материалы занимают важное место в различных областях современной техники. На основе патентного поиска выявлено, что для изготовления прочных конструкций используют композиции с различными материалами на основе стекловолокна.
3. Стеклосетка фасадная предназначена для надежного армирования штукатурного слоя на внешних стенах зданий. Благодаря особой обработке полимерами обладают высокой устойчивостью к воздействию щелочных компонентов даже в условиях повышенной влажности.
Разработаны 4 рецептуры пропиточного состава для стеклосеток:
Пропиточный состав №1. На основе стирол-акриловой дисперсии.
Пропиточный состав №2. На основе стирол-акриловой дисперсии с добавлением меламинформальдегидной смолы и дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
Пропиточный состав №3. На основе стирол-акриловой дисперсии с добавлением дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
Пропиточный состав №4. На основе стирол-акриловой дисперсии (отечественного производства) с добавлением меламинформальдегидной смолы и дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
4. По результатам испытаний разрывной нагрузки, следует, что пропиточный состав №1 на основе стирол-акриловой дисперсии (Litex SX 1363) выше, чем у остальных в 1,07-1,35 раза и удовлетворяют требованиям по всем показателям и может быть использован в качестве нового пропиточного состава стеклосетки.
5. Добавка вспомогательных компонентов стеарата цинка ( Ligafluid ZW) и меламинформальдегидной смолы (Ukadan 336) в пропиточный состав , значительно влияет на свойства стеклосетки, придавая жесткость в сцепление ячеек и уменьшение липкости (увеличение смазки), тем самым улучшает качество стеклосетки по показателю «Снижение разрывной нагрузки после обработки комбинированным щелочным раствором в течение 28 суток».
6. Пропиточный состав №4 на основе стирол-акриловой дисперсии (Ларус-39) не удовлетворяет требованиям «Снижение разрывной нагрузки после 28 дней» и полимеризуется при хранении в течение 1 -3 суток.
Продукция на основе стекловолокна нашли широкое применения в различных отраслях промышленности.
2. В настоящее время композиционные материалы занимают важное место в различных областях современной техники. На основе патентного поиска выявлено, что для изготовления прочных конструкций используют композиции с различными материалами на основе стекловолокна.
3. Стеклосетка фасадная предназначена для надежного армирования штукатурного слоя на внешних стенах зданий. Благодаря особой обработке полимерами обладают высокой устойчивостью к воздействию щелочных компонентов даже в условиях повышенной влажности.
Разработаны 4 рецептуры пропиточного состава для стеклосеток:
Пропиточный состав №1. На основе стирол-акриловой дисперсии.
Пропиточный состав №2. На основе стирол-акриловой дисперсии с добавлением меламинформальдегидной смолы и дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
Пропиточный состав №3. На основе стирол-акриловой дисперсии с добавлением дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
Пропиточный состав №4. На основе стирол-акриловой дисперсии (отечественного производства) с добавлением меламинформальдегидной смолы и дисперсии стеарата цинка и эмульгатора.
4. По результатам испытаний разрывной нагрузки, следует, что пропиточный состав №1 на основе стирол-акриловой дисперсии (Litex SX 1363) выше, чем у остальных в 1,07-1,35 раза и удовлетворяют требованиям по всем показателям и может быть использован в качестве нового пропиточного состава стеклосетки.
5. Добавка вспомогательных компонентов стеарата цинка ( Ligafluid ZW) и меламинформальдегидной смолы (Ukadan 336) в пропиточный состав , значительно влияет на свойства стеклосетки, придавая жесткость в сцепление ячеек и уменьшение липкости (увеличение смазки), тем самым улучшает качество стеклосетки по показателю «Снижение разрывной нагрузки после обработки комбинированным щелочным раствором в течение 28 суток».
6. Пропиточный состав №4 на основе стирол-акриловой дисперсии (Ларус-39) не удовлетворяет требованиям «Снижение разрывной нагрузки после 28 дней» и полимеризуется при хранении в течение 1 -3 суток.