Составы и свойства стекол типа Е для производства непрерывного волокна

Стекло типа Е – электроизоляционное стекло. Преимуществом данных стекол является то, что они могут использоваться в широких диапазонах t (-80 – +350). Стекла типа Е составляют 90 % от общего объема производства стекловолокна во всем мире. Его состав был разработан в 30-х гг20 века. Классический состав, мас. %: SiO₂ 52-56, В₂О₃ до 10 %, Al₂O₃ 12-15 %, CaO 18-23 %, MgO до 4 %, оксидов щелочных металлов не более 1 % (0,3-0,5 %). Данный состав обеспечивает высокие изоляционные свойства, однако он тугоплавкий и агрессивный. При варке такого стекла используют ускоритель варки CaF₂, который вводится плавиковым шпатом. F улетучивается (60 %), В₂О₃ улетучивается 7,5-8,5 % может и больше. В некоторых странах Европпы и в США существуют запреты на выброс этих компонентов в атмосферу. Последние годы фирмой Corning разработан состав, который не содержит В₂О₃ (Advantex), мас. %: SiO₂ 59,9, CaO 22 %, MgO 3,2 %. Безборный состав имеет более высокую кислотостойкость. Так как снижено содержание стеклообразователей, то повышается кристаллизационная способность, что создает проблемы при выработке волокна. Поэтому необходимы более высокие t выработки. Также безборный состав обеспечивает экономию стоимости шихты, так как борсодержащее сырье – самый дорогой компонент. Однако при этом усложняется процесс выработки и повышаются энергозатраты.Прочность на растяжение волокон на основе стекла типа Е составляет 3100-3800 Мпа, модуль упругости 76-78 Гпа.

2 Формирование эмалевых покрытий по технологии «2 слоя – 1 обжиг»

Технология «2 слоя – 1 обжиг» заключается в возможности нанесения на слой порошка грунта покровной эмали с однократным обжигом. При этом толщина грунтового слоя должна быть не более 0,08 мм, покровной эмали – 0,1 мм, что возможно при более тонком помоле фритты (размер частиц не более 40 мм). При однократном обжиге двух слоев грунтовая эмаль должна быть более легкоплавкой, чем покровная.

Основные стадии формования порошкового покрытия: перегруппировка частиц для разделения их на зоны (появление трещин по покрытию); сфероидация – начало растекания частиц; герметизация зон; гладкое растекание. Эти процессы осуществляются при изменении вязкости эмали от 10⁷ до 10³ Па×с. Газообразные продукты, выделяющиеся при обжиге эмалевых слоев, связаны с удалением влаги, а также связной воды из глинистых частиц, добавляемых в шликер грунтовой эмали. 100°С – удаление воды (физической) и окисление металла за счет кислорода воздуха; 400°С – удаление связной воды (из глины), продолжение окисления металла 2Fe+O₂→2FeO. Также выделяется CO и CO₂ из металла и за счет органических включений в глине. До t 600°С из стали выделяется водород Fe+H₂O→FeO+H₂. При t 600°С начинает размягчаться грунтовая эмаль, при 650-700°С расплав грунта смачивает поверхность металла, прекращая доступ кислорода к ней. Формируется промежуточный слой на границе металл-эмаль. Он формируется в результате химических и электрохимических процессов при участии оксидов сцепления – оксидов кобальта и никеля. Наличие промежуточного слоя – обязательное условие прочного сцепления грунтовых эмалей с металлом. Этот слой представляет собой расплав с растворенными оксидами Fe, в том числе FeO>70%, имеется Fe₃O₄ и немного Fe₂O₃ (окалина). Если в эмали растворится > 30% оксида Fe? Если больше, то образуется пористый слой окалины – пережег. Для получения качественного покрытия очень важно, чтобы при данной технологии эти процессы завершились при растекании грунтовой эмали до полного растекания покровной эмали. При этом поверхностное натяжение грунтовой эмали должно быть несколько больше покровной, иначе она будет смешиваться с покровной и проплавляться на верх(динактивность). В отличие от технологии «2 слоя –2 обжига», в данной технологии изменяются условия теплопередачи, в частности для слоя грунтовой эмали. Он прогревается только от металлической подложки, так как сверху его закрывает «бисквитный» плохо проводящий слой эмали.