15.1 Исторический очерк

По всей вероятности первым творцом стеклянных волокон была природа. При извержении вулканов капли лавы, подхваченные сильными порывами ветра, вытягивались в достаточно длинные волокна и оседали в виде волокнистой массы на деревьях. Такие природные стеклянные волокна известны под названием «волос Пеле». Птицы использовали их для упрочнения своих гнезд. Природные стеклянные волокна встречались во многих точках земного шара, например, на Гавайях вблизи вулкана Килауи и в 1906 г. около Везувия [1].

Стеклоделы древней Сирии, Греции и Египта умели вытягивать волокна из нагретого стеклянного прутка и украшать ими изделия. Они владели техникой вытягивания стеклянных волокон задолго до изобретения метода раздува трубок (примерно в 250 г. до н.э.). Получаемые стеклянные волокна укладывали на поверхности с помощью специального инструмента, создавая искусные узоры на изделиях их стекла.

Позже, в 16-17 вв., тонкие стеклянные волокна и нити использовали стеклодувы Венеции и Рима для «сплетения кружев», украшавших тонкостенную посуду. В 1650-1720 гг. английские, немецкие и французские ремесленники научились вытягивать тонкие волокна из расплавленной стеклянной массы, а позже, в 1832 г., стали получать стеклянные нити из разогретого стеклянного блока, вытягивая их с помощью вращающегося колеса. Однако в это время стеклянные волокна получали только ради любопытства. Пытались, правда использовать их в производстве тканей в сочетании с другими типами волокон, а также для изготовления елочных украшений, например, хвостового оперения птиц.

В конце 19 в. Стеклянные волокна, получаемые вытягиванием из нагретых прутков (штабиков), пытались использовать в производстве одежды и галстуков, что было продемонстрировано на ярмарке в Чикаго в 1893 году. Впервые промышленный выпуск стеклянного волокна в США был осуществлен в 1930 г. для производства полупрозрачных стеклянных панелей конструкционного назначения, изготавливаемых из плоских листов оконного стекла с проложенными между ними цветными стеклянными волокнами. Однако такое использование стеклянных волокон не могло стимулировать значительного расширения их производства.

Массовое промышленное производство стеклянного волокна в США явилось итогом десятилетних исследований фирм «Оуэнс-Иллинойс Глас Компании» и «Корнинг Глас Воркс», объединившихся в 1937 г. в компанию «Оуэн Корнинг Файберглас Корпорейшн», совместно с университетом Пурдью. Были разработаны принципы массового производства стеклянного волокна и конкретные технологические процессы получения нерпрерывного и штапельного волокна, а также стеклянной ваты. Один из первых заводов по производству стеклянного волокна был построен в г. Ньюарке (штат Огайо, США) и принадлежал фирме «Оуэн Корнинг Файберглас Корпорейшн». Из производимой на этом заводе стеклянной ваты изготавливали теплоизоляцию и грубые воздушные фильтры. А из непрерывных волокон – ткани, после пропитки которых лаком получали слоистые пластики электротехнического назначения. Разработка в 1935 г. полиэфирных смол и стеклопластиков на их основе послужила мощным стимулом для быстрого развития промышленности стеклянного волокна и композиционных материалов на его основе.

Особенно широко применялись стеклянные волокна стали с СА во время второй мировой войны, и в первую очередь в качестве наполнителей пресс-композиций и слоистых пластиков. Достаточно быстро и с большой изобретательностью были разработаны методы формования изделий из стеклопластиков на основе полиэфирных связующих, отверждающихся при низком давлении, и различных типов стекловолокнистых наполнителей. Из этих материалов изготавливали непробиваемые баки одноразового использования для горючего, антенные обтекатели, приклады для винтовок, облегченные элементы конструкций самолетов, наземных транспортных средств и военного снаряжения.

В послевоенное время большие усилия были направлены на то, чтобы, воспользовавшись накопленным в течение войны опытом, найти применение стекловолокнистым материалам и в мирной жизни. Основным препятствием для этого служил высокий уровень цен. Несколько американских и иностранных фирм купили производство стеклянного волокна. Проведение широких научных исследований по совершенствованию технологии получения стеклянного волокна и различных типов армирующих наполнителей на его основе подготовило почву для быстрого роста объема их производства, начавшегося в 1965 г.

К 1980 г. в США ежегодно производилось более 450 тыс. т стеклопластиков. Совершенствование рецептуры и технологии позволило освоить промышленный выпуск стеклянных волокон с повышенной химической стойкостью, с более высоким модулем упругости и другими специфическими свойствами. Использование новых типов полимерных матриц, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, и усовершенствованной технологии формования позволяет в настоящее время получать из стеклопластиков корпуса судов длиной более 45 м, балки сложной конфигурации и опорные фермы, используемые в конструкциях, работающих в контакте с химически агрессивными средами, отделочные материалы, применяемые в строительстве, элементы конструкций автомобилей, которые могут быть изготовлены значительно быстрее, чем аналогичные элементы конструкций из металлов, а по уровню конструкционных свойств, качеству поверхности и окрашиваемости не уступающие им, а в некоторых случаях и превосходящие их (например, по вибростойкости, ударостойкости, массовым характеристикам, ремонтопригодности и т.п.)[1].