Варка стекла и выработка стеклоизделий

Стекло изготовляют из материалов, в избытке имеющихся в природе: кварцевого речного песка, гидрокарбоната натрия, мела и пр. Стекло варят в специальных печах при температуре 1350— 1600°С. Чем больше в составе стекла кварцевого песка (окись кремния), тем выше тугоплавкость и термостойкость полученного стекла.

Наибольшей термостойкостью обладает кварцевое стекло, со­стоящее более чем на 90% из окиси кремния. Оно варится при температуре до 2000 °С и используется для изготовления термо­стойкой кварцевой лабораторной посуды, а также горелок к ульт­рафиолетовым облучателям; отсюда их название — «кварцевые» горелки.

От того, как ведется процесс варки стекла, зависит его качество. Стекло необходимо хорошо проварить, из него должны быть уда­лены воздушные пузыри, инородные тела, включения, попадающие в стекло от огнеупорной футеровки (облицовки) ванной печи и т. д. В оптическом стекле наиболее важно отсутствие дефектов, которые ухудшают качество оптики в приборах и в очковой опти­ке. Поэтому лучшие сорта оптического стекла чаще всего варят в печах небольшого объема (горшковых), где стекло хорошо про­варивается.

Изделия из стекла вырабатывают на том же предприятии, где его получают (варят). При варке стекла протекают сложные физи­ко-химические процессы, в результате которых из механической смеси сырьевых материалов (шихта) получают однородную гомо­генную стекломассу. В процессе варки при высоких температурах стекло проходит ряд стадий: силикатообразование (получение спекшейся массы), стеклообразование (взаимное растворение си­ликатов и кремнезема), осветление (освобождение стекла от види­мых пузырей), гомогенизация (приведение к однородности) и ох­лаждение (на 200—300 °С для получения вязкости, необходимой для формообразования стекла).

Изготовление изделий из стекла возможно несколькими спосо­бами: отливка в формы, подобно чугуну, штамповка, прокатка, вытягивание в листы, трубки (дрот) и нити. Стекло можно сва­ривать, спекать и производить его механическую обработку (раз­резание, шлифование). Ниже рассмотрены важнейшие методы по­лучения стеклоизделий.

Вытягивание дрота. Из дрота (стеклянная трубка) вырабатыва­ют многие изделия для медицинских целей: флаконы для антибио­тиков и других лекарственных препаратов, ампулы, цилиндры для шприцев и др. На рис. 3 показана принципиальная схема получе­ния дрота. Стекломасса непрерывной тонкой струей льется на сер­дечник—мундштук, сделанный изогнеупора (шамота) и имеющий внутри канал для подачи воздуха. Сердечник непрерывно враща­ется, наматывая на себя стекломассу. Стекломасса постепенно сползает с сердечника в виде бесконечной трубки, оттягиваемой специальной машиной, которая одновременно нарезает трубку на куски определенной длины. Нужный диаметр дрота и толщину его стенок получают путем изменения условий вытяжки. Следует от­метить, что методом непрерывного вытягивания получают и листо­вое стекло.

Выработка изделий формованием. Под формованием понима­ют процессы, в результате которых бесформенная стекломасса становится изделием определенной формы. К способам формова­ния относят прессование (ручное и машинное) и выдувание (руч­ное и машинное). На рис. 4 дана принципиальная схема прессо­вания. В матрицу набирают определенную порцию стекла, которая при движении пуансона вниз перемещается и заполняет про­странство между пуансоном и матрицей. Формовое кольцо помо­гает создать ровную поверхность верхнего края изделия. Матри­цу делают разъемной, что позволяет легко извлечь изделие из формы.

Выдувание — один из самых древних и широко распространен­ных способов выработки стеклоизделий, позволяющих получать стеклянные сосуды разнообразных форм и размеров. Для изготов­ления крупных сосудов этот способ единственно возможный.

Технология выдувания может быть ручной и механизированной. В настоящее время ручное выдувание ииспользуют для выработки художественных изделий. Для производства банок, бутылей и дру­гой массовой продукции применяют механизированное выдувание с помощью полуавтоматов или пресс-выдувание.

Схема пресс-выдувания приведена на рис. 5. Процесс получе­ния изделия делится на две основные стадии: предварительное прессование черновой заготовки (I) и выдувание из нее изде­лия (II). Процесс происходит на одной машине сначала в черно­вой пресс-форме (1), затем в чистовой (2). Черновая форма цельная (не разъемная), чистовая—разъемная. Заготовку из черновой формы переносят в чистовую с помощью так называемых горловых щипцов (3), которые представляют собой часть формы, так как в них формируется горловая часть изделия, в данном случае — баночки.

В начале процесса (позиция а) в черновую форму вводят пор­цию стекла. Сверху формы накладывают в сомкнутом состоянии горловые щипцы. Пуансон (4) поднят вверх. Затем его опускают и производят черновое формование (позиция б). После этого пу­ансон уходит вверх и заготовку в горловых щипцах переносят в чистовую форму (позиция в); здесь сверху опускается дутьевая го­ловка (5), плотно перекрывающая горловые щипцы, и в полость заготовки подается сжатый воздух, заставляющий ее принять форму внутренней полости чистовой формы (позиция г). После того как дутьевая головка и горловые щипцы удалены, половинки чистовой формы расходятся и изделие готово. Оно легко снимается с донной части формы (6). Методом пресс-выдувания изготовля­ют банки и бутылки с широким горлом.

Для производства ампул разной вместимости применяют выду­вание вакуумным питанием на специальных машинах-автоматах.

Механическая обработка стекла. Ампулы, бутыли, аптекарская и лабораторная посуда не проходят дополнительной механической обработки после формования, за исключением банок с притертой пробкой, у которых горло и пробку шлифуют и притирают с по­мощью абразивного порошка.

Для очковых линз шлифование и полирование служит основой производства, поскольку точность геометрических размеров и чи­стота поверхности линзы не могут быть достигнуты при получе­нии прессованием заготовки из стекломассы.

Термическая обработка стекла. Изделия из стекла при охлаждении на воздухе оказываются непрочными из-за внутренних напряжений, возникающих между слоями стекла вследствие их не равномерного охлаждения. Для исключения внутренних напряжний изделия медленно охлаждают в специальных тоннельных пе­чах (лерах), на входе которых температура максимальная, а на выходе—минимальная.

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В настоящее время трудно представитьсебе медицинубез по­лимерных систем для переливания крови, аппаратуру — без про­зрачных полимерных трубок, предметы ухода — без резиновых грелок, пузырей для льда и т. д. Значительно обогатить ассорти­мент материалов, применяемых в медицине, позволили синтетиче­ские полимеры.

Полимерные материалы существенно отличаются от металлов и сплавов: их молекулы вытянуты в длинные цепочки, в результа­те чего полимеры имеют высокую молекулярную массу. Молекулы полимеров получают из исходных низкомолекулярных продук­тов—мономеров—полимеризацией и поликонденса­цией. При полимеризации молекулярная масса образовавшегося полимера равна сумме молекулярных масс вступивших в реакцию молекул мономера. Поликонденсация сопровождается выделением побочных низкомолекулярных продуктов, и молекулярная масса полученного полимера меньше молекулярных масс исходных ве­ществ.

К полимерам поликонденсационного типа относятся фенолформальдегидные смолы, полиэфиры, полиуретаны, эпоксидные смолы. К высокомолекулярным соединениям полимеризационного типа от­носятся поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол, полипропилен, полиметилметакрилат.

Высокополимерные и высокомолекулярные соединения явля­ются основой органической природы — животных и растительных клеток, состоящих из белка. Так, хлопчатобумажные волокна, во­локна древесины состоят из высокополимерных молекул целлю­лозы.

Для изготовления медицинских изделий широко применяюткакполимерные материалы, в основе которых лежит природное сырье, так и искусственные — синтетические полимерные материалы. Из полимерных материалов естественного происхождения изго­товляют большинство перевязочных средств: вату, марлю и изде­лия из них, алигнин, а также нити шовных материалов (хирурги­ческий шелк). Полимеры являются основой пластмасс, используе­мых при изготовлении различных инструментов, частей медицин­ской аппаратуры и оборудования.