Стеклянные пленки: производство и перспективы использования

В настоящее время одним из наиболее динамично развивающихся направлений стекольной отрасли является производство пленочного стекла.

Пленочное стекло – это тонкое плоское стекло, у которого проявляется отсутствующее у массивных стекол свойство гибкости. У обычных листовых стекол максимальная стрела прогиба не превышает десятых и даже сотых долей его длины. Стекло же толщиной 0,15–0,2 мм легко огибает барабан диаметром 0,3–0,5 м, а толщиной 10‑15 мк наматывается на стержень диаметром 20–30 мм. Механическая прочность пленочного стекла в несколько раз превышает прочность массивных стекол и резко возрастает по мере уменьшения его толщины. Аналогичная зависимость наблюдается и для диэлектрических свойств стекол. Удельное пробивное напряжение (в неоднородном электрическом поле) при изменении толщины пленок со 100 до 6 мк возрастает более чем в восемь раз. Благодаря своей малой толщине пленочное стекло имеет высокую светопрозрачность (более 92%) в области видимой части спектра, большую термостойкость, т. е. способность выдерживать резкие перепады температур без разрушения.

Признанными лидерами в производстве пленочного стекла являются компании Corning Glass (США) и Asahi Glass (Япония). По расчетам специалистов только это направление в течение нескольких лет принесет своим производителям более $370 млн. Причем основной ассортимент пленочного стекла (толщиной 50‑100 мкм) предприятия планируют освоить в 2012–2013 годах. Такие стекла будут использоваться для про­изводства гибких экранов на жидких кристаллах (LCD) и органи­ческих светодиодах (OLED-дисплеи) в телевизорах, смартфонах, планшетах и других гаджетах.

Благодаря ценному сочетанию некоторых физико-механических свойств стекол, зависящих главным образом от их химического состава, гибкие пленки могут найти применение в радиоэлектротехнике для производства сопротивлений, высокочастотных конденсаторов, электроизоляционной бумаги, для производства подложек и покровных стекол солнечных бата­рей.

В настоящее время существуют механизированные способы выработки пленочного стекла. Отличаясь друг от друга по некоторым конструктивным особенностям, все они сводятся к двум основным методам: вытягивание непрерывной ленты стекла из расплава стекломассы сверху вниз через формующее устройство определенной конфигурации; растягиванием полосы обычного листового стекла, подвергнутой местному нагреву до температуры размягчения.

Принципиальная схема технологического процесса производства пленочного стекла состоит в том, что поток стекло­массы, подаваемый из печи, подхватывается парой «за­травочных» валиков и растягивается в непрерывную тонкую ленту стекла. По достижении ленты необходимой толщины валики выводятся из зацепления и дальнейшее вытягивание ленты осуществляется посредством специального барабана. Для получения пленочного стекла лента через перегибной барабан наматывается на бобину с прокладкой (например, конденсаторной бумагой), сматываемой с рулона. Для снятия зарядов статического электричества, возникающего на поверх­ности ленты, устанавливаются нейтрализаторы.

В 2012 году компания Corning Glass продемонстрировала Roll to Roll технологию получения гибкого пленочного стекла Willow Glass, производство которого, как утверждают представители компании, до нынешнего дня было невозможно. Использование специальных материалов (Еbdg Tab) исключает контакт формуемой пленки стекла c роликами тянульной машины и обеспечивает ее высокое качество и низкую стоимость.

Толщина и ширина ленты пленочного стекла зависит от технологических и конструктивных параметров процесса: конструкции печи, конструкции холодильников, вязкости стекломассы, скорости формования ленты стекла и других параметров. Скорости вытягивания пленочного стекла лежат в пределах от 50 до 500 погонных метров в час. Производительность установки с шириной формуемой ленты стекла 500 мм составляет примерно 7–8 кг пленочного стекла в час.

Анализ процессов, используемых отечественными предприятиями, позволяет заключить, что технология производства тонких стеклянных пленок может быть реализована в Республике Беларусь. На ОАО «Завод «Оптик» жесткое оптическое волокно получают вытягиванием из размягченной стекломассы, подобные технологии используются на ОАО «Полоцк-Стекловолокно» в производстве непрерывного волокна двухстадийным методом. Однако освоение производства тонких пленок возможно только при модернизации существующих установок и комплексном исследовании влияния динамики процесса формования на стабильность геометрических характеристик пленок.

В настоящее время рынок пленочного стекла только формируется и развитие этого направления будет способствовать развитию наукоемких технологий отечественной промышленности.

Гибкие стекла применяют в изготовлении стеклопластиков различного назначения, специальной высокотемпературной изоляции, кровельных материалов.

Юрий ПАВЛЮКЕВИЧ, БГТУ