Органическое и силикатное: в чем разница
В СССР привычное силикатное стекло, изготовленное из кварцевого песка, использовали в кабинах пилотов всех летательных аппаратов — от тяжелых бомбардировщиков до легких штурмовиков и самолетов гражданской авиации, рассказывает Дмитрий Петрачков, директор научно-производственного комплекса «Стекло» ОНПП «Технология» «Ростеха». Стекла могли быть плоскими или изогнутыми, а объединял их электрообогрев в виде тонкого слоя прозрачного полупроводника из оксида металла. С ним стекло не запотевало и не замерзало в экстремальных погодных условиях.
Позже, когда железнодорожные нормы безопасности стали требовать более надежной защиты машинистов и их помощников, авиационные технологии перекочевали и на железную дорогу. Поезда обзавелись многослойными стеклами — силикатными композициями, закаленными специальным образом. Видимость улучшилась благодаря электрообогреву, а в кабину стало прилетать гораздо меньше инородных объектов.
До этого момента в остеклении поездов использовались сталиниты — однослойное закаленное силикатное стекло. При разрушении оно рассыпалось в крошку. Кроме него до 1996 года в поезда устанавливали органическое стекло. Оргстекло производится методом отливки: метилметакрилат, жидкий мономер, заливается на определенную толщину. Затем готовый лист подвергается механической обработке — он в два раза легче силикатного стекла, и подгонять под нужную форму его легче. Но недостатков больше: оргстекло может испортиться от воздействия ультрафиолетового излучения и оно менее устойчиво к механическим повреждениям.
Современные стекла локомотивов, как правило, представляют собой триплекс — два силикатных стекла склеиваются между собой специальной пленкой. Так при разрушении одного из слоев не появится сквозной пробоины, а осколки не осыпятся.
Как делают современные сверхпрочные стекла
- Резка и механическая обработка
Перед закаливанием и моллированием стекло попадает на стол для резки. После этого обрабатываются острые края — их шлифуют с помощью алмазного диска, который постоянно охлаждается водой.
- Лазерная отсечка
Когда этап механической обработки пройден, со стекла снимают часть токопроводящего покрытия. Специальный лазер формирует поле обогрева — это нужно, чтобы ток не уходил за пределы стекла и правильно распределялся по всему изделию. В результате обесточенными остаются только края.
- Моллирование
Моллирование (от лат. mollio — размягчать, плавить) — это придание стеклу необходимой кривизны. В локомотивах стекло имеет изгиб. Чтобы его получить, стеклянный пласт кладут на формообразующую рамку и нагревают. При температуре 600–700°C стекло деформируется и под собственным весом принимает нужную форму. Этот процесс занимает около двух часов. Последующее охлаждение занимает столько же времени.
- Закаливание
Закаливание — это упрочнение стекла с помощью высоких температур. В печи закалки стекло нагревается до температуры размягчения — около 560°C. Там оно держится определенное время, а затем поступает в зону обдувки, где с двух сторон подается большой поток воздуха. Наружные слои стекла резко охлаждаются, внутренние при этом остаются горячими. Происходит сжатие изделия, напряжение «запечатывается» внутри, за счет чего стекло становится более прочным. Поэтому все механические обработки производятся до закаливания — иначе стекло просто лопнет или взорвется.
- Пакетирование
На последнем этапе производства стекла становятся многослойными. Между двумя стеклянными пластами прокладывается специальная белая пленка из поливинилбутираля. В автоклаве под давлением в 13 атмосфер два стекла склеиваются, а пленка расплавляется и становится прозрачной. В результате получается стеклянный триплекс.
- Испытания на прочность
Для лобового стекла самолета одна из опасностей — столкновение с птицей. Стекла для авиации проверяют на «птицестойкость»: специальная пневматическая метательная установка имитирует удар птицы о стекло. Для поезда не так важна птицестойкость, как стойкость к инородным предметам. В испытаниях в качестве образца выступает пустая стеклотара — бутылка от портвейна весом 0,5 кг и объемом 0,7 л. По статистике, собранной в 1990-х годах, именно бутылки чаще всего «прилетали» в кабину машиниста. Снаряд запускают со скоростью, равной двум скоростям поезда, а высокоскоростные видеокамеры фиксируют момент столкновения. Если опытный образец не рассыпался и не пробит насквозь — проверка на прочность пройдена успешно.