Стеклянные трубки в основном представляют собой цилиндрические полые изделия. Их особая форма в сочетании с огромным разнообразием типов стекла (например, боросиликатное , флинтовое , алюмосиликатное , натриевое, свинцовое или кварцевое стекло) позволяет использовать стеклянные трубки во многих областях. Например, лабораторная посуда , осветительные приборы, солнечные тепловые системы и фармацевтическая упаковка, если назвать самые крупные. [1]
В прошлом ученые конструировали собственные лабораторные приборы до повсеместного распространения сменных стеклянных соединений . Сегодня предпочтение отдается имеющимся в продаже деталям, соединенным с помощью стеклянных соединений; там, где требуется специализированная стеклянная посуда, ее изготавливают по размерам с использованием имеющихся в продаже стеклянных трубок специалисты- стеклодувы . Например, линия Шленка состоит из двух больших стеклянных трубок, соединенных запорными кранами , и более мелких стеклянных трубок, которые далее соединены с пластиковыми шлангами.
По сравнению с другими материалами, такими как пластик, важность цилиндрических полуфабрикатов в стекле высока. Главными причинами являются трудности, связанные с 3-мерным формованием стекла в целом. Для создания полых предметов из стекла цилиндрическая форма является естественным исходным материалом.
Цилиндрические стеклянные трубки имеют:
• самая низкая площадь поверхности и самая компактная конструкция
• высочайшая механическая прочность при давлении и ударах
• автоматическая дальнейшая обработка благодаря симметрии. [2]
По сравнению с формованным стеклом, где процесс вытяжки трубки обеспечивает:
• лучшая оптическая прозрачность
• более равномерное распределение толщины стенки
• более высокая точность или объем и геометрия в целом
До 19 века стеклянные трубки изготавливались исключительно методом дутья, то есть прерывисто из партии или расплавленного стекла . В 1912 году Э. Даннер (Libbey Glass Company) разработал первый в США процесс непрерывной вытяжки трубок, работающий в горизонтальном направлении. В 1918 году он получил патент. В 1929 году во Франции Л. Санчес-Велло разработал процесс вертикальной вытяжки.
Стеклянные трубки производятся из различных видов стекла и диаметром от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В большинстве производственных процессов «бесконечно длинная» стеклянная трубка вытягивается непосредственно из расплава, от которого после прохождения роликового конвейера до волочильной машины отрезаются куски длиной около 1,5 м.
Три распространенных метода различаются по направлению рисования:
В процессе Даннера расплавленное стекло поступает из питателя в виде ленты на наклонно вниз наклоненный вращающийся керамический полый цилиндр, трубу Даннера. Через полую трубу продувается сжатый воздух, чтобы предотвратить смятие стеклянной трубки. На конце трубы образуется так называемая волочильная луковица, из которой стеклянная трубка вытягивается в свободном провисании на горизонтальной тянущей линии.
Если скорость вытяжки поддерживается постоянной, то увеличение давления выдува приводит к получению большего диаметра и меньшей толщины стенок;
С помощью этого метода можно изготавливать трубы диаметром от 2 до 60 мм:
В процессе Велло стекло проходит через кольцевое отверстие снизу питателя. Это отверстие образовано между круглым выходным соплом питателя и регулируемой по высоте полой иглой (также оправкой). Здесь трубка также «надувается» сжатым воздухом. Стеклянная трубка, которая изначально выступает в вертикальном направлении, затем отклоняется в горизонтальное положение в свободном провисании.
Оправка сопла регулируется от центра вытяжного сопла для получения постоянной толщины стенки после гибки.
С помощью этого метода можно получить трубки диаметром от 1,5 до 70 мм; производительность выше, чем при использовании метода Даннера. Кроме того, здесь можно использовать стекла с высоколетучими компонентами, такими как бораты (боросиликатное стекло) и оксиды свинца (свинцовое стекло), поскольку температуры на сопле вытяжки ниже, чем в муфеле Даннера.
Без иглы можно также изготавливать стеклянные стержни, при этом диаметр регулируется соплом, а также скоростью вытяжки. Из-за вертикального выхода стекла процессы вытяжки вниз спорадически также перечисляются под общим термином «Vello», хотя принудительного отклонения в горизонталь не происходит.
Процессы Даннера и Велло используются для производства тонкостенных стеклянных трубок относительно небольшого диаметра с производительностью до 55 тонн в день.
Мировой рекорд по самой длинной непрерывно вытянутой стеклянной трубке в виде цельного куска составляет 10 м, его установила компания SCHOTT Tubing .
Метод вытягивания вниз, в принципе, такой же, как метод Велло, хотя здесь стеклянная трубка не отклоняется, а вытягивается в вертикальном направлении.
В нисходящей вытяжке текущий мировой рекорд принадлежит SCHOTT Tubing с 460 мм. [3] Достижимая толщина стенки для больших наружных диаметров свыше 250 мм составляет около 10 мм. Большая толщина стенки до 15 мм возможна только для меньших наружных диаметров. Для боросиликатного стекла (35 мм Durchmesser) может быть достигнута скорость вытяжки 0,3 м/мин.
Здесь стеклянная трубка не формируется оправкой, а вытягивается со свободной поверхности ванны. Снизу в вытяжное сопло выступает сопло, через которое в стеклянную трубку вдувается воздух. Сопло также удерживает вытяжной лук, чтобы он не смещался вбок. Поскольку качество и скорость вытяжки, достигаемые при вертикальном вытягивании трубки, относительно низкие, этот процесс в настоящее время почти не имеет практического значения.
Стеклянные трубки очень большого диаметра (от 20 до 100 см), необходимые для предприятий химической промышленности, изготавливаются методом центрифугирования или выдува . Однако возможно изготовление только сравнительно коротких отрезков трубок длиной до одного метра, так называемых трубчатых дробинок.
Многие стеклянные трубки можно использовать сразу, например, для систем пневмотранспорта, освещения, фотобиореакторов или в качестве архитектурного элемента. Однако модификация стеклянных трубок довольно распространена и незаменима для таких применений, как лабораторное стекло, фармацевтическая упаковка [4] и диодные инкапсулянты. Здесь стеклянную трубку нужно, например, разрезать, согнуть или даже преобразовать в другую форму (сравните флакон, шприцы и т. д.). В основном это делается путем подачи тепла на образец и/или использования механического формовочного инструмента.
Хотя модификация стеклянных трубок больше не является необходимым лабораторным методом , многие все еще знакомы с основными методами. Стеклорез используется для разбивания кусков стеклянных трубок на более мелкие части. Свежесрезанные края полируются пламенем перед использованием, чтобы удалить грубые края. Стеклянные трубки можно сгибать, равномерно нагревая их над пламенем Бунзена до красного каления . К трубкам можно добавлять зазубрины для шлангов , что обеспечивает лучшее сцепление и герметичность для присоединения пластиковых или резиновых трубок. [5]
Стеклянные трубки производятся не только круглой формы, но и различных других форм, таких как прямоугольная, треугольная и звездообразная. Стеклянные трубки, стержни и профили могут быть изготовлены из различных типов стекла. Они находят применение в различных областях, таких как фармацевтика, промышленные и экологические технологии, а также электроника. Стеклянные трубки обрабатываются в:
Есть несколько компаний, которые концентрируются на производстве стеклянных трубок из специальных типов стекла. Используя специальный тип стекла с определенными свойствами, стеклянные трубки могут быть пригодны для различных применений. Некоторые известные производители стеклянных трубок: