Неорганическая бумага

Мы привыкли к тому, что бумагу делают из целлюлозы, что на ней пишут и печатают, что ее используют для упаковки. Однако на основе таких познаний нельзя составить истинного представления о бумаге. Обратимся к строгому определению: бумага — это упруго-пластичный, крупнопористый волокнистый рулонный или листовой материал. Как видите, ни природа волокна, ни область применения в определении не упомянуты. Значит, любые упруго-пластичные и т. д. материалы, будь они даже из стекла, керамики, металла, для чего бы они ни применялись, — все равно бумага.

Бумага должна быть гибкой. Но как она будет гибкой, если волокно, скажем, керамическое?
Представим себе небольшой стальной стержень диаметром 1 мм. Он, естественно, будет довольно жестким. Увеличим длину стержня до нескольких десятков метров (такой стержень разумнее будет назвать проволокой). Проволока потеряет жесткость, она будет легко изгибаться, ее можно, как нить, намотать на катушку достаточно большого диаметра.

То же можно сказать и о керамическом волокне. у этого неорганического аналога органического цепного полимера длина молекулы в тысячу и более раз превосходит толщину. Если диаметр такой молекулы увеличить до диаметра карандаша, то длину для соблюдения пропорциональности придется довести до 400 м. И нет ничего удивительного, что волокно с таким соотношением длины и толщины оказывается гибким. К тому же отдельные звенья цепных молекул способны свободно вращаться в «суставах».

Перед тем как перейти к описанию отдельных видов неорганической бумаги, скажем несколько слов о применении. Обычная бумага может быть либо полиграфической (в эту группу входят также писчая, чертежная и рисовальная бумаги), либо механико-технической (оберточной, прокладочной, мешочной и т. п.), либо конструкционной или .специальной (электроизоляционной, химически стойкой, электропроводной и др ) Так вот, бумага из неорганических полимеров — это в основном конструкционный материал для новой техники — космической, атомной, электронной.

Углеродные волокна получить непосредственно из углерода пока невозможно. Поэтому применяют способ, который использовал еще Лодыгин для получения угольной нити, испускавшей свет в первой электрической лампе. А именно: коксуют органические неплавкие волокна, причем такие, которые при коксовании не изменяют формы (например, целлюлозные или полиакрилонитрильные).

Вот один из наиболее совершенных способов, он разработан в Японии. Исходный материал для волокон — пек, который получают из тяжелых ароматических углеводородов нефти. Этот пек превращают в пластичную массу и формуют из нее нити толщиной не более 15 микрон. Нить пропускают через печь с инертным газом, нагретым до 800 С, и она коксуется, становится углеродной. Если надо, нить нагревают и до более высоких темпера гур, тогда получается графитное волокно со слоистой кристаллической структурой; оно прочнее, чем углеродное, и теплостойкость его выше.

Пока углеродные и графитные волокна очень дороги, поэтому лаже для производства специальных бумаг их применяют не очень широко. Обычно их смешивают с привычными, целлюлозными волокнами. Так, бумага с 20- -30% углеродных волокон способна проводить электричество, и в то же время сопротивление ее достаточно высоко; это позволяет использовать ее в электронагревательных элементах. Добавка 10% углеродных волокон позволяет получить картон с антистатическими свойствами.

Бумага из чистого углеродного волокна химически очень стойка и плохо проводит тепло. Поэтому ее можно использовать в слоистых пластиках (связующее, как .правило, — эпоксидная смола). Были испытаны такие сложные емкости для транспортировки изотопов, для производства аппаратов, работающих под высоким давлением и при больших температурах.

Еще одно применение — в карандашных стержнях. Если ввести в графитную карандашную массу немного графитного волокна, то можно сделать очень тонкие стержни, которые при работе затачиваются сами собой.

Стеклянные волокна, когда толщина их около микрона, шелковисты и, вопреки ожиданию, не впиваются в кожу. Делают их из более грубых волокон (таких, например, что используются в производстве стекло пластиков), распыляя нити сильной струей горячего газа. Лучшие волокна—из боросиликатного стекла, толщиной 0,05—0,8 микрона.

Бумагу из стеклянного волокна можно делать на обычных бумагоделательных машинах. Так получают очень эффективный фильтровальный материал, который из десяти тысяч частиц дыма диаметром 2 микрона пропускает лишь одну. Стеклянную бумагу применяют и в сигаретных фильтрах (чтобы задерживать никотин), и в атомных установках (чтобы улавливать радиоактивную пыль).

Стекловолокно можно добавлять в обычную бумажную массу. Тогда бумага становится водостойкой и не разрушается грибками и гнилостными бактериями; значит, на ней удобно печатать документы. Диэлектрические показатели такой смешанной бумаги превосходны, это отличный электроизоляционный материал. Ее инертность и способность к стерилизации открывают новые возможности в фармацевтической и медицинской промышленности.
Керамическая бумага выдерживает температуру до 2200° С; ее тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства выше всяких похвал.

Когда в пятидесятых годах начались работы по газопламенному напылению керамических покрытий (окиси алюминия, титаната калия, двуокиси циркония и др.), исследователей поразила гибкость покрытий. Потом выяснилось, что у таких покрытий волокнистая структура, а это и обусловило необычное для керамики свойство.

Делают керамические _ волокна так: струю расплава подают на вращающийся с огромной скоростью диск, и частицы отбрасываются уже в форме волокон. Чем меньше волокна, тем выше прочность. Иногда, чтобы получить еще более прочное волокно, его оплавляют.

Бумага из керамики не пристает к металлам, даже расплавленным. Поэтому ее применяют для футеровки изложниц; положенная между огнеупорными кирпичами в плавильных печах, такая бумага препятствует утечке металла. Ее подкладывают под свариваемые детали, через нее фильтруют горячие металлы, масла и расплавы солей В автомобильных камерах сгорания дорогую нержавеющую сталь, футерованию тугоплавким материалом, с успехом заменяют мягкой сталью, обшитой тонкой керамической бумагой.

Особенно стойка к высоким температурам бумага из волокон двуокиси циркония: она выдерживает нагрев до 2″).

Металлические волокна, вероятно, самые дорогие из всех неорганических волокон. Разумеется, дорог не сам металл, а способы, которыми его превращают в тончайшие волокна. Пожалуй, наиболее распространен такой способ в вакууме на органическое волокно осаждают слой металла, а затем органическую основу выжигают.

В принципе бумагу можно получить из любого металла Некоторые волокна, а также рулон металлической бумаги показаны на фотографиях, иллюстрирующих эту статью. Естественно, что у такой бумаги высокая электропроводность, поэтому ее применяют в электронике и радиотехнике. Подбирая волокна, можно изготовить из металлов фильтровальную бумагу с различной пористостью и устойчивостью к химическим агентам Бегло перечислим остальные возможные применения: подложки катализаторов, обкладки аккумуляторных батарей, защита от радиоизлучения, тормозные прокладки, перегородки теплообменников…

Итак, мы имели возможность убедиться, что бумагу можно делать из любого материала, лишь бы он принимал форму волокна Конечно, вряд ли есть смысл печатать книги и журналы на керамической или металлической бумаге, хотя, возможно, когда-нибудь так и будут поступать. Однако полиграфия уже сейчас не главный потребитель целлюлозной бумаги: на технические нужды ее расходуется больше А если так, то перед неорганической бумагой, которая во многих случаях дает целлюлозной сто очков вперед, открываются блестящие перспективы.

Добавить комментарий