Свежие комментарии

Пергамент и фибра

После начала производства бумаги у пораданца появится возможность изготовления на ее основе достаточно полезных материалов — растительного пергамента и фибры.

Целлюлоза, из волокон которой состоит бумага, способна под действием кислот набухать и переходить в растворимое состояние — так называемый амилоид. При дальнейшем удалении кислоты регенерируется исходная целлюлоза.
Поэтому если опустить лист рыхлой непроклеенной бумаги в кислоту (действия серной кислоты 50-60% достаточно 3-10 секунд), а затем тщательно удалить остатки кислоты промыванмем в воде, то получится материал, в котором волокна окажутся склеены можду собой регегерированной целлюлозой. При этом толщина бумаги уменьшится в 1,5-2 раза, прочность возрастает на 30-50%, лист становится полупрозрачным и малопроницаемым для жидкостей. Из-за схожести в пергаментом такую бумагу называют растительным пергаментом.

Пергаментная бумага широко использовалась для упаковки продуктов питания (ограниченно применяется и сейчас), обертывания пробок аптечных пузырьков, как калька, для выпечки и т.д. В целом применение пергаментной бумаге найдется в любое время.
Но гораздо более полезной будет так называемая вулканическая фибра, получающаяся при спрессовывании нескольких слоев желированной бумаги. Поскольку продолжительное действие крепкой серной кислоты вызывает деструкцию целлюлозы, лучше использовать соли типа хлористого цинка или магния. Обычно используется 70% раствор хлорида цинка, в котором пропитываются листы бумаги, и после желатинации спрессовываются в плиты нужной толщины. Затем хлорид цинка необходимо удались, но, чтобы избежать расслоения, приходится постепенно снижать концентрацию в промывочных ваннах. Для толстых слоев (а фибру делали до 75-100 мм толщиной) процесс отмывки может затянуться на год или больше, тонкие же плитки (3-5 мм) производятся достаточно быстро. Отмывка заканчивается при содержации хлористого цинка 0.2% или меньше, фибра подсушивается и окончаиельно уплотняется под прессом. В итоге получается однородный композит, состоящий из чистой целлюлозы, при этом легкий, прочный и гибкий.

По показателям удельной прочности фибра приближается к алюминиевым сплавам. Из фибры делали множество изделий — от чемоданов до авиационных баков. Фибровые прокладки и уплотнения устойчивы к горячей воде, бензину и маслу. Фибра обладает достаточно хорошими электроизоляционными свойствами (лучщими, чем у первых пластмасс типа бакелита), и была вытеснена из этой области только в 50-70-х гг. XX в.

41 комментарий Пергамент и фибра

  • А поточнее про фибру можно?
    Если по пергаменту понятно- кратковременная выдержка в серной кислоте, отмывка и сушка,то про фибру размыто.
    Однородный композит — это что с чем!?
    Просто целлюлоза? А где остались лигнины и гемицеллюлоза из дерева?
    Или мы говорим об обработке готовой бумаги, где уже осталось 99% чистой целлюлозы? В общем надо бы дополнить статью деталями.
    А так тема очень интересная — как из доступного сырья делать конфетку.

    • dan14444

      В статье написано, что «из бумаги». Композит — очевидно, что целлюлозные волокна в регенерированной целлюлозе.
      Все упомянутые детали на месте.

      Если развивать тему как технологическую — я бы добавил обзор солей с технологией получения, удобных попаданцу. Ссылку на статью по серняге. Ещё про методы гидрофобизации можно поговорить.
      Ну и анализ того же остаточного цинка, полуколичественный пламенный например.

      Интересно, квасцы тут применимы? И как доступная кислая соль, и как кросс-линкер…

      • 4eshirkot

        Кроме хлорида цинка используется роданид кальция. Можно хлорид магния (из морской воды) или кальция.
        Если хорошо организовать процесс, то хлорид цинка почти не расходуется. Достаточно промывочные ванны по мере повышения концентрации к началу промывочного ряда передвигать, а последнюю ванну наполнять чистой водой.
        Квасцы — не думаю. Нужна не столько кислотность, а высокая ионная сила, то есть раствор солей 50% и выше. Квасцы только в горячем растворе хорошо растворяются, при охлажлении сразу выпадут в осадок. И при промывке соли алюминия сильно гидролизоваться будут.

      • Всегда думал и даже другим объяснял, что композит — это материал из двух и более разных (фазы и состав) компонентов.
        А тут целлюлоза в целлюлозе — уже композит….

        И метод не раскрыт — почитал подробнее и понял, что при всей простоте, реально это очень сложно технологически!!! Имеет смысл когда нет кожи.

        • 4eshirkot

          Так целлюлоза целлюлозе рознь — степень полимеризации, ммр, кристалличность.
          Еще больше вас удивить должно существование углерод-углеродных композиционных материалов.

          Производство фибры никакой технологической сложностью не отличается. Даже пресса особо сильные не нужны, слои уплотняются не за счет давления.

          • Ну как химика работающего в этой области меня удивить сложно ( https://www.researchgate.net/publication/322323105_Jellyfish-like_few-layer_graphene_nanoflakes_Synthesis_oxidation_and_hydrothermal_N-doping)))

            Но вот когда степень полимеризации вызывает «новый» материал — вызывает сомнения. Это скорее мода на микро, нано и прочую целлюлозу.

            Технология подразумевает протяжку и выдержку в ванных с заданной концентрацией хлорида цинка. Вопрос на 100 рублей — КАКИМ ОБРАЗОМ вы проконтролируете концентрацию? АСС не предлагать !)))

            • 4eshirkot

              //Вопрос на 100 рублей//
              Ареометр.
              Протяжка — это непрерывное автоматизированное производство. В начале XX в. вполне справлялись, перкладывая из ванны в ванну вручную.

            • 4eshirkot

              //Но вот когда степень полимеризации вызывает «новый» материал — вызывает сомнения//
              Хороший пример — полиэтилен низкой и высокой плотности, и сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Это материалы с принципиально отличающимися механическими свойствами.

              • Степень полимеризации ПЭ НД И ВД сильно различается? И структура в виде наличия разветвлений цепи?
                Этак давайте сравним сшитые полимеры и несшиты, а что — там степень сшивки может быть небольшая….И заодно как это относится к теме целлюлозы?

                Ареометр — это да, 100 рублей Ваши)) Но вот начало 20 века как пример применения — это как то не солидно (

                • 4eshirkot

                  //Степень полимеризации ПЭ НД И ВД сильно различается? И структура в виде наличия разветвлений цепи?//
                  Может, недостаточно четко написал, пэнд и пэвд с одной стороны, и свмпэ с другой. Разница между пэнд и свмпэ (который собственно частный случай пэнд) ТОЛЬКО в молекулярной массе, а механика отличается кардинально.

                  //как это относится к теме целлюлозы//
                  Никак. Это к сторонним рассужденим, что такое композит. Фибра и по сути, и по формальным признакам вполне соответствует, и этот термин к ней применяется

                  //это как то не солидно//
                  Процесс изготовления фибры запатентован в 1859 г., с 1870 г. достаточно широко производилась как на фабриках, так и в полукустарных условиях, которые вполне можно воспроищвести и гораздо раньше.

                • Vpotapov1

                  Ареометр для 70% раствора нормально, а как 0,2% проконтролировать?

                  • 4eshirkot

                    Ареометр подойдет для измерения концентрации от 0 до 70% с точностью 2-3%.
                    Контролировать полноту отмывки можно по электропроводности, или вообще не контролировать, а оставлять лист фибры с <5% в проточной воде на достаточное время, несколько суток должно хватить.

        • dan14444

          > композит — это материал из двух и более разных (фазы и состав) компонентов

          Почти верно. Только не «и» а «и/или» :). Достаточно иметь одну фазу в другой.
          Например, волокна или дендриты в аморфной матрице того же самого состава — самый что ни на есть композит.

          • Тогда сталь — это композит? Фаз две или более….

            • dan14444

              В определённом смысле — да. Хотя обычно её так и не рассматривают. И чугуний тож.
              Собственно, там не только фазовые состояния отличаются, но и состав.

            • 4eshirkot

              Если хотите углубляться в тонкости формулировок (хотя это заведомо бессмысленное занятие), то композит это не просто материал из нескольких составляющих, но материал, присутствие в котором двух и более составляющих приводит к новым свойствам, не являющимся простой комбинацией свойств составляющих. Поэтому обычный бетон (цемент/песок/щебень) сложно назвать компотитом, а фибробетон — вполне. По этой же причине вряд ли стоит считать композиционными материалами конструкционные стали типа ст.3, так как вклад присутствующего некоторого количества перлита не очень сильно влияет на свойства. И подавляющее большинство узорчатых сталей — тоже, их свойства обычно не превосходят свойства сталей, из которых их сварили.
              Так что действительно композитами стоит называть только порошковые стали, да еще с большой натяжкой — гиперэвтектоидные углеродитстые, особенно высоколегированные.

              Все это, конечно, мои чисто досужие рассуждения.

              • Да, если учесть фразу «Все это, конечно, мои чисто досужие рассуждения.» — нормально.
                А то с Вами даже Вики не согласна — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB

                • 4eshirkot

                  //материал, присутствие в котором двух и более составляющих приводит к новым свойствам, не являющимся простой комбинацией свойств составляющих//
                  И
                  //многокомпонентный материал, изготовленный из двух или более компонентов с существенно различными физическими и/или химическими свойствами, которые, в сочетании, приводят к появлению нового материала с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией//
                  ?

  • Эрнесто де сырно

    Хорошая, интересная статья. Предлагаю обсудить возможные применения. Материал, по характеристикам близкий к алюминию — это интересно.

    У меня почему-то первая мысль — из фибры можно делать доспехи. Но это плохая идея, для такой классной вещи попаданец найдёт лучшее применение.

    • dan14444

      Японские бумажные доспехи говорят о том, что не такая уж и плохая идея 🙂
      Опять же, ланс можно совершенно шикарный свернуть… Неоднократно здесь любимые древнеримские планеры…

      Кстати, не помню — о кирзе и аналогах статья есть?

    • 4eshirkot

      У фибры для попаданца, имхо, очень узкая, хотя и важная сфера применения — электротехника и прокладки/уплотнения.
      На кирасы и шлемы тоже годится, равно как и на чемоданы — но особых преимуществ по сравнению с вареной кожей, как заменитель которой она и была придумана, особо и нет. Разве что чуть легче, или толстой кожи нет в нужных количествах.

      • Эрнесто де сырно

        А насколько дорогая фибра при кустарном изготовлении получится? Мне почему-то показалось, что это — отличный материал для велосипедов, повозок, тележек. Там тоже важна лёгкость и прочность. Лошади всегда были дорогими, и чем меньше весит повозка, тем больше груза она может увезти при той же лошади. Несовершенство дорог ещё больше увеличивает требования к весовому совершенству телег.

  • dan14444

    > Для толстых слоев (а фибру делали до 75-100 мм толщиной) процесс отмывки может затянуться на год или больше,

    Если совместить с гальваникой — можно на порядки ускорить, по идее.

    • 4eshirkot

      Электрофорез? Вряд ли поможет. Проблема не в скорости, а в высокой осмотической силе. Если быстро отмывать, вода стремится внутрь слоя и возникающее давление разрывает слои.

      • dan14444

        Так форезом можно вымывать в среде с высокой осмотической силой. В принципе, и не только форезом — но с ним скорость выше и контроль лучше.

        Кроме того, можно мыть на границе кислота-щёлочь. Учитывая скорость фореза — если что и набухнет, но очень неглубоко. Упомянутый пергамент, кстати, можно мембраной использовать.

        • 4eshirkot

          А что будет создавать высокую осмотическую силу в среде (глмцерин?), и что запретит проникать этому веществу внутрь фибры по мере удаления солей?

          • dan14444

            можно глицерин, можно гидролизный сахар или ещё что… ну и проникать-то он будет, но медленно и диффузно. а удаляться соль будет быстро и форезно.
            что проникнет в поверхностный слой — можно будет быстрой отмывкой убрать потом, если помешает

        • 4eshirkot

          И проблема регенерации хлорида цинка всплывет. При обычной промывке он почти вообще не теряется.

          А вот на финальной стадии форез бы помог, выжимать последние остатки хлорида цинка, присутствие которых сильно портит диэлектрические свойства продукта. Но не факт, что в чистой, а желательно дистиллированной воде электрофорез будет работать.

          • dan14444

            Регенерировать чуть сложнее, да.

            В дистилляте работать не будет, но можно скажем в карбонате аммония 5мМ — и потом просто нагреть.

  • Georgy

    Что такое желатирование?

    • 4eshirkot

      Набухание, переход в полурастворенное состряние, если точнее, в раствор высокомолекулярного соединения.

  • // однородный композит

    А композит это разве не состав из нескольких составляющих?

    И кстати, а можно туда чего напихать чтобы получить настоящий композит?

    // Фибра обладает достаточно хорошими электроизоляционными свойствами

    А гибкость есть? Для проводов.

    • 4eshirkot

      Композит потому что состоит из остатков волокон в регенерированной целлюлозе. Однородный потому, что и то, и другое из целлюлозы, и переход между ними постепенный.

      Фибра гибкая, но провода сложно покрыть. Для изоляции использовалась в виде плит, листов и трубок. Достаточно взглянуть на любой трансформатор 30-40 летней давности, особенно помощьней, каркас катушек с большой вероятностью фибровый. В двигателях и генераторах пазы под обмотку тоже с фибровым вкладышем делали. В автоматических выключателях даже сейчас дугогасящие камеры из фибры встречаются.

  • Бумагу можно сделать из разных материалов. Значит ли это, что любая бумага, подвергнутая процессу закисления, превратится в пергамент?

    • 4eshirkot

      Бумага должна быть из целлюлозы — древесной, тряпичной и т.д. Бумага из древесной массы не подойдет.

  • 4eshirkot

    //Проблеме безопасности топливных баков всегда уделялось много внимания. В предвоенные годы при их изготовлении применялись алюминиевые сплавы. Но их эксплуатация доставляла немало проблем: после полетов в местах сварки часто появлялись трещины, и баки начинали протекать, или, как говорили летчики, «потеть». Дефектные места приходилось закрашивать краской, но этот способ ремонта был крайне ненадежным.
    Боевые действия показали еще одну опасность. Пули, попадавшие в бак, оставляли большие пробоины с заусенцами, которые не позволяли затянуться резиновому протектору, обтягивавшему бак. Бензин выливался потоком в крыло или фюзеляж, и остановить его было невозможно. Самолет мог быстро остаться без горючего, и часто все оканчивалось пожаром.
    Решение проблемы в короткие сроки было найдено учеными Всесоюзного института авиационных материалов (ВИАМ), которые предложили заменить металл фиброй. Как вспоминал нарком авиационной промышленности СССР Алексей Иванович Шахурин, были проведены опыты по производству в промышленных условиях листовой фибры − специально обработанной бумаги. «Более 20 сортов ее проходило специальные испытания при различных температурных режимах и различной дозировке насыщения химикалиями. В результате выявили лучший сорт фибры. Ее назвали «флак-фибра листовая, авиационная, конструкционная». Такой материал раньше промышленность не производила», − писал Шахурин в своей книге «Крылья Победы».
    Испытания нового бака, сделанного из фибры, показали его живучесть. При попадании пули стенка разрушалась локально, заусенцы не образовывались, и протектор не позволял бензину вытекать. Баки не давали течи даже с 17 пробоинами от пуль нормального калибра. Герметичность сохранялась и при вибрации, которую, трескаясь, часто не выдерживали сварные швы металла.
    Еще одним преимуществом фибровых баков стала возможность не только экономии алюминия, который в те годы из-за потери производственной базы импортировался в основном по ленд-лизу, но и снижение веса самолетов Ил-2 на 55–56 кг.//

    Фибра марки ФЛАК https://mash-xxl.info/page/139255102245023137074152056181201126095019163012/

  • Akray

    Бумагу для упаковки и изготовления фибры можно будет использовать только после начала фабричного производства бумаги.
    Фибра в большом количестве применима лишь при недостатке или дороговизне натуральной кожи (чего не было опять же вплоть до фабричного производства кожаных изделий). До тех пор — лишь для чего-то особенного, не массового.

    • dan14444

      Японцы с бумажными доспехами — протестуют! )

      • Akray

        Потому, что в Японии скотоводство (и следовательно, производство кожи) было наименее развито.
        Бумажные доспехи известны и в Китае — но, опять же, в тех районах, которые специализировались на производстве бумаги, но где скотоводство было не развито, и именно в период развала империи Тан, когда не было возможности ни вывезти излишек бумаги, ни ввезти кожу.

  • vashu1

    оффтоп https://habr.com/ru/post/547952/

    много инфы по энергии удара/прочности кольчуги

    интересный попаданческий момент
    // когда воинам выдали нагрудники с крюком (в XII веке еще не использовался), на который можно опереть копье в момент удара, энергия каждого выросла примерно вдвое (!) – вот классически РПГ-шное улучшение оружия.
    Если подытожить, то в идеальных условиях хороший удар на галопе копьем мог пробить кольчугу и врага заодно, однако, отклонения или огрехи в технике моментально приводили к снижению энергии удара в 2-4 раза.

  • dan14444

    Интересной представляется интеграция жёстких элементов (керамика, например) в массив фибры (или хотя бы бумаги). Фибра будет удерживать треснувший под ударом элемент от расхождения, повышая энергию требуемую для пробития. Ну и перекрытие стыков сделает надёжным.
    Ну и сам факт того, что отверстия под крепёж сверлить не надо — для керамики или каменных пластин открывают перспективы.

    Ещё вариант — интеграция в бумагу/фибру ориентированных волокон (волосы/шерсть, асбест, стекловолокно, да и растительное что-то можно), анизотропный трёхфазный композит даже на одной целлюлозе может себя показать…

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>