4. صناعة الزجاج

    أ. صناعة الزجاج واستخدامه

الزجاج رخيص الثمن، وينتج من خامات، قلّ أن تكثر وتنتشر في غير الجير والرمل. كما أنه يتحمل الظروف الجوية وعوامل التعرية، فلا يصدأ، ولا يتأكَّل، ويظل صالحاً للاستخدام مئات السنين؛ ولهذا، شاع استخدامه في كلّ أرجاء العالم. وتُعَدّ إنجلترا أول دولة في العالم، بدأت عهد البحث العلمي، الذي يتناول الزجاج، عام 1915، حينما افتُتح، للمرة الأولى، قسم دراسات الزجاج وصناعته، في جامعة شيفليد Sheffield.

الزجاج مركب كيماوي يجمع بين متناقضات عديدة؛ فهو أصلب من أيّ مادة، حتى الصلب،  ويمكن مكعباً منه، خالياً من العيوب، مواجهة الأحمال الساكنة، أكثر من نظيره من الصلب؛ ولا يخدشه سوي الألماس؛ ولكنه ينهار حيال الطرق أو الصدمات. وهناك نوع من الزجاج، يذوب في الماء، ويرمز له، كيماوياً، باسم سليكات الصوديوم؛ إذا غُمرت في محلوله الستائر والأقمشة، فإنها تقاوم الحرائق والنيران. ويستخدم زجاج البيركس في الطهو؛ فهو يتميز بمعامل تمدد حراري منخفض، وبقدرته على تحمل الصدمات الحرارية بين البرودة والسخونة، من دون أن ينكسر.

نجحت التجارب في إنتاج زجاج كوارتز صناعي، بأسعار معقولة؛ وكذلك إنتاج زجاج، تتغير شفافيته حسب شدة الإضاءة، للحماية من وهج الشمس؛ ويستخدم في مقصورات الطائرات، وواجهة بعض السيارات الفاخرة، والنظارات الشمسية؛ وصناعة الألياف الزجاجية، التي تستخدم، على نطاق واسع، في الاتصالات وتكنولوجيا الليزر، بدلاً من الكُبُول المعدنية. ويرتدي الكوريون ملابس شعبية مصنوعة من خيوط الزجاج، يصل قطرها إلى واحد من مليون من البوصة؛ ذات ألوان مختلفة، مثل: الأخضر أو الأزرق أو البنفسجي.

استطاع أحد المراكز البحثية هندسة نموذج لزجاج نوافذ مزدوج، ما بين طبقتَيه لوح من الإلكتروكروم Electro-chrome، عند وصله بالتيار الكهربائي، يتغير وضعه، فيتحكم في نفاذ كمية الضوء في النموذج، طبقاً لشدة التيار؛ وبفصل الكهرباء، يمنع دخول الضوء، ليكون الجو ملائماً للنوم أو الاسترخاء. وستسمح هذه التقنية بالتحكم في شدة الإضاءة، المراد إدخالها إلى الغرف، طبقاً لشدة التيار الكهربائي. ويمكن تطبيق هذا الاستخدام في المنازل، وتُجرَّب إضافته إلى نوافذ السيارات والطائرات.

ب. الزجاج المدرع

تُجرى الاختبارات على العربات، بواسطة المحاكاة بالحاسب، لضمان أمان مكوناتها. إلا أن التجارب ضد اختراق الرصاص لزجاج العربات المصفحة والبنوك، قاسية جداً، إذ يطلق الرصاص على الزجاج من مسافة قصيرة، لا تتعدى عدة أمتار؛ وكذلك قياس قدرته على تحمّل كرة مصنوعة من الصلب، تُسقَط عليه، رأسياً، من ارتفاع خمسة أمتار. وبعد ذلك، تحاول ذراع روبوت تقطيع زجاج العينات المختبرة، أكثر من 70 مرة. وكلّ ذلك لمقاومة لصوص البنوك، ولكن لصوص أوروبا استبدلوا بالرصاص، الذي يتحطم على ذلك الزجاج أجزاء صغيرة جداً، الصواريخ المضادة للدبابات، فأطلقوها على العربات المدرعة، التي تنقل النقود إلى البنوك.

 راوحت مناعة الزجاج ضد الرصاص والقنابل, ومعدلات مقاومته الكسر، بين 120 و221 رطلاً لكلِّ بوصة؛ فمنتجات العوازل المقاومة، والعالية الحماية، توفر الدعم الكافي لزجاج النوافذ والأبواب، وتمثل حاجزاً منيعاً دون الهجمات الإرهابية والإجرامية. وتبلغ الحماية أقصى درجاتها، باستخدام التقنيات الحديثة، فقد ابتكرت إحدى الشركات غلافاً لاصقاً، يتمثل في طبقة رقيقة جداً، ترفع مقاومة الزجاج العادي، وتجعله محمياً من الأخطار، ومقاوماً لإطلاق النار، والمواد شديدة الانفجار، وحتى الانفجارات الكيماوية. وأثبتت التجارب، أن الغلاف اللاصق، المثبت على زجاج، سمكه نصف بوصة، يمنحه مقاومة لاختراق عيار 38 مم، بل عيار 357 مم. ويُستخدم هذا الزجاج في البنوك، والمباني العسكرية، والمخازن، والسيارات، والمستشفيات وسواها؛ نظراً إلى الحماية والأمان اللذَين يوفرهما.

5. صناعة الغزل والنسيج

تحتل صناعة النسيج مكان الصدارة بين الصناعات الاستهلاكية، وتتسم التكنولوجيا العالمية الحديثة بتنوع هائل في الخامات والمواد والألوان والتجهيزات الخاصة. وكذلك طوِّرت صناعة مكنات الحياكة؛ فعدِّلت لتلائم أقمشة التريكو، التي تتأثر بالشد؛ ولتراعي التزايد المستمر في خلط الألياف الصناعية بنظيرتها الطبيعية؛ وتزايد الطلب على أقمشة القطيفة والفرو الصناعي وخلافه، والتي تتطلب تطويراً هندسياً في الخطوط وتحويراً في خطوط التشغيل، مع التنوع الكبير، والمطرد، في الخامات، والمواد المساعدة، والألوان، والتجهيزات،  والطُّرُز الراقية المتطورة.

كما تعددت الوسائل والأساليب في الغزل والنسيج، في مجال الأقمشة والملابس؛ وأصبحت عملية التطوير النسيجي عملية بنائية هندسية جمالية، تستند إلى كلّ فنون الجرافيك والتصوير، لتحقيق المتطلبات المختلفة للطُّرُز. ولا يقتصر استخدام الملابس على مجالات التزين أو التجمل، بل تعداها إلى الملابس المخصصة الواقية، للأعمال المحفوفة بالأخطار، كملابس رجال الإطفاء، وعمال الأفران الحرارية، والصناعات الكيماوية والمناجم؛ إلى جانب الملابس الطبية الواقية، والملابس العسكرية، وملابس الطيران والفضاء.

تدخل الأقمشة في مجالات العمارة والتشييد، لتحقيق متطلبات العزل: الصوتي أو الضوئي أو الحراري أو الإشعاعي؛ وكذلك داخل الغرف، لتحقيق متطلبات طبية محددة، أو ظروف معينة للتخزين أو الإنبات الصناعي في المشاتل، وكذلك المزارع الحيوانية. وتجري الدراسات على التركيب الهندسي للنسيج والتريكو، للوصول إلى صيغ وعلاقات رياضية، تصلح للاستخدام المباشر في نسْج الأقمشة؛ آخذة في الحسبان عواملها وخواصها المميزة، سواء منها الفيزيائية أو الميكانيكية أو الجمالية.

تًعُدّ الاتجاهات الحديثة البناء النسيجي جسماً ذا ثلاثة أبعاد، يمكن التحكم في تكوين تركيباته، بتغيير أبعاده البنائية، في مستوى واحد أو أكثر؛ فتتغير خواصه. وأمكن بذلك صناعة أقمشة مزدوجة الوجه، وأخرى مختلفة الوزن والسُمك.

في الاتجاه الآخر للنسْج الحديث، أُنتجت أقمشة، تتسم بخواص جديدة، أهمها ازدياد طولها  180% على نظيره في النسُج التقليدية، وذلك باستخدام الخامات الطبيعية، خاصة القطنية؛ ما يزيد الإحساس بالراحة، الناجم عن ملاءمة القماش للتكيف الديناميكي مع حركة الجسم. والميزة الأساسية لاستخدام هذه التكنولوجيا، هي منع تشوه الملابس التريكو، عند مناطق الكوعَين، والأساور والأكمام؛ كما تساعد على تقليل نسبة انكماش القماش، بعد الغسل والتجفيف.

أُنتجت الخيوط الزجاجية عام 1945. ويمثل ثاني أكسيد السليكون 95% من مكوناتها. وتتميز بشدة احتمالها لدرجات الحرارة حتى ألفَي سلس. وفي عام 1953، ظهرت خيوط زجاجية، تسمى الكوارتز، تحتوى على 98% من ثاني أكسيد السليكون، وقد استخدمت بصفتها مادة عازلة للحرارة. إن رطلاً واحداً من هذه الخيوط، يبلغ طوله 125 ألف ميل. وكانت الحاجة إلى تلك الخيوط، قد ألحت، في خلال الحرب العالمية الثانية، لعزل الحرارة في المنشآت الحربية والمصانع، التي يخشى من معرفة مكانها. ومع التقدم التكنولوجي، أُنتجت ألياف زجاجية، تتميز بأنها غير قابلة للاحتراق، وذات قوة شد عالية ومقاومة كيماوية. ومن الممكن أن تنتج رقيقة جداً، حتى يقلّ سمكها عن طول موجة الضوء؛ فلا ترى إلا بالميكروسكوب الإلكتروني. وتستغل المنسوجات الزجاجية في مقاومة الكهرباء؛ وهي لا تتأثر بالماء أو الأحماض؛ وتُستخدم في إنتاج الأصواف العازلة، ومنها ما يستغل صناعة خيوط الجراحة.

وابتُكرت بطانية جديدة بدلاً من تلك الكهربائية، المكونة من مادة معدنية بين طبقتَين من القماش، حيث يوصل تيار كهربائي بكبْل، وهو ما يعيبها. والتكنولوجيا الجديدة، تستخدم أسلاكاً ذات مقاومة ضعيفة جداً، من المعدن والنسيج الصناعي، في صناعة معاطف مزودة ببطارية، للتسخين. وبالفكرة نفسها، سوف تُنتج قفازات وأحذية تدفئ الأصابع.

6. البلاستيك ذاتي الترميم

اخترع خبراء جامعة إلينوى University of Illionois الأمريكية، مادة مصنوعة من البلاستيك، قادرة على ترميم نفسها، تلقائياً، لدى تعرضها للصدوع الدقيقة. وتبين الاختبارات المعملية، أن تلك المادة قادرة على استعادة 75 في المائة من صلابتها الأصلية. وتنجز عملية الترميم خلال دقائق معدودة، إذ تنفجر الحبيبات الدقيقة، التي تحتويها المادة، لدى تعرض المكان، لأيّ صدمة؛ ويتوزع السائل، الذي تحتويه، في الثقوب أو الصدوع، التي خلفتها الصدمة، ليستعيد المكان المضروب صلابته الأصلية، خلال دقائق. وسوف تستخدم هذه المادة، بحلول عام 2005، في عمل المفاصل الطبية الصناعية، والمركبات الفضائية.

   7. الليف الكربوني     

تجري شركة "كوكومس" السويدية تجارب هندسية، على سفينة دورية، من فئة Visby، هي أول سفينة بحرية، بنيت من المواد الليفية الكربونية، لإفشال المراقبة الرادارية. وتنطوي تلك التجارب، التي تجرى في البحر، على نُظُم عمل المحركات واختبارها؛ إضافة إلى نُظُم أخرى. يبلغ طول السفينة الخفية 72 متراً، وحمولتها 600 طن. ويتكون هيكلها من طبقات. ويتألف جوفها من مواد البولي فينيل كلوريد Poly Vinyl Chloride، المغطاة بصفائح الكربون ـ فينيل Carbon Phenyl؛ ما يبدد أيّ بصمة مغناطيسية للهيكل. وتبلغ سرعة السفينة 15 عقدة، يمكن زيادتها إلى 35 عقدة (انظر شكل السفينة الخفية).

8. معمل في حجم طابع البريد

أنتجت شركة "سيمنس" مختبراً صغيراً جداً، لاختبار المياه؛ إذ يوضع في محطات توزيعها ومآخذها من الأنهار، حيث تستمر المستشعرات المزودة به في مراقبة لون المياه وعكرها، ودرجة حرارتها. وتبلغ مساحة سطح المختبر 25مم². وتتولى المتابعة الكيماوية مصفوفة مستشعرات كيماوية للظروف المحيطة، توضع في مجس، يستخدم موحدات انبعاث الضوء LED، رخيصة الثمن، ليحدد كثافة الضوء المبعثر، وبناءً على ذلك، تحدد مواصفات المياه. ويمكن ضبط المعلومات المطلوبة من المختبر في دقيقتَين وحتى يوم كامل. ويصنع المجس من مادة الصلب، الذي لا يصدأ ومن مادة بلاستيكية غير سامة (انظر صورة معمل اختبار صغير).