Технологии стекла

Человечество давным-давно использует стекло в разнообразных целях.

Сегодняшнее существование невозможно представить без этих прозрачных (в большинстве своём) материалов, которые пропускают свет туда, куда нам нужно, при этом сдерживая частицы более твёрдых соединений. Без возможности производить данный материал, используя только стекло природного происхождения, неизвестно как выкручивалось бы человечество при помощи иных средств.

Технология производства стекла была освоена ещё около 5 тыс. лет назад в Месопотамии и древнем Египте, если верить упоминаниям. С тех пор она совершенствовалась и развивалась с каждым новым поколением, продолжая это делать и сейчас.

Технологии изготовления и варки стекла

Технология изготовления стекла приобрела научный подход благодаря М.В. Ломоносову в 1750-х годах благодаря его известному труду “Наука о стекле”. В ней содержатся данные о лабораторной практике и методологических принципах, ставших классическими, которые почти не отличаются от современных.

Технология изготовления стекла в наше время состоит из таких этапов:

  1. Для начала все компоненты сырья, из которого будут варить стекломассу, взвешиваются с высокой точностью.

  2. Сырье отправляется в печь, где температура свыше 1500°С, позволяющая расплавить все компоненты и при равномерном размешивании превращается в однородную стекольную массу.

  3. Далее согласно современному методу флоат (плавлению) стекломасса опускается в оловянную ванну при температуре около 1000°С, охлаждаясь и всплывая на поверхность в идеально ровном виде.

  4. При покидании ванны температура опускается до ~600°С, и стекло отправляется на дальнейшее охлаждение по конвейеру до 250°С. При этом охлаждение выполняется постепенно, чтобы материал не растрескался.

  5. В конце стекло проходит проверку на качество и обработку до нужной формы перед упаковкой на реализацию.

Это краткое описание современного производства стекла, которому следует большинство стекольных заводов. Но если технология производства различных видов стекла отличается не настолько кардинально, то состав и способы варки иногда существенно могут разниться.

Технологии варки стекла отличаются составом приготавливаемой стекломассы, что влечет за собой обеспечение разных условий (температуры) для неё, чтобы она обрела нужную вязкость и имела возможность осветлиться.

Состав стекла, в основном, включает в себя кремнезём, процентное соотношение которого, в зависимости от нужного вида стекла, может колебаться от 40 до 95%.

Не менее важными компонентами являются оксиды металлов различных видов. Оксид кальция, имеющий второе место по весу в сырьевой массе, обеспечивает стеклу химическую стойкость и добавляет блеска. Далее следуют оксиды калия и натрия, облегчающие плавку и выделку стекла.

Различное соотношение данных компонентов обеспечивает стеклу особые свойства, такие как электропроводимость, жаростойкость и прочность, благодаря чему возможно применение в узкоспециализированных сферах производства.

Варка стекла заключается в такой последовательности этапов:

  1. Создается шихта, состоящая из определенной пропорции сырьевых компонентов, необходимых для получения стекла с нужными свойствами.

  2. Далее шихта загружается в горшкообразную печь, где начинается нагрев. При процессе нагревания проявляются сложные физико-химические преобразования, при которых происходит силикатообразование, стеклообразование, дегазация (осветление) и гомогенизация (переход в однородное состояние).

  3. Первая стадия силикатообразования начинается при нагреве до 800-900 градусов. Влага испаряется, и компоненты взаимодействуют между собой, образуя силикаты.

  4. Нагревшись до 1100-1200 градусов, наступает стадия стеклообразования, обозначенная концом реакций получения силиката и неоднородной загазированной стекломассы.

  5. При температуре 1400-1500 за счёт снижения вязкости начинается дегазация, которая сопровождается осветлением стекломассы, параллельно с этим происходит гомогенизация состава за счет перемешивания пузырьками воздуха.

  6. Финальным этапом является охлаждение массы до 1100-1200°С, которая обеспечивает нужную вязкость для дальнейшей выработки стекломассы.

Оборудование для варки стекла на различных заводах отличается, в основном, устройством загрузки компонентов, размером и производительностью печей различных типов, конструкцией зон общего бассейна производства.

Технологии обработки и формирования стекла

Изготовление стекла не ограничивается только созданием монотонных прямоугольных прозрачных листов, вид и свойства часто дополнительно изменяются, прежде чем попадут в руки к покупателю изделия.

Например, довольно популярными являются различные гнутые стёкла, используемые в разнообразных элементах мебели. Технология моллирования стекла как раз занимается производством таких деталей.

Суть ее заключается в таких действиях:

  • лист готового стекла помещается в тоннельную печь, лежа на матрице специальной формы;

  • при нагреве до 600-700°С лист становится пластичным и медленно начинает принимать форму, заданную матрицей;

  • после принятия формы следует медленное охлаждение в течение от 2-х до 20-ти часов и отжиг, который снимает опасные напряжения в конструкции.

Технология закаленного стекла

Технология закаленного стекла обеспечивает изделиям из стекломассы повышение эксплуатационных характеристик, что заключаются в увеличении стойкости к температуре и механическому воздействию, а также повышенной безопасности. При разрушении такого материала оно не способно причинить человеку тяжелых травм благодаря образованию множества мелких закруглённых осколков, за счёт высокой ударной вязкости.

Технология закалки стекла заключается в обработке обычного листа стекла нагревом до температуры, которая составляет 650-680°С, после чего быстро следует равномерное охлаждение холодными потоками воздуха с двух сторон. Это образовывает в листе стекла остаточное напряжение на сжатие, повышающее его характеристики.

Технологии покраски и декорирования стекла

Украшением и декорированием занимается технология покраски стекла. Для того чтобы изменить цвет, необходимо использовать определенные красители. Ими зачастую являются оксиды металлов, таких как: марганец, железо, титан, хром и сернистые соединения меди, кадмия, свинца.

Существует пара популярных способов, как окрасить стекло с помощью данных металлов:

  1. Окрашенное в массе. Данный метод является более простым, но и более затратным со стороны большого использования красителя. В процессе расплава стекольной массы в неё в требуемом количестве добавляются нужные оксиды металлов, чтобы получить необходимый цвет и оттенок. При этом соблюдается определенный температурный и газовый режим.

  2. Окраска стекла вторым слоем. Этот способ имеет большую сложность за счёт сплавления двух стеклянных пластов, один из которых – толстый лист обычного стекла, а второй – тонкий цветной. Главным условием корректного производства такого стекла является соблюдение равности коэффициентов линейного расширения слоёв, чтобы при охлаждении они не растрескались.

Более радикальное изменение расцветки предоставляет технология фотопечати на стекле. Она позволяет нанести любой рисунок на стеклянную поверхность при помощи специальных широкоформатных принтеров и особых чернил.

Печатный рисунок наносится тремя способами:

  • принтером с сольвентными чернилами, проникающими вглубь стекла;

  • принтером с ультрафиолетовыми чернилами, которые мгновенно затвердевают под действием света;

  • также рисунок может быть нанесен на самоклеющуюся плёнку, что крепится к обратной стороне стекла.

Данная технология имеет массу преимуществ, состоящих в низкой стоимости, малых затратах времени и возможности нанести любой рисунок. Но напечатанные принтером рисунки требуют особого ухода, чтобы не испортиться от механических нагрузок.

Технологии шлифовки и полировки стекла

Для придания стеклу исключительной прозрачности и гладкости используется технология полировки стекла.

Шлифовка и полировка листов проводится на производстве для того чтобы устранить технологические дефекты, связанные с мельчайшими неровностями поверхности и её дефектами от соприкосновения с деталями рабочих машин.

В промышленности стекло полируют при помощи специальных конвейерных станков и линий, которые оборудованы особыми абразивными инструментами и различной полиролью. Обычно это различные металлические шлифующие диски и мягкие полировальные круги, обшитые войлоком или сукном.

Кроме механической полировки может ещё дополнительно использоваться обработка поверхности водой под давлением и прочие способы с применением химии.

Технологии матирования стекла

Противоположным действием к полировке является технология матирования стекла. Такая технология придает более темную матовую поверхность стеклу, также делая её шероховатой и непрозрачной.

Эту технологию успешно применяют при создании различной посуды, декоративных элементов, бижутерии и сувенирной продукции, мебели.

Матирование стекла можно провести пятью разными способами:

  • при помощи механической обработки;
  • нанесением матовых обжиговых покрытий;
  • нанесением лакокрасочных покрытий;
  • при помощи химических способов;
  • остальными методами.

Технологии пескоструйной обработки стекла

Наиболее распространенным из перечисленных является использование механических способов обработки. В их перечень входят гравировка, огранка, шлифовка и технология пескоструйной обработки стекла.

Гравировка и шлифовка проводятся при помощи различных режущих инструментов и станков, также возможна обработка лазером.

Пескоструйная шлифовка, следуя из названия, проводится при помощи песка, подаваемого под давлением.

Преимуществами данной технологии являются:

  • за счёт регулирования давления и зернистости песка можно добиваться различной степени матировки;

  • удобство при матировании огромных площадей;

  • возможность создания глубоких рельефных рисунков.

Недостатки в данном случае довольно весомые, это:

  • дороговизна пескоструйного аппарата, который потребляет большое количество электроэнергии;

  • огромная пыльность производства;

  • высокие требования к используемому песку.

Для обеспечения высочайшего качества матирования используют химический метод. Плавиковая (фтороводородная) кислота создает матовую поверхность, которая по качеству не хуже, чем, если бы она была выполненная другим методом. Но большим минусом является высокая опасность вещества для организма человека.

Также применяются в производстве матирующие методы нанесения на стекло различных покрытий. Они делаются двумя способами.

Первый осуществляется с помощью обжига в печи размещенного покрытия на стекле. Недостатком в данном случае является только большая стоимость нужных топок.

Второй осуществляется нанесением матовых лакокрасочных покрытий на основе полиуретана и отличается простотой в изготовлении. Высокая стоимость и недолговечность покрытия в этом случае будут недостатками данного метода.

Технологии получения жидкого стекла

Жидкое стекло – это универсальный материал, использующийся в нашей повседневности не только благодаря его текучести, но и прочим свойствам. Они состоят в применении его в качестве клея, пропитывающего материала, повышающего гидроустойчивость, а также антисептика.

К примеру, технология нанесения жидкого стекла на различные бетонные поверхности с их пропиткой позволяет поднять их устойчивость к разрушительному воздействию воды и предотвратить образование грибка. При этом срок защиты от данных раздражителей за счёт технологии гидроизоляции жидким стеклом составляет огромное количество времени и приближается к сроку эксплуатации здания, в котором расположены эти бетонные плиты.


Читайте другие наши статьи:

Обработка сырьевых материалов, подготовка шихты и стеклобоя
Листовое стекло
Оборудование для формования листового стекла