Скло є одним з найдавніших матеріалів, які використовує людина в повсякденності. На даний момент вважається, що таку науку як виробництво скла першої освоїла Месопотамія з давнім Єгиптом. Це було більш ніж п'ять з половиною тисяч років тому. Технологія виробництва скла не зупинилася з того моменту і почала активно розвиватися. А використання цього матеріалу, отриманого природним чином (вулканічного або ж обсидіанових) почалося ще раніше в кам'яному столітті, і з-за його рідкості на той момент, воно було частим торговим товаром.
У наш же час з сучасними технологіями виготовити або придбати його не складає особливих труднощів. Способи виробництва скла зробили крок далеко вперед з давніх часів, і зараз воно використовується в різних сферах нашого життя. При цьому виділяють десятки різних типів самостійних матеріалів для виготовлення різних виробів і використання в будівництві.
Процес виготовлення скла, різні способи поетапного виробництва
Скло - це матеріал, що може змінювати свої технічні властивості в залежності від компонентів, з яких його виготовили. Завдяки цьому воно може змінювати механічну міцність і термічну стійкість, прозорість, можливість освіти газонепроникності від поєднання з певними металами і сплавами.
Основним елементом, що має найбільший відсоток у складі скла (від 40 до 96%) є кварцовий пісок або ж оксид кремнію (IV) SiO2. Другим за важливістю знаходиться окис кальцію СаО, що дає хімічну стійкість скла і надає блиск. Далі йдуть різні оксиди лужних металів натрію (Na2 O) або калію (K2 O), завдяки яким скло піддається плавці і вироблення. Найпоширенішим склом вважається силікатне, а саме те, що використовується у виробництві вікон, тари, різної посуду. Його склад нараховує 71-74% SiO2. від 5 до 7% CaO,
У наш час листове скло виробляють двома різними способами:
- Методом Фурко, який розробив в 1902 році Еміль Фурко.
- Флоат (плаваючий метод), розроблений в 1959 році фірмою «Пилкингтон», даний спосіб популярний досі, і з його допомогою виробляють понад 90% скла.
Зупинимося детальніше на більш поширеному плаваючому методі отримання цього матеріалу.
Етапи виробництва скла таким способом включають в себе:
- Всі компоненти для виробництва скляної маси вимірюються з великою точністю на електронних вагах і відправляються в піч.
- Далі при температурі 1600 ° С все перетворюється в суцільну масу. Її доводять до однорідного стану з видаленням бульбашок газу.
- Після цього отриману масу занурюють у ванну з оловом температурою близько 1000 ° С, при цьому скло завдяки більш низької щільності, ніж у металу, плаває на його поверхні (основний принцип цього методу виробництва). Надалі скло охолоджується і набуває гладку поверхню.
- Залежно від кількості завантажених витратних матеріалів визначається товщина скла. Після покидання олов'яної ванни температура маси знижується до 600 ° С, яка все ще досить велика.
- Щоб знизити температуру до прийнятних 250 ° С скло прокочують на валиках через охолоджуючий тунель.
- Далі тепле суцільне полотно починають нарізати на листи потрібного розміру, відходи при цьому йдуть повторно в піч, забезпечуючи безвідходне виробництво.
Щоб провернути це складну ланцюжок дій, жодне виробництво не може обходитися без сучасних приладів. Устаткування для виробництва скла за технологією флоат має такий склад:
- стекловарітельний агрегат - це регенеративна піч з поперечною подачею полум'я, яке забезпечує природний газ;
- склад для сировинних матеріалів;
- склад для склобою і ділянку для його переробки;
- шіхтосмесітельная установка з висотними сило;
- піч з відділенням у вигляді ванни;
- ділянку для флоат розплаву;
- лінія для формування, різання і відвантаження скла;
- система повернення відходів;
- різні допоміжні склади і будівлі, які виконують завдання з виробництва та зберігання вторинних сировинних компонентів.
Детальніше про виготовлення спеціальних сортів скла
Використання даного матеріалу не обмежується тільки вікнами або кухонними виробами. Наприклад, для декоративних цілей (вітражі, облицювання, архітектура) використовують скло різних кольорів. Виробництво кольорового скла за технологією дещо відрізняється від звичайного.
Кольорове і декоративне
Існує кілька різних способів для отримання кольорового скла, відповідно до яких отримують різні відтінки. Забарвлення залежить від додавань в скляну масу різних оксидів таких металів як мідь, кобальт, залізо, ванадій, титан, а також деяких сірчистих сполук кадмію, свинцю, міді. Залежно від обраного елемента і його маси виходить колір забарвлення і її інтенсивність.
Є дві технології виробництва кольорового скла:
- Перша займається отриманням скла, яке фарбують в масі. Це простий спосіб, який мало чим відрізняється від виробництва звичайного матеріалу. Просто під час етапу отримання скляної маси додають різні барвники, що додають потрібні кольори і відтінки. Додатково також витримують певний температурний режим, так як різні барвники по-різному реагують на температуру і можуть випаровуватися. Мінусом цієї технології вважається висока витрата барвника.
- Друга технологія є більш складною у виробництві, але при цьому використання барвника в даному випадку більш економно. Вона полягає в тому, що скло виготовляється з двох шарів. Один з них це звичайний прозорий скляний лист, а другий - або тонкий лист фарбованого скла, або нанесена кольорова оксидна плівка. Основною складністю в даному методі є стеження за лінійним коефіцієнтом розширення першого і другого шару, який повинен бути однаковим. Якщо він буде відрізнятися, то той пласт, у якого коефіцієнт більше, розтріскається при виробництві.
Також до підвиду кольорового матеріалу можна віднести декоративні вироби. Виробництво декоративного скла зазвичай відрізняється наданням звичайному різної архітектурної форми і нанесення на нього орнаментів за допомогою спеціальних принтерів або хімічного травлення.
Рідке скло
Наступним незвичайним видом є рідке скло, або як його ще прийнято називати в торговельній сфері, - силікатний клей. Воно широко використовується в будівництві, канцелярії, виробництві різних матеріалів, стійких до агресивного середовища, виготовленні миючих засобів. Ось його властивості, які пояснюють таку широку сферу використання:
- відмінна хімічна зв'язок, що дозволяє склеювати різні матеріали;
- здатність до збільшення водонепроникності;
- підвищення термо- і огнеупорности;
- хороші антисептичні властивості, запобігає утворенню гнилі і грибка.
Виробництво рідкого скла вперше освоїв в 1818 році німецький хімік Ян Непомук фон Фукс. В експерименті він використовував дію лугу на кремінну кислоту. У наш час таке скло отримують за допомогою автоклава за допомогою обробки кремнезему розчинами гідроксиду натрію або сплавом соди з кремнієвим піском.
оптичне скло
- Виробництво. Скло особливого складу вариться в вогнетривких горщиках близько 24 годин при температурі 1500 ° С, при цьому помішує платиновими або керамічними мішалками. Далі воно освітлюється за допомогою введення в масу речовин-освітлювачів. Після уповільненої охолодження, що триває 6-8 днів, заготовки витягуються і найбільш якісні відправляються на обробку.
- Обробка. Заготовки розпилюються алмазними пилами на різні форми. Далі відбувається їх тривале шліфування абразивами з різною зернистістю, а також промивання, поки не вийде лінза потрібного розміру і необхідних властивостей.
Процес виробництва скла даного типу вимагає високої технологічності виробництва і невблаганного проходження стандартам, інакше велику кількість браку не уникнути.
Кварцові скло
Виробництво кварцового скла відрізняється особливою трудомісткістю. Розплав кварцу має дуже високу в'язкість і розм'якшується при температурах понад 1700 ° С, через що воно погано піддається обробці і освітленню. При цьому розплав швидко випаровується, що обмежує час обробки.
гнуте скло
Гнуте або ж моліроване скло зазвичай використовується для будь-яких вітрин, оригінальних полиць, інших меблів і в автомобільній промисловості. Виробництво гнутого скла має обмеження в максимальних розмірах листа Моліроване скла через властивостей матеріалу. Його отримують за допомогою повільного нагріву скляного полотна до 650 ° С. Після чого матеріал розм'якшується і під своєю вагою починає гнутися, облягаючи заготовку певної форми. Процес триває від 2-х до 20-ти годин. Після чого гнутий лист скла повільно охолоджують і піддають загартуванню, надаючи виробу міцність і меншу травмоопасность при розбитті на негострі осколки.
Загартоване (гартоване) скло
Загартоване скло - це якісний виріб, необхідну в різних галузях, де необхідна висока безпека від травм. Воно широко використовується в будівництві, виробництві різних вітрин для магазинів, медицині, виготовленні безпечної посуду, автомобільної, меблевої та залізничної промисловості. Головними властивостями, яке забезпечує виробництво розжареного скла, є його висока механічна і стійкість до нагрівання, а також підвищена безпека при руйнуванні. Хотілося б виділити характеристику безпеки: при розбитті такого скла воно ламається на безліч осколків, що мають тупі негострі межі, за рахунок чого не можуть наносити важких травм людині.
Виробництво загартованого скла полягає в обробці звичайного скляного листа, яке піддають нагріванню до закаливающей температури. Вона становить близько 650-680 ° С, після чого скло відносно швидко охолоджують потоком повітря по обидва боки. При цьому потрібно рівномірний розподіл повітря по склу. Це утворює на поверхневих шарах потужні залишкові напруги стиску, а внутрішній шар розтягується, завдяки чому даний матеріал приймає свої важливі особливості.
В результаті виготовлення скла - це процес, що не обмежується тільки одним способом виробництва, а має безліч рецептів і методик отримання різних видів стекол, затребуваних у всіх сферах виробництва і побуту. Технології створення даного матеріалу удосконалюються з кожним днем ось уже на протязі декількох тисяч років, що підтверджує високу затребуваність скла людством.
Читайте інші наші статті:
Взяти участь
у виставці