Стекло делают с применением оксидов, фосфатов, фторидов. Не все виды получаются прозрачными и требуют дополнительного осветления. Универсальный материал производится при температуре от +1200 до +2500 °С, формируется в агрегатном состоянии. Масса проходит путь от вязкой смеси до стеклообразной субстанции.
Характеристика материала
Искусственный материал используется более 6 тыс. лет, но машинный способ выпуска был изобретен в Бельгии в начале XX века. Более половины продукции производится в форме листового стекла. К этой группе принадлежат плоские элементы, толщина которых остается малой по отношению к ширине и длине.
Виды различаются в зависимости от способа производства:
- тянутые;
- прокатные;
- полированные.
Тянутые типы
Стекло изготавливается способом вертикального вытягивания. Изделия отличаются низким качеством по всей площади, выдают значительные искажения оптических линий. Технология относится к устаревшим методам, ее суть заключается в постепенном оттягивании машинами в виде беспрерывной полосы вязкой массы. Смесь выходит из разработки печи, затем охлаждается холодильными установками.
Производится вытягивание с помощью приспособлений-лодочек, которые представляют собой формообразующее тело в форме прямоугольного бруса со щелевым вырезом. Лодочка погружается в стекломассу, вязкая смесь поднимается над ней в форме луковицы. С возвышения беспрерывно стягивается лента посредством вращающихся валов. Крутящиеся элементы взаимодействуют с застывшей лентой. Водные охладители устанавливаются по обе стороны ленты для ускорения твердения.
Вытягивание без лодочек осуществляется непосредственно с поверхности стекломассы. Луковица образовывается при регулировании вязкости по способу экранирования формирующего узла устройствами для ограждения. Борта ленты удерживаются защитными принудительными роликами, остальной процесс проходит аналогично с приспособлением в виде лодочки.
Изменение температуры на поверхности массы приводит к оптическим отклонениям готовой продукции. Неоднородность химического состава снижает качество листового тянутого материала.
Прокатные виды
Прокатка производится непрерывным способом, стекломасса пропускается между валами или охлаждается сплошным слоем на литейном столе. Смесь выливается на стол, перед движущимся элементом на опорной поверхности устанавливаются борта. Вал перекатывается по длине стола, движение осуществляется с помощью металлических растяжек. Прокатное изделие охлаждается на столе и подается в печь для температурного воздействия. Изготавливается материал больших размеров, шириной около 4,5 м, длиной до 8 м, при этом толщина больше 10 мм.
К недостаткам относится:
- варка в отдельных емкостях;
- неравномерность толщины продукции;
- медленное производство.
Технология прокатки на вальцах предусматривает подачу стекломассы на наклоненную поверхность плиты, которая заканчивается первой парой вальцов с зазором между вращающимися элементами. Постепенно лента доходит до второй пары, промежуток между которыми равняется толщине будущего изделия. Готовая лента перемещается на движущий стол, где остывает и подается в обжигающую камеру. Есть возможность регулировать толщину зазором между валами.
Полированное стекло
Материал обладает качественными техническими и функциональными характеристиками. Полированное стекло относится к наиболее популярным видам, которые применяются в строительстве. Выпускается стекло с глянцевой, идеально ровной площадью, не отклоняет оптические лучи.
Используется технология плавающей ленты в специальной ванне, которая наполняется расплавленным оловом, водой или химическими реагентами. Смесь минеральных кислот растворяет микроскопические выступы на поверхности, и получается идеальный блеск.
Полировка производится полировальником или шлифующими материалами. На плоскость листа накладывается полирующий прибор, на рабочую поверхность которого наносится специальная суспензия. Прибор вращается и обрабатывает площадь стекла до блеска. Термическая полировка предусматривает расплавление микроскопических неровностей на поверхности изделия.
Физические свойства
Характеристики материала влияют на эксплуатационные качества и зависят от множества факторов при производстве. Влияние оказывает сырьевой состав смеси, технология формирования листов. Качество продукции оценивается такими показателями:
- плотность колеблется в пределе 2400−2650 кг/м3, нагревание ведет к уменьшению показателя на 7−11%;
- закаленные стекла показывают прочность на сжатие 550−1950 МПа, оконная продукция выдерживает без разрушения 950−1050 МПа;
- твердость листов зависит от первоначального сырья и находится в диапазоне 4200−9500 МПа, введение в состав оксидов щелочей снижает показатель;
- хрупкость стекла зависит от удельной вязкости, характеристика показывает себя при ударах;
- теплопроводность повышается при нагревании материала, больше всего проводят тепло кварцевые стекла;
- коэффициент пропускания света определятся степенью отражения лучей и поглощающей особенностью стекла, даже идеальное изделие проводит только 91−92% света;
- показатель преломления относится к оптическим показателям и зависит от характеристики красителя;
- химическая устойчивость показывает способность материала сопротивляться агрессивным внешним влияниям.
Конечная продукция
Стекла выпускаются различных видов с заданными показателями для использования в определенных условиях. Для материала важными являются характеристики светового потока, который пропускается через лист, теплотехнические свойства и их влияние на эксплуатационные показатели. Потребности промышленности определили такие виды строительного стекла:
- Оконное стекло является прозрачным и бесцветным с гладкой площадью, производится методом вытягивания. Светопрозрачность зависит от толщины листа, изделие отличается прочностью и химической устойчивостью. Размеры листов по ширине в пределах 400−1600 мм, длина варьируется от 400 до 2200 мм, толщина — 2−6 мм.
- Витринный материал повторяет показатели оконного стекла, но толщина увеличивается до 16 мм. Стекла выпускаются неполированные или полированные, применяются закаленные или многослойные листы.
- Узорчатые листы отличаются рифленой поверхностью с одной стороны. Стекло производится толщиной 3−6 мм, размеры заготовок сходят с конвейера габаритами от 400х400 мм до 1100х1800 мм.
- Цветные изделия окрашиваются по всей толще или содержат верхний окрашенный слой.
- Профилированные стекла представляют собой блоки, обрамленные швеллером или п-образным профилем. Используются секционные элементы для возведения прозрачных перегородок по типу кирпича.
- Мебельное стекло выпускается прозрачными и полированными листами, под заказ производится узорчатый или цветной материал.
Безопасные листы ограждения
Безопасными признаются стекла, которые при разбивании не образуют множественных осколков. Эти виды применяются в массовых проходимых местах или для заполнения проемов фонарей на промышленных цехах. Выпускаются такие типы стекол для безопасного использования:
- Армированные изделия являются листовой продукцией, внутри которой прокладывается сетка из тонкого металла параллельно плоскости. Материалом сетки служит светлая проволока, которая делается из низкоуглеродистых сталей.
- Закаленные стекла являются листами, которые подвергаются термическому действию в процессе производства. В результате внутренние напряжения распределяются неравномерно, и материал имеет высокую прочность.
- Многослойное безосколочное стекло содержит в толще несколько слоев, которые соединяются между собой клеевой эластичной пленкой.
- Ламинированный прозрачный материал состоит из двух стекол, склеенных под давлением и высокой температурой поливинилбутеральным слоем. Безопасное стекло выдерживает нагрузки, не трескается при пожаре, показывает высокие оптические характеристики.
Технология производства
Идеальное стекло получается только из кварцевого песка (SiO 2), но такая технология требует больших затрат, в частности, высоких температур. Обычные печи не подходят, и требуется монтаж специального оборудования. Расплав песка кварца является вязкой и густой массой, из которой трудно убираются пузырьки.
Вторым ингредиентом берется сода (Na2O) — дорогое и популярное сырье в народном хозяйстве. Аналогично используется минерал (Na2SO). В шихту дополнительно вводится уголь для получения серного компонента. При варке первым расплавляется щелочной оксид металла, затем растворяются кварцевые гранулы, известняк при химическом реагировании. Повышение оксидов металлов ведет к снижению рабочей температуры.
Пригодность состава для варения стекла определяется присутствием активных добавок:
- окись алюминия используется одновременно с каолином, глиной;
- окись натрия добавляется одновременно с содой;
- окись калия вмешивается в виде солей;
- окись кальция применяется в форме мела.
Стадия варки
На этом этапе происходит химическая реакция и получается вязкая смесь. Варится стекломасса в специальных печах. Компоненты очищаются, просеиваются и сушатся, затем дробятся и смешиваются. Шихта помещается в варочную камеру. Вид печи зависит от технологии производства и топлива, которое применяется. Современные печи управляются автоматически и одновременно контролируют показатели процесса, а именно уровень массы в камере, количество топлива, температуру и давление.
Другим способом, который не меньше распространяется при варке стекла, является сплавление песка кварца под действием кислородно-водородного пламени. Непрозрачные кварцевые листы получаются способом плавки порошка кварца на графитовом стержне, который разогревается электричеством до 1850 °C.
Прозрачные виды продукции получаются из горного хрусталя, при расплавлении в графитовых тиглях под вакуумом при температуре 1850−2100 °С. После окончания цикла масса в печи обдается воздухом, который поступает под давлением.
Этап осветления
На этой стадии убираются пузырьки из стекломассы и растворяются остатки песчаных гранул. Это происходит в варочной печи при высоких температурах на протяжении 2−4 часов. В жидкую стекломассу помещается предмет для бурления, обычно это деревянная чурка. Вокруг начинается выделение газов, которые удаляют из смеси всю мошку (газовые пузыри).
Совершенствование процесса удаления примесей и газов позволяет изготавливать осветленное стекло различных марок с улучшенной пропускной способностью. В качестве осветителей используются никель, хром, железо, кобальт и другое.
Добавки в виде красителей не только изменяют цветовое решение продукции, но и ускоряют процесс химической реакции при варке стекломассы. В расплав добавляются оксидные соединения металлов. Окраска зависит не только от вида металла, но и от его количества в массе. Кобальт применяется для создания голубизны в небольших пропорциях, а увеличение концентрации дает синий или фиолетовый колер. Медь окрашивает кальциево-натриевое стекло в голубой цвет, но в цинково-калиевом изделии дает зеленый оттенок.
Период охлаждения
На этой стадии стекломасса остывает до температуры, при которой можно изготавливать листы или другие изделия. Процесс охлаждения проходит медленно, при этом в массе не возникают неравномерные напряжения. Иногда наружный слой становится комнатной температуры, а внутренний еще находится в жидком виде. Это приводит к неравномерному сжатию, такая технология применяется при получении закаленного стекла. Продукция с закалкой при повреждении внешнего покрытия разлетается на мелкие кусочки.
Если охлаждение наружного и внутреннего пласта проходит медленно, то напряжения не появляются, и стекло называется отожженным. Этот вид материала применяется при изготовлении столовой посуды и линз точных приборов. Иногда стекломасса разливается в отливки для получения требуемых форм, например, дисков для астрономических телескопов. На этой стадии производится полировка поверхности стекол.