Стекло — что такое и как производится? свойства стекла

Технология обработки определенного вида стекла

В многочисленных сферах используются разные виды стекла, которые обладают индивидуальными характеристиками и при производстве требуют особых процессов обработки.

Солнцезащитное

Солнцезащитное стекло

Этот вид способен поглощать или пропускать ультрафиолет. Стекло подходит для изготовления экранов, козырьков, стеклопакетов и очков. Производство стекла такого типа осуществляется двумя методами.

Технология Фурио основана на прокатывании стеклянной массы сквозь валы, после чего листы помещают в охладительную камеру.

Метод Флоат – более современный и эффективный, так как исключает появления дефектов. Расплавленная масса ленточной формы поступает в резервуар с оловом. Благодаря ему, стекло охлаждается и обретает ровную поверхность. Затем материал попадает в печь, на него наносится слой диоксида металла нужного оттенка. Стекло повторно охлаждается и проверяется на наличие изъянов.

Автомобильное

Схема автомобильного стекла

Этот вид стекла также изготавливается двумя способами.

Метод «Триплекс» позволяет делать трехслойные изделия – между двумя стекольными слоями прокладывается полимерная скрепляющая пленка. Это предотвращает появление ранений при деформации автостекла. Стекло обладает ударопрочными и звукоизоляционными свойствами, что повышает безопасность водителя и пассажиров.

«Ситалинит», или закаленное стекло подвергается дополнительной термической обработке, основанной на постепенном нагреве и быстром охлаждении в воздушном потоке. Технология предполагает строгое соблюдение температурного режима. Изделия обретают особую механическую прочность.

Моллированное

Или гнутое стекло, используется в архитектуре, которая давно перестала быть прямолинейной. При производстве изделий стекломасса нагревается до определенных температур, размягчается до эластичного состояния, и из нее легко слепить нужный предмет. Это происходит под влиянием силы тяжести, которая заставляет материал приобретать выпуклую или вогнутую форму.

Моллированное стекло

Зеркальное

Стекло основано на листовом материале. Для его изготовления используются сода, известняк, песок и минералы без железной руды. Ингредиенты смешивают, помещают в ванные печи непрерывного действия. Полученную массу прокатывают через металлические валы, обжигают, подвергают полировке, металлизируют. Это длительный процесс.

Зеркальное стекло

Бронированное

Схема бронированного стекла

Стекло отличается повышенной стойкостью к пробиванию. Это многослойный материал, состоящий из обычного и закаленного полотна. Для производства бронированного стекла используют стекла толщиной до 10 мм, которые склеивают защитной поливинилбутиральной пленкой в поперечном растяжении.

Такое изделие обладает множеством достоинств:

• поглощает ультрафиолет;
• исключает прослушивание;
• обеспечивает безосколочность при разбивании.

Оптическое

Это стекло используется в разных областях науки и техники. Из него делают контактные линзы, призмы, кюветы. Ассортимент изделий довольно широкий. Это однородный высокопрозрачный материал определенного химического состава. Для его варки используют чистые ингредиенты, без загрязняющих примесей. Задача технологов – стекломассу расплавить в горшковых пламенных печах и достичь высокой степени однородности. Для этого используют методы механического перемешивания.

Виды

В зависимости от используемых компонентов в составе шихты, разделяют виды стекла:

• Кварцевое. Изготавливается из одного компонента – кремнезема. Обладает высокими качествами: устойчиво к высокой температуре (до 1000 °С) и термоудару, пропускает видимый и ультрафиолетовый спектр излучения. Производство связано с высокими энергетическими затратами, поскольку кремнезем (силикатное стекло) — тугоплавкое сырье и плохо поддается формовке. Основные сферы применения – химическая и лабораторная посуда, части оптических систем, ртутные лампы и пр.
• Натриево-силикатное. Изготавливается из двух компонентов, состав стекла – силикатный песок и сода (1:3). По своим свойствам имеет широкое применение в промышленности в качестве компонента какого-либо процесса, но не применяется в других сферах, изделия из него не изготавливаются. Основной недостаток – растворяется в воде.
• Известковое. Самый распространенный вид материала, из которого производится большинство изделий – листовое стекло, стеклотара, зеркальное полотно, посуда и многое другое.
• Свинцовое. В классический состав стекла (шихты) пропорционально добавляется оксид свинца. Свинцовое стекло отличается повышенными диэлектрическими свойствами, что позволяет использовать его в качестве лучшего изолирующего состава в телевизионных трубках, осциллографах, конденсаторах и пр. Наличие свинца в стеклянной массе придает материалу дополнительный блеск, сверкание, что часто используется при изготовлении художественных изделий, посуды и т. д. Хрусталь – один из видов свинцового стекла.
• Боросиликатное. Добавка оксида бора в состав материала увеличивает его устойчивость к термическому удару до 5 раз, существенно улучшаются химические свойства. Боросиликатное стекло используется для изготовления труб и лабораторно-химической посуды, изделий для бытовых нужд. Масштабным примером использования служит зеркало, созданное на основе боросиликатного стекла для крупнейшего в мире телескопа.
• Прочие виды стекла – алюмосиликатные, боратные, цветные и др.

Переработка в изделия.

В отношении переработки в изделия стекло отличается от большинства других материалов двумя особенностями. Во-первых, оно должно перерабатываться, будучи чрезвычайно горячим и полужидким. Во-вторых, операции формования должны выполняться за короткие периоды, длящиеся от нескольких секунд до, самое большее, нескольких минут, – за это время стекло охлаждается до состояния твердого тела. При необходимости дальнейшей обработки стекло вновь должно быть нагрето. В расплавленном состоянии стекло может быть вытянуто в длинные нити, обладающие гибкостью при высокой температуре, извлечено из общей массы погруженным в него инструментом в виде небольшого сгустка, подцеплено концом стеклодувной трубки либо разлито в формы для получения отливок или прессовок. Поскольку стекло легко сплавляется с металлом, отдельные части сложного изделия соединяются друг с другом после повторного нагрева, благодаря которому также обеспечивается чистота соединяемых поверхностей. Вращение заготовки с постоянной скоростью при обработке придает изделию осесимметричную форму. Готовые стеклянные изделия подвергаются процессу отжига со стадией медленного охлаждения для релаксации напряжений. За все время производства стекла были созданы четыре главных метода его обработки: выдувание, прессование, прокатка и литье. Первые три метода используются как в мелкосерийном ручном, так и в непрерывном машинном производстве. Литье, однако, трудно приспособить к крупносерийному производству.

Виды стекла.

Многие изделия, сделанные из стекла, мы видим на улице и используем в повседневной жизни. Это стеклянная посуда, лампочки, очки, окна. В зависимости от физических и химических свойств, стекло используют также в производстве витрин, зеркал, светильников. Какие же виды этого однородного аморфного тела существуют и что из него делают?

• Хрустальное стекло. Содержит в своем составе оксид свинца. Высокая прозрачность и блеск придают такому стеклу привлекательный и эстетичный вид. Используют, в основном, для изготовления посуды и сувенирных изделий.
• Кварцевое стекло. В составе присутствует чистейший кварцевый песок. Благодаря тому, что изделия из кварцевого стекла могут выдержать большие температурные скачки, из него делают лабораторную посуду, изоляторы, оптические приборы, окна.
• Пеностекло. Представляет собой стеклянную массу, имеющую в своем составе многочисленные пустоты. Отличные тепловые и звукоизоляционные свойства обусловили его широкое применение в строительстве.
• Стекловата. Имеет вид тонких стеклянных нитей, имеющих высокое сопротивление разрыву. Используют как в строительстве, так и в химической промышленности. Стекловата огнестойка. Поэтому ее используют в составе материала для пошива одежды сварщиков и пожарных.

К этому списку можно добавить стекла, имеющие специфические свойства:

• Огнестойкое. Противостоит действию открытого пламени и выдерживает высокую температуру.
• Термостойкое. Имеет низкий коэффициент термического расширения и выдерживает резкие скачки температуры
• Пуленепробиваемое. Ударопрочное стекло способное противостоять мощным ударам.

Армированное стекло. Особенности продукции.

Главные характеристики данного вида листовых изделий определяются нестандартной методикой литья стекла (заполнение арматуры с двух сторон). Сетка размещается по всему пространству листа параллельно двум сторонам стекла. Расстояние между поверхностным и металлическим материалом составляет порядка 1,5 мм. Стоит отметить, что процедура армирования не предоставляет возможность повысить показатели прочности стекла, но придает конечному изделию довольно неплохие характеристики, а именно, в случае механического воздействия хрупкий материал не разлетится на мельчайшие кусочки. Кроме этого, при возгорании помещения, стеклянная поверхность может быть повреждена, но благодаря наличию арматуры, сама конструкция останется цельной и позволит исключить увеличение тяги и не допустить разрастание пламени. Если в производстве армированных изделий применялось высококачественное стекло, то оно без каких-либо сложностей будет отслаиваться непосредственно по линиям надреза. Стекло с металлической сеткой отличается тем, что обладает хорошей ударостойкостью и огнеупорностью. Именно эти факторы сделали данный вид продукции популярным в современном мире.

Данная продукция широко применяется при необходимости произвести остекление таких объектов как:

• межкомнатные, а также входные двери и окна;
• оконные проемы пожароопасных зданий;
• объекты общего назначения, где важную роль играет повышенная прочность;
• помещения, где требуется предотвратить травматизм от возможного попадания стеклянных осколков;
• фонари.

Эту продукцию широко используют при остеклении оконных проемов разнообразных производственных помещений и цехов. Также армированные стеклянные изделия используют при создании слуховых окон. Они незаменимы при обустройстве наружных покрытий фасадов, шахт лифтов и даже подвальных помещений. Довольно часто в современном мире применяют армированное стекло и при остеклении балконных ограждений, поскольку оно не только обладает определенной прочностью и безопасностью, но и привлекательным внешним видом. Армированные стекла сегодня предлагаются в большом разнообразии цветовых гамм. Наиболее популярными сегодня стали такие оттенки как:

• зеленый;
• голубой (синий);
• прозрачные армированные стекла;
• армированные стекла желтого цвета.

Применение жидкого стекла

Жидкое стекло нашло применение в различных сферах деятельности человека, поэтому быстро и компактно перечислить все моменты его применения невозможно. Но есть те сферы, которые обязательно нужно упомянуть:

1. Жидкое стекло используется для гидроизоляции. Этим материалом пропитывают и стены, и фундамент – жидкое стекло превращает такие поверхности в неподвластные воздействию влаги и перепадам температуры воздуха. Целесообразно применять данный материал при утеплении стен дома изнутри.
2. Жидкое стекло – отличное антисептическое средство. На стенах и потолке жилых помещений, да и вообще разных поверхностей, часто можно увидеть грибок и плесень – это последствия воздействия влаги. Чтобы избавиться от этого неприятного и вредного для здоровья человека явления, нужно использовать различные средства по уничтожению грибковых колоний. Если же обработать жидким стеклом поверхность уже поврежденную плесенью/грибком, то они просто исчезнут. С этой целью жидкое стекло применяется при подготовке стен к поклейке обоев.
3. Жидкое стекло отличается отменной адгезией. Это означает, что оно отлично склеивается с любой поверхностью. С помощью этого материала можно склеить абсолютно разные материалы – от картона до фарфора.
4. Жидкое стекло в разы повышает влагоустойчивость и пожаробезопасность дерева, бумаги и керамики – их специально покрывают этим средством.

Если рассматривать жидкое стекло исключительно со стороны строительных работ, то с этим материалом можно изготовить многие смеси. Материал нашел применение в следующих процессах:

1. Грунтовка с жидким стеклом. Используется для обработки поверхности перед покраской, нанесением обоев. Естественно, в чистом виде рассматриваемый вариант использовать нельзя – его просто смешивают с цементом в следующей пропорции: на 10 кг цемента берется такое же количество жидкого стекла. Сначала нужно смешать цемент с водой, а затем полученный раствор вливается в жидкое стекло.
2. Раствор для гидроизоляционных работ. Нужно смешать в равных пропорциях цемент, песок и рассматриваемый материал. Полученную смесь можно использовать для гидроизоляционных работ любой сложности.
3. Огнеупорный раствор. Сначала готовится цементно-песчаная смесь – на 1 часть цемента берут 3 части песка просеянного. Затем в полученную смесь добавляют немного жидкого стекла (примерно 20% от общего объема сухой смеси). Используют огнеупорный раствор с жидким стеклом для кладки каминов и печей.
4. Защитное средство от грибка и плесени. Необходимо развести рассматриваемый материал в воде (пропорции 1:1). Используется полученный раствор в качестве антисептика для обработки деревянных, каменных, оштукатуренных и других поверхностей.
5. Пропитка для обработки материалов в ходе подготовительных работ. Нужно будет 400 г жидкого стекла разбавить в литре воды и смазать поверхность два-три раза. Но учтите: каждый слой должен полноценно высохнуть и только после этого можно приступать к нанесению следующего слоя.

Применение

Применяется армировка в основном в промышленном остеклении, где по требованиям пожарной безопасности необходимо использовать безопасное стекло. Часто изготавливают стеклопакеты с армированным стеклом, их в основном используют при остеклении пролетов в медицинских помещениях.

Нарезка такого стекла — очень трудоемкий процесс, при разломе по линии разреза фрагмент за счет металлической проволоки не отделяется от основного листа, поэтому его необходимо отогнуть вниз и, немного оттянув, подрезать проволоку с помощью кусачек. В некоторых случаях может помочь просто раскачивание, тем самым обламывается металлическая проволока.

Армированное стекло является хрупким материалом, это необходимо помнить при транспортировке данного вида

Следует контролировать качество продукции, при этом необходимо обратить внимание на наличие и размеры пузырей в массе стекла. Пузыри не должны превышать 3 мм, их не должно быть очень много, это еще больше понижает прочность материала

При остеклении следует использовать конструкции, соответствующие требованиям пожарной безопасности, а также доверять работу с армированным стеклом квалифицированному персоналу, это позволит избежать увеличения брака.

Сферы применения

Основными характеристиками закаленного стекла являются его высокая механическая прочность, термостойкость и ударная вязкость. Это материал в несколько раз прочнее обычного стекла. Его достаточно трудно разбить, поэтому он применяется в производстве внешних витрин магазинов. Двери из закаленного стекла также широко распространены и используются на многих зданиях различного назначения. Кроме прочности на выбор материала влияет также и его безопасность. Если вдруг витрина или дверь будут разбиты, находящиеся неподалеку люди не получат серьезных травм.

Перегородки из закаленного стекла устанавливаются в офисах крупных компаний. Они обеспечивают отличный уровень шумоизоляции, так что работники разных отделов не будут мешать друг другу. И в тоже время благодаря прозрачным стенам начальство всегда сможет контролировать рабочий процесс, не вставая со своего места. Если кто-то будет халтурить, это сразу же станет заметно.

Панели из закаленного стекла устанавливают внутри магазинов для защиты товаров. Чаще всего они используются при продаже ювелирных изделий. Злоумышленнику будет очень трудно разбить одним ударом стекло и что-нибудь украсть. А потерпев неудачу с первого раза, он, скорее всего, сбежит.

Защитное закаленное стекло используется и в автомобильном производстве. Из него могут изготовлять боковые и задние окна машины. Но использование материала для лобовых окон строго запрещено. Мелкие частицы при аварии могут серьезно травмировать органы зрения, поэтому для переднего стекла используется другой материал. Он называется закаленное стекло триплекс. Его особенностью является многослойность. Причем все слои соединены между собой специальной клеящей пленкой.

При аварии она удерживает все осколки и не позволяет им травмировать находящихся в салоне людей. Производится триплекс путем прессования при высокой температуре среды. Такая технология обеспечивает максимальное сцепление между поверхностями. Отзывы о закаленном стекле носят сугубо положительный характер, так как с его появлением существенно снизился травматизм при авариях, связанный с осколочными травмами и порезами.

Толщина закаленного стекла зависит от возлагаемых на него функций. Если необходимо просто обезопасить людей от получения травмы, подойдет и тонкий материал. А если стекло должно защищать материальные ценности от несанкционированного доступа, понадобится более прочная модель.Например, закаленное стекло в 4 миллиметра используется для изготовления столешниц и остекления внутренних помещений. Оно в 5 раз прочнее обычного стекла такой же толщины, но все-таки не может противостоять сильным ударам тяжелыми предметами.

А вот закаленное стекло в 10 миллиметров отлично подойдет для внешней отделки. Его практически невозможно разбить одним ударом, что должно отпугнуть грабителей, так как на сработавшую сигнализацию скоро приедет наряд полиции для выяснения причин тревоги.

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.

Категории стекла

По своему назначению стекло делится на следующие категории:

• Бытовое стекло. Эта группа состоит из пяти подгрупп – кухонная посуда, бытовая посуда, ламповые изделия, художественные изделия и посуда хозяйственного назначения.
• Строительное стекло – листовое стекло, витрины, стеклопакеты, теплоизоляционные стеклопакеты, армированное стекло.
• Стекло технического назначения – лабораторные приборы, защитные изделия для промышленности, стекловата, оптика.

Помимо защиты наших домов от ветра, дождя и холода, стекло дает человеку обширную область для творчества. Процесс создания его так же красив и загадочен, как и сам материал. Стекло прозрачное, твердое, стойкое к кислотам, стало незаменимым материалом в архитектуре и в повседневном быту.

В этой статье мы подробно рассмотрели, из чего делают стекло

Этот материал занял особое, важное место в жизни человека, без него многие бытовые вещи бы оказались намного сложнее

Видео: процесс изготовления вещества

Далее можно увидеть поэтапный процесс ручного изготовления стекла профессиональными стеклодувами:

Резка оконного стекла

Резка оконного стекла – сложная процедура. Ее должны выполнять люди, обладающие навыками точной разметки материала. При желании произвести резку может человек без опыта, однако в этом случае ему нужно будет просмотреть несколько мастер-классов по этой теме в интернете или попросить о помощи наставника, работающего в строительной сфере.

Резка оконного стекла производится алмазными или роликовыми стеклорезами. При этом необходимо помнить, что качество резки зависит от положения инструмента. Алмазный стеклорез нужно держать вертикально, подобно обычному карандашу. Роликовые инструменты держат перпендикулярно плоскости обрабатываемого материала.

Плоское стекло.

В течение и сразу после Первой мировой войны были разработаны новые и полностью непрерывные методы изготовления как оконного, так и зеркального стекла. В 1928 было создано многослойное безосколочное стекло для автомобилей. Вскоре после этого было освоено производство закаленного плоского стекла путем термообработки (закалки с высоким отпуском) твердых полированных листов. Этот процесс повышает прочность в несколько раз и дает продукт с исключительно высокими гибкостью и стойкостью к истиранию и всем видам механического и теплового удара. Когда такое стекло разбивается, оно распадается не на длинные, острые осколки, как обычное стекло, а на маленькие округлые кусочки, которые относительно безвредны. Отпуск оказывается эффективным при упрочнении не только плоского стекла, но и кухонной посуды, мерного стекла, линз защитных очков и круглых колб светильников. Стеклопакеты, заменяющие вставные оконные переплеты, – сравнительно новая разработка конструкции с плоским стеклом. Они состоят из двух или более листов стекла, герметично соединенных по периметру рамкой. Пространство между листами заполняют очищенным и осушенным воздухом. По сравнению с одинарным остеклением стеклопакеты уменьшают теплопотери почти на 50% и надолго избавляют от проблем, связанных с применением наружного оконного переплета, проникновением пыли и конденсацией влаги.

Производители и поставщики изделий из стекла

Современный рынок предлагает множество модификаций стеклянных изделий на любой вкус и бюджет:

• «СтеклоГуру» – профильная компания, занимающаяся изготовлением стекол и зеркал на заказ. Основное направление деятельности компании — это стекла и зеркала необычной формы, используемые для оформления интерьера;
• «Azimut Glass»– специалисты широкого профиля, которые изготавливают стеклянные изделия для оформления помещений, наружной и внутренней отделки. Например, в ассортименте компании представлены стеклянные дверные полотна, потолочные панели, закаленные стекла для каминов;
• «Макромер» – производитель профильного оборудования для химических исследовательских лабораторий. Фирма обладает обширным каталогом готовой продукции с различными техническими характеристиками;
• «Медлабстекло» – компания узкого профиля, изготавливающая медицинское оборудование из стекла высшего качества. Все товары компании проходят обязательную сертификацию и соответствуют стандартам ГОСТ.