Рассмотреть себя в витрине магазина, умыться и глянуть утром в зеркало, понаблюдать за диковинным перемешиванием кофе с молоком сквозь прозрачные стенки чашки — привычные занятия. И никто не задумывается о том, какой путь делает стекло, чтобы стать неотъемлемым атрибутом быта современного человека. Все начинается со смешивания необычных ингредиентов.
Технология производства стекла начинается с подготовки и смешивания составных частей. От степени подготовки ингредиентов зависит качество стеклянных изделий.
Сортировка основы для стекла
Перед тем как изготовить стекло, песок просеивают и сортируют. Сырье худшего качества пускают на производство оконного стекла, лучшее — на изготовление посуды, украшений, оптических линз и художественных изделий. Сказывается разница в размере крупинок и химическом составе: чем мельче песок, тем шире сфера его применения. Если преобладают крупные песчинки, то такой песок — основное сырье для оконного стекла.
Оборудование для изготовления
Процесс производства стекла, конечно, длительный, но в настоящее время большинство операций автоматизированы. Оборудование разнообразное и дорогостоящее.
Основное оборудование стекольных заводов:
- транспортные средства для перевозки песка из карьеров к конвейерам;
- конвейерные ленты для перемещения сырья к местам сортировки;
- барабаны для мытья песка;
- сортировочные устройства;
- фильтрующие установки;
- установки для смешивания компонентов;
- стеклоплавильные печи;
- ванны для выравнивания или устройства для вытягивания листов стекла;
- укомплектованные роликами конвейеры для передвижения стекла по цеху;
- автоматизированный прибор с алмазом для разрезания листов;
- пневматические захватывающие устройства.
Основные способы и технологии производства стекла
Рассмотрим основные способы и технологии производства стекла — их три:
- вытягивание листа;
- прокат;
- флоат-способ.
Способ вытягивания листа, или Метод Эмиля Фурко
Одной из первых технологий производства стекла из песка, а точнее, из готовой стекломассы, стал метод вытягивания, предложенный Эмилем Фурко.
Рис. 1. Метод Фурко
Стекло производится с помощью машинной вытяжки материалов. Сначала сырье плавится в печи, полученная жидкая масса вытягивается посредством прокатных валов. Далее она охлаждается и режется на куски. В заключение листы шлифуются, полируются, проходят иную обработку. Толщина полотен зависит от скорости движения ленты.
Стекло в домашних условиях
Народные умельцы могут изготовить стекло даже дома. Для начала нужно просчитать пропорции компонентов. Изучив, из чего делают стекло, в состав будущей стеклянной смеси включают: песок, соду, известь, стекло битое.
Порядок изготовления стекла дома:
- Подготовка основных компонентов. Необходимо 180 грамм пищевой соды нагреть на огне до испарения влаги. Прогреть 400 грамм просеянного промытого песка на огне, просушить. Измельчить 80 грамм извести. Засыпать в одну посуду. Добавить 10 грамм борной кислоты и две столовой соли пищевой.
- Чтобы самому изготовить стекло, следует подготовить емкость. Металлическую посуду для сохранения целостности в сильном огне желательно обмазать смесью из жидкого стекла и глины в несколько слоев. Для этого несколько ложек глины для лепки перемешать с водой до жидкого состояния. Затем добавить одну-две ложки жидкого стекла. С помощью кисточки покрыть посуду.
- Прокалить обмазанный сосуд на газе. Его поверхность покроется выпуклыми «пупырышками».
- Подготовить стеклянный бой: разбитую посуду просеять. Три столовые ложки мелких стеклянных частичек засыпать в посуду для варки. Добавить остальное сырье.
- Полученную шихту поставить в огонь. Поддувать можно с помощью горна. Через три–четыре часа смесь расплавится до жидкой консистенции стекла.
Стандарты качества
Видов стекла огромное множество. Для определения качества каждого вида созданы государственные стандарты, в котором описаны свойства и качественные характеристики.
Существуют ГОСТы для стекла кварцевого, листового, медицинского, многослойного, моллированного, неорганического, оптического и прочих разновидностей. В них описаны технологии производства, марки, методы определения качества, классификации.
Современные технологии производства стекла
Существуют и более современные технологии производства стекла. Среди первых их стала использовать компания AGC Glass. Производство AGC-стекла начинается с флоат-стадии. Затем полученные пласты проходят последовательную дополнительную обработку.
- Для улучшения теплоизоляционных свойств и защиты от солнца на стеклянные листы наносят тончайшие слои оксида металла. Это осуществляется либо на линии еще на горячее стекло, тогда покрытие носит название пиролитического, либо электромагнитным способом, дающим магнетронное покрытие.
- Для изготовления многослойного стекла листы склеиваются с помощью поливинилбутиральной пленки. Так получается пуле- и огнестойкий материал.
- Для упрочнения используется закалка (нагревание до 700 °C с последующим резким охлаждением) и химическое воздействие (в основе ионный обмен между расплавленной солью и стеклом).
Марки стекла
Крупные производственные компании занимаются выпуском листовых видов стекла широкого перечня. Это связано с популярным остеклением крупных офисных и торговых зданий в крупнейших городах. Поэтому производственники часто используют № 111-90 ГОСТ «Стекло листовое. Технические условия».
По назначению стекло подразделяют на такие марки:
- М1 — зеркальное улучшенное. Толщина изделий не более 6 мм и не менее 2 мм. Предназначено для ветровых стекол автомашин, зеркал качественных.
- М2 — зеркальное. Используют для производства зеркал, стекол в общественном транспорте.
- М3 — полированное техническое. Производят декоративные элементы мебели, зеркала.
- М4 — полированное оконное. Служит для качественного остекления конструкций светопрозрачных, безопасных стекол транспортных средств.
- М5 — неполированное оконное улучшенное. Используется для стекол сельскохозяйственного транспорта.
- М6 — неполированное оконное. Служит для создания светопрозрачных конструкций.
- М7 — полированное витринное. Толщина составляет от 6,5 мм до 12 мм. Используют при оформлении витрин, витражей.
- М8 — неполированное витринное. Из него изготавливают витрины, фонари.
Флоат-метод изготовления стекла
Флоат-технологию разработали в 1959 году, и она отличается не только высокой производительностью, но и позволяет придавать стеклу некоторые свойства непосредственно на стадии изготовления. Суть способа заключается в том, что расплавленная и доведенная до нужной кондиции стекломасса равномерно подается в расплав с оловом, который одновременно и охлаждает ленту, и делает ее поверхность идеально гладкой. У этой технологии есть несколько важных достоинств:
- обеспечение стабильной толщины листов;
- практически полное отсутствие дефектов на поверхности стекла;
- возможность декоративного оформления;
- отсутствие оптических искажений.
Флоат-стекло не требует дополнительной шлифовки и полировки. Это достигается за счет того, что поверхность расплавленного олова, куда подается стекломасса, является идеально гладкой и ровной. На текущий момент имеются возможности варьировать толщину листов в диапазоне от 0,4 до 25 мм. Этот габарит задается скоростью выхода ленты. Благодаря более совершенному технологическому циклу этот вид стекла имеет высокую светопропускную способность. Больше информации об этой характеристике можно получить в отдельном материале на ОкнаТрейд.
Классификация стеклянных изделий
Вокруг человека полно предметов из стекла или с его включениями. Обобщить их можно по назначению использования.
Основные группы изделий из стекла:
- Бытовые изделия. Которые в свою очередь подразделяют на хозяйственные, художественно-декоративные, кухонную посуду. Хозяйственные изделия служат для консервирования и хранения продуктов питания. Художественно-декоративные — обладают высокими эстетическими свойствами и служат для украшения интерьера. Кухонная утварь изготавливается из боросиликатного или ситаллового стекла, обладающего огнеупорными свойствами. Поэтому ассортимент представлен жаровнями, кастрюлями, утятницами.
- Строительное — стекло, используемое в строительстве. Производство включает в себя стекло для окон, витрин, витражи, стеклопакеты, стеклоблоки, прочие строительные изделия.
- Техническое — стекло, имеющее узкую специализацию. Включает в себя медицинское оптическое, лабораторную посуду, транспортное, используемое в электрике, детали для автомашин.
Брусчатка и тротуарная плитка
Для производства стеклянной посуды используются основные и дополнительные материалы. К основным веществам, за счет которых образуется основа стекла, относятся: окись цинка, борный ангидрид, оксид алюминия, известняк, сода, доломит, натрия сульфат, глет, витерит. Масса для варки стекла называется шихта и примерно на 70% состоит из кварцевого песка, который должен быть максимально чистым. Состав материалов для изготовления стеклянной посуды является не постоянным, он зависит от того, какими свойствами должна обладать готовая продукция.
Ко второму типу сырья относятся ускорители варки, красители, осветлители, окислители, глушители, восстановители. Данные материалы придают посуде прочность, цвет, форму и оттенок. В качестве красителей применяются оксиды металлов или химические сплавы селена, сурьмы, меди, золота, серебра. Для придания стеклу непрозрачного вида и окрашивания его в белый цвет используются глушители, для этого используются оловянные соединения и сурьма, фторные и фосфорные вещества. Окислители с восстановителями нужны при формировании цветного основания, чаще всего применяют углерод, винный камень, натриевую селитру. В качестве ускорителей варки применяются алюминиевые соли, фторсодержащие вещества, ангидрид бора, их используют с целью сокращения времени на производство стекла.
Технология производства состоит из нескольких этапов. Прежде всего, путем смешивания и плавления основных и вспомогательных материалов готовится стекломасса. В процессе варки стекла в шихту может добавляться около 30% боя стекла, имеющего аналогичный состав, это увеличивает выход продукции и сокращает временные и материальные затраты. Температура варки составляет 300-25000С и зависит от компонентов стеклообразующих расплавов. Далее производится формовка посуды. Придание формы посуде может производиться способом выдувания либо прессования.
При использовании выдувного метода полуостывшая стеклянная масса набирается на конец стальной трубки, имеющей резиновый балон в верхней части, при помощи которого в трубку нагнетается воздух и будущей посуде придается форма. Сложные по форме изделия: бокалы, рюмки, посуда с ручками изготавливается по частям, которые нужно соединить между собой до начала застывания стекла. При прессовочном методе расплавленная стеклянная масса вводится в форму с углублением, в которую вдавливается сердечник. Между стенками сердечника и формы предусмотрено пространство, которое во время прессовки заполняется стеклянной массой.
После придания изделию нужной формы, оно отправляется на отжиг. Отжиг является сложным технологическим этапом, он осуществляется при нагревании посуды до 5800С и длительном выдерживании ее в таких условиях. После этого изделия постепенно охлаждаются до комнатной температуры. Завершающая стадия включает в себя обработку готового изделия, нанесение защитного покрытия, украшение путем росписи или печати.
Посуда luminarc изготавливается из высококачественного ударопрочного стекла, прошедшего плавление по особым технологиям. Технологическим процессом предусмотрено дополнительное закаливание материала, что делает посуду более прочной и обеспечивает повышенное термическое и механическое сопротивление. В результате этого изделия компании luminarc способны выдерживать более высокие нагрузки в сравнении с обычной посудой и не боятся воздействия температуры до 1350 С.
Применение стекла
Используется стеклянная продукция во многих сферах человеческой деятельности. В некоторых важна его твердость, в других — прозрачность, качество ценится везде одинаково.
Направления применения стекла:
- Оптика. Первоочередное значение придается прозрачности будущих оптических элементов. Используется в научной, военной, аэрокосмической деятельности и для выпуска потребительской оптики.
- Прозрачное стекло. Активно применяют в строительстве для возведения световых конструкций.
- Цветное стекло — основа при создании витражей, прочих мозаик.
- Художественное стекло. Данный вид используют для создания оригинальных украшений, элементов интерьера.
- Стеклоэмаль. Это прочный материал с высокой устойчивостью к истиранию. Активно используется для покрытия керамической плитки, ванн, сантехники из фаянса, гальванических ванн.
- Стеклоткань, стекловолокно. Из них производят стекловату, стеклотекстолит и другие материалы.
- Оптическое волокно. Оно служит для изготовления особых нитей для проведения связи, интернета, телевизионных сетей.
- Фотохромное стекло. Для защиты от света используется данный вид стекла. Применяют при производстве солнцезащитных очков, для затемнения окон в общественном транспорте.
- Диэлектрическое стекло — активно используется для производства изоляторов в электротехнической промышленности.
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.
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.
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.
