Главная >> Производство и виды стекла

Краткий исторический обзор

Самые древнийщие образцы стеклянных изделий обнаружены в Египте. Здесь говорится о зеленой глазури, возраст которой оценивается около 12 тыс. лет до н. э.; голубой амулет — самое древнее из найденных до сих пор стекол, его возраст относится к 7000 г. до н. э. В Ашмолейском музее в Оксфорде сохранилась черная стеклянная буса и кусочек фаянса бирюзового цвета   времен   первой   династии, правившей в 4000 г. до н. э.
Стекло начали изготовлять не египтяне, а ассирийцы, которые экспортировали свои изделия в Египет.

Однако находки стекла в Ассирии, близ Тель Асмера, расположенного северо-западнее Багдада, относятся к 2700 — 2600 гг. до н. э.; то есть, они значительно моложе египетских.
В Китае в период с 1766 по 1122 г. до н. э. были найдены сосуды из глины и фарфора с цветной стекломозаикой. Развитие производства стекла на Дальнем Востоке не было только в Китае- в Индии, Корее, Японии найдены изделия из стекла, возраст которых примерно 2000 г. до н. э.
Приблизительно 250 лет до н. э. в Александрии был открыт первый стекольный завод, стеклодувная трубка была изобретена в начале новой эры. Римляне узнали технологию производства стекла благодаря завоеванию Египта. Из Рима стеклоделие стало распространяться в в Германию, Британию, Галлию. В конце первого столетия н. э. стекло уже производилось в Кельне и Трире. С распадом Римской империи приходит в упадок искусство изготовления стекла. Древние письменные сообщения о стекле относятся к 77 г. н. э. Они принадлежат Плинию Младшему, который в одной из своих книг описывает стекло и его производство.
В XIII в. на острове Мурано, около Венеции, вновь разцветает стекольная промышленность. В Германии в конце  средних веков развивается производство стекла, особенно в районах,которые богаты лесами. В 1688 г. француз Лука де Негу изобрел способ изготовления и шлифования больших зеркальных стекол; оконные стекла были в это время большой редкостью.
Только в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды стало возможным массовое производство стекла. В XIX в. появились первые машины-автоматы для изготовления изделий из полого стекла. В XX в. были разработаны различные способы вытягивания бесконечной ленты стекла: Либби-Оуэнса, Фурко,Питтсбурга, которые применяют для производства листового стекла. Толщина стекла регулируется путем изменения скорости вытягивания.
Чтобы изготовить витринные и зеркальные стекла тянутое и прокатное листовое стекло подвергают шлифовке и полировке. В 1960 г. Аластеру Пилкингтону удалось изготовить флоат-стекло, которое полируется в процессе формования ленты стекла на совершенно плоской поверхности расплавленного олова.
По качеству поверхности флоат стекло полированному, и флоат-процесс вытесняет технику шлифовки и полировки стекла.
В первый раз закаленное стекло было выпущено в 1875 году.

Сырье для производства стекла

Сырьевые материалы влияют на свойства и качество стекла, поэтому следует кратко остановиться на них.
Кремнезем Si02 в природе встречается в виде кварца, скопления которого образуют кварцевые пески; высококачественные стекольные белые пески содержат незначительное количество примесей, в частности окиси железа, которая придает стеклу зеленоватую окраску. Небольшое содержание окислов натрия, калия, кальция и алюминия не ухудшает качества стекла. Чистый кварц плавится при температуре около 1700° С, образуется кварцевоа стекло, которое характеризуется высокой температурой размягчения, большой стойкостью к воздействию химикатов и резкой смене температур. Оно пригодно для изготовления колб ртутно-кварцевых ламп, так как хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи. Для обычного стекла не требуется такая высокая температура размягчения, поэтому в стекольную шихту вводят материалы (сода, поташ и др.), которые ускоряют процесс стеклообразования и понижают температуру варки стекла.

Сода Na2C03 — основной материал для введения в стекло окиси натрия; она должна содержать не менее 95% углекислого натрия. Температура плавления соды 850° С. При нагреве смеси чистого песка и соды образуется прозрачная стеклообразная масса, которая растворяется в воде и называется «растворимое стекло»:   Si02 + 2   NaOH -> Na2Si03 + H20.
Используя вместо соды поташ К2СО3, получают калиевое стекло, которое применяют для изготовления хрустальных изделий, а также оптических и цветных стекол.
Известняк СаС03. Благодаря окиси кальция СаО стекло, полученное из смеси песка и соды, становится нерастворимым в воде. Для введения в стекломассу СаО используют известняк или доломит CaC03-MgC03.
Глинозем А1203 повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекла.
Борный ангидрид В203. При замене части двуокиси кремния борным ангидридом повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность ее к кристаллизации.
Окись свинца РЬО, введенная в стекло, повышает его показатель преломления; ее применяют, главным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя.
Окись цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, вследствие чего   повышается его термическая стойкость.
Вспомогательные сырьевые материалы для окраски стекла здесь не рассматриваются.

Производство стекла

Технология изготовления стекла включает следующие основные стадии: составление шихты (с добавкой стеклобоя), нагревание ее и варка в печах для получения расплава стекломассы; осветление, гомогенизация, охлаждение ее и формование изделий. Возможность расстеклования при охлаждении стекломассы зависит от продолжительности пребывания ее в опасном интервале кристаллизации. Температура   превращения, при которой вязкость стекла равна 106  Н-с/м2, находится в   пределах 450—700° С. Пороки стекломассы отражаются на качестве стеклоизделий.
Оконное стекло разделяют на сорта: I (AV) — высшие сорта; II (V) — для обычного остекления. Стекло толщиной более 7 мм изготовляют только сорта V. В стекле сорта AV допускаются лишь незначительные дефекты. Стекло сорта V может иметь те же дефекты, но более ярко выраженные.
Пороками стекла считаются пузыри и мошка, свили и шлиры, твердые включения, полосность и царапины.
Оконное стекло других сортов используют в качестве оранжерейного.Этот термин соответствует принятому у нас в стране названию «парниковое стекло».
Стекло нельзя хранить в горизонтальном положении, так как при длительном воздействии воды его поверхность выщелачивается, при этом образуются матовые налеты, которые можно удалить только в процессе их образования. Оконное стекло, подвергающееся обычным атмосферным воздействиям, не тускнеет, поскольку на нем со временем образуется защитный слой с повышенным содержанием кремнекислоты.
Стекло и стеклоизделия классифицируют:
по химическому составу: оксидные (кварцевые, силикатные, фосфатные, боратные и др.); бескислородные (халькогенидные, галогенидные, нитратные и др.);
по назначению: строительное и архитектурно-строительное: техническое (кварцевое, оптическое, светотехническое, закаленное, многослойное, безопасное, химико-лабораторное и термометрическое, медицинское, стекловолокно, стекло в атомной технике); тарное и сортовое; стеклокристаллические материалы.
В строительстве находит применение силикатное стекло, поэтому здесь будет рассматриваться только этот вид стекла.

Классификация и структура строительного стекла

Структура стекла
По Захариазену (1932), структура стекла представляет собой непрерывную сетку, каркас которой состоит из Si04 групп. В узлах сетки располагаются ионы, атомы или группы атомов. Таким образом, стекло имеет в принципе такое же   строение,  как  кристаллические 'минералы  (например, кварц),

с той лишь разницей, что у стекла структурная сетка не упорядочена.
Классификация строительного стекла
Классификация  стекла только по способам производства не охватывает всех видов применяемых в строительстве стекол, поэтому строительное стекло  классифицируют следующим образом:
по форме стелоизделий (плоское, листовое; профильное; стеклоблоки; стеклянное волокно);
по способам производства (тянутое; прокатное; прессованное — стеклоблоки, черепица — стекловолокно, стекловата, пеностекло);
по целям применения: оконное; закаленное; полированное; профильное, стеклоблоки, черепица, плитки; теплоизоляционное; текстильное);
по свойствам (оконное, прокатное, полированное, теплоизоляционное,   звукоизоляционное,   светотехническое,   армированное,   цветное).

Приведенная классификация не охватывает всех видов архитектурно-строительного стекла и областей его применения. Более полная классификация опубликована в отечественной литературе.

Изготовление стеклянного изделия. Видео