Для изготовления стеклопакетов, которыми комплектуются современные оконные и дверные блоки, преимущественно используется флоат-стекло. Этот практичный материал уже давно полностью заменил морально устаревшие прототипы, которые требовали дополнительной обработки при производстве, стоили дороже и уступали по прочности и оптическим характеристикам. На текущий момент выпускается свыше 200 наименований изделий на основе флоат-стекла, имеющих доступную цену. Это позволило удовлетворить практически все текущие потребности строительного рынка.
Описание способа производства
Термическое формование стеклянной ленты на расплаве металла — самый массовый исовременный способ производства листового стекла. Его суть состоит в том, чтоиз стекловаренной печи расплавленная стекломасса поступает во флоат-ванну,заполненную расплавом олова и имеющую защитную азото-водородную атмосферу.Расплав стекломассы свободно растекается по поверхности расплавленного олова и,за счет сил тяжести и поверхностного натяжения, приобретает форму с чрезвычайноплоскими и параллельными поверхностями. Для получения стекла необходимойтолщины производится либо растягивание ленты стекла (для малых толщин), либоограничение растекания стекломассы (для больших толщин). Как правило, флоат-стеклоимеет толщину от 3 до 19 мм. Технически имеется возможность производить стеклотолщиной от менее 1 до 25 мм, однако в строительстве рекомендуется применять стеклотолщиной не менее 3 мм.
В 1952 г. английская фирма Pilkington началаисследования по получению непрерывной ленты стекла на расплаве металла, в 1959 г. — объявила о разработке новогопромышленного процесса и тем самым положила начало стремительному роступроизводства высококачественного стекла.
В 1959 г. вГосударственном институте стекла СССР и его саратовском филиале началисьразработки по созданию независимого флоат-процесса. Одновременно в этом женаправлении проводились работы на Украине на заводе “Автостекло” (г. Константиновка),где были впоследствии введены в эксплуатацию три флоат-установки. Первые две линии— ТПС-1500 и ТПС-3000 с шириной ленты соответственно 1500 и 3000 мм — позволяли выпускать полированноестекло толщиной 6-7 мм, третья была специализированной линией для производствастекла толщиной от 6 до 20 мм, спроектированной ПКБ Государственного Института Стекла сиспользованием авторских свидетельств завода “Автостекло”.
В 1974 г.американская фирма Pittsburgh Plate Glass (PPG) запатентовала свой способпроизводства флоат-стекла (пат. США 3843346), отличный от способов фирмы Pilkingtonи отечественной разработки.На сегодняшний день известны трипринципиально различающихся флоат-способа производства листового стекла.
1. Способ фирмы Pilkington – подача стекломассы из стекловаренной печи вванну расплава — осуществляется методом свободного слива по узкому лотку,отстоящему от поверхности олова на некотором расстоянии. Отформованная лентастекла выводится из ванны расплава на первый вал печи отжига (шлаковой камеры)с температурой 600-615°С и поднимается над выходным порогом (с перегибомленты); уровень олова в ванне ниже уровня порога на 8-10 мм.
2. Способ двухстадийногоформования – разработан саратовским филиаломГосударственного института стекла. Лента стекла выходит из ванны расплава безперегиба на газовоздушную опору (подушку) при температуре более 650°С. При этомуровень олова в ванне выше уровня порога на 2-3 мм, что достигается за счет примененияэлектромагнитных индукторов, также разработанных институтом (авторскиесвидетельства СССР 248917, 392674). На газовоздушной подушке происходит втораястадия формования ленты, где она охлаждается. При этом обеспечиваетсяокончательная фиксация ее геометрической формы, после чего лента передается наприемные валы печи отжига. Преимуществом двухстадийного способа формованияявляется возможность передачи ленты стекла на приемные валы печи отжига с болеенизкой температурой (570-580°С), что ниже на 20-35°С, чем в процессе фирмы Pilkington,и более надежно обеспечивает сохранность нижней поверхности. Что касаетсяпроцессов восстановления оксидов олова, то, поскольку температура олова ввыходной части ванны расплава выше примерно на 50°С и составляет около 650°С,процессы восстановления оксидов олова идут интенсивнее, что повышает качествонижней поверхности ленты стекла.
3. Способ производства флоат-стекла, разработанный фирмой PPG – отличается узломслива стекломассы из стекловаренной печи в ванну расплава. Этот способпредусматривает подачу стекломассы из печи в ванну расплава в видегоризонтального слоя на поверхность расплава металла на том же уровне, что и передаваемыйслой. Использование данного способа позволяет вырабатывать ленту стекла безрастекания в “лужу”, т.е. без нарушения ламинарности слоев подаваемойстекломассы, что обеспечивает получение стекла (как толстых, так и тонкихноминалов) с высокими оптическими показателями.В процессе формования изделий при достаточно быстром их охлаждении в стеклевозникают напряжения, неравномерно распределенные в изделии, что отрицательносказывается на его механической прочности. Для снятия этих напряжений применяютдополнительную тепловую обработку — отжиг стекла, являющийся необходимойстадией технологического процесса.
Процесс отжига включает следующиестадии:
- нагрев (или охлаждение) изделия дотемпературы отжига — проводится с максимальной скоростью, не вызывающейразрушения стекла;
- выдержка при температуре отжига допрактически полного удаления временных напряжений — температуру выдержкивыбирают таким образом, чтобы предотвратить деформацию изделий, но приэтом обеспечить достаточно высокую скорость релаксации напряжений;
- медленное охлаждение до нижнейтемпературы отжига со скоростью, не допускающей возникновения новыхнапряжений;
- быстрое охлаждение со скоростью,ограничиваемой только термостойкостью изделия.
Затем следуют операции резки иупаковки стекла.
Метод 2: выдувание стекла
В этом стеклоформующем методе расплавленное стекло раздувается в пузырь с помощью выдувной трубки. Оно используется для производства бутылок и другой тары.
Как это работает?
Инфляция относится к процессу расширения расплавленного куска стекла путем впрыскивания в него небольшого объема воздуха. Поскольку атомы в жидком стекле связаны прочными химическими связями в беспорядочной и неупорядоченной сетке, расплавленное стекло достаточно вязкое, чтобы его можно было выдувать. По мере остывания он медленно затвердевает.
Чтобы облегчить процесс выдувания, жесткость расплавленного стекла увеличивают за счет небольшого изменения его состава. Оказывается, добавление небольшого количества Натрона делает стекло более жестким для выдувания. (Натрон — это природное вещество, содержащее декагидрат карбоната натрия и бикарбонат натрия.)
При выдувании более толстые слои стекла охлаждаются медленнее, чем более тонкие, и становятся менее вязкими, чем более тонкие. Это позволяет производить выдувное стекло одинаковой толщины.
За последние пару десятилетий были разработаны более эффективные и действенные методы выдувания стекла. Большинство из них включает одни и те же шаги:
Шаг 1: Поместите стекло в печь и нагрейте его до 1300 °C, чтобы сделать его пластичным.
Шаг 2: Поместите один конец выдувной трубки в печь и катайте им по расплавленному стеклу, пока к нему не прилипнет «капля» стекла.
Шаг 3: Раскатайте расплавленное стекло по марверу, плоской металлической пластине, которая сделана из полированной стали, графита или латуни и прикреплена к деревянному или металлическому столу. Марвер используется для контроля формы, а также температуры стекла.
Марвер используется для формования стекла
Шаг 4: Вдуйте воздух в трубу, чтобы создать пузырь. Соберите больше стекла над этим пузырьком, чтобы сделать более крупный кусок. После того как стекло получило желаемый размер, дно готово.
Шаг 5: Прикрепите расплавленное стекло к стержню из железа или нержавеющей стали (обычно известному как острие), чтобы сформировать и перенести полую деталь из паяльной трубы.
Шаг 6: Добавьте цвет и дизайн, окунув его в битое цветное стекло. Эти раздавленные куски быстро прилипают к основному стеклу из-за высокой температуры. Сложные и подробные узоры можно построить, используя трость (стержни из цветного стекла) и муррин (стержни, разрезанные в поперечном сечении для выявления узоров).
Шаг 7: Возьмите полученное изделие обратно и раскатайте его еще раз, чтобы придать ему требуемую форму.
Шаг 8: Снимите стекло со стеклянной трубы с помощью стального пинцета. Обычно нижняя часть выдувного стекла отделяется от вращающейся выдувной трубы. Его можно извлечь из паяльной трубки одним касанием.
Шаг 9: Поместите выдувное стекло в печь для отжига и дайте ему остыть в течение нескольких часов. Во избежание случайного образования трещин не подвергайте его резким перепадам температуры.
Римское выдувное стекло IV века нашей эры
Этот метод требует особого терпения, упорства и сноровки. Для создания сложных и крупных изделий требуется группа опытных мастеров по стеклу.
Свойства флоат-стекла
Одной из важнейших характеристик бесцветного и особо прозрачного флоат-стеклаявляется коэффициент направленного пропускания света. Чем больше значение этогокоэффициента, тем большей степенью прозрачности обладает стекло и тем меньшеего цветовой оттенок. С увеличением толщины обычного бесцветного флоат-стеклакоэффициент направленного пропускания света снижается, и более заметнымстановится зеленоватый или голубоватый оттенок стекла. В особо прозрачныхстеклах этого нет: с увеличением толщины стекла коэффициент направленногопропускания света практически не меняется. Отличие между особо прозрачным иобычным бесцветным флоат-стеклом особенно заметно, если посмотреть в торецстекла: в бесцветном стекле наблюдается ярко выраженный цветовой оттенок, а вособо прозрачном стекле цветового оттенка практически нет.На значение коэффициента направленного пропускания света существенное влияниеоказывает химический состав стекла, который в свою очередь зависит от составасырьевых материалов. Поскольку крупные производители бесцветного термополированногостекла работают, как правило, на похожих составах и имеют хорошо отработаннуютехнологию очистки сырья, стекла разных производителей имеют примерноодинаковые значения коэффициента направленного пропускания света, но могутиметь различные цветовые оттенки.
Цветное (окрашенное в массе) термополированное стекло характеризуетсяспособностью избирательного пропускания и поглощения света и солнечной энергиив различных областях спектра, что обусловлено его окраской. По сравнению сбесцветным стеклом цветные стекла всегда хуже пропускают и лучше поглощаютсвет, поэтому их часто называют “светозащитными”, “солнцезащитными”, “солнцерегулирующими”и т.д.
С увеличением толщины цветного стекла его способность к пропусканию светазначительно снижается, а поглощение, соответственно, увеличивается. Визуальноэто проявляется в том, что тонкие стекла имеют более светлый оттенок, толстые —более темный. Это необходимо учитывать в тех случаях, когда требуется цветоваяоднородность, например, при остеклении фасадов зданий. Кроме того, на цветстекла существенное влияние оказывает химический состав стекла, которыйзависит, в частности, от количественного и качественного состава добавляемыхкрасителей. Каждая фирма-производитель работает со своими составами, поэтомуспектр выпускаемых в настоящее время цветных стекол весьма широк. Изменениесостава стекла, которое может быть вызвано различными технологическимипричинами, может привести к тому, что две партии цветного стекла одной и той жемарки и толщины, изготовленные одним производителем, но в разное время, могутзаметно отличаться по цвету.
Изготовление специальных видов стекольной продукции
Производство стекла не исчерпывается прямоугольными листами. Современная стекольная промышленность поставляет на рынок большой ассортимент стеклянных изделий, используемых в самых разных отраслях народного хозяйства и в повседневном быту.
- Автомобильные стёкла. Главное требование к внешнему остеклению автомобиля — прочность стекла и отсутствие опасности разлёта осколков при ДТП. Поэтому, производство авто стёкол осуществляется в два этапа: отливка двух одинаковых стеклянных заготовок, и склеивание их между собой при помощи особой плёнки. В результате получается многослойная конструкция, скреплённая между собой клейкой лентой. При аварии осколки разбитых автомобильных окон остаются висеть на внутренней плёнке, и опасность пораниться разбитым стеклом сводится к минимуму.
- Стеклотара. Производство стеклотары — банок, бутылок и прочих ёмкостей, — позволяет обеспечить необходимой посудой целый ряд отраслей хозяйства, прежде всего, пищевую и фармацевтическую. Процедура изготовления сводится к следующим этапам: получение стеклянного расплава; отливка ёмкостей определённой формы и объёма; закалка полученной продукции.
- Армированное стекло. Производство армированного стекла включает в себя одновременную формовку листа с внедрением в него усиливающей металлической или полимерной сетки. Это придаёт листу большую механическую прочность и сопротивляемость ударным нагрузкам, напряжениям на изгиб и излом.
- Стеклянное оптиковолокно. В последнее время всё большие темпы набирает производство оптического стеклянного волокна. Оно применяется в различных сферах электротехники и волоконной оптике для передачи видео изображения. Оптиковолокно состоит из ряда прозрачных стеклянных нитей, формируемых в пучки кабеля. Сварка передающих нитей стекла производится с помощью особого оборудования.
- Цветное стекло. Производство колерованных стёкол известна уже не одну сотню лет. Необходимый окрас стекольному расплаву придают при помощи различных добавок. Чаще всего в их качестве выступают марганец, кобальт и другие металлы, способные вступать в химическую реакцию с основными стекольными ингредиентами.
Как видим, современная стекольная отрасль — высокотехнологичное производство, выпускающее десятки разновидностей продукции. Благодаря научно-техническому прогрессу, на мировой рынок регулярно поступают новейшие сорта и виды стёкол, обладающие улучшенными физическими и химическими характеристиками, и предназначенные для использования в самых разных отраслях.
Оцените статью:
Рейтинг: 0/5 — 0 голосов
Применениефлоат-стекла
Флоат-стекло — основной светопрозрачный материал, применяемый в строительстве.Оно может использоваться в качестве готового продукта для непосредственногоостекления различных строительных конструкций. Однако повышение в последниегоды требований к комфорту и безопасности привело к тому, что более 70%производимого в настоящее время термополированного стекла направляется надальнейшую переработку: нанесение покрытий, закалку, изготовление многослойныхстекол, стеклопакетов и т.п.
Выбор вида термополированного стекла (бесцветное, особо прозрачное, цветное)определяется конкретной целью его применения. Бесцветное стекло применяется для остекления различных светопрозрачныхконструкций, к которым не предъявляется особых требований к пропусканию света.
Производственное сырьё
В производстве стекла, в качестве основного материала, могут использоваться следующие химические вещества: оксиды, фториды или сульфиды. Классическая, наиболее распространённая технология предусматривает применение в качестве основного ингредиента кварцевого песка (до 70% от общей массы), содержащего в себе большое количество оксида кремния SiO2. Как дополнительные компоненты используются доломиты и известняки, а также сульфат натрия.
В качестве катализатора и ускорителя процесса стеклообразования в состав шихты добавляются стеклообразующие окислы. Кроме того, для придания производимому стеклу неких требуемых свойств, в его состав вводятся дополнительные компоненты — колеровочные материалы, изготовленные на основе марганца, кобальта, хрома; осветлители из селитры или окиси мышьяка.
В зависимости от основного стеколообразующего сырья и дополнительных компонентов имеются следующие виды стёкол:
- Силикатные. Производство их основывается на силикатном оксиде SiO2. Основная разновидность, используемая сегодня повсеместно в быту и в промышленности. Это оконные и автомобильные стёкла, зеркала, экраны телевизоров и компьютерных мониторов.
- Натриево-кальциевые. Также этот тип стёкол именуется «содовым» или «кронгласом», и отличается лёгкостью плавления и мягкостью, что делает его простым в обработке. Часто применяется для изготовления мелких деталей сложной конструкции, либо в декоративном искусстве.
- Калиево-кальциевое, или поташное. Характеризуется тугоплавкостью и твёрдостью. Производство поташного стекла требовало большого количества древесины — основного сырья для поташа. Чтобы получить один килограмм поташа требовалось пережечь тонну деревьев, поэтому данный сорт стёкол также именовался «лесным стеклом». Вплоть до 18 века в России поташное стекло являлось основной разновидностью, которое выпускала отечественная стекольная промышленность.
- Свинцовое. В быту эта разновидность стекла более известна под наименованием «хрусталь». Производство хрусталя отличается от традиционной технологии введением в состав, в качестве дополнительного компонента, оксида свинца. В итоге получается тяжёлые стеклянные изделия, обладающие ярким блеском и способностью к дисперсии — разложению светового луча на отдельные составляющие. В итоге, при прохождении сквозь хрусталь, свет начинает играть всеми оттенками радуги.
- Борсиликатное. Отличается высокой механической устойчивостью к различным агрессивным воздействиям: тугоплавкость, невосприимчивость к кислотным и щелочным средам, резким скачкам температуры. Достигается это путём введения в процессе изготовления в состав стекольной массы оксида бора. Себестоимость борсиликатного стекла получается выше, нежели простого силикатного, но его высокие механические свойства с лихвой компенсируют этот недостаток. Применяется для изготовления медицинской и лабораторной посуды.
Описание способа производства
Вертикальное вытягивание стекла (ВВС) — это устаревшая группа методовформования листового стекла, суть которых состоит в том, что из выработочнойчасти стекловаренной печи вязкая стекломасса, интенсивно охлаждаемая при помощихолодильников, постепенно оттягивается специальными машинами в виде непрерывнойленты. По виду узла формования различают “лодочное” и “безлодочное”вытягивание.При лодочном способе вертикального вытягивания стекла (ЛВВС) используетсяспециальное формообразующее тело — “лодочка”, представляющая собойпрямоугольный брус из огнеупорного материала, имеющий сквозной продольный вырез— щель. При принудительном погружении лодочки в стекломассу последняявыдавливается над ней в виде луковицы, из которой непрерывно оттягивается лентастекла при помощи системы вращающихся валков вытяжной машины (валкивзаимодействуют уже с затвердевшей лентой). Для интенсификации охлаждения итвердения ленты по обе стороны от нее устанавливают водяные холодильники.Недостатком данного способа является невысокое качество поверхности лентыстекла, обусловленное образованием продольной полосности, зависящей отсостояния щели лодочки.
Безлодочное вертикальное вытягивание стекла (БВВС) осуществляетсянепосредственно со свободной поверхности стекломассы в результате оптимальногорегулирования ее вязкости (с целью образования луковицы) путем экранированияузла формования (зеркала стекла) оградительными устройствами и водянымихолодильниками. Для формования и удерживания бортов ленты по ее краямустанавливают бортоформующие ролики принудительного вращения, а в остальномпроцесс аналогичен лодочному вытягиванию. Этот способ обеспечивает болеевысокое качество поверхности ленты стекла, чем метод ЛВВС, однаконеоднородность химического состава стекломассы и колебания температуры поповерхности вытягиваемой ленты часто приводят к большим оптическим искажениям встекле. Методом вертикального вытягивания изготавливают бесцветное и цветное(окрашенное в массе) стекло. Обычная толщина тянутого стекла — от 2 до 12 мм, однако в строительстверекомендуется применять стекло толщиной не менее 3 мм.
Свойства тянутого стекла
Как и для термополированного стекла, основными показателями, характеризующими качество тянутого стекла, являются коэффициент направленного пропускания света,оптические искажения и пороки внешнего вида.
Значение коэффициента направленного пропускания света бесцветного тянутогостекла, как правило, на 1-2% меньше, чем у бесцветного термополированнонногостекла той же толщины. Это объясняется тем, что при производстве тянутогостекла обычно используют сырьевые материалы низкого качества (с большимсодержанием примесей). Однако при необходимости можно изготовить тянутое стеклос оптическими характеристиками, аналогичными характеристикам бесцветного иособо прозрачного флоат-стекла.
По оптическим искажениям тянутое стекло значительно уступает термополированному.По этому показателю наилучшим считается тянутое стекло, в котором оптическиеискажения не наблюдаются при просмотре экрана “кирпичная стена” под углом 45°.Количество пороков внешнего вида в тянутом стекле обычно больше, чем в термополированном,однако при производстве некоторых видов декоративных стекол это считаетсяскорее достоинством, чем недостатком.
Важными характеристиками термополированногостекла являются оптические искажения и пороки внешнего вида (дефекты стекла).Наличие этих дефектов обусловлено технологией производства, поэтому их присутствие в стекле допускается, но строго регламентируется в количественном отношении национальными и международными стандартами, техническими условиями и стандартами фирм.
Воздействие на окружающую среду
Основное воздействие производства стекла на окружающую среду обусловлено процессами плавления, при которых в атмосферу выделяются различные газы. Например, сжигание топлива или природного газа и разложение сырья приводят к выбросу диоксида углерода.
Аналогичным образом, при разложении сульфатов в материалах партии образуется диоксид серы, который способствует подкислению. При разложении соединений азота высвобождаются оксиды азота, что способствует подкислению и образованию смога. Кроме того, при испарении из сырья и расплавленных компонентов в атмосферу выбрасываются тонны частиц.
Другие факторы, такие как выбросы летучих органических соединений и образование твердых отходов в процессе производства, также вызывают экологические проблемы.
Однако переработанное стекло может решить многие из этих проблем. Его можно переработать несколько раз без значительной потери качества. Каждые 1000 тонн переработанного стекла могут привести к сокращению выбросов углекислого газа на 300 тонн и экономии энергии на 345 000 кВтч.
В меньшем масштабе переработка одной стеклянной бутылки может сэкономить достаточно энергии для питания 20-ваттной светодиодной лампы в течение часа.
Несмотря на то, что обе технологии производства значительно улучшились с точки зрения эффективности, дальнейшее сокращение выбросов частиц пыли, двуокиси углерода и двуокиси серы по-прежнему является основной экологической задачей при производстве листового стекла.
Применение тянутого стекла
В современном строительстве существует два основных направления использованиятянутого стекла:
- остекление объектов, ккоторым не предъявляются высокие требования по оптическим искажениям. Это могутбыть либо объекты хозяйственного назначения (склады, теплицы и т.д.), либо окнав жилых зданиях. Для этих целей применяется бесцветное тянутое стекло массовогопроизводства;
- декоративное оформлениезданий и интерьеров (окна, двери, перегородки и т.п.). Для этих целейиспользуют различные виды цветных или бесцветных стекол, специальноизготавливаемых в небольших количествах.
- для усиления декоративного эффектатянутое стекло может подвергаться дополнительной обработке: нанесению некоторыхвидов покрытий, различным видам декорирования и т.п.
- в некоторых случаях, в целях повышения безопасности, тепло- и звукоизоляцииостекления тянутое стекло может быть упрочнено или использоваться в составемногослойных стекол и стеклопакетов, однако это не рекомендуется, так какприводит к значительному увеличению оптических искажений изделий.
