Виготовлення скла

Різноманітні вироби зі скла повсюдно, куди не кинь оком, оточують кожного з нас у повсякденному житті. Вони захищають наші оселі від холодів, вітрів та інших природних явищ, спрощують побут і, разом з тим, дають неймовірну свободу для того, щоб творити. Вікна, посуд, вази, дзеркала, акваріуми, різна тара і побутові ємності, вітражі та предмети мистецтва – все це та багато іншого виготовляється зі скла. Є такі вироби, які можуть бути винятково скляними, є і такі, які можна виготовити з інших матеріалів. Але в будь-якому випадку скло як початковий матеріал для кожної зі згаданих вище груп виробів має неабияке значення. Сучасні реалії без нього не те, що важко уявити, а взагалі нереально. Це той випадок, коли чудові в плані функціоналу і/або дизайну вироби можна отримати з елементарних доступних матеріалів. Тому зовсім не викликає подиву, що виробництво скла, як і виробів з нього, постійно набирає обертів, а попит у споживача тільки зростає.

Виробництво скла та технологічні моменти

Скло – це рідина, що перебуває в твердому стані при t земного середовища, яке нас оточує. Це аморфне тіло, створюване при охолодженні розплавів, яким властивий різний хім. склад і особливості твердих тіл.

Виготовлення скла – це об’ємний процес, який на всіх етапах (від самого початку, можна навіть сказати, від задуму, до передачі в експлуатацію кінцевого продукту) вимагає вкладень і бездоганних знань багатьох технологічних моментів.

Існує два способи отримання цього чудового матеріалу:

- фурко (прокатка гарячої маси скла через спеціальні валики з подальшим переміщенням в охолоджувальну камеру і розподілом на листи);

- флоат (поміщення стрічки скломаси в охолоджувальний олов’яний розплав, в результаті чого нижня поверхня виходить бездоганно гладкою, а верхня – рівною; плюс охолодження і термовідпал з метою збільшення механічної міцності). На сьогодні флоат є головним і активно прогресуючим способом світового скловиробництва. Адже він дарує масу переваг:

- високопродуктивність;

- абсолютно гладку поверхню;

- мінімум оптичних вад і спотворень готових виробів;

- відсутність необхідності в додатковій обробці;

- декорування.

Виробничі етапи, на загал, можна розділити на такі:

- підготовка сировини (висушування, подрібнення до необхідних розмірів);

- відмірювання точних кількостей інгредієнтів: кварцового піску і добавок (детальніше про це поговоримо трохи нижче);

- плюс змішування їх і приготування з них скляної шихти;

- нагрівання суміші (варіння скломаси) до значної температури. Це найважливіша і дуже складна операція, можна сказати, суть виготовлення скла. Без цього етапу скловиробництво стає неможливим. Виконується він у ванних печах безперервної дії, сформованих з вогнетривів. Якщо потрібно варити спеціальне скло (оптичне, кольорове або інше), вдаються до застосування горшкових печей. Коли шихта нагрівається до 1100-1150 °С, утворюються силікати, спочатку тверді, а пізніше розплавлені. При подальшому варінні виходить скломаса, неоднорідна і наповнена у значній кількості бульбашками газу. Щоб її освітлити і гомогенізувати, температуру збільшують до 1500-1600 °С. В результаті цього в’язкість розплаву зменшується, вилучення газових елементів стає більш спрощеним, а розплав набуває однорідної структури;

- формування виробів. Після варіння йде студка, тобто охолодження скломаси до t, при якій вона стає в’язкою і підходить для створення виробів відповідним методом (витягуванням, прокачуванням, пресуванням, литтям, видуванням тощо.). Щоб отриману форму зафіксувати, виконують оперативне охолодження;

- термічна, механічна або хімічна обробка виробів для підвищення якісних характеристик матеріалу. Наприклад, відпал дозволяє позбутися внутрішнього напруження, яке виникає внаслідок низької теплопровідності скла.

Є ще такі етапи, як обрізка та різання скла. Примітно, що виготовлення скла – процес безвідходний: обрізки з країв, які з’являються в процесі нарізування, не викидають, а вносять у нові партії скляних мас. Що стосується різання, то воно повинне виконуватися вкрай акуратно, з урахуванням діаметра ріжучого інструменту, швидкості операції, кута заточування кромки різу і тиску різця на поверхню матеріалу. Якщо все це залишити поза увагою, скло розлетиться на дрібні частинки, оскільки у нього немає кристалічної гратки, а механічна дія провокує довільне псування.

Характеристики, властивості та різновиди скла

Тепер, коли зрозумілий процес виготовлення скла, не буде зайвим розібратися у властивостях і характеристиках цього матеріалу. Так, існує низка параметрів, покладених в основу поділу скла. Якщо відштовхуватися від призначення, то можна виділити 3 категорії: побутове (для посуду, ємностей, біжутерії, окулярів і т.д.), будівельне (для склоблоків і склопакетів, вітрин, мозаїк, вітражів та ін.), технічне (для хімічної промисловості, машинобудування та інших промислових галузей).

За родом обробки скляні вироби належать до одного з п’яти класів:

1. Виконані за технологіями, які передбачають певну обробку скла.

2. Поверхня яких пройшла механічну обробку (шліфування, полірування, матування без задіяння хімічних засобів, гравірування тощо).

3. Чиї грані були піддані холодній механічній обробці (наприклад, заокруглення або фацетування).

4. Піддані хімічній обробці (травленню, матуванню із задіянням кислот...).

5. Скло з покриттям, зокрема, плівковим.

Ще один розподіл скла – згідно з фактурою зовнішньої поверхні. Тут виділяють 7 категорій: одна – це матові, шість інших – глянцеві (травлені, вільні від покриттів або покриті органічною плівкою/кремнійорганічними субстанціями/напівпровідниками/металевим напиленням). Крім того, скло буває кварцовим, вапняним, свинцевим, акриловим та силікатним, енергозберігаючим і сонцезахисним, армованим і броньованим, гнутим і листовим, медичним та оптичним...

Серед основних властивостей цього матеріалу:

- здатність пропускати світло (максимум до 92 %, адже зі 100 %-м пропусканням скла не існує в природі);

- мала теплопровідність (здатність передавати тепло від більш нагрітих ділянок до менш нагрітих), що робить його чудовим варіантом, наприклад, для виготовлення дверцят для камінів або духовок;

- твердість (опір до інших матеріалів), що дорівнює 6 балам за шкалою Мооса (для порівняння, у алмазу цей показник = 10).

Сировина для скляної промисловості

Це може здатися дивним, але кожен день маючи справу з виробами зі скла, ми не часто замислюємося про те, з чого ж його роблять, чи не так? А насправді питання дуже цікаве. Ось так беремо до рук келих і не знаємо, що виготовлений він з піску, але не звичайного, а кварцового, з великою кількістю в його складі кремнезему. Також скло складається зі соди, вапняку і води. Рекомендовані пропорції для основних компонентів: 70 % піску + 30 % соди + вапно. Якщо необхідно отримати кольоровий матеріал, важливо задіяти певний оксид металу. Якого саме, залежить від бажаного забарвлення. Наприклад, щоб скло стало зеленим, до нього потрібно внести окиси хрому і міді, жовто-зеленим – тільки окис хрому, синім – оксид кобальту і т.д. Якщо мета – висвітлити, то підійдуть такі речовини, як триокис миш’яку або селітра. Щоб надати склу додаткових характеристик, використовують також кислотні та склоутворювальні оксиди, зв’язки, поташ тощо. Тоді продукт виходить якісним і відповідає навіть найбільш ретельним вимогам споживачів.

Важливі добавки, які беруть участь у скляному виробництві.

Сода кальцинована (натрій вуглекислий). Безбарвна гігроскопічна порошкоподібна маса, сформована кристалами. Розчиняється у воді при нагріванні, в органічних розчинниках не розчиняється. Цей матеріал є важливим учасником у виробництві різних видів скла, зокрема, електровакуумного, оптичного і медичного, а також кришталю, склоблоків, піноскла і «рідкого» скла.

Натрієва селітра (нітрат натрію). Твердий білий значною мірою гігроскопічний кристалічний матеріал гірко-солоного смаку (допустимий сірий або жовтий відтінок). Добре розчиняється у воді. У скляному виробництві натрієва селітра задіюється для прискорення варіння, знебарвлення і освітлення скла.

Сульфат натрію (натрій сірчанокислий). Тверда маса, утворена білими гігроскопічними кристалами (можливий легкий сіруватий відтінок). Смак – солоно-гіркий. У воді розчиняється легко, в спиртах розчинення не відбувається. Сульфат натрію є одним з головних елементів шихти в скловиготовленні. Виступає, в основному, освітлювальною добавкою, адже він – джерело не тільки оксиду натрію, а й оксиду сірки, необхідного для прискорення освітлення скломаси. Застосовувана кількість залежить від обсягу соди і може становити 3-10 %.

Борна кислота. Тверда порошкоподібна маса, що складається з безбарвних кристалів. Розчиняється в гліцерині, діетиловому ефірі та етиловому спирті. У виготовленні скла, скло- та оптиковолокна виступає ефективним флюсом. Серед її позитивних впливів у цій справі: мінімізація температури плавлення, в’язкості, коефіцієнта теплорозширення, збільшення прозорості, блиску і теплового опору готової продукції, надання високої хімічної стійкості склу в цілому.

Оксид кобальту (окис кобальту). Кристалічний порошок від сіро-зеленого до чорного кольору. У воді та інших розчинниках не розчиняється, але, разом з тим, розчиняється в розбавлених кислотах і повільно – в гарячих лугах. У скляному виробництві за допомогою оксиду кобальту забарвлюють скло в різні відтінки синього. Який саме колір буде отриманий, залежить від кількості задіяної речовини: невеликі дози дають блакитне скло, значні – фіолетово-синє з червоним відтінком. Якщо поєднати окис кобальту з іншими сполуками, можна отримати скло різноманітних відтінків. Примітно, що забарвлення з його допомогою досить стабільне і не піддається впливу варильного режиму.

Кріоліт. Зовні це дрібнокристалічна біла порошкоподібна маса з рожевим або сірим відтінком. У виготовленні скла застосовуються різні марки кріоліту, зокрема, КП – для створення скла, в цілому, КАе – для електровакуумного скла.

Хлорид магнію (магній хлористий). Речовина, сформована безбарвними кристалами (в масі – білого кольору). Добре розчиняється у воді. Хлористий магній спільно з окисом магнію часто служить склеювальною замазкою для скла – магнезіальною зв’язкою, яка твердне без термічного впливу.

Нітрит натрію (натрій азотистокислий). Є гігроскопічним порошком, що складається з кристалів. Колір – білий або ледь жовтуватий. У воді розчиняється добре. Активно задіюється в скляній промисловості.

Свинцевий сурик (оксид свинцю (II, IV)). Важка порошкоподібна маса насиченого помаранчевого кольору. Скловиробництво – одна із основних сфер застосування цієї речовини. Вона задіюється в скловарінні кришталю, оптичного скла, а також скла радіаційностійкого і захисного.

Гліт свинцевий (оксид свинцю (II)). Порошкоподібна маса різних відтінків жовтого кольору. Застосовується для створення електровакуумного скла і електрокераміки, а також для свинцевого кришталю і кришталевого скла.

Селен. Крихкий чорний/сіро-чорний з блиском на зламі неметал. У скловиробництві використовується для знебарвлення скла і створення скла кольорового. Дозволяє робити його в різних кольорах: від жовтого до рубінового. Крім того, в сукупності з оксидами кобальту і заліза задіюється у виготовленні бронзового архітектурного скла і затонованого для автомобілів.

Ми постаралися всебічно розглянути таку цікаву і важливу тему, як «виготовлення скла». Не тільки висвітлили основні технологічні моменти, але й окреслили сировинну базу, необхідну для скловиробництва. Якщо вам знадобиться щось уточнити додатково, звертайтеся до наших менеджерів за контактними номерами. Впевнені, ми знайдемо, чим вам допомогти!