Производство стекла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. История возникновения стекла

2. Технология изготовления стекла

2.1 Состав стекла

3. Виды стекла и применение

3.1 Основные промышленные виды стекла

4. Инновации в стекле

Заключение

Литература

Введение

Стекло - вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, - универсальный в практике человека. Структурно - аморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии - от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного - в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты). Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.). Прозрачность (для видимого человеком излучения) не является общим свойством для всех видов, существующих как в природе, так и в практике стёкол.

Основной недостаток обычных стёкол - хрупкость. Для того, чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (сталинит), создают многослойные композиты (триплекс, плёночные покрытия) и упрочняют методом низкотемпературной ионообменной диффузии. Армирование, вопреки распространённому мнению, ослабляет стекло, делает его более хрупким по сравнению с таким же монолитным стеклом.

Интересны сведения о том, что стекло, в общем смысле, за время своего существования не претерпело практически никаких изменений (самые ранние образцы того, что стали называть стеклом, ничем не отличаются от известного всем - бутылочного), однако в данном случае речь идёт о веществе и материале минерального происхождения, нашедшем применение в современной практике. стекло расплав агрегатный

1. История возникновения стекла

Стекло - твердое тело, аморфное по своему строению. Стекла бывают природные и искусственные, изготовленные человеком. С глубокой древности человек научился использовать природное стекло в качестве орудии труда. Среди природных стекол, которыми пользовался человек еще в доисторические времена, различают тектиты и обсидианы. И те, и другие находят на стоянках людей каменного века.

Древний человек использовал природные стекла для изготовления различных рубил, скребл, наконечников для стрел и копий, ножей и других орудии труда. Тектиты облюбовывались древними и как амулеты.

Очень давно научился человек производить стекло. На заре человеческой культуры в печах-ямах, используемых для обжига глиняных горшков и отапливаемых соломой, тростником или деревом, первую глазурь на стенках этих горшков дала, плавившаяся при не очень высокой температуре, зола. Стекая со стен горшков и смешиваясь с песком на дне этих ям, зола дала первую стекломассу. Таким образом, колыбелью стеклоделия можно считать ямную печь. И, надо сказать, что зола, содержащая до 40% щелочи, оставалась еще до середины 19 в. важным компонентом шихты на многих стекольных заводах, назначение щелочи понижать температуры плавления стекол. Наряду с золой, как источник щелочи, применяли еще в 1-ом в. н.э. полученные из нее поташ и соду, подразумевая под ними два основных вида экстракта из зол разных растений. В Египте использовали природную соду.

Помимо золы, второй основной компонентой стекла служит кварцевый песок. В древности, в ранние этапы стеклоделия славился сирийский песок с реки Белус. Этот песок практически не содержал окислов железа.

Кроме этих основных стеклообразующих компонентов применяют различные добавки - красители, глушители и специального назначения, придающие стеклу те или иные свойства.

Многие исследователи считают, что стеклоделие впервые зародилось в Месопотамии около 5000 лет тому назад. В Сирии были обнаружены осколки стекла, относящиеся к 2500 г. до н.э. Доподлинно известно, что в 16-14 вв. до н. э. стеклоделие в Египте было высоко развито. Раскопки, производимые Фливдерсом Петри в Тедь-аль-Амарне (близ Фив) в 189I-1892 гг.выявили остатки стеклодельческой мастерской времени одного из фараонов 18 династии. Были обнаружены остатки печей фрагменты тиглей для плавки стекла, битое стекло и другие предметы.

В начале нашей эры центр стеклоделия, переносится в Рим. Во времена Нерона (54-68 г.н.э.) применение стекла в Риме столь широко распространилось, что простой стеклянный бокал можно было купить за медную монету. В Риме появляется оконное стекло. Оно не было похоже на наше. Приготовленное выдувным способом оно представляло собой диски небольшого размера, вставляемые в переплеты деревянных или каменных решеток. В литературе тех времен сохранилось описание процесса варки стекла. Плиний Старший писал, что тончайший белый песок истирали и смешивали с 3 объемами соды. Смесь расплавляли, затем переносили в другую печь, где образовывалась масса, называемая Плинием "аммонитр". Аммонитр вновь переплавлялся в чистое белое стекло. Римские мастера вначале пользовались ввозимой из Фракии содой, затем перешли на добычу ее из золы водорослей.

Перенеся в 330 г. столицу из Рима в Византию, в Константинополь, Константин перевел в нее множество ремесленников, в том числе и стеклоделов.

Значительного развития в Византии достигла такая ветвь стекольного производства, как мозаика. Потребность в мозаике была огромная в связи со строительством большого числа храмов и особенно Софии Константинопольской, где мозаика как декор использовалась очень широко.

В 1204г. крестоносцы, а среди них были и венецианцы, взяли Константинополь и почти одна треть территории Византии отошла к Венеции. Заполучив на востоке мастеров и их секреты, венецианцы начинают активно осваивать стекольное дело. В конце XIII в. на острове Мурано, в двух км. от Венеции, уже существуют стеклодельные мастерские.

В 14-13 веках художественная ценность венецианского стекла общепризнанна. Расцвет его приходится на 16 в.. Это тончайшее, чистейшее и очень изящное стекло. Формы изделий исключительно многообразны. Преобладают рюмки, бокалы, посуда на ножках. Наряду с бесцветным применялось и цветное стекло, позолоченное. Изобретение филиграни - прозрачного стекла с сетчатыми переплетениями молочно-белых нитей, еще более увеличило и без того всемирную славу венецианского стекла в 16 в.. О том насколько дорожили мастерами стеклоделия в Венеции говорит тот факт, что когда французский король Генрих III посетил Венецию, то он пожаловал всем первым мастерам Мурано французское дворянство.

Только в 17 в. венецианское стеклоделие начало клонится к упадку. В это время в Чехии в 1609г. Кашпаром Леманом был изобретен рецепт массивного, твердого стекла, получившего название хрусталь за сходство с горным хрусталем. В стекло стали добавлять кальций, придавший чистоту и прозрачность, твердость, больший показатель преломления и, следовательно, игру света. Чешский хрусталь, или как его еще называют богемский, в то время позволял применять глубокую гравировку - резьбу по стеклу. С этого времени начинается новая эпоха в истории художественного стеклоделия.

Несколько позднее в Англии в стекло стали добавлять свинец. Свинцовый хрусталь обладает поразительным блеском и светопреломлением с великолепной игрой света - дисперсией. Кроме того, свинцовый хрусталь обладает красивым звоном. В 18 в. производство хрусталя возникает во Франции - знаменитая фирма Баккара, действующая и поныне.

2. Технология изготовления стекла

Обычно, предприятия производящие стекло используют в качестве ингредиентов стеклянный лом (битое стекло) плюс вышеперечисленные компоненты.

1) Составные элементы будущего стекла поступают в печь, где все это плавится при температуре 1500 градусов, образуя однородную жидкую массу.

2) Жидкое стекло поступает в гомогенизатор (аппарат для создания стабильных смесей), где оно перемешивается до массы с единой температурой.

3) Горячей массе дают отстояться несколько часов.

4) Жидкое стекло подается в емкость с жидким оловом, где оно плавает на его поверхности, принимая форму ленты.

5) Этап охлаждения.

6) Лента из стекла подается на роликовый конвейер, где лазерный сканер измеряет толщину ленты все еще горячего и мягкого стекла.

7) Автомат делает неглубокую поперечную борозду на поверхности уже остывшей и затвердевшей ленты.

8) Далее по конвейеру уже двигаются нарезанные фрагменты стекла, где специальный ролик обрезает края каждого фрагмента, чтобы получить край идеальной формы. Обрезки падают в специальный резервуар, чтобы поступить на вторичную переработку в качестве сырья.

9) Практически готовые листы транспортируются в отдел контроля качества продукции.

10) Специалист по контролю проводит несколько тестов с отдельно выбранным экземпляром из общей партии продукции.

11) Далее листы стекла отправляются в хранилище готовой продукции, где и находятся до отправки потребителю.

2.1 Состав стекла

Чистый кремнезем (SiO2) имеет точку плавления примерно 2000 градусов, и в основном используется для получения стекла для специальных приборов. Обычно в состав смеси добавляют еще два вещества, чтобы упростить процесс производства. Во-первых - это углекислый натрий (Na2CO3), или углекислый калий, который понижает точку плавления смеси до 1000 градусов. Однако, эти компоненты способствуют растворению стекла в воде, что является крайне нежелательным. Поэтому в состав смеси добавляют еще один компонент - известь (окись кальция, CaO), чтобы придать составу нерастворимость. Такое стекло содержит примерно 70%-ый кремнезем и называется известково-натриевым стеклом. Доля такого стекла в общем объеме производства составляет примерно 90%.

Так же как известь и углекислый натрий, к обычному стеклу добавляют и другие компоненты, чтобы изменить его физические свойства. Добавление в стекло свинца - увеличивает показатель преломления света, заметно увеличивает блеск, а добавка в состав смеси бора - изменяет тепловые и электрические свойства стекла. Оксид тория придавал стеклу высокий показатель преломления и низкую дисперсию, что необходимо в производстве высококачественных линз, но из-за его радиоактивности был заменен на оксид лантана в современной продукции. Добавки железа в стекло, используются для поглощения инфракрасного излучения (тепла).

Металлы и их оксиды добавляют в состав стекла, чтобы изменить его цвет. Например, марганец добавляют в малых количествах, чтобы придать стеклу зеленый оттенок, или при более высоких концентрациях - цвет аметиста. Так же как и марганец, селен используют в малых дозах, чтобы обесцветить стекло, или в больших концентрациях - чтобы придать красноватый цвет. Малые концентрации кобальта придают стеклу синеватый оттенок. Оксид меди придает бирюзовый свет. Никель, в зависимости от концентрации.

Помимо стекла обычного существует несколько разновидностей, представляющих собою историческую, культурную и художественную ценность. Например, чешское и муранское стекло.

3. Виды стекла и применение

Выделяют пять функций стекла, согласно которым и классифицируют виды стекол. Это:

· теплоизоляция в зимнее время

· защита комнаты от перегрева в летнее время

· звукоизоляция

· обеспечение безопасности

· эстетическая функция

В зависимости от того, какая функция стекол в интерьере для вас наиболее приоритетна, вы можете выбрать различные виды стекол.

Конечно, самые известные виды стекол - это листовое оконное и витринное стекло. Листовое оконное стекло используется для остекления окон и балконов. Оно прозрачно и бесцветно (допустим легкий голубоватый или зеленоватый оттенок). Витринное стекло толще оконного, также оно полированное. Обе поверхности полированного стекла тщательно шлифуют и полируют, за счет этого изображение не искажается, когда вы смотрите сквозь такое стекло.

Для теплоизоляции используют К-стекло. Это стекло высокого качества имеет прозрачное покрытие, которое хорошо пропускает солнечный свет, но не выпускает наружу тепло.

Также в интерьере часто используют такие виды стекол, как цветное стекло и узорчатое стекло. Листовое узорчатое стекло применяют, к примеру, для изготовления стеклянных дверей. Оно не абсолютно прозрачно благодаря рельефному узору. Такое стекло надежно защитит вас от посторонних глаз. Узор может располагаться на одной или обеих сторонах стекла. Узорчатое стекло. Те, кто считает, что гладкие стекла - это плоско и скучно, кому хочется чего-нибудь эдакого с завитками и загогулинами, могут выбрать узорчатые стекла. Их поверхность щедро украшена всевозможными орнаментами. Сейчас в Европе, например, самый писк - стекла с мелким-мелким геометрическим рисунком. Технология эта новая, и поэтому такие стекла стоят в четыре раза дороже обычных узорчатых. Обычные узорчатые стекла, получаются с помощью метода прокатки еще горячего стеклянного листа через рельефные валики. Но наши умельцы изобретают и свои способы обработки. Например, стекло мороз делают так - на стекло наносят силикатный клей, а затем кладут в печь. В результате получается очень похоже на те узоры, что зимой образуются на наших стеклах. Интересен и процесс рождения узорчатого стекла метелица. Под остывающую пластичную стеклянную массу пускают воздух, который, пробивая себе путь, оставляет на стекле рельефные волны. Брака здесь, конечно, уйма. Но зато красиво и нет ни одного стекла, похожего на другое. Обычные узорчатые стекла стоят в среднем 2 - 15 за 1 кв. м.

Цветное, или тонированное стекло может иметь разный цвет - зеленый, голубой, розовый... Для того чтобы получить цветное стекло, в процессе варки в него кладут специальные добавки. Также цветное стекло может быть двухслойным (бесцветный слой дополняется тонким цветным). Тонированное стекло хорошо использовать для витражей. Тонированное и зеркальное стекло, имеющее соответствующую пленку. На зеркальное наносится тончайшая пленка из серебра, цветное - может быть за счет пленки или за счет добавления какого-либо красителя в шихту. Очень популярны сейчас тонированные с легким оттенком коричневого, зеленого и т.д цветные с ярким насыщенным цветом стекла и те, что с зеркальным эффектом. Тонировать стекло, прошедшее отжиг, можно через любой промежуток времени хоть через год. Делают это так - стекло снова нагревают до 600-700 градусов, потом пульверизатором наносят раствор специальной пленкообразующей соли. В результате химических реакций на поверхности стекла образуются тонкие до 1 микрона прозрачные пленки оксидов металлов.

Эта пленка может быть токопроводящей, радиозащитной, теплопоглощающей голубая, теплоотражающей синяя, поглощающей УФ-лучи желтая, зеркальной пленка из оксида титана, солнцезащитной голубая - из закиси железа, декоративной зеленая и т.д. Есть пленки, которые обладают сразу несколькими свойствами.

Причем можно наносить пленки сразу после изготовления стекла и после этого направлять его на отжиг. Тонированные и зеркальные стекла, которые используются в строительстве, придают зданиям респектабельность и солидность.

Такие виды стекол, как марблит и стемалит - непрозрачны. Марблит, или стекломрамор имеет темный цвет (черный, темно-зеленый) и имитирует естественный камень (мрамор или гранит). Марблит может иметь гладкую, рифленую, кованую или мелкоузорчатую поверхность. Задняя сторона марблитовой плитки - рифленая, так легче сажать его на раствор. Чаще стекломрамор используется для облицовки нежилых помещений (магазинов, больниц и т.п.). Стемалит - это закаленное стекло, покрытое с одной стороны эмалевой краской. Благодаря термообработке стемалит хорошо сохраняет цвет, стоек к воздействию высоких температур и атмосферных явлений, поэтому тоже используется для облицовки.

Также для отделки помещений используют облицовочные коврово-мозаичные плитки. Изковрово-мозаичных плиток можно делать декоративные панно. Поверхность плиток может быть гладкой, рифленой, блестящей или матовой, цвет - практически любым.

Очень интересен такой вид стекла, как увиолевое стекло. Оно пропускает ультрафиолетовые волны в биологической области спектра, благодаря чему его можно использовать в детских садах, школах, больницах, поликлиниках и т.п.

В зависимости от особенностей стеклянных листов и используемого профиля различают такие виды стекол, как стеклоблоки, стеклопакеты, многослойное стекло, профилированное стекло, стеклянные полотна для дверей и стевит (стекловолокнистый лист). Профилированное стекло оснащено профилем швеллерного, ребристого или коробчатого типа (стекор). Стеклоблоки (стеклянные пустотные блоки) имеют герметически закрытую полость и свариваются из двух отпрессованных пластин. Они чем-то похожи на стеклопакеты, состоящие из листовых стекол, которые герметично склеены, спаянны или сварены. Чаще всего стеклопакеты используют в металлопластиковых окнах.

Многослойные стекла склеены из нескольких листовых стекол при помощи промежуточной пленки под воздействием высокого давления и температуры. Оно более безопасно, так как при разбивании за счет пленки не разлетается на куски, а также улучшает тепло- и звукоизоляцию. Стекловолоконный лист (стевит) изготавливается из двух листовых стекол с прокладкой из стекловолокна, соединенных герметиком. Для окантовки используется эластичная водостойкая лента. Стевит обладает светорассеивающим свойством.

Стеклянные полотна для дверей изготавливаются из закаленного стекла повышенной толщины. У них обработаны кромки, а также сделаны вырезы для удобства монтажа.

Энергосберегающее теплозащитное стекло

Оно сейчас расходится на ура во всем мире. И неспроста. Зимой энергосберегающие стекла сохраняют тепло, летом - прохладу. Подсчитано благодаря этим стеклам удается сократить расходы электроэнергии примерно на 30. И вообще снижение тепловых потерь чудодейственным образом отражается на климате всей Планеты - позволяет избежать глобального потепления. Так что, приобретая такие стекла, вы совершаете поступок вселенского масштаба. Я поняла, что технология изготовления таких стекол вообще тема для отдельного разговора. Поэтому мы поговорим об этом в следующий раз. А пока пойдем дальше.

Безопасные и прочные стекла.

Если бы наше привычное оконное стекло изобрели только сегодня, то его наверняка бы запретили использовать из-за несоответствия стандартам безопасности. Например, сейчас в общественных местах, где толчется много народа, стараются ставить безопасные стекла. Самое древнее среди них - армированное стекло, внутри которого проходит металлический скелет-сетка. Оно получается очень просто металлическую сетку вместе со стекломассой прокатывают между валками. Смотрится оно, не очень, но осколки не разлетятся в разные стороны. И хотя такое стекло, это уже прошлый век, оно все равно пользуется спросом недорого и безопаснее обычного. Стоит армированное стекло в среднем 4,5 - 20 за 1 кв. м.

Закаленное стекло более стойкое, чем армированное, и в 10 раз прочнее обычного. Закаливающие процедуры проводят таким образом горячее стекло сразу после изготовления быстро остужают холодным воздухом. В результате ему не страшны ни мороз, ни жара. Если по закаленному стеклу хорошенько двинуть, оно рассыплется на множество стеклянных осколков-крошек. Но так как нет острых краев, они практически безопасны. Видели, наверное, россыпи стеклянной крошки на месте автомобильной аварии Так вот, именно закаленные стекла применяют для остекления автомобилей, автобусов и прочего транспорта, входных дверей и перегородок. Неострые осколки получаются, как говорят специалисты, за счет снятия термических напряжений внутри стекла.

Но самое надежное и безопасное стекло все-таки триплекс. Технология его изготовления примерно следующая. Между двумя листами стекла укладывают полимерную пленку и помещают в автоклав. Пленка сделана из эластичного материала - бутафоля для самых дотошных читателей приведу название полностью - поливинилбутироль пластифицированный. При температуре выше 100 градусов пленка полимеризуется и, как клей, соединяет два листа. Прочность триплекса на удар в 12 раз превышает прочность обычного листового стекла. Если некто попытается разбить триплекс, бедняге придется нелегко.

Но в случае чего осколки не брызнут во все стороны они повиснут на промежуточной пленке, не причинив вреда. Если пленка цветная, то триплекс получается цветной. Кроме того, такая пленка поглощает тепло или свет. Смотрится такое многослойное стекло как монолит. Еще триплекс поглощает звук. Подсчитано, что в крупных городах нам по ушам бьет не менее 72 разновидностей уличного шума, врывающегося в окна. Стоит триплекс в среднем 30 - 40 за кв.м.

Из многослойного стекла, делают лестницы и даже полы. Стеклянный пол на смотровой площадке Останкинской телебашни тоже сделан из многослойного стекла или из прозрачного стеклокристаллического материала. Такой стеклокристаллический материал называется ситаллом.

Его получают из стекол специального состава методом направленной кристаллизации выдержка при определенных температурах для того, чтобы в стекле образовалась кристаллическая фаза. Есть и цветные ситаллы, они внешне напоминают мрамор. Свойства у ситалла просто уникальные прозрачный как стекло, ситалл имеет прочность металла. Он более химически- и износоустойчив. Но вернемся к многослойному стеклу.

Стекла класса А защита от вандализма дают трещину, только если по ним несколько раз хорошенько ударить кирпичом. Стоят такие стекла 30 - 120 за 1 кв.м. Если у вас стоят стекла, защищающие от проникновения класс защиты Б, для них нужно что-то посерьезнее кирпича, к примеру, кувалда. Подсчитано, что, пожалуй, с 70-го удара разбить такое стекло все-таки можно. Но пока злоумышленник будет колотить по стеклу, бдительные соседи, по идее, успеют вызвать милицию. Между прочим, владельцы дорогих особняков, не желающие уродовать окна решетками, ставят именно эти стекла. И правильно делают. Цена на эти стекла 160 - 300 за 1 кв.м. Класс защиты В - пуленепробиваемые стекла. Они стоят от 150 до 1250 за 1 кв.м.

3.1 Основные промышленные виды стекла

Хрусталь, хрустальное стекло - это силикатное стекло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше качество хрусталя. Хрусталь характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском и большой плотностью. Изделия из хрусталя в руке чувствуются по массе.

Строго хрусталем называют свинцово-калиевое стекло. Хрустальное стекло, в котором часть К 2О заменена на Na2O, а часть РbО заменена на CaO, MgO, BaO или ZnO, называют полухрусталем.

Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVII столетии

Кварцевое стекло. Его получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO2. Для изготовления кварцевого стекла требуется очень высокая температура (выше 1700 °С).

Расплавленный кварц обладает высокой вязкостью и из него трудно удаляются пузырьки воздуха. Поэтому кварцевое стекло часто легко узнается по заключенным в нем пузырькам. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые температурные скачки. Например, кварцевые трубы диаметром 10--30 мм выдерживают многократное нагревание до 800--900 °С и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500 °С и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлаждение на воздухе от температуры выше 1300 °С и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источников света. Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых лучей. На этой прозрачности отрицательно сказываются примеси оксидов металлов и особенно железа. Поэтому для производства кварцевого стекла, идущего на изделия для работы с ультрафиолетовым излучением, предъявляются особо жесткие требования к чистоте сырья. В особо ответственных случаях кремнезем очищается переводом в тетрафторид кремния SiF4 (действием плавиковой кислоты) с последующим разложением водой на диоксид кремния SiO2 и фтороводород HF. Кварцевое стекло прозрачно и в инфракрасной области.

Пеностекло - пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 10 раз легче кирпича) и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Однако его главная область применения - строительство. Пеностекло является исключительно эффективным материалом для заполнения внутренних и наружных стен зданий. Оно легко поддается механической обработке: пилением, резанием, сверлением и обтачиванию на токарном станке.

Стеклянная вата и волокно. При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не имеют и признаков хрупкости. Их характерным свойством является чрезвычайно высокое удельное сопротивление разрыву. Нить диаметром 3--5 мкм имеет сопротивление на разрыв 200--400 кг/мм 2, т. е. приближается по этой характеристике к мягкой стали. Из нитей изготавливают стекловату, стекловолокно и стеклоткани. Не трудно догадаться об областях использования этих материалов. Стекловата обладает прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Ткани, изготовленные из стеклянного волокна, обладают чрезвычайно высокой химической стойкостью. Поэтому их применяют в химической промышленности в качестве фильтров кислот, щелочей и химически активных газов. Вследствие хорошей огнестойкости стеклоткани применяют для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, ковров и т. п. Стеклоткани кроме огнестойкости и химической стойкости обладают также высокими электроизоляционными. Органическое стекло (плексиглас) - прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях и др.

4. Инновации в стекле

ХХ век принёс нам множество открытий, а в ХХI веке совершенствование технологий продолжилось убыстренными темпами. Инновации в строительной области подарили стеклу и оконным конструкциям новые свойства, которые активно используются в наших домах.

Прозрачная история

Вот, к примеру, стекло с теплоотражающим покрытием (его также называют селективным). На него напыляется специальный тонкий металлический слой, направляющий тепло от стекла. Покрытие толщиной всего в несколько сотен ангстрем обладает свойствами светового фильтра и прозрачно для человеческого глаза. В летнее время года теплосберегающее покрытие отражает солнечную тепловую энергию с внешней стороны, препятствуя проникновению жары внутрь помещения. Внешне такое стекло ничем не отличается от обычного прозрачного полотна. Светопропускная способность его снижается всего на 5-7%.

Климат перемен

Селективное стекло обычно применяют в качестве внутреннего в стеклопакетах, покрытием внутрь межстекольного пространства, что позволяет нагревать поверхность, обращённую внутрь комнаты. А это, в свою очередь, уменьшает конденсацию и конвекцию, вызванную разностью температур. Такое стекло в результате заметно сокращает теплопотери и позволяет экономить на обогреве помещений. Сейчас для сокращения потерь тепла через стекло используют два типа покрытий: так называемое К-стекло (Low-Е) - твёрдое покрытие и I-стекло (Double Low-E) - мягкое покрытие. Различие между К и I заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии его получения. Кроме того, I-стекло по своим техническим характеристикам превосходит К-материал. Оно позволяет добиться снижения энергозатрат. Низко-эмиссионное стекло в отопительный период "возвращает" в квартиру от 70% (К-стекло) до 90% (I-стекло) тепловых волн, исходящих от нагревательных приборов. Летом же оно отражает тепловую инфракрасную часть солнечного излучения. В результате зимой в комнате становится теплее, а в жаркое время года - прохладнее. Основным недостатком I-стёкол является их сравнительно меньшая механическая прочность по сравнению с К-стеклом, но поскольку покрытие обращено внутрь стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах. Именно поэтому у производителей появилась возможность не устанавливать двухкамерный стеклопакет, а ограничиться однокамерным с энергосберегающим стеклом. При этом по своим сберегающим свойствам они одинаковы, а по цене однокамерный стеклопакет значительно дешевле.

Цветной стиль

Стекло, окрашенное в массе, также позволяет защитить от солнца, как это делает тонировка в автомобилях. Ламинированное стекло - триплекс - отличается высокой прочностью, при разрушении остается на плёнке, не разбиваясь на кусочки. Что немаловажно, оно способствуют защите помещения от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей (предохраняет обивку мебели и обои) и снижает воздействие нежелательных шумов. Десять лет назад появилось так называемое "мягкое" самоочищающееся стекло. Главный его компонент: тонкий, на вид прозрачный, слой оксида титана. Такая поверхность приводит к двум поразительным эффектам - фотокалитическому и гидролитическому. То есть кислород и лучи ультрафиолета, влияя на покрытие стекла, разлагают органические загрязнения на его поверхности. Вода образует тонкую плёнку, а не стекается в крупные капли, заставляя грязь легко соскальзывать с поверхности. Верхний слой начинает работать через несколько дней после установки самоочищающегося окна.

Инновационное стекло с внедренными светодиодами

Международная выставка Batimat в Париже стала местом, где компания AGC Flat Glass Europe представила свой инновационный продукт - новый вид стекла Glassiled, прозрачный, как обычное стекло, и в то же время использующий светодиодные технологии с их поистине неограниченными декоративными возможностями.

По своему конструктивному строению Glassiled является триплексом, то есть многослойным стеклом, которое имеет повышенные прочностные характеристики и отвечает самым жестким требованиям безопасности. Это конструкция из двух листов стекла и светодиодов между ними, размещенных в определенном порядке. Светодиоды прекрасно зарекомендовали себя как минимальным количеством потребляемой электроэнергии, так и исключительно долгим сроком службы, который в данном изделии составит не менее 50 тыс. часов.

Принцип Glassiled позволяет использовать, кроме обычного стекла, также стекла с покрытием, существенно расширяя возможности применения инновационного материала и обеспечивая ему новые декоративные возможности в соответствии с самым оригинальным дизайн-проектом. Для регулирования яркости и цвета свечения диодов можно использовать пульт дистанционного управления или специальное программное устройство, что делает стекло Glassiled еще более удобным при реализации новых творческих идей.

Сфера применения инновационного стекла исключительно широка: зимние сады и интерьеры, наружное оформление жилых и офисных зданий, спортивные сооружения и т.д., проектирование которых теперь получит новый творческий импульс, ведь здесь можно будет использовать совершенно новые возможности Glassiled.

В ближайшем будущем производство и установка нового вида стекла, несомненно, примут широкие масштабы благодаря востребованности подобного материала, например, для оформления витрин и торговых площадей магазинов. Днем оно, как обычное стекло, дает возможность естественного освещения, а вечером превращается в красочную и динамичную картину, придающую ночному городу еще большую притягательность.

Стёкла-неведимки.

Прозрачное стекло все-таки остается видимым, поскольку отражает некоторую часть падающих на него лучей. Обработанное с помощью нанотехнологий стекло не будет отражать свет вообще и будет, в общем-то, невидимым, а также ненамокающим. Способность эффективно отталкивать влагу делает стекло по-настоящему самоочищающимся и незапотевающим: капли моментально скатываются с поверхности.

О том, как важно иметь неотражающее стекло, знают все пользователи смартфонов (при косом освещении - например, утром или перед закатом - обычное стекло может отражать до 50% лучей). А загрязнение поверхности солнечных батарей приводит к тому, что примерно за полгода эффективность их работы снижается на 40%. Таким образом, небликующая и самоочищающаяся поверхность пригодится для самых разных задач. Более того, технологию, скорее всего, удастся сделать достаточно недорогой для того, чтобы массово использовать ее где угодно - от автомобилей до оптики.

Такая полезная поверхность создается в несколько этапов и представляет собой "лес" вытянутых длинных конусов, имеющих в основании всего 200 нм и примерно впятеро больше в длину. Для начала поверхность стекла покрывается тончайшими слоями полимеров (в том числе и фоторезистами), а затем сквозь шаблон подвергается воздействию излучения. Облученные части фоторезиста становятся растворимыми и смываются. Раз за разом такими воздействиями и формируются конусы.

Разработчики полагают, что при массовом промышленном производстве можно обойтись и куда более простым способом, прогоняя еще не затвердевшее стекло сквозь пару валиков с нанесенным на них шаблоном. Стоимость такой обработки минимальна, а эффект виден невооруженным глазом.

Процесс, включающий нанесение на поверхность стекла тончайших слоев и "резьбу" по ним, позволяет получить поверхностную микроструктуру с тонкими вытянутыми конусами, полностью блокирующими отражение света и отталкивающими воду.

Стекло клингера

Многие из нас слышали о таком понятии, как стекло клингера. Напомним, что своим появлением такие стекла обязаны Рихарду Клингеру - знаменитому австрийскому ученому, инженеру и изобретателю. Именно он сумел создать уникальную конструкцию стекла, которая позволяет получить максимально точные показания, при этом отличается высоким уровнем надежности.

Оно имеет форму вытянутого параллелепипеда с закругленными торцами. Применяют его для указателя уровня жидкости, поскольку данный материал способен полностью отражать внутренний свет.

С передней стороны поверхность такого рифленого стекла является полированной, с обратной же находятся рельефные выступы прямоугольной формы. При этом показатель кривизны и смотровой, и противоположной ей поверхности не должен превышать 0,2 мм, если длина стекла меньше, чем 190 мм, и 0,3 мм, если длина более 190 мм соответственно.

Кривизна его боковой поверхности также не должна быть выше, нежели 2 мм. Делается такое стекло бесцветным. При этом является допустимым слегка голубоватый, желтоватый или зеленоватый его оттенок. Светопропускание у рифленых стекол не нормируется, а вот степень закалки должна быть в пределах 865+/- 55 нм/см.

Чтобы изготовить стекло клингера, производители используют новейшие разработки и технологии, благодаря чему на выходе удается получить термически стойкое изделие, которое может выдержать температуру до 220 градусов. Для наблюдения визуального характера выпускают специальные рефлексионные и транспарантные указатели с использованием водоуказательного стекла. Если давление пара превышает 35 бар, или же если среда имеет высокий коэффициент водного баланса, то стекло должно закрываться с помощью слюдяных пластин. Стекло транпарентного характера применяется в том случае, если рабочая среда сильно загрязнена, если она вязкая или едкая. Эти стекла пригодны для любых сред помимо пара с диапазоном давлений до 340 бар и температуре до 400 градусов по Цельсию.

Все типы указателей данного характера могут применяться как для паровых котлов и прочих сосудов, так и для наблюдательных процессов в области химии, нефтехимии, пищевой, лакокрасочной промышленности.

Стеклянная крыша.

Шведская компания SolTech Energy разработала эффективные стеклянные крыши, которые могут использоваться для генерирования электроэнергии из солнечного света.

Сооружения со стеклянными прозрачными крышами отнюдь не редкость - по крайней мере, наверняка каждый, кто бывал в сельской местности, сталкивался с парниками и теплицами, полностью покрытыми стеклом. Другое дело, что жить в таком доме далеко не предел мечтаний. Летом под солнечными лучами и слоем стекла экстремально жарко, зимой - наоборот, холодно. Да и выставлять напоказ свою жизнь вряд ли кто-то захочет. Однако компания SolTech Energy, которая разрабатывает технологии по получению доступной альтернативной энергии, видит однозначную пользу от создания домов со стеклянными крышами.

Согласно разработанному в компании проекту, предлагается покрывать дома стеклянной плиткой вместо стандартных материалов. Это позволит генерировать тепло и электроэнергию из солнечного света. Под слоем из стекла будет находиться специальная ткань, поглощающая солнечное тепло. Энергия, получаемая таким образом, используется для отопления дома. А чтобы защитить личную жизнь от глаз посторонних, под слоем прокладывается черный нейлон, который делает дом абсолютно непрозрачным.

Возникает логичный вопрос: "Если зимой крыша генерирует тепло, то куда деваться от этого тепла в летнюю жару?". Для решения проблемы разработчики предлагают использовать специальный конвектор, который отводит тепло от крыши, производя энергию для циркулирования жидкости в охлаждающей водной системе.

Разработкой стеклянных домов занимаются не только шведы. Ответвление Оксфордского университета Oxford Photovoltaics также работает над созданием фотоэлементов, преобразующих свет в энергию, и использует при этом стеклянное покрытие. Отличительной чертой стеклянных крыш, придуманных в Оксфорде, является то, что их можно выкрасить в любой цвет, создавая образ дома по собственному усмотрению.

В апреле 2010 года ученым обнинского предприятия "Технология" было разработано уникальное наностекло. Его создатели утверждают, что новый материал полностью исключает оптические искажения, возникающие при использовании обычных стекол. Применять его можно во многих областях, включая авиастроение. Ноу-хау уже было отмечено российским правительством премией. Таким образом, вскоре производство наностекла станет серийным.

Нанотехнологии в стекольной промышленности

Стекольные технологии необходимы не только при разработке и реализации уникальных проектов. Они также отлично служат и при установке в обычных домах. В качестве примера можно привести британскую компанию Pilkington, которая избавила английских домохозяек от необходимости мыть окна каждой весной. Это стало возможным после нанесения производителями тончайшего микрокристаллического покрытия на стекла. Оно состоит из оксида титана, и его толщина составляет всего 15 нанометров. Стекло реагирует на кислород и солнечный свет, и в результате происходит химическая реакция, итогом которой является отделение частичек пыли от стекла. Если на такое стекло попадает вода, то она не превращается в отдельные капли, а равномерно распределяется по всей площади окна, бесследно смывая грязь. Изобретение не только получило множество одобрительных отзывов от экологов, но и было признано британской Королевской инженерной академией.

А учеными Сиднейского политехнического университета был разработан полимер, позволяющий оконным стеклам пропускать свет, но отражающий инфракрасные лучи. Благодаря этому квартира или дом становятся надежно защищенными от летней жары. В создании материала использовался гексаборид лантана, поглощающий тепловое излучение. Наночастицы диаметром от 20 до 200 микрон этого вещества были нанесены учеными на специальную пленку, которая затем была закреплена между двумя стеклами. Получившееся наностекло не уступает в прозрачности обычному, но при этом оно пропускает не более 5% инфракрасного излучения.

Благодаря стекольным новинкам разработчики смогли увеличить уровень теплозащиты всей конструкции. Так, стеклопакеты заполняются инертными газами, что позволяет существенно снизить теплопередачу. Статистика показывает, что продажа окон ПВХ, сконструированных с применением такой технологии, растет с каждым днем.

В конце 2009 года эстонскими учеными были разработаны действительно инновационные оконные стекла, прозрачность которых легко изменить нажатием кнопки. На такое стекло нанесены сверхтонкие слои оксидов олова и индия, между которыми находится особый гель. После того, как пользователь нажимает выключатель, микрочастицы выстраиваются так, что стекло из матового становится прозрачным под воздействием электрического тока. После снятия электрического напряжения стекло снова становится матовым.

Заключение

Стекло - материал, в основном состоящий из стеклообразного вещества. Вещество в стеклообразном состоянии (стеклообразным веществом) называется твердое некристаллическое вещество, образовавшееся в результате охлаждения жидкости со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации во время охлаждения. По типу неорганических соединений различают следующие классы стекол: элементарные, металлические, оксидные, галогенидные, халькогенидные, сульфатные, нитратные, карбонатные, фосфатные и др. Элементарные стекла способны образовывать лишь небольшое число элементов - сера (S), селен (Se), мышьяк (As), фосфор (P), углерод (C). Галогенидные стекла получают на основе стеклообразующего компонента BeF2.

Физические свойства. Плотность - масса вещества в единице объема, кг/м 3; d=M/V. Упругость - свойство материалов восстанавливать форму и объем после прекращения действия деформирующих сил. Хрупкость. В области низких температур (ниже tg - температуры стеклования) стекло наряду с алмазом и кварцем является идеально хрупким материалом, т.е. способно разрушаться под действием механических напряжений без заметной пластической деформации.

Оптические свойства. Пропускание, поглощение, преломление, рассеяние и отражение света является результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

Электрофизические свойства. Стекло относится к диэлектрикам, в которых проявляется преимущественно ионная проводимость.

Химическая стойкость стекол. По характеру действия на стекло реагенты можно разделить на две группы. К первой группе относятся вода, влажная атмосфера, растворы кислот (кроме фосфорной и плавиковой), нейтральные или кислые растворы солей, т.е. реагенты с рН ? 7; ко второй - реагенты с рН>7, т.е. растворы щелочей, карбонатов и т.п.

Строительное листовое стекло, стеклянные изделия различной номенклатуры и стекломатериалы широко применяются для остекления различных проемов, в ограждающих конструкциях, отделке и декорирования зданий, теплоизоляции и других изделий.

Литература

1.http://www.alhimikov.net/himerunda/steklo_01.html

2. http://voprosum.ru/iz-chego-i-kak-delayut-steklo

3. http://901sovet.ru/istoriya-stekla.html

4. http://www.nestor.minsk.by/sn/1999/33/sn93317.html

5. http://www.fian-inform.ru/sobytiya-i-meropriyatiya/item/35-evropeyskie-innovatsii-na-vystavke-mir-stekla

6. http://mostga.am/innovatsii/stekla-nevidimki.html

7. http://www.alfar.ru/smart/4/640/

8. http://rusdoms.com/product/2?glass-view-optic

9. http://365-tv.ru/index.php/stati/istoriya-tv/139-steklo-v-zerkale-istorii

10. http://www.wikipro.ru/index.php

Размещено на Allbest.ru

...