Стекло один из наиболее разносторонних материалов используемых современной: Рожденное в огне – Attention Required! | Cloudflare

Рожденное в огне

Рожденное в огне

Стекло один из наиболее разносторонних материалов используемых современной техникой и находясь в ближайшем родстве с прозрачными пластическими массами оно как бы возглавляет их. Гибкие и неуязвимые для внешних ударов смотровые окна тонкие прозрачные пленки вытесняют стекло из тех областей где оно применяется наиболее широко.

Превращенное в пену стекло защищает от холода и шума стены домов. Облагоро-женное примесями свинца и других элементов стекло соперничает с самоцветами. Оно является самым однородным из всех веществ существующих на земле. И благодаря именно этому качеству стекло выступает в оптике как неизменный и верный наш проводник в мир исчезающего малого и в грандиозные миры вселенной.

Есть легенда что первый стеклянный слиток был найден человеком в золе костра около шести тысячелетий назад и так люди узнали что песок может плавиться. В древ-ности не знали высоких температур поэтому стекло (не)доваривалось и было (не)прозрачным. Из вязкой, полурасплавле…ой, смешанной с различными красителями массы путем примитивной формовки египтяне изготовляли различные украшения. Прошло более трех тысячелетий и человечество отказалось от (не)соверше…ых по ре-зультатам методов обработки стекла.

В начале нашего века ученые сосредоточили свое внимание на таинственной про-зрачной глубине стекла и началась история применения стекла в науке. Великий последователь Коперника Галилей впервые воспользовался подзорной трубой чтобы взглянуть на небо вооруженным глазом. А позднее был изобретен и микроскоп он сделал (легко)доступным то что ранее было невидимым для человеческого глаза.

К началу первой мировой войны появился невида…ый и неслыха…ый спрос на военную оптику и это дало новый толчок развитию науки о стекле. В нашей стране были созданы потрясающие воображение автоматы для полировки и шлифовки стекла производящие сотни марок оптических стекол всех на-значений.

Технология стеклоделия в нашей стране как и в других цивилизованных странах сливается с искусством. Художественные изделия из стекла запечатлевают замыслы художников и скульпторов в чудесном и вечном материале - цветном стекле.

Теперь стекло все шире входит в нашу жизнь оно в предметах быта и в колоннах метрополитенов оно защищает наши квартиры от холода и становится тканью тон-чайшей эластичной. Есть уже стеклянные кирпичи и предметы из небьющегося стекла.

Стеклу шесть тысяч лет но оно не стареет. И никогда не постареет это вещество рожденное огнем.

 

Литература

Основная:

1. Современный русский язык: Теория. Анализ языковых единиц: учеб. для студ. высш. учеб. заведений: В 2 ч. – Ч. 1: Фонетика и орфоэпия. Лексикология. Фразеология. Лексикография. Морфемика. Словообразование / Е.И. Диброва, Л.Л. Касаткин и др.; Под ред. Е.И. Дибровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 480 с.



2. Реформатский А.А. Введение в языкознание. - М., 2005.

 

Дополнительная:

1. Розенталь Д.Э. Русский язык для поступающих в вузы. Орфография. Пунктуация / Д.Э. Розенталь, И.Б. Голуб. – 8-е изд. – М.: Айрис-пресс. 2006. – 384 с.

2. Русский язык и культура речи: учебник для вузов и ссузов/ Под общ. Ред В.Д. Черняк. – М.: Издательство Юрайт; ИД Юрайт, 2010. – 493 с.

Интернет-ресурсы:

1. Справочно-информационный портал ГРАМОТА.РУ – русский язык для всех/ http://www.gramota.ru/

2. Валгина Н.С., Светлышева В.Н. Орфография и пунктуация. Правила и упражнения. www.hi-edu.ru/e-books/xbook051/01.../

 


Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 1523 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: ТЕМА 4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ СОВРЕМЕННОГО РУССКОГО ЛИТЕРАТУРНОГО ЯЗЫКА | Задание 3. Определите стилистическую отнесенность данных ниже текстов, обоснуйте свой ответ. | Задание 4. Отметьте черты разговорного стиля в приведенном отрывке из романа Л.С. Петрушевской «Номер Один, или В садах других возможностей». | Тема 5. Общая характеристика официально-делового стиля: история формирования, речевая системность, стилевые черты, подстили, жанры | От 1 июня 2005 г. N 53-ФЗ | Российской Федерации | Задание 2. Перепишите текст, расставьте ударения и прочитайте правильно. | Задание 5. Прочитайте, обращая внимание на ударение. | Фрагмент 1 | Фрагмент 2 |
mybiblioteka.su - 2015-2020 год. (0.007 сек.)

Стекло для мебели, способное выдержать большие нагрузки

Стекло - один из самых современных и наиболее актуальных сегодня материалов для производства мебели.

В наши дни стекло находит все более широкое использование при создании мебели различных стилей - от классических до суперсовременных. Растет уровень потребления стекла и отечественными производителями мебели

Стекло и мебель

Стекло для мебели, способное выдержать большие нагрузкиНа рубеже тысячелетий стекло получило новые возможности и новую жизнь. Его стали широко использовать в архитектуре, строительстве, интерьерном дизайне.

Разнообразные качества стекла делают его превосходным материалом для использования в интерьере в качестве перегородок, дверей, даже потолков, стен и полов.

Но особое место занимает стекло в качестве материала для изготовления мебели.

Если еще совсем недавно стекло рассматривалось исключительно как декоративный элемент: стеклянные полки в сервантах, вставки из стекла в дверце, зеркала в одежных шкафах, то сейчас стекло широко используется как конструкционный материал. Все более привычным явлением становятся стеклянные столешницы, столы, тумбы, стеллажи.

Ведь технологии закалки стекла, склейка, обработки кромок, постоянно совершенствуются, предоставляют производителям мебели новые возможности.

Выбор материала зависит от многих составляющих, в том числе от того, какую функциональную и эстетическую нагрузку будет нести стеклянная мебель. Российские производители используют при производстве мебели стекло толщиной от 4 до 19 мм.

В производстве мебели - и особенно в конструкционных элементах (столешницы, фасады, корпус, полки) - используется только стекло, которое способно выдержать большие нагрузки. Стеклянный квадрат со стороной 1 м и толщиной 15 мм может выдержать нагрузку около 100 кг, но надо учитывать, что и вес такого листа составляет более 30 кг.

Одно из основных требований к мебели из стекла - безопасность. Поэтому в мебельном производстве, и особенно при применении больших стеклянных деталей, используется, как правило, обычное закаленное стекло, или стекло, ламинированное специальной пленкой.

Если такое стекло по какой-то причине разбивается, оно или разделяется на безопасные фракции, которые не могут поранить окружающих, или вроде стекла в автомобилях, пленка удерживает осколки стекла, не давая им разлететься.

Если существуют дополнительные требования к безопасности - например, в банках, то в таком случае может использоваться ударопрочное и даже бронированное стекло. Но на самом деле все зависит от требований заказчика - значит, в частных интерьерах тоже можно встретить ударопрочное стекло и даже триплекс. Триплекс, кстати, вопреки распространенному мнению, хотя и редко, но в мебели используется.

Триплекс толщиной 6-8 мм - это альтернатива закаленному 10-миллиметровому стеклу. Недостатком триплекса при использовании в мебели является то, что слой пленки между листами стекла достаточно хорошо видно, а значит, он портит внешний вид изделия.

Обработка стекла

Стекло для мебели, способное выдержать большие нагрузкиВариантов обработки поверхности стекла очень много: стекло может быть прозрачным, матовым, с эффектом напыления, украшенным с одной стороны выпуклым узором или рисунком.

При изготовлении стекла существует три вида его функциональных изменений: стекло тонированное в массе, стекло с напылением на поверхности и армированное стекло. Тонирование в массе осуществляют, вводя в стекломассу окиси металлов и получая коллоидные частицы отдельных элементов.

Золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет, серебро дает желтый цвет. Селен может предоставлять стеклу розовый или красный оттенок, окись кобальта придает стеклу голубого оттенка, а в больших количествах делает стекло фиолетово-синим. Окись свинца усиливает цвет стекла и придает ему яркости.

Стекло с напылением по системе On-Line изготавливают в процессе производства флоат-стекла при прохождении еще горячей стеклянной ленты через специальную ванну, в результате чего на его поверхности образуется сверхтвердая пленка, например, окиси олова. Такое стекло приобретает зеркальный эффект, а также тепло- и солнцезащитных свойств.

Армированное стекло получают путем введения в еще горячий стеклянный лист металлической сетки. При ударе такое стекло трескается, но не дает больших осколков потому сетка удерживает их на себе.

Методы дальнейшей обработки стекла разделяют на первичные и вторичные. К первичным, относят закаливание или термическую обработку стекла, изгиб и обработку поверхности стекла песком или кислотой.

Вторичные процессы - это окрашивание, напыления на уже готовые листы стекла и ламинирования (к вторичным процессам относят также изготовление стеклопакетов).

Закаленное стекло получают из обычного стекла путем закаливания, то есть нагревание до температуры 650 ° и быстрого охлаждения. Такое стекло приобретает механическую и термическую устойчивость. Оно почти не бьется, а при очень сильном ударе разлетается вдребезги без острых краев. Однако оно легко бьется после возбуждения поверхностного слоя, например, при нанесении царапины.

Гнутое стекло, изготавливают путем нагрева стекла до мягкости с последующим его изгибанием и сохранением полученной формы при медленном охлаждении. Такое стекло часто используют именно в производстве мебели.

Прозрачность - одна из важнейших качеств стекла, обычное стекло отдает зеленым цветом, но если нужно чтобы стекло передавало максимально точный цвет обработки разработано специальное осветленное стекло Optiwhite от Pilkington и Planibel Crystalvision от AGC его применяют когда необходимо передать точный цвет стекла. 

Окраска поверхности прозрачного стекла осуществляется керамическими красками с последующим закреплением их с помощью термообработки. Нанесение окислов металлов на стекло после его изготовления Off-Line покраски осуществляется методом магнетронного напыления в специальных камерах. Напыление позволяет создать на поверхности стекла многослойную структуру с последовательно нанесенных слоев металла и окислов или нитридов металла (таким способом получают специальное энергосберегающее стекло).

Ламинированное или многослойное стекло (триплекс) представляет собой систему из двух или более стекол, склеенных между собой пленкой или смолой. Триплекс не распадается на осколки, как обычное стекло, на нем лишь образуются трещины, части такого стекла удерживаются вместе прокладкой, которая прочно приклеена к стеклу.

Стекло бывает также фотохромным, хрустальным, кварцевым, такое стекло используется главным образом в строительстве.

Все стекло, которое поступает от производителей и далее используется для изготовления мебели, по качеству соответствует классу М0. Эта отметка соответствует высочайшему качеству и означает, что в таком стекле нет воздушных пузырьков, искажений, затмений. Чем ниже качество стекла, тем больше число в отметке класса - М1, М2, М3, М4.

Кромка. Особое внимание при работе со стеклом уделяется обработке кромок. Ведь от того, насколько качественно обработанная кромка, в большой степени зависит безопасность готовой мебели, не говоря уже о внешнем виде. Обработка может быть выполнена путем шлифовки или полировки.

Стекло для мебели, способное выдержать большие нагрузкиСтандартная обработка кромки - это так называемая евро-кромка FA. Производители мебели, кроме того, кромку шлифуют, придавая ей различные формы. Качественно обработанная кромка может стать отдельным декоративным элементом готовой мебели.

Если исходное стекло достаточно толстое, кромку можно обработать таким образом, чтобы предоставить листу стекла, например, эффекта многослойности или двух-, трех- ступенчатость. Фацетирование - это процесс обработки кромки плоского стекла путем снятия фаски, в результате которого образуется кромка с несколькими гранями, ширина каждой из которых не превышает 1/16 дюйма.

Такими методами преимущественно обрабатываются кромки столешниц, стеклянных фасадов, зеркал и других деталей, в которых предполагается использование рамочного профиля.

В качественно обработанной кромке торец должен быть прозрачным и без сколов, а лучи фацета на смежных торцах стеклянного элемента должны точно совпадать в углах детали.

Клей. Современная мебель притягивает внимание элегантным сочетанием стекла и, например, дерева или металла. Но чтобы такое сочетание стало возможным, должен быть создан клей, во-первых с высокой способностью к склеиванию, а, во-вторых, такой, который не оставляет на стыках видимых следов. Так называемые ультрафиолетовые клеи соответствуют обоим этим требованиям.

Итак, конструкторы стеклянной мебели получили дополнительные возможности для сочетания стекла с деревом, металлом, пластиком, камнем и, конечно, стекла со стеклом. В ультрафиолетовых клеев есть еще одно важное качество - от попадания солнечных лучей склеивания становится лишь крепче.

Ультрафиолетовые клеи сделали возможной и появление мебельной фурнитуры (свесов, стяжек), для закрепления которой не нужно выполнять отверстия в стекле.

Немного статистики

Стекло для производства мебели и использование в интерьере составляет 20% в общемировом объеме производства флоат-стекла. 70% занимает стекло для производства окон и 10% - стекло в автомобильной промышленности. Почти половина мирового стекла производится в Европе и Северной Америке.

Твердые лидирующие позиции в Европе занимают: AGC, британская компания PILKINGTON, бельгийская GLOVERBELL, которая входит к японскому гиганту ASAHI и французский SAINT-GOBAIN. Объем глобального рынка листового флоат-стекла составляет около 34 млн. тонн в год, которые оцениваются в 14 млрд. Евро.

На мировом рынке соотношение между мебелью из традиционных материалов и мебелью из стекла и металла, по оценкам экспертов, находится где-то на уровне 70% и 30%, Итак, исходя из общемировых тенденций, в нашей стране спрос на такую мебель будет расти. Специалисты считают, что в ближайшее время прирост в использовании стекла в мебели в России будет на уровне 10% в год.

5. Материалы и изделия из стекла

теклами называют переохлажденные жидкости, не успевшие при остывании перейти в кристаллическое состояние. Иными словами стекла — это жидкости, имеющие бесконечно большую вязкость. По­следнее и придает им многие свойства твердого тела. В отличие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягча­ются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратной последовательности. Еще одна отличительная черта стекол — изотропность — одинаковость свойств во всех направлениях.

Способность к образованию стекол характерна для многих мине­ральных и органических веществ. Наиболее ярко эта способность выражена у диоксида кремния (SiO2) и соединений на его основе — силикатов, к которым относится большинство природных минералов. В стеклообразном состоянии могут находиться и многие другие мате­риалы, например, полимеры (всем известен термин «плексиглас» — органическое стекло). В последние годы даже металлы удалось получить в стеклообразном состоянии.

Стекла по сравнению с кристаллическими веществами обладают повышенной внутренней энергией (скрытой энергией кристаллиза­ции), поэтому вещество в стеклообразном состоянии метастабилъно (термодинамически не устойчиво). Из-за этого обычное стекло при некоторых условиях, а иногда и самопроизвольно начинает кристал­лизоваться (этот процесс в стеклоделии называют «зарухание» или расстекловывание). Расстекловывание является браком стеклоизделий.

Этот же процесс, но проводимый направленно с целью частичной или полной кристаллизации расплава, используется для получения стеклокристаллических материалов — ситаллов и каменного литья.

В строительстве, за малым исключением, применяют силикатное стекло, получаемое в промышленных масштабах из простейшего ми­нерального сырья: кварцевого песка, мела, соды и других компонентов (далее вместо термина «силикатное стекло» будет использоваться тер­мин «стекло»).

Прозрачность и возможность окраски стекла в любые цвета, высо­кая химическая стойкость, достаточно высокая прочность и твердость, электроизоляционные и многие другие ценные свойства делают стекло незаменимым строительным материалом. Его используют не только для сооружения светопрозрачных конструкций (окон, витражей, фо­нарей), но и как конструкционный и отделочный материал. В совре­менном строительстве высотные здания часто имеют фасады, пол­ностью выполненные из стекла с улучшенными декоративными, све­тоотражающими и теплозащитными свойствами. Кроме того, из стекла получают различные стехлоизделия (блоки, трубы, стеклопрофилит), эффективные теплоизоляционные материалы (пеностекло и стеклян­ную вату), а также стекловолокно и стеклоткани.

Стекла встречаются в природе в виде бесформенных непрозрачных кусков — например, вулканическое стекло обсидиан. Первые сведения о получении стекла человеком относятся к третьему-четвертому тыся­челетию до н. э. Те стекла были непрозрачными (глухими) наподобие керамической глазури. Они варились в небольших тиглях и использо­вались как украшения.

Коренное изменение в производстве стекла произошло на рубеже нашей эры, когда были решены две важнейшие проблемы стеклоделия — варка прозрачного бесцветного стекла и формование изделий с помощью стеклодувной трубки. Первые листовые стекла получали, разрезая и распрямляя стеклянные цилиндры, формуемые выдуванием (их называли «халявы»). В XVII в. началось производство листового зеркального стекла отливкой на медные плиты. Массовое производство листового стекла большого размера стало возможным в конце XIX — начале XX в., когда появились большие ванные печи и новые методы выработки стекла.

Необходимо отметить, что на процесс стекловарения расходуется очень много энергии, и при этом в атмосферу поступает много вредных выбросов. Поэтому и экологически, и экономически целесообразно вырабатывать стеклоизделия из вторичного сырья (стеклобоя, стеклян­ной посуды и т. п.). Это оценили в большинстве стран Западной Европы, где до 80 % стекла получают именно таким образом.         

Получение стекла

Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.

Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла по основным оксидам следующий: SiO2 —71...72 %; Na2O — 15...16%; СаО - 5...7%; MgO - 3...4%; A12O3 - 2...3 %; содержание Fe2O3 не более 0,1 %, так как оксиды железа придают стеклу зелено­вато-коричневый («бутылочный») цвет и снижают светопропускание. Основные оксиды вводятся в сырьевую шихту в виде следующих веществ.

Кремнезем (SiO2) вводят в виде кварцевого песка, молотых кварци­тов или песчаников. Основное требование к кремнеземистому сырью — минимальное количество примесей, особенно оксидов железа. Это основной стеклообразующий оксид, повышающий тугоплавкость и химическую стойкость стекла.

Глинозем (А12О3) поступает в сырьевую шихту в виде полевых шпатов икаолина. Его влияние на свойства стекла аналогично действию SiO2.

Оксид натрия (Na2O) вводят в стекло в виде соды и сульфата натрия. Na2O понижает температуру плавления стекла, повышает коэффициент термического расширения и уменьшает химическую стойкость.

Оксиды кальция (СаО) и магния (MgO) вводят в стекольную шихту в виде мела, мрамора, известняка, доломита и магнезита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла.

В специальные стекла вводят оксиды бора, свинца, бария и др.

Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначении: на следующие группы: осветлители — вещества, способствующие уда­лению из стекломассы газовых пузырей; обесцвечиватели — вещества, обецвечивающие стекольную массу; глушители — вещества, делающие стекло непрозрачным.

Красители для стекла могут быть молекулярными, полностью рас­творяющимися в стекломассе, и коллоидными, равномерно распреде­ляющимися в стекломассе в виде мельчайших (коллоидных) частиц. К первым относятся соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневый и сине-зеленые тона), а ко вторым — металлическое золото (рубиновый), серебро (желтый), селен (розовый).

Перед варкой стекла сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.

Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно действу­ющих ванных печах с полезным объемом до 600 м3 и суточной производительностью более 300т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также горшковые печи.

Стекловарение — главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого процесса — силикатообразовании — щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000... 1200° С. В этом расплаве при дальнейшем нагревании рас­творяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO2 и А12О3. Образую­щаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена газовыми пузырьками.

Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осуществ­ляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения — стеклообразовании — при температуре 1400... 1600°С. Третья заключитель­ная стадия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоизделий вязкость.

Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида из­делия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

При охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводности в нем возникают большие градиенты температур, вызывающие внутренние напряжения. Наиболее опас­ным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопластического состояния к хрупкому, по­этому для снятия внутренних нап­ряжений после формования произво­дят отжиг — охлаждение по специ­альному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале тем­ператур (600..300° С) и вновь быстрое до нормальной температуры.

Основной вид строительного стекла — листовое. С начала XX в. большая часть листового стекла стала производиться (а в России произво­дится и до сих пор) методом верти­кального вытягивания на машинах ВВС. Так получают стекла

Свойства стекла

Силикатные стекла отличаются необычным сочетанием свойств, <="" span=""> прозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и универсальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и строения стекла.

Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400...2600 кг/м3. Плотность оконного стекла — 2550 кг/м'. Высокой плотностью отличаются стекла, содер­жащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м3. По­ристость и водопоглощение стекла практически равны 0 %.

Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость.

Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10...12)•103 МПа. Практически же эта величина ниже в 200...300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее нали­чие таких участков. Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное волокно. У стекло­волокна диаметром 1...10 мкм прочность при растяжении 300...500 МПа, т. е. почти в 10 раз выше, чем у листового стекла. Сильно снижают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка стекла алмазом.

Прочность стекла при сжатии высока — 900... 1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от — 50 до + 70° С прочность стекла практически не изменяется.

Стекло при нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно подчи­няется закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упругости стекла Е= (7...7,5) • 104 МПа.

Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяже­нии E/Rp. У стекла оно составляет 1300...1500 (у стали 400...460, каучука 0,4...0,6). Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является не­обходимым условием для проявления хрупкости.

Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5...7 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ниже), пропу­скают всю видимую часть спектра (до 88...92 %) и практически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Показатель пре­ломления строительного стекла (п = 1,50...1,52) определяет силу отра­женного света и светопропускание стекла при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 0 до 75° светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50 %.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6...0,8 Вт/(м•К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м•К).

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стек­ла относительно невелик (для обычного стекла 9•10-6 К-1). Но из-за низкой теплопроводности и высокого модуля упругости напряжения, развивающиеся в стекле при резком одностороннем нагреве (или охлаждении), могут достигать значений, приводящих к разрушению стекла. Это объясняет относительно малую термостойкость (способ­ность выдерживать резкие перепады температур) обычного стекла. Она составляет 70...90° С.

Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кир­пичной стене в полкирпича — 12 см.

Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уни­кальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объ­ясняется это тем, что при действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na+ и Са++ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная SiO2. Эта пленка защищает стекло от дальнейшего разрушения.     

  Листовое стекло

Основной вид стекла, применяемый в строительстве, — листовое стекло, используемое для остекления оконных и дверных проемов, витрин и т. п. Наряду с этим все шире развивается выпуск листового стекла со специальными свойствами, например, теплопоглощающего, светоотражающего, увиолевого, защитного, декоративного и др.

Листовое оконное стекло вырабатывается шести марок толщиной 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов — 250... 1600 мм,  длина — до 2200 мм. Масса 1 м2 — 2...5 кг. Светопропускание — не менее 87%. К дефектам оконного стекла относятся газовые включения (пузырьки), свиль и «полосность» (неровность поверхности).

Витринное стекло — листовое стекло толщиной 6... 10 мм и разме­

Светорассеивающее стекло пропускает свет, но не дает сквозной видимости. Оно может быть матовое или узорчатое. Матовое получают пескоструйной обработкой или обработкой в парах плавиковой кис­лоты (HF). Узорчатое получают методом горизонтального проката на фигурных вальцах. Оригинальный метод используется для получения стекла под названием «мороз»: узор получается при помощи столярного клея, наносимого на поверхность стекла.

Увиолевое стекло — стекло, пропускающее большую долю ультра­фиолетовых лучей (45...75 %), получают из сырья с минимальными примесями оксидов железа, хрома и титана. Такие стекла применяют в лечебных учреждениях, для остекления оранжерей и т. п.

Специальное листовое стекло или функциональное стекло не только пропускает свет, но и выполняет другие важные функции:

•  теплоизоляция зимой и теплозащита летом;

•  звукоизоляция и защита от утечки информации;

•  защита от механического разрушения;

•  создание декоративного эффекта.

Теплоизоляционные стекла отличаются от обычных тем, что благо­даря специальному тонкому покрытию на внутренней стороне стекла они снижают долю теряемого через стекло тепла путем отражения инфракрасной части спектра («тепловых лучей») обратно вовнутрь помещения. Светопропускание таких стекол немного ниже, чем у обычных,— 72...79 %.

Теплозащитные (солнцезащитные) стекла выполняют обратную функцию: они отражают часть, падающей на них лучистой энергии, не пропуская ее в помещение. Это достигается двумя методами:

•        на поверхность стекла наносится тончайший металлический слой, работающий, как зеркало;

•        на поверхности стекла создается слой из оксидов металла, задерживающий часть солнечных лучей и придающий стеклу серый, зеленоватый или бронзовый оттенок.

Защитные стекла — стекла с повышенными прочностными свой­ствами, не раскалывающиеся на опасные остроугольные осколки. Для получения стекол, более прочных и безопасных по сравнению с обычным листовым стеклом, существует несколько способов.

Закаленное стекло получают специальной термической обработкой стекла. При этом в нем создаются сжимающие напряжения, за счет чего повышается прочность на изгиб в 5...8 раз и прочность на удар в 4...6 раз. При разрушении такое стекло распадается на мелкие (5... 10 мм) кусочки кубической формы, безопасные для человека. В строительстве такие стекла применяют для устройства прозрачных дверей, перегоро­док и т. п.

Армированное стекло получают путем запрессовки в расплавленную стекломассу во время ее проката чистой сетки из хромированной стальной проволоки. Эта сетка удерживает осколки стекла при его повреждении.

Ламинированное стекло (от лат. laminaслой) реализует парадок­сальную идею упрочнения стекла с помощью эластичной полимерной пленки, запрессованной между слоями стекла. При ударе по стеклу в нем возникает трещина, идущая в глубь стекла. Когда трещина встре­чает на своем пути полимерную пленку, последняя, деформируясь, поглощает энергию развития трещины и останавливает ее. При этом внутренняя часть стекла остается целой. Такие стекла получили назва­ние «триплекс».

Подобный композиционный листовой материал из трех слоев стекла и двух слоев полимерной пленки делает стекло пуленепробива­емым.

Самые современные варианты специальных стекол изготовляют таким образом, что функциональные слои (светоотражающие, тепло­защитные и т. п.) наносятся на полимерную пленку, и они оказываются внутри слоистой конструкции, защищающей их от повреждения. Такой метод и более технологичен, так как напыление слоев металла или оксидов проще производить на полимерную пленку, чем на лист стекла.         

    

  Отделочное стекло

Стекло обладает исключительно высокой стойкостью к действию химически агрессивных сред, высокой твердостью, нулевым водопоглощением (т. е. абсолютной морозостойкостью) и при этом способно окрашиваться в различные цвета красками, не теряющими яркости от атмосферных воздействий. Благодаря гладкости поверхности загрязне­­ния практически не задерживаются на стекле и легко смываются водой.

Прочное и безопасное стекло

Илья Леенсон,
кандидат химических наук,
химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова
«Наука и жизнь» №3, 2017

Фото Натальи Домриной («Наука и жизнь» №3, 2017)

Стекло — один из самых распространённых материалов, окружающих человека. И в то же время мы его чаще всего не замечаем — и когда смотрим в окно, и когда разглядываем витрины магазинов, и когда смотримся в зеркало. А всё потому, что чистое стекло прозрачно.

Стекло появилось много тысяч лет назад, и никто не знает, кто и как его изобрёл. Римский писатель и учёный Плиний Старший, живший в I веке, рассказывает, что как-то финикийские купцы развели огонь под сосудом, чтобы в пути сварить еду. Очаг они устроили, за неимением камней, из кусков соды, которая на жару расплавилась и образовала с песком и другими составными частями почвы первое рукотворное стекло. Вероятно, этот рассказ — выдумка. Хотя бы потому, что для расплавления соды нужна очень высокая температура, которую обычный костёр не даёт. Скорее всего, стекло изобрели представители одной из древнейших профессий — гончары. При обжиге глиняные сосуды, кирпичи нередко трескались. Поэтому их пытались предварительно обмазывать разными составами. Одна из смесей оказалась удачной: готовое изделие покрылось тонкой блестящей эмалью. Это и было первое стекло — непрозрачное и мутное. Но для гончарных изделий это не было недостатком. Со временем из смеси соды, песка и известняка (или мела) стали варить стекло, из которого делали украшения, флакончики для благовоний. Вводя в стекло различные добавки, научились окрашивать его в разные цвета.

Труднее всего было получить бесцветное прозрачное оконное стекло. Его не было даже у королей и императоров средневековой Европы. Окна построек представляли собой узкие щели или небольшие отверстия, которые в непогоду закрывали ставнями или завешивали кожами, холстами, или натягивали бычий пузырь. Самые богатые люди могли позволить себе вставить в окна прозрачные пластинки слюды. В Европе слюду добывали в Карелии. Большие пластинки слюды попадались редко и потому стоили очень дорого. Лишь в XIV веке в домах самых богатых людей появилось оконное стекло (в зданиях церквей его стали использовать раньше — примерно в X веке). Для выработки хорошего стекла прежде всего нужен был очень чистый белый песок, а он встречается нечасто. Обычный песок, содержащий примеси железа, окрашивает стекло в зелёный цвет. Поэтому когда-то все оконные стёкла были зеленоватыми. И чем больше в песке железа, чем песок темнее, тем менее прозрачным будет стекло. Сейчас из такого стекла делают бутылки.

Промышленность выпускает множество самых разнообразных сортов стекла: электровакуумное, светотехническое, оптическое, химико-лабораторное, термометрическое, медицинское, тарное, хрустальное... В их состав могут, помимо обязательного оксида кремния, входить оксиды разных элементов — алюминия, кальция, магния, бария, натрия, калия, железа, бора, цинка и даже мышьяка (например, в молочном светотехническом стекле).

Все знают, что основной недостаток многих стёкол — их хрупкость. Огромная масса стеклянных изделий ежедневно превращается в стеклянный бой. Помимо экономических убытков, разбитое стекло представляет опасность, так как свежий скол стекла очень острый. Недаром только что надломленную пластинку стекла можно использовать в качестве режущего инструмента в микротоме — приборе, делающем тончайшие срезы биопрепаратов для биологических исследований. Но оказывается, стекло можно сделать не только очень прочным, но и не дающим острых осколков.

Эта история началась давно — в XVII веке. Английский принц Руперт (полный титул — пфальцграф Рейнский, герцог Баварский) имел все шансы сделать блестящую военную карьеру. Но, оставив военную службу, он посвятил последние годы своей жизни искусству и науке. Одно из его открытий — закалённое стекло. Что же это такое?

Все знают, что бывает, когда в графин или гранёный стакан из толстого стекла наливают крутой кипяток: стекло лопается. Это происходит потому, что стекло — очень плохой проводник тепла; оно прогревается в сотни раз медленнее, чем, например, медь. Поэтому когда внутренняя часть стакана уже горячая, внешние его слои ещё холодные. В результате теплового расширения наружная часть изделия испытывает огромные нагрузки, которые оно часто не выдерживает. Чтобы толстостенные стеклянные изделия не разрушались, их следует нагревать (и охлаждать) медленно. Тем более это относится к изготовлению различных стеклянных изделий: после формования из полужидкой стеклянной массы их охлаждают до комнатной температуры очень медленно. Делается это в специальных печах, в которых температура понижается в течение многих часов. Эта процедура называется отжигом, а полученное таким образом изделие — отожжённым.

В плохо отожжённом стекле остаются внутренние напряжения, которые никак не изменяют его внешний вид (они видны только в поляризованном свете), но сильно ухудшают механические свойства. Эти напряжения часто концентрируются на краях, утолщённых частях изделий. В листовом стекле они могут следовать одно за другим, образуя как бы цепочку. Такое стекло очень трудно отрезать по прямой линии: неравномерно распределённые напряжения уводят трещину в сторону от нанесённой алмазом царапины.

Но отжечь стекло — только полдела. Поверхность даже хорошо отожжённого стекла, как правило, ослаблена множеством мельчайших трещинок, царапин, которые могут быть не видны невооружённым глазом. Особенно опасны микротрещины на краях стеклянных изделий. Именно с них и начинается разрушение. Под нагрузкой на концах трещинок концентрируются очень большие напряжения; трещина увеличивается и, в конечном счёте, прорезает всё изделие — оно раскалывается на части. Если каким-либо способом «залечить» поверхность стекла, сделать её очень ровной и гладкой, то такое стекло станет намного прочнее. Сделать это можно, например, химическим травлением поверхности. Если обычное оконное стекло опустить на несколько минут в смесь фтороводородной (плавиковой) и серной кислот, то с его поверхности будет стравлен слой толщиной до 0,1 мм. Оксид кремния из состава стекла при этом переходит в растворимый фторосиликат:

SiO2 · xH2O + 6HF → SiF62− + (2+x)H2O + 2H+.

Чтобы обработанное таким образом стекло вновь не покрылось трещинками и царапинками из-за попадания на него пыли, а также для защиты от атмосферной влаги (она тоже понижает прочность стекла), его поверхность после сушки покрывают защитной плёнкой из кремнийорганических соединений. Частично «залечить» трещинки в только что купленном стакане можно и в домашних условиях. Для этого его надо осторожно нагреть в воде до её кипения и продолжать кипячение ещё минут десять. Такой стакан будет жить дольше.

В промышленности для упрочнения стекла его закаляют. Закалку осуществляют путём резкого охлаждения горячего стекла. Посмотрим, что будет, если расплавленное стекло вылить в холодную воду. Если лить его понемногу, отдельными каплями, то они не растрескиваются и после охлаждения остаются целыми. Если стекло нагрето до очень высокой температуры (когда оно совсем жидкое), то при падении в воду капельки стекла с достаточно большой высоты она превращается почти в идеальный шарик. Если же кончик стеклянной палочки расплавить на обычной горелке, которой пользуются стеклодувы, то образуется довольно вязкая капля, которая как бы нехотя отрывается от палочки и при этом тянет за собой стеклянную нить. При попадании в холодную воду такая капля принимает форму слезинки с длинным хвостиком. При вхождении в воду скорость падения капли резко замедляется, тогда как её полужидкий хвост продолжает двигаться с прежней скоростью. В результате хвостик у застывшей капли получается в виде змейки. Именно такие капли получил впервые принц Руперт, поэтому они названы его именем (другое название — батавские слёзки).

То, что слёзки остаются целыми, — далеко не самое удивительное их свойство. Они исключительно прочные: выдерживают сильные удары молотком по толстой грушевидной части. Но есть у слёзки ахиллесова пята: стоит надломить её тонкий хвостик поближе к основанию, как вся капля с треском рассыпается на мельчайшие кусочки. Если проводить этот эксперимент в темноте, то иногда видно свечение. Рассыпание слёзок может происходить с такой силой, что, если проводить опыт в стакане с водой, он разбивается, как при взрыве!

Чтобы объяснить необычные свойства слёзок, рассмотрим более подробно процесс их образования. При охлаждении капли возникают силы, которые тянут наружный слой внутрь, создавая в нём напряжения сжатия, а внутреннее ядро — наружу, создавая в нём напряжения растяжения. Отжиг (длительный нагрев при 100°C) приводит к снятию напряжений, так как при повышенных температурах частицы стекла приобретают подвижность и переходят на свои «удобные» места.

Описанные свойства «рупертовых слёз» присущи в большей или меньшей степени всем стеклянным изделиям, которые не прошли отжиг. Такое стекло называется закалённым. Болонские стеклодувы, например, изготовляли круглые сосуды с толстым дном, которые быстро охлаждали на воздухе. Эти сосуды (их называли болонскими склянками) выдерживали сильные удары без разрушения. Но уже незначительные повреждения внутренней их части, например царапины, приводили к разрыву сосуда на части.

Высокая прочность закалённого стекла широко используется на практике. Если напряжения создаются в стекле направленно и равномерно, то они в значительной степени упрочняют его. Чтобы понять, почему это возможно, рассмотрим лист быстро охлаждённого с обеих сторон стекла.

Распределение напряжений в стекле при изгибающей нагрузке («Наука и жизнь» №3, 2017)Распределение напряжений в стекле при изгибающей нагрузке («Наука и жизнь» №3, 2017)

Как и в случае шарика, наружные слои такого стекла будут испытывать сильное сжатие, которое по мере продвижения внутрь листа сначала уменьшается, а потом переходит в напряжение растяжения — оно максимально в центре, как это показано на рисунке. Распределение напряжений в нижней половине листа зеркально повторяет картину в верхней части.

Рассмотрим теперь, как будет вести себя под нагрузкой обычное стекло. Положим лист стекла на две опоры и надавим сверху. Верхняя изогнутая часть стекла будет испытывать сжатие, а нижняя часть — растяжение. Очевидно, что максимальные нагрузки приходятся на самые внешние слои — а они как раз и самые слабые — по причинам, о которых говорилось выше. При этом стекло начнёт разрушаться снизу, так как сжатие оно выдерживает в десять раз лучше, чем растяжение, как, впрочем, и другие материалы.

Проделаем ту же операцию с закалённым стеклом. Здесь прилагаемая механическая нагрузка приведёт к напряжениям, которые будут налагаться на уже имеющиеся в стекле. Казалось бы, это должно только ухудшить дело. Действительно, в верхней части стекла суммарное напряжение сжатия ещё более вырастет. Но дальше сложение напряжений приведёт к тому, что наиболее опасные напряжения растяжения будут максимальными где-то внутри листа, тогда как вблизи нижней поверхности напряжения могут оказаться очень малыми. Итак, под влиянием изгибающего усилия закалённое стекло испытывает по сравнению с отожжённым стеклом большее сжатие в верхнем слое и меньшее растяжение в нижнем слое. В результате на лист закалённого стекла, лежащего на двух опорах, могут встать несколько человек — лист прогнётся в 4–5 раз сильнее, чем обычное стекло, но не сломается! Закалённое стекло значительно превосходит обычное и по термическим нагрузкам — оно выдерживает перепады температур до 270°C, тогда как обычное растрескивается уже при быстром изменении температуры на 70°C.

Опыты по получению промышленного закалённого стекла начали проводить в последней четверти XIX века. Изобретателем особого «твёрдого стекла» считается итальянец де ла Басти. Стеклянные изделия, нагретые до красного каления, но не потерявшие своей формы, он погружал в ванну со смесью расплавленного жира и растительного масла, смешанных в определённой пропорции. Такую смесь можно было нагреть до нужной температуры (обычно от 150 до 300°C) и таким образом регулировать скорость охлаждения в зависимости от состава стекла, формы изделия и его размеров. Испытывались и другие способы закалки — в расплавленном парафине при 200°C, перегретым водяным паром, охлаждение листового стекла сдавливанием между холодными металлическими (или металлической и глиняной) пластинами. Такие опыты, в частности, проводил немец Ф. О. Шотт, который в 1886 году основал знаменитый стекольный завод (шоттовское стекло и поныне известно во всём мире; из него делают и лабораторную посуду высокого качества). Отличить закалённое стекло от простого можно по его оптическим свойствам: закалённое стекло обладает двойным лучепреломлением и в поляризованном свете будет казаться окрашенным.

В настоящее время закалённое стекло производят в большом количестве. Для закалки листового стекла его нагревают до 600—650°C и затем быстро охлаждают путём равномерного обдувания воздухом на специальной обдувочной решётке. Такое стекло по своим термическим и механическим свойствам значительно превосходит обычное. Например, листовое отожжённое стекло толщиной 5–6 мм выдерживает без разрушения удар стального шара массой 800 г при его падении с высоты не более 15 см. Если же это стекло закалить, то оно уже сможет выдержать без разрушения удар аналогичного шара при его падении с высоты 120 см! Прочность на изгиб у закалённого стекла тоже в 4–5 раз выше, чем у обычного. Такое «небьющееся» стекло применяют для остекления вагонов, автомобилей, самолётов и т. д. Главная его особенность в том, что при аварии оно не даёт больших кусков с очень острыми краями, которые исключительно опасны, а рассыпается на небольшие (примерно 3–5 мм) кусочки округлой формы без острых краёв. Для ещё большей безопасности передние стёкла автомобилей делают из так называемого триплекса: комбинации из двух листов обычного или закалённого стекла, склеенных прозрачным и упругим слоем синтетического полимера. При ударе осколки такого стекла остаются на месте, так как удерживаются полимером.

Фрагмент из книги: Леенсон И. А. Химия в технологиях индустриального общества. — Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2011.

Современные технологии производства стекла

 

Стекло является одним из наиболее распространенных материалов, используемых в строительстве и других отраслях. Практически всем известно, что получают его из песка, но сама процедура при этом хорошо понятна только тем, кто непосредственно с ней сталкивается. Для остальных же изготовление стекла является совершенно незнакомым делом.


Чтобы устранить этот пробел, стоит прочесть статью, где все изложено простым и понятным языком. Информация может пригодиться в хозяйстве, когда нужно будет осуществить какую-либо операцию со стеклом. Тогда понимание основных свойств и знание характеристик помогут избежать типичных ошибок и неправильных действий.

Сырье для производства стекла


Стеклом называют не только привычный всем материал, используемый для изготовления окон. В промышленности существует очень много разновидностей, которые служат для самых разных целей. Способы получения стекла в основном сводятся к термической обработке компонентов. Метод производства был открыт довольно давно, но в древние времена материал обладал низким качеством, так как люди не умели хорошо очищать его, и в составе оставалось много вредных примесей, которые значительно ухудшали свойства.

 


Стекло нередко было практически непрозрачным, имело зеленоватый оттенок, и было излишне хрупким. Это говорит о слишком высоком содержании металла или серы. Но с развитием технологий улучшалось и качество готовой продукции. Основное сырье:

 

  • •    оксид кремния, который в большом количестве содержится в песке;
  • •    оксиды бора, фосфора, теллура, германия;
  • •    фторид алюминия;
  • •    некоторые виды химически активных металлов и их соединения.

Технология изготовления


Реакция получения стекла происходит только под воздействием высокой температуры - не менее 1600 градусов. Для обеспечения таких условий используется специальная печь. Весь же процесс можно описать в виде взаимосвязанной последовательности этапов:

 

  • 1.    Вначале сырье тщательно измельчается до порошкового состояния и перемешивается между собой. При этом здесь важна идеальная точность, так что перед смешиванием компонентов нужно все отмерять при помощи электронных весов.
  • 2.    Далее порошок отправляется в плавильную печь, где при высокой температуре происходит процесс получения стекла. Все составные части расплавляются и образуют однородную жидкую массу. Температура обработки зависит от марки получаемого материала. При использовании тугоплавких материалов в качестве присадок, нужно увеличивать количество подаваемой тепловой энергии.
  • 3.    Далее расплав попадает в ванную с жидким оловом, прогретым до 1000 градусов Цельсия. Благодаря меньшему показателю плотности жидкости не перемешиваются между собой, зато стекло получает идеально ровную и гладкую поверхность.
  • 4.    После «оловянной ванны» материал продолжает свое движение по конвейеру, так как ему нужно остыть до температуры примерно 250 градусов, чтобы начался процесс затвердевания. При этом охлаждение должно быть постепенным, иначе изделие попросту треснет и придется отправлять его на утилизацию или переработку.
  • 5.    В конце происходит резка или изготовление стекла нужно конфигурации. Также на любом конвейере имеется автомат качества, проверяющий итоговый результат.

 


Такая технология изготовления стекла уже является давно устоявшейся, но не единственной. В некоторых ситуациях может использоваться другой подход. Это актуально с получением особых стекол, которые с кремниевым материалом имеют из общего лишь одно название. Они могут даже иметь жидкое физическое состояние, в то время, как все стекла привычно ассоциируются с высоким уровнем твердости.

 

 

 

Поэтому нужно рассмотреть еще один процесс - получение жидкого стекла. Он состоит в обработке кремнеземсодержащего сырья щелочными растворами натрия или калия. При этом для нормальной скорости протекания реакции нужна температура кипения щелочи и высокое давление, которое можно обеспечить при помощи специального оборудования.

Производство разных видов стекла и зеркал


Изготовление каленого и закаленного стекла осуществляется при помощи последующей обработки стандартных материалов. Их помещают в специальную печь, где разогревают до определенной температуры, после чего остужают. В результате такого воздействия в верхних слоях образуется так называемая зона напряженности, которая будет обеспечивать дополнительную прочность. Она при нормальных атмосферных условиях в 6 раз превышает предел прочности стандартного стекла.


Одной из самых трудных задач является изготовление гнутых стекол. Осуществляется данный процесс под воздействием высокой температуры, когда материал размягчается и отсутствует риск его поломки. Операция может продолжаться от двух до десяти часов, все зависит от нужного радиуса изгиба и толщины обрабатываемого стекла.

 


В легкой промышленности изготовление изделий из стекла является одним из наиболее востребованных производств. Материал довольно хорошо поддается обработке, потому из него делают посуду и различные декоративные украшения. Большинство елочных игрушек тоже изготовлены из стекла, причем их просто выдувают из расплавленного материала. На практике процесс выглядит очень интересно, так что стоит посмотреть видео об этом.


Многие мастерские осуществляют изготовление стекла на заказ, цена которого будет выше, чем у стандартных моделей, зато можно сразу получить деталь с нужными габаритами. Ознакомиться с прайсом на услуги можно на официальных сайтах.


Зеркало является отдельной категорией стекол, которые вместо свойства прозрачности имеют особенность отражать все, что попадает в их поле зрения. Добиваются такого эффекта благодаря специальной обработке. Часто люди задают вопрос, для чего стекло для изготовления зеркал шлифуется? Это делается с той целью, что на идеально гладкой поверхности изображение не будет искажаться, и человек увидит четкое отражение любого предмета.

Многослойное стекло – новые возможности

Многослойное стекло – новые возможности

Мы продолжаем рассказ об автомобильных стеклах, начатый в ноябрьском номере журнала.

Давно известен странный феномен. Люди что-то изобретают для решения конкретной проб­лемы. А потом оказывается, что их «придумку» можно использовать не только для решения этой проблемы, но и в других целях – иногда очень далеких.

Например, жилет (как часть мужского костюма-тройки) придумали в Англии, при дворе Карла II, в 60‑е годы XVII века, исключительно для того, чтобы носить часы на цепочке – наручных тогда еще просто не изобрели.

Но со временем оказалось, что идея «безрукавки с карманами» очень перспективна: появились бронежилеты, «разгрузки» и инструментальные жилеты для плотников и электриков, фотографов, спасательные жилеты. В качестве совсем уж «эксклюзивного» примера можно привести жилетку известного знатока Анатолия Вассермана – она весит 7 кг и в ней 26 карманов, в которых есть очень многое: от зонтика и шейной подушки для сна до маленькой подзорной трубы, рожка для обуви, набора ниток, иголок, рыболовных лесок, отверток, карандашей и авторучек, ножей, рулетки, GPS-навигатора и губки для обуви.

Собственно, та же история произошла и с многослойным автомобильным стеклом. Изобретенное сначала для повышения безопасности водителя и пассажиров, оно оказалось подходящим для «навешивания» на него многих дополнительных функций. И сегодня многослойные ветровые стекла превратились в сложные конструкции, обладающие совершенно неожиданными свойствами, о которых мы и не подозревали еще несколько десятков лет назад.

Стоит отметить, что практически все модификации многослойных стекол (в основном ветровых) связаны с повышением комфорта в самом широком смысле: прежде всего, для пассажиров, но также и для работников конвейеров и ремонтников.

Итак, по порядку.

Солнцезащитное стекло

Когда автомобили достигли технического уровня, позволяющего перемещаться на большие расстояния, на первое место стал выходить комфорт водителя и пассажиров. И первое, что пришло на ум инженерам, – это необходимость «затемнить» ветровое стекло. Дело в том, что окрашенное стекло адсорбирует больше солнечного тепла. А его применение при установке кондиционера становится еще более эффективным.

Первые «тонированные» цветные стекла были зеленого цвета – они получили широкое распространение в начале 1950‑х годов. Сегодняшние технологии позволяют производителям вносить изменения в замес сырья (шихту). В состав включаются материалы, которые улучшают адсорбирующие свойства стекла и при этом изменяют цветовую гамму, добавляя различные легкие оттенки бронзового, синего и серого цвета, а также расширяя гамму оттенков зеленого цвета.

А поскольку стекло многослойное, то у производителей есть возможность окрашивать только один слой из двух (или нескольких, в зависимости от конструкции).

Но изменение состава – не единственный путь. Защита от солнечных лучей обеспечивается также добавлением металлического покрытия на одну из поверхностей стекла (причем не обязательно на наружную). Это значительно снижает проникновение тепла внутрь машины за счет отражения (отсутствия адсорбции) солнечных лучей.

Кстати, при разработке таких покрытий выяснилось, что они также могут служить и для оттаивания стекла, и в качестве радиоантенны.

Сегодня к автомобильным стеклам применяются все новые и новые требования. Увеличение остекленной поверхности автомобиля требует обеспечить защиту от ультрафиолетовых лучей для панелей и тканевых покрытий. А для этого боковые и задние стекла также должны обладать отражающими солнечные лучи свойствами. Так что и для них требовалось применение в шихте определенных добавок для обеспечения всех требуемых свойств защиты от солнечных лучей.

На сегодняшний день добавки разных производителей отличаются друг от друга, но применяются практически всеми производителями автомобилей.

Существуют два обозначения солнцезащитных стекол: для отражающих ультрафиолетовое и инфракрасное световое излучение и для адсорбирующих разрушающее световое излучение. Отражающее стекло является более эффективным, чем адсорбирующее, но оно и более дорогое. Кстати, наиболее популярными на рынке являются отражающие стекла: комфорт дороже экономии.

Многослойное стекло – новые возможности

Ударопрочное стекло

Это не «противоударное» стекло – оно лишь, как сказано в документах, «…снижает риск разрушения и повреждения». Оно имеет пять слоев: закаленное стекло, PVB, поликарбонатная пластмасса, второй слой PBV и второй слой закаленного стекла. Поликарбонатную пластмассу невозможно разбить – соответственно при повреждении внешнего слоя стекла внут­ренний поликарбонатный слой остается неповрежденным. Такое стекло часто использует компания BMW.

Звукоизолирующее стекло

Звукоизолирующее стекло служит для обеспечения более комфортного управления автомобилем. Но прежде всего такое стекло спроектировано и интегрировано в дизайн автомобилей для улучшения восприятия голосовых команд, подаваемых автомобилю, и обеспечения лучшей слышимости при разговоре построенному мобильному телефону.

Звуковые волны не проникают в автомобиль благодаря специальному внутреннему слою, помещенному между двумя слоями стекла.

Стеклянная крыша

Компания Porsche установила полностью стек­лянную крышу в 1996 году в модели Targa. Она была убирающейся и перемещалась внутрь заднего стекла. Позднее компания Mercedes установила панорамные крыши собственной конструкции на некоторых моделях серий С и E. Эти автомобили имеют полностью стеклянную поверхность от крышки капота до заднего бампера. Сегодня панорамные крыши – естественно, не в столь «экстремальном» варианте – применяют и другие автопроизводители.

Многослойное стекло – новые возможности

…Для конвейера и замены

Сегодня для того чтобы упростить установку, производители автомобилей предъявляют новые требования к производству стекол и дополнительных стеклянных компонентов.

Например, исходным требованием является наличие всех креплений и соединений, необходимых для установки. Поэтому многие стеклянные компоненты герметизированы и загрунтованы (с применением полиуретана) еще до отгрузки на сборочные предприятия.

Герметизация – это процесс изготовления «прямо на стекле» декоративных элементов панели и креплений из расплавленного поливинилхлорида (PVC) или иной пластмассы. Соединение пластика со стеклом получается герметичным, но неразъемным.

Стыковые соединения – это компоненты для дополнительного крепления стекла. Грубо говоря, предок стыковых соединений – та самая «резинка», с помощью которой закрепляли стекло в корпусе автомобиля, до того как его стали приклеивать.

Обычно стыковые соединения на стекольных заводах прижимаются под давлением, устанавливаются при помощи креплений или приклеиваются. Они могут быть укомплектованы сборочными креплениями, наружными декоративными компонентами, каналами для стекол и прочими приспособлениями.

Есть и более «продвинутые» варианты заводской подготовки стекла. Например, опция PAAS обозначает предварительно подготовленную систему приклеивания – клейкую полоску определенной формы, которая располагается по краю стекла в месте соединения.

Некоторые европейские производители автомобилей используют стек­лянные компоненты с опцией PAAS для упрощения сборочных операций.

Многослойное стекло – новые возможности

Антенны, датчики и прочие «тонкости»

Многослойность стекла дала инженерам большой простор для творческой фантазии. Например, история встроенных антенн началась с внедрения проволоки во внутренний слой ветрового стекла в 70‑х годах. И потом инженерная мысль пришла к использованию в качестве антенны металлического покрытия и альтернативного керамического стеклоцемента, нанесенного трафаретным способом на стекло.

Сегодня многофункциональные антенны на стекле используются не только для радиоприемников, но и для систем отпирания автомобиля без ключа, GPS, удаленного включения зажигания, телевидения и спутниковой связи.

Однако наиболее широко применяемой функцией стал обогрев стекла.

На большинстве автомобилей устанавливается встроенная решетка для обогрева заднего стекла. А в последнее время эту технологию начали применять и для обогрева ветрового стекла.

Для ветрового стекла существует два варианта – либо общий обогрев, либо обогрев только зоны стеклоочистителя.

Обогрев зоны стеклоочистителя обеспечивает подогревание самого стеклоочистителя и зоны стекла, на которую не попадает теплый воздух. Нагреватели зоны стеклоочистителя устанавливаются рядом в нижней части лобового стекла. Они могут быть видны либо спрятаны под панелью. При демонтаже таких стекол необходимо отключить оба контура электропроводки: один контур источника питания и другой – заземления, расположенный за декоративной стойкой «А» либо под секцией приборной панели.

Общий обогрев стекла является комфортной опцией дорогих автомобилей. Эта опция позволяет обеспечивать моментальный обогрев и оттаивание ветрового стекла – вместо традиционного обогрева, который требует времени на прогревания двигателя. Основной характеристикой является способность обеспечить оттаивание ледяного покрова ветрового стекла толщиной ¼ дюйма (около 7 мм) менее чем за 3 минуты.

Многослойное стекло – новые возможности

Полоски нагревателя общего обогрева установлены в верхней и нижней части слоев стекла. Решетка из электрических проводов очень тонкая и практически невидима. Если смотреть на стекло на расстоянии, то оно приобретает золотой или розовый оттенок. Электрическая проводка отключается с наружной стороны под крышкой капота.

Следует заметить, однако, что компания Ford Motor Company непрерывно устанавливает ветровые стекла с общим обогревом с начала 90‑х годов. Они могут быть заменены обычными стеклами – но с обязательным отключением электронных компонентов: иначе существует риск выхода из строя автомобильного генератора.

Датчики дождя – они стоят уже на многих автомобилях. Принцип их работы достаточно прост: испускается световой луч, который отражается от поверхности стекла и возвращается обратно к датчику. Если световой луч попадает на дождевую каплю на стекле, он преломляется, и количество света возвращающегося луча уменьшается, что заставляет срабатывать механизм включения стеклоочистителя.

Многослойное стекло – новые возможности

Надо помнить, что датчик дождя представляет собой сложное и деликатное устройство, которое требует проведения специальных процедур при отсоединении и установке.

На рынке представлен широкий выбор датчиков. Некоторые устанавливаются на стекле при помощи прозрачной двухсторонней клейкой ленты, другие – на встроенном в стекло креплении, третьи встраиваются в зеркало заднего вида. Все они располагаются в непосредственной близости от зеркала заднего вида и требуют отсоединения при замене стекла. Перед повторной установкой датчика нужно убедиться в наличии всех необходимых для установки приспособлений.

Еще один современный «наворот» – технология индикации на ветровом стекле (HUD), которая позволяет отображать на уровне глаз водителя приборную панель.

Ветровое стекло с опцией HUD имеет прозрачное отражающее покрытие, три слоя и клиновидную форму для улучшения обзора.

Важно помнить – при замене на стекло без этой опции, либо при его неправильной установке, водитель увидит лишь пятно с нечитаемыми значениями. Для проверки высоты стекла необходимо использовать автомобильную систему позиционирования, устанавливаемую по периметру гнезда установки стекла, либо использовать стекло OEM, укомплектованное распорками.

Стекло будущего

Со временем автомобильные стекла будут меняться в сторону повышения комфорта и, как следствие, сложности их конструкции. Например, новые технологии уже сегодня позволяют изменять уровень затемнения стекла – как за счет пропускания электрического тока через стекло (электрохромный метод), как и за счет внешнего природного освещения (фотохромный метод).

Многослойное стекло – новые возможности

Второе направление – это видимость в дождь. Например, гидрофобное стекло уже применяется в некоторых моделях Toyota и Lexus. При его производстве на первую поверхность стекла накладывается определенное покрытие. При попадании дождя на гидрофобное стекло вода стекает с него при минимальном использовании стеклоочистителей, но затем покрытие подлежит замене. В настоящее время такое покрытие наносится после продажи автомобиля, но новые технологии позволяют наносить его на заводе-изготовителе автомобильных стекол. На сегодняшний день на рынке запчастей представлены две торговые марки гидрофобных покрытий: Rain-X® и Aquapel®.

Что еще придумают инженеры – сказать сложно. Но многослойность автомобильного стекла позволяет им не особенно ограничивать свою фантазию.

  • Михаил Смирнов

Стекло: история материала | Журнал Ярмарки Мастеров

Что? Где? Когда?

На нескромный вопрос, каков же точный возраст стекла, затрудняются дать ответ даже маститые ученые. Наиболее древние фрагменты стеклянных изделий, обнаруженных при археологических раскопках, датируются 3 тысячелетием до нашей эры. Однако это рукотворные предметы, а опыт использования обсидиана - природного черного вулканического стекла (а по версии поклонников «Игры престолов» — стекла драконьего) — был известен человечеству со времен каменного века. Историки едины во мнении, что стекло стало продуктом побочного производства (по одним данным — вследствие обжига керамики, по другим — в ходе обработки бронзовых и медных изделий), что объясняет трудности с точным определением местности, где зародилось стеклоделие.

Стекло история материала, фото № 1

Обсидиант — наконечники древнего оружия.

Ареалом возникновения считается сирийское побережье, Месопотамия, Финикия или Древний Египет, но конкретнее указать не представляется возможным - между данными территориями было налажено слишком тесное взаимодействие. Существует и передававшаяся из уст в уста легенда, изложенная в своем труде «Естественная история» древнеримским ученым Плинием Старшим, что стекло было получено волей случая, когда финикийские торговцы, разложив костер для приготовления ужина на кусках селитры, вместо песка и золы с удивлением обнаружили утром переливающуюся на солнце прозрачную субстанцию. Исходным материалом для создания стекла действительно служили песок, известь и органическая (зола) или неорганическая (сода) щелочь. Однако ни один из множества позднее поставленных опытов реальности изложенных Плинием событий подтвердить так и не смог.

По следам былых эпох

Желание преображать себя было свойственно и древнему человеку, поэтому нет ничего удивительного в том, что одними из первых обнаруженных стеклянных артефактов стали украшения. Именно бусы (ожерелье из неровных зеленовато-черных осколков) были обнаружены при раскопках погребения царицы Хатшепсут — не менее легендарной правительницы Египта, чем знаменитая Клеопатра, а уникальные по красоте и химическому составу бусины возрастом около 4 тысяч лет с глазовидным рисунком — в ходе исследований погребений на территории Индии, Кореи и Японии.

Стекло история материала, фото № 2

царица Хатшепсут

Стекло история материала, фото № 3

Бусины из стекла. Древний Египет

Поначалу стекло окрашивали путем добавления в состав различных составляющих. Медь придавала материалу голубой, лазурный цвета, сочетание меди и железа позволяло получить оттенок глубокой зелени, кобальт наделял изделие насыщенным синим, а марганец — изумительными розово-фиолетовыми оттенками. Для создания необходимого эффекта использовалось не только изменение состава на этапе производства, но и постпроизводственная обработка — роспись золотом и эмалевыми красками, привнесенная в стеклоделие арабскими мастерами.

Стекло история материала, фото № 4

Красители стекла.

Египтяне использовали стекло не только как основу декоративных украшений или для производства посуды (самым знаменитым творением мастеров Древнего Египта является стеклянная чаша фараона Тутмоса III), но и в ритуальных целях. Бусины отчасти и в целом стекло применяли для создания различного рода амулетов, в том для изображения священного для египтян жука — скарабея. О важности стекла и почитании процесса его творения свидетельствовали и фрески, найденные при раскопках одной из пирамид, датируемой XV веком до нашей эры.

Стекло история материала, фото № 5

Чаша фараона Тутмоса III

Особую роль стекла в ритуальных процессах подтвердили и раскопки древних храмовых комплексов Карнака и Луксора. Перед жертвенным алтарем, у которого отправлялись религиозные обряды, были обнаружены высеченные в камне глубокие дорожки шириной до 50 см. Найденные на дне многочисленные осколки стекла и отраженный на колоннах процесс общения жрецов с богами дали однозначное объяснение их предназначению. Наполненные осколками стекла дорожки использовались для достижения высшей степени экзальтации и религиозного экстаза.

За семью печатями

Несмотря на то, что к XV веку до нашей эры стекло перестало быть чем-то диковинным, хотя и оставалось предметом роскоши, технологии для производства прозрачного стекла, требовавшего высокой температуры, открыли только к IX веку до Рождества Христова. У каждого региона была своя специфика, свой перечень используемых материалов, позволявших получить тот или иной узнаваемый оттенок, создать уникальный стиль созданного изделия. Технология и нюансы процесса держались в строжайшей тайне и передавались исключительно из уст уста от мастера к его ученикам в течение многих веков. Первое письменное «руководство» по стеклоделию датировалось 650 годом до нашей эры и хранилось в древнейшей из известных человечеству библиотек ассирийского царя Ашшурбанипала, дойдя и до наших дней.

Открытие, которое изменило все

Постепенно техника стеклоделия значительно усложнилась, а мастера, к пущей радости своих заказчиков, начали активно осваивать и иные формы, помимо амулетов, бус и кубков - перстни, браслеты, разнообразные предметы обихода, в том числе декоративные и бытовые. Значительно возросли эстетические требования к изделиям, и расширился спектр технических приемов обработки стеклянной массы (формовка, литье, навивка, резание, гравировка, полировка и т.д.). Одним словом, к концу I века до нашей эры был накоплен колоссальный опыт, давший толчок к поистине революционному открытию в истории стекольного дела - изобретению стеклодувной трубки, благодаря которой стало возможным создание любых желаемых форм.

Стекло история материала, фото № 6

Стеклодувная трубка

Стеклодувная трубка появилась в Сирии на рубеже I века до н.э. - I века н.э. И именно это обеспечило государству заслуженную славу флагмана в стеклоделии на многие столетия вперед. Благодаря политике Римской империи, под чьим протекторатом Сирия находилась на тот момента, это открытие получило широкое распространение во всех римских провинциях и привело к феноменальному расцвету стеклодувного дела. Выдающимся произведением этой эпохи, дошедшим до наших дней, стала хранящаяся в Британском музее Портлендская ваза. Уникальный шедевр выполнен из двухслойного стекла насыщенного темного синего и непрозрачного белого оттенков, последний из которых представлен непревзойденным по тонкости работы рельефом семи фигур богов и смертных, выполненных методом резьбы.

Стекло история материала, фото № 7

Портлендская ваза

Однако, Портлендская ваза — штучный эксклюзивный товар. Но и среди производившихся партиями изделий в римскую эпоху было то, что и по сей день остается неотъемлемой составляющей нашей жизни, — оконное стекло и плитка для облицовки стен. Рим также подарил миру смальту — цветное стекло с добавлением оксидов различных металлов, ставшее основой знаменитых римских мозаичных панно.

Стекло история материала, фото № 8

Древняя мозаика

После распада Римской империи пальму первенства в выплавке смальт перехватила Византия, где мозаика повсеместно использовалась в архитектуре — от внутреннего убранства частных домов и отделки их фасадов до оформления храмовых комплексов. Византийские мастера довели производство смальт до высочайшего уровня, создав более ста вариантов цветовых оттенков.

Нет предела совершенству

Святая Троица европейского стеклоделия — Италия, Чехия, Британия. Каждая из этих трех стран привнесла в стеклоделие нечто настолько индивидуальное, что изменила само представление о стекле.

Стекло история материала, фото № 9

Остров Мурано

Венеция — как много в этом слове…. Здесь обитало немыслимое даже по сегодняшним меркам количество стеклодувов — порядка 8 000 человек, а сами мастера обладали невероятными для средневековой Венеции привилегиями, ранее доступными только высшему сословию. Искусность венецианских стеклодувов была настолько широко известна за пределами Италии и так высоко ценилась, что правительством было принято беспрецедентное решение — смертная казнь за разглашение секрета производства венецианского стекла, отличавшегося особой прозрачностью благодаря добавлению небольшого количества свинца.

Поговаривают, что и эта причина, а не только частые пожары из-за множества стеклодувных печей, грозившие уничтожением городу, полному деревянных построек, стала основанием для переноса производства на остров Мурано. Рукотворные чудеса из переливающегося сотнями цветовых оттенков муранского стекла считались редким и ценным подарком, а врученные венецианскими дожами — знаком особого расположения.

Долгий период времени настойчивые попытки конкурировать с венецианским стеклом и разгадать секрет его производства предпринимали чешские стеклодувы. Результатом тщетных усилий разгадать секрет мастеров с острова Мурано стало создание собственной рецептуры и появление калиево-кальциевого соединения, отличавшегося особой чистотой, блеском и прозрачностью. Это стекло стало известно за пределами Чехии как «богемский хрусталь». Хотя имеет оно и еще одно название — «лесное стекло», полученное из-за замены соды, обеспечить постоянный приток которой в Чехию было проблематично, поташом, получаемым при сгорании древесного сырья.

Стекло история материала, фото № 10

Богемский хрусталь

Лавры итальянских мастеров не давали спать и английским стеклодувам. Благодаря изобретательности и недюжинному терпению одного из них — Джорджа Равенскрофта — был изобретен аналог дорогостоящего в добыче и проблемного в обработке горного хрусталя. Заменив поташ на оксид свинца высокой концентрации, Равенскрофт получил стекло, обладающее высокой светоотражающей способностью, но при этом легко поддающееся резке и гравировке. Это событие стало отправной точкой в производстве доступных не только самым богатым слоям общества высококачественных хрустальных изделий, отличающихся особой эстетикой.

Стекло история материала, фото № 11

Английский хрусталь

Свет в конце тоннеля

Развитие стеклодувного производства длиной в несколько тысячелетий в конечном итоге не могло не привести к постановке этого процесса на поток. Хотя активное цеховое производство стекла было известно человечеству уже в течение нескольких веков, в промышленных масштабах его стали выпускать только в конце XIX века, изменив ремесленный характер стеклоделия и выпустив стекло в массы. Однако ни тысячелетия экспериментов со стеклом, ни упрощение процесса его производства, ни доступность расходных материалов не смогли изменить того факта, что стекло было, есть и будет удивительным и благодарным материалом для воплощения мастерских идей.

Стекло история материала, фото № 12

Бой современного листового стекла

Литье стекла, гравировка, роспись, фьюзинг, «Тиффани», классические витражи — все это и многое другое и сегодня дает возможность для создания подлинных шедевров стеклоделия. Работа со стеклом разнится по сложности, выразительности и достигнутому эффекту, но каждая из техник придает конечному изделию индивидуальные черты. Одной из них является лэмпворк - художественная обработка стекла в пламени горелки, результаты которой отличаются редким многообразием и неизменно привлекают взгляды восхищенной публики от мала до велика.

Надеюсь, что вам будет интересно ознакомиться не только с общей историей стекла, но и с историей, новаторством и особенностями отдельных техник. Следующая публикация будет посвящена чудесам Лэмпворка.

About Author


admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о