Стекло и стеклянные изделия

Введение  

   Стеклоделие в России возникло в IX - Х вв., т. е. намного раньше, чем в Америке (XVII в.) и ранее, чем во многих других странах Западной Европы (Англии, Швеции, Венеции, Богемии, Лотарингии, Нормандии и др.).

   Общий промышленный подъем, начавшийся в  царствование Петра I, захватил и стекольное дело. Развитие стекольного производства было вызвано большим спросом на стеклянные изделия - оконное стекло, зеркала, посуду, который не могли удовлетворить существовавшие еще в XVII веке в Московской Руси старые стекольные заводы (Духанннский, Измайловский, Черноголовский) и стремлением отказаться от дорогостоящего ввоза заграничного стекла.

   Ассортимент изделий посудного цеха Ямбургского завода был очень большой. Так, например, в 1722 году завод выпускал: рюмки пивные с крышками и без крышек, рюмки винные и водочные разных размеров, стаканы пивные, водочные, разные бутылки, лампады, солонки, огуречные чаши, карманные «фляши» (фляги), чернильницы и т. д.

   Из  вышеприведенных исторических данных, можно сделать вывод, что тема стекольного производства была актуальна  для нашей страны уже 250 лет назад.

   В наше время сохраняются традиции и секреты старых мастеров, умение работать со стеклом передается на генетическом уровне из поколения в  поколение. Время диктует новые  тенденции, но основы ремесла остаются незыблемыми.

   Работа  выдувальщика волшебное зрелище: дыхание  человека преобразует каплю в  чудесное изделие. Сегодня предприятия нашей страны производят продукцию из стекла и хрусталя: рюмки, бокалы, фужеры, графины, кувшины, креманки, стаканы, пивную серию, высокохудожественные штофы, салатники, сортовую вазы, вазы для декорирования интерьеров, парфюмерную тару, бутыли медицинского назначения, отвечающие самому взыскательному вкусу, это: ЗАО КЦ «Элвис» в который входит четыре стекольных завода: Иванищевский, Тасинский, Золотковский и им. Воровского, Производственное предприятие «Интер-АРТ XXI» г. Тверь, ООО «Уралпосуда» Гусь-Хрустальный и т.д.

      1 Состав стекла 

      Стеклянные  изделия в соответствии с назначением  подразделяют на три класса: бытовые, архитектурно-строительные и технические.

      К бытовым стеклянным изделиям относят  посуду, художественно-декоративные изделия для украшения интерьера, ламповые изделия, зеркала.

      Стекло  — это аморфное тело, получаемое переохлаждением расплава независимо от состава и температурной области  затвердевания. При постепенном увеличении вязкости оно приобретает механические свойства твердого тела.

      Классифицируют  стекло по происхождению, химическому  составу, основным свойствам и назначению.

      Для изготовления бытовой посуды и декоративных изделий используют оксидные стекла, в которых основными стеклообразователями являются оксиды кремния, бора, алюминия и др.

      Стекла, в которых основным стеклообразователем является оксид кремния — SiO₂, называют силикатными, стекла, где основными стеклообразователями служат оксиды бора и кремния, — боросиликатными, а стекла с основными стеклообразователями в виде оксидов алюминия, бора и кремния — алюмоборосиликатными. Эти оксиды образуют основу структуры стекла и определяют его важнейшие свойства.

      Помимо  названных кислотных оксидов  в состав стекла входят оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. Из щелочных оксидов используют оксиды натрия — Nа₂О, оксиды калия — К₂О, оксиды лития — Li₂О; из щелочно-земельных — оксиды кальция — СаО, оксиды магния — МgО, оксиды цинка — ZnО, оксиды бария — ВаО, оксиды свинца — РbО.

      Каждый  оксид привносит присущие ему  свойства. Поэтому многие свойства стекла зависят от его химического  состава.

      Состав  стекла выражают через составляющие его оксиды.

      Согласно  ГОСТ 24315—80 стекло для бытовой посуды и декоративных изделий подразделяют на следующие виды: натрий – кальций - силикатное, специальное бытовое, хрустальное (содержит не менее 10 % оксидов свинца, бария, цинка), малосвинцовый хрусталь (18—24% РbО), свинцовый хрусталь (24— 30% РbО), высокосвинцовый хрусталь (30% и более РbО), бариевый хрусталь (не менее 18 % ВаО). К специальному бытовому стеклу относят жаростойкое боросиликатное и алюмоборосиликатное стекло.

      Для изготовления кухонной посуды применяют  также ситаллы. Это непрозрачные белого цвета стеклокристаллические материалы высокой термостойкости. Их изготовляют путем направленной кристаллизации литий-алюмосиликатного стекла в процессе специальной термической обработки.

      Сырьевые  материалы стекольного производства подразделяют на основные, или стеклообразующие, и вспомогательные.

      С основными материалами в состав стекла вводят кислотные, щелочные и щелочно-земельные оксиды.

      Главный кислотный оксид — SiO₂ — вводят в стекло через кварцевый песок. Песок должен быть свободен от примесей, особенно окрашивающих (оксиды железа, титана, хрома), которые вызывают голубоватые, желтоватые, зеленоватые оттенки стекла, снижают его прозрачность. С повышением содержания диоксида кремния в стекле улучшаются механическая и термическая прочность, химическая устойчивость, но повышается температура варки.

      Оксид бора В₂О₃ вводят с борной кислотой или бурой. Он облегчает варку, улучшает физико-химические свойства стекла.

      Оксид алюминия А1₂О₃ вводят обычно через глинозем. Его добавка способствует повышению прочностных показателей и химической устойчивости стекла.

      Щелочные  оксиды Nа₂О, К₂О вводят через углекислые (сода, поташ) или серно-кислые соли. Они понижают температуру варки стекла, облегчают формование изделий, однако уменьшают прочность, термостойкость и химическую устойчивость.

      Щелочно-земельные оксиды вводят обычно посредством углекислых солей. Так, оксид кальция вводят через мел или известняк, оксид магния — через магнезит или доломит,оксид свинца — посредством свинцового сурика или свинцового глета.

      Оксиды  кальция, магния, цинка увеличивают  химическую устойчивость и термостойкость изделий. Оксиды бария, свинца и цинка повышают плотность, оптические свойства и поэтому применяются в производстве хрусталя. В производстве стекла широко используют горные щелочесодержащие породы, отходы горно-обогатительных комбинатов, цветной металлургии, доменные шлаки, в больших количествах — стекольный бой.

      Вспомогательные материалы облегчают и ускоряют варку стекла, окрашивают и заглушают его. По назначению их подразделяют на осветлители, обесцвечиватели, глушители, красители, восстановители и окислители.

      Осветлители    способствуют  удалению   из   стекломассы газов,   образующихся   при   разложении   сырьевых   материалов.

      Обесцвечиватели   погашают или ослабляют нежелательные цветные оттенки.

      Глушители (фториды и фосфаты) уменьшают  прозрачность и обусловливают белую окраску стекла.

      Красители придают стеклу нужный цвет. В качестве красителей используют оксиды или сульфиды тяжелых металлов. Окрашивание может  происходить также за счет выделения  в стекле коллоидных частиц свободных  металлов (меди, золота, сурьмы).

      В синий цвет стекло окрашивают закисью  кобальта, в голубой — окисью меди, в зеленый — окисью хрома или ванадия, в фиолетовый — перекисью марганца, а розовый — селеном, в сиреневый — окисью неодима, в желтый — окисью церия, сернистым кадмием и др. Особо выделяют красные стекла — рубины: селеновый, медный, золотой.

      2 Производство изделий из стекла 

      Производство  стеклянных изделий состоит из обработки  сырья, составления шихты, варки  стекломассы, формования и отжига изделий, первичной и декоративной их обработки.

      Обработка сырья сводится к очистке песка и других компонентов от нежелательных примесей, тонкому измельчению и просеиванию материалов.

      Приготовление шихты, т. е. сухой смеси материалов, состоит в отвешивании компонентов согласно рецептуре и тщательном их перемешивании до полной однородности. Более прогрессивным методом является изготовление из шихты брикетов и гранул; при этом сохраняется однородность шихты, ускоряется варка.

      Варку стекломассы из шихты осуществляют в ваннах и горшковых печах при максимальной температуре 1450—1550°С. В процессе варки происходят сложные физико-химические превращения и взаимодействия сырьевых материалов с образованием и плавлением силикатов и свободного кремнезема. С помощью осветлителей стекломассу освобождают от газовых включений, тщательно перемешивают до достижения однородности по составу и вязкости.

При нарушениях режимов обработки сырья, приготовления  шихты и варки образуются дефекты стекломассы в виде нежелательных цветных оттенков и посторонних включений — стекловидных (свиль, шлир), газовых (пузырь, мошка), кристаллических (камни).

      Формование  изделий из вязкой стекломассы осуществляют разнообразными методами. Эта возможность связана с постепенным нарастанием вязкости стекла с понижением температуры и высоким поверхностным натяжением стекла, которое обеспечивает получение гладкой, блестящей поверхности изделий. Метод формования во многом определяет конфигурацию изделий, толщину стенки, приемы декорирования, окраску и поэтому является важным ассортиментным признаком и ценообразующим фактором.

      Бытовые изделия изготовляют ручным и  свободным выдуванием, механизированным выдуванием, прессованием, прессовыдуванием, многостадийным методом, моллированием (гнутьем), центробежной формовкой.

1. Ручное выдувание — с помощью стеклодувной трубки с использованием деревянных или металлических форм, в которых при вращении заготовки (пульки) завершается формование. Этим методом получают изделия любых конфигураций и толщины стенки с гладкой и блестящей поверхностью. Вырабатывают бесцветные, окрашенные в массе и накладные изделия (двух- и многослойные). В процессе выдувания можно украшать посуду различными приемами.
2. Свободное выдувание (в торговле — гутенская формовка) осуществляют также посредством стеклодувной трубки, но изделия формуют и окончательно отделывают в основном на воздухе. Изделия характеризуются сложностью форм, плавными переходами частей, утолщенной стенкой. Декорируют их цветными полосами, лентами, пузырями, налепами и т. п.
3. Механизированным выдуванием на автоматах (ВС-24, Р-24, ВМ-16, Р-28, ВР-24 и др.) изготовляют бесцветные изделия простых очертаний, в основном стаканы.
4. Прессование изделий осуществляют на автоматических прессах в металлических формах под давлением сердечника. Изделия бесцветные или цветные имеют плоскую, цилиндрическую, коническую форму, расширяющуюся в верхней части. Толщина стенки более 3 мм. На поверхности можно заметить швы — место соединения частей разъемных форм. Некоторое однообразие прессованных изделий стремятся преодолеть за счет создания легкого рельефного узора на поверхности (фактурный пресс), прессования без верхнего кольца, позволяющего получить разный у каждого изделия свободно сформированный край, сочетания прессования и гнутья (пресс-моллирование).
5. Прессовыдуванием на автоматах Г-28, ПМВ, ЛАМ-2 изготовляют стаканы и посуду сложных форм — графины, флаконы и др. На автоматических линиях «Интергласс» прессовыдувани-ем вырабатывают рюмочные изделия. При этом чашу выдувают, а донышко и ножку прессуют и сваривают с чашей.

      При формовании возможны дефекты, такие, как кривизна изделий, несимметричная приставка деталей, разнотолщинность стенки, складки, морщины, царапины, мелкие трещины (посечки) поверхности и др.

      При формовании ввиду низкой теплопроводности стекла, резкого и неравномерного охлаждения в изделиях возникают остаточные напряжения, способные вызвать их самопроизвольное разрушение. Поэтому обязателен отжиг — термическая обработка, состоящая в нагревании изделий до 530—550 °С, выдерживании при этой температуре и последующем медленном охлаждении. При отжиге остаточные напряжения ослабляются до безопасной величины и равномерно распределяются по сечению изделий.