Технология производства и потребительские свойства стекла армированного листового

    Наибольшее  распространение получило неорганическое стекло, характеризующееся высокими механическими тепловыми, химическими  и др. свойствами. Основная масса  неорганического стекла выпускается  для строительства (главным образом  листовое) и для изготовления тары.

    Физико-химические свойства стекла зависят от сочетания  входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла — прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83—90%, а оптического стекла —  до 99,95%). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию у стекла такое же, как у чугуна. Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, ионный обмен, при котором на поверхности стекла происходит замена ионов, например натрия, на ионы лития или калия, химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих на поверхности стекла в результате воздействия окружающей среды (температура, влажность и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить прочность стекла в 4—50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой растворяется плавиковой кислотой, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует раскрытию трещин.

    Механические  свойства стекла:

• Упругость. Нагрузка, приложенная к твердому телу, может вызвать его упругую или пластическую деформацию. Упругая деформация исчезает сразу после снятия нагрузки, пластическая в той или иной степени остается. Модуль упругости стекол различного состава колеблется от 48000 до 83000 Мпа;
• Предел прочности при сжатии. Предел прочности стекла при сжатии определяется разрушающей силой сжатия, действующей на поперечное сечение образца в направлении оси последнего, равномерно по всему сечению. Предел прочности отожженных стекол при сжатии составляет 500-2000 Мпа.
• Твердость стекла – это сопротивление его поверхности прониканию в нее инородных тел. Чем выше твердость, тем больше требуется времени для механической обработки стекла и тем меньше его износ при истирании.
• Хрупкость – характерное свойство твердых стекол. Твердое стекло разрушается сразу после достижения им предела упругой деформации. Поэтому хрупкость стекла характеризуется его сопротивлением мгновенной нагрузке – удару. Хрупкость стекла зависит от его формы, размеров, толщины; с увеличением толщины сопротивление удару возрастает.

  Термические свойства:

• Теплопроводность стекла – способность передавать теплоту в направлении от более нагретой части обьема или поверхности к менее нагретой. Теплопроводность стекла повышается с возрастанием его температуры, удваиваясь при температуре размягчения.
• Термическая стойкость. Стеклянные изделия нередко эксплуатируют в условиях изменяющихся температур. Термостойкость стекла зависит, прежде всего, от температурного коэффициента линейного расширения.

    Оптические  свойства:

• Отражение света – отношение количества света отраженного от поверхности стекла, к количеству света, падающего на его поверхность.
• Рассеивание света – если свет падает на стекло, имеющее шероховатую поверхность или содержащее в массе много мелких инородных включений, он многократно отражается в разных направлениях и выходит из стекла в виде рассеянного пучка.

 

4. Технология производства стекла армированного листового и ее технико-экономическая оценка

    Стекло известно уже несколько тысячелетий. Первые упоминания о стекле связываются с находками, найденными в древнем Египте в 7 000 годах до нашей эры - стеклянными бусами и амулетами. А первые стекольные заводы начали появляться только в ХVIII веке.

    Стекло представляет собой находящуюся в застывшем состоянии жидкость. Это - аморфное вещество, которое не обладает в твердом состоянии свойствами кристаллического вещества. Основными компонентами, образующими стекло, являются: кварцевый песок (69-74 %); сода (12-16 %); известняк и доломит (5-12 %) и в небольших процентных соотношениях некоторые другие компоненты. Кроме основных сырьевых компонентов можно вводить различные добавки, например, для окрашивания стекла в желаемый цвет или для изменения других свойств стекла.

     Качество  каждого сырьевого материала  должно отвечать требованиям, соответствующим виду и назначению стеклянных изделий, в производстве которых этот материал применяется. Механическая прочность и термическая устойчивость стекла, а также внешний вид и срок службы изделий зависят от химической и физической однородности исходных расплавов.

     Для получения однородных расплавов  сырьевые материалы должны иметь постоянный химический состав как в объеме партий, поступающих в производство (химическая однородность или постоянство состава внутри партии), так и во времени между последовательно поступающими партиями (постоянство состава во времени) В материалах, идущих на производство бесцветных стекол, строго нормируется допускаемое содержание примесей, окрашивающих стекло: соединений железа, титана, хрома, углерода. В сырьевых материалах ограничивают также содержание примесей тугоплавких веществ (корунда АlОз, циркона ZrSiCu, металлического кремния, природного кремня), которые с трудом, медленно растворяются в расплавах стекла и могут остаться в изделиях в виде инородных включений. Хорошо подготовленный сырьевой материал должен иметь однородный и постоянный во времени зерновой (гранулометрический) состав. Для каждого вида сырья нормируются наиболее желательные (оптимальные) размеры зерен, при которых этот материал не комкуется, хорошо, без расслоения, смешивается с другими компонентами шихты, меньше улетучивается (выгорает) при загрузке в печь, активно вступает в химические реакции и равномерно растворяется в расплаве.

    Технология  получения листового стекла в  основном базируется на двух способах: Фурко и Флоат.

    В 1902 году Эмиль Фурко разработал метод  машинной вытяжки стекла. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи в виде непрерывной ленты  через прокатные валки, поступает  в шахту охлаждения, где режется  на отдельные листы. На сегодняшний  день в Европе метод Фурко практически  не применяется, его вытеснил более  совершенный Флоат-метод.

    Флоат-метод  был разработан в 1959 году фирмой “Пилкингтон”. При этом процессе, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими является:

• стабильная толщина стекла;
• высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки;
• отсутствие оптических дефектов в стекле;
• высокая производительность;

    Наибольший  размер получаемого стекла, как правило, составляет 5000-6000 мм х 3210 мм, а толщина  листа может быть от 2 мм до 25 мм.

    В массе выпускаемого стекла в последнее  время значительно возрастает доля функционального (с особыми свойствами) и декоративного стекла. Связано это с тем, что обычное стекло, применяемое в архитектуре, не отвечает современным требованием. В настоящее время к нему предъявляются чрезвычайно высокие требования по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения и т.д.

    Флоат-метод  позволяет придавать стеклу некоторые  необходимые свойства на стадии его  производства. Ассортимент выпускаемого в настоящее время стекла настолько  широк, что может привести в замешательство неподготовленного потребителя. Некоторые  сорта стекла выпускаются под  собственными именами. Для того чтобы  сориентироваться в этом многообразии и сделать правильный выбор необходимо четко представлять, в каких условиях будет эксплуатироваться то или  иное стекло. Так, например, использование  тонированного в массе стекла, с коэффициентом пропускания  меньше чем 50 % в качестве облицовочного  фасадного остекления не рекомендуется. Поскольку в жаркий солнечный  день панели из него могут нагреваться  до температуры 80-90 оС и выше, что  создает большие температурные  напряжения, которые могут привести к разрушению панели со всеми вытекающими  отсюда последствиями. В этом случае необходимо применение специальных  закаленных, армированных и ламинированных стекол.

    В Беларуси наблюдается повсеместное увлечение тонированным (имеющим различную окраску стеклом) остеклением. В Европе от данной моды отказались. Это связано со многими причинами. Одна из них отмечалась выше, вторая заключается в том, что сильно отличающиеся от природного спектральный состав освещения пагубно влияет на самочувствие людей. При большой степени остекления, люди, находящиеся внутри помещения, теряют чувство времени, и у них ухудшается зрение.

    Итак, выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим  воздействием. Чтобы грамотно применять современные виды строительного стекла, необходимо понимать, что такое солнечное излучение.

    Рассмотрим  основные составляющие солнечного излучения:

1. Ультрафиолетовые лучи (длина волны 280-380 нм);
2. Видимый свет (длина волны 380-780 нм);
3. Короткие волны (длина волны 780-2480 нм);
4. Длинные волны (длина волны 2480 и более).

    Световые  лучи частично отражаются стеклом, частично поглощаются и часть из них, попадает внутрь помещения, для чего, собственно и, существует остекление. Коэффициент светопропускания стекла от 88 % (для обычного полированного стекла) до 19% (специального).

    Прямая  солнечная энергия (короткие волны) - это невидимая часть спектра, она также частично отражается стеклом (особенно темным, окрашенным), а часть  ее проходит внутрь помещения. Солнечный  фактор (СФ) состоит из энергии прямого  прохождения I и поглощенной стеклом  энергии II, которое оно передает внутрь.

    Косвенная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями:

• Теплопроводность
• Конвекция
• Тепловое излучение
• 2/3 потери тепла через стекло происходит за счет теплового излучения и 1/3 за счет теплопроводности и конвекции.

    Придавая  стеклу определенные свойства (создавая различные типы стекол) можно влиять на проникновение в помещение  того или иного вида световой энергии. 

    

    Блок-схема  производства листового стекла

1 –  печь варки стекломассы; 2 – участок  горизонтального формирования листового  стекла и его отвердевания  на расплавленном олове; 3 – резка  стекла; 4 – разбраковка листов  стекла; 5 – конвейер; 6 – снятие  с конвейера и упаковка листов  стекла 1-й бригадой (операция а)); 7 – упаковка 1-й бригадой ящиков  со стеклом (операция б)); 8 –  снятие с конвейера и упаковка  листов стекла 2-й бригадой (операция  а)); 9 – упаковка 2-й бригадой ящиков  со стеклом (операция б)); 10 –  бункер для боя бракованного  стекла, а также кондиционного  стекла, которое не успели упаковать  1-я и 2-я бригады; 11 – кран  для подъема и перемещения  заполненных ящиков на склад  готовой продукции, бункера для  стекольного боя к стеклоплавильной  печи; 12 – склад готовой продукции; 13 – участок подготовки шихты  с лабораторией для экспресс-анализа  основных компонентов шихты – «стекольный песок», сода и ряд других. 

5. Нормативно-технические  документы на стекло  армируемое листовое, нормируемые показатели  качества в соответствии  с требованиями  стандартов

   ГОСТ 111-2001 «Стекло листовое. Технические  условия»

   ГОСТ 7481-78 «Стекло армированное листовое. Технические условия» распространяется на бесцветное и цветное стекло, армированное металлической сеткой, предназначенное для заполнения световых проемов и устройства ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения.

    Размеры

    Размеры листов стекла должны быть, мм:

• от 800 до 2000 - по длине;
• от 400 до 1600 - по ширине;
• 5,5 - по толщине для бесцветного стекла;
• 6,0 - по толщине для цветного стекла.

    Допускается по соглашению изготовителя с потребителем изготавливать листы стекла других размеров.

    Отклонения  от размеров листов стекла не должны превышать, мм:

• ±3 - по длине и ширине;
• ±0,6 - по толщине - для бесцветного стекла;
• ±1,0 - по толщине - для цветного стекла.    

Технические требования по ГОСТ 7481-78 «Стекло армированное листовое. Технические условия»

    Листы стекла должны иметь прямоугольную  форму. Разность длин диагоналей листов стекла не должна превышать 7 мм.

    Листы стекла должны иметь равномерную  толщину. Разнотолщинность, т.е. колебание  толщины одного и того же листа  стекла, не должна превышать 1 мм для  бесцветного и 1,2 мм - для цветного стекла. Разнотолщинность листов стекла высшей категории качества не должна превышать 0,6 мм.

    Листы стекла должны иметь ровные кромки и целые углы.

    Сколы и щербины в кромках листа  не допускаются длиной (считая от края к центру листа) более 5 мм и глубиной по толщине стекла более 3 мм.

    Повреждения углов листов стекла не допускаются  размером более 5 мм по биссектрисе.

    Поверхности листов стекла могут быть гладкими (коваными) или одна поверхность  гладкой (кованой), а другая рифленой или узорчатой.

    Рифленой  считают поверхность с рифлениями высотой менее 0,3 мм, а узорчатой - с рифлениями высотой более 0,3 мм.