Дипломная работа: Химическая устойчивость натрий-кальциевых и химико-лабораторных стекол

Следует также отметить, что окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают. [10]

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe – в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый. Оксид марганца (П) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом – сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Сложность процесса варки цветных стекол обусловлена большой индивидуальностью и специфичностью их свойств и необходимостью создания благоприятных условий для их крашения или глушения. Некоторые окрашенные стекла (сульфидные, селеновый и медный рубины, глушенные фтором, и др.) хорошо варятся при восстановительных и нейтральных условиях газовой среды в печи, другие (окрашенные соединениями марганца, хрома, меди, металлическим селеном), наоборот, нуждаются в окислительных условиях.

Ряд красителей и глушителей при высокой температуре улетучивается (сульфиды, фтор) или восстанавливается до низшей валентности (оксиды марганца и хрома), что вызывает изменение характера или степени окраски и глушения стекол. Стекла, глушенные (особенно фосфатами) и окрашенные коллоидными красителями (медный рубин), имеют повышенную склонность к кристаллизации, поэтому их следует варить и вырабатывать при высокой температуре. Своеобразный характер выработочных свойств цветных стекол, обусловленный их малой теплопрозрачностью, также ограничивает в известной мере возможность широкого применения существующих механизированных методов для выработки цветного листового стекла.

Варку цветных и глушенных стекол производят в непрерывно действующих ванных печах небольшой производительности (5—15 т/сут) с разделенным или неразделенным бассейном малой глубины (300-700 мм), которые, однако, обеспечивают сравнительно повышенные для данного случая удельные съемы стекломассы с 1 м2 бассейна печи (500-800 кг/сут).

Цветные прозрачные стекла варят при 1450—1480 °С, а глушенные фтором — при 1300—1350 °С. Для варки цветных и глушенных стекол особенно эффективны малые стекловаренные печи прямого нагрева.

Способом вертикального лодочного вытягивания на машинах ВВС вырабатывают накладное или окрашенное в массе тонкое листовое стекло толщиной не более 4 мм. В производстве цветного стекла используют значительно менее мощные установки — на одну или две машины ВВС с меньшей против обычного шириной ленты стекла; скорость вытягивания ленты такого стекла намного меньше, чем у оконного. Окрашенные в массе стекла имеют мало меняющийся основной состав, % по массе: Si02 65—72; А1203~2; СаО 4—7,5; MgO~3,5; Na20 12—16; K20 1-4, к которому добавляют обычно от 0,1 до 0,5 % различных красителей - Se, CdS, С(1СОз (красные, оранжевые, розовые стекла), СиО, Сг20з, СоО (зеленые, голубые, синие), Мп203 (фиолетовое), уголь (желтое). Для окрашенных в массе стекол в их состав вводят меньшие количества красителей и глушителей, чем в случае соответствующих цветных накладных стекол.

Способом прокатки вырабатывают окрашенное в массе непрозрачное утолщенное листовое стекло, называемое марблитом.

Громадное количество видов изделий из стекла предусматривает и многообразие технических решений в части формования и выработки стекломассы. Строительное, строительно-архитектурное, светотехническое стекло получают способами вертикального и горизонтального вытягивания, периодическим и непрерывным прокатом, отливкой, прессованием и другими способами. Тарное и сортовое стекло вырабатывается стеклоформующими и вакуумными машинами, ручным и механизированным выдуванием и прессованием. Медицинское, оптическое, кварцевое, электродное, пеностекло, стеклянное волокно и другие виды изделий вырабатываются различными способами в зависимости от их формы, размера и условий эксплуатации. [8]

1.1.3  Влияние методов выработки на формирование ассортимента и качества стеклоизделий

Свойства и основные признаки ассортимента стеклянных изделий формируются на стадии проектирования и конструирования при создании опытных образцов и в процессе серийного изготовления. При разработке новых изделий художник учитывает условия их эксплуатации, метод формования, необходимость обеспечения удобства пользования и долговечности изделий, требования художественного стиля и моды. Исходя из этого, определяют состав и окраску стекла, конфигурацию изделий в целом и в деталях, толщину стенки, способ декорирования и др.

Опытный образец должен быть точно воспроизведен в серийном (массовом) производстве. Качество его воспроизведения, т. е. качество изготовления изделий, зависит от соблюдения технологии производства. [12]

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

С основными материалами в состав стекла вводят кислотные, щелочные и щелочноземельные 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 сернокислые соли. Они понижают температуру варки стекла, облегчают формование изделий, однако уменьшают прочность, термостойкость и химическую устойчивость.

Щелочноземельные 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. [12]

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).

Качество кварцевого песка - отсутствие вредных примесей в нем (окиси и закиси железа и др.) оказывают существенное влияние на бесцветность и прозрачность стекла (примером может служить Богемское стекло).

Согласно действующей нормативно-технической документации основные виды стекол, используемые для производства изделий хозяйственного назначения, подразделяют на три системы:

- натрий-кальциевые стекла;

- хрустальные стекла;

- специальные стекла.

К натрий-кальциевым стеклам относят известково-кальциевые-силикатные известково-кальциевые-силикатные стекла и цинксульфитные. Стекла данной группы характеризуются прозрачностью, прочностью, невысокой себестоимостью.

Наиболее распространенным представителем стекол данной группы является известково-кальциевые-силикатные, которому присущи в разной степени выраженности цветовые оттенки (зеленоватые, желтоватые, сероватые и др.). Вырабатывают из данного стекла посуду хозяйственного назначения (банки, бутылки) и дешевую, обычно бесцветную, столовую посуду повседневного ассортимента.

Известково-калиевые стекло благодаря вводимому оксиду калия обладает большей бесцветностью, что позволяет улучшить изделия с точки зрения эстетических свойств, как бесцветные, так и окрашенные (достигается большая чистота цвета). Данное стекло несколько дороже, его используют в основном для производства столовой посуды.

Система хрусталей объединяет стекла, в состав которых входят оксиды свинца (РbО2,,CaO,,Ce).

Окись свинца способствует повышению плотности стекла, улучшает оптические показатели: прозрачность, "белизну" (бесцветность), повышается коэффициент преломления (блеск, игра света). Однако данные виды стекол имеют большую себестоимость, меньшую твердость, химическую стойкость и безвредность. Данная группа объединяет три вида стекол: хрустальное стекло (малосвинцовый хрусталь); свинцовый хрусталь и высокосвинцовый хрусталь.

В хрустальном стекле содержится минимальное количество оксида свинца поэтому оно занимает промежуточное положение между обычным стеклом и свинцовым хрусталем по показателям оптических свойств и себестоимости.

Изделия из хрустального стекла содержит свинца (РbO) 9-12% получают методом прессования, при этом нанося рисунок от формы, ручной декоративной обработке их не подвергают. Ассортимент изделий представлен столовой посудой (кружки, салатники, селедочницы, вазы для сервировки стола, пепельницы и т. п.).

Специальные стекла — представлена боросиликатным (жаростойким) стеклом и стекло-подобными материалами — ситаллами. Данные виды стекол характеризуются специфическими свойствами: повышенными показателями термостойкости и механической прочности (что в первую очередь присуще ситаллам).

Боросиликатные стекла выдерживают температуру до 500°С, устойчивы к термоударам, что определяет их применение в производстве кухонной посуды: кастрюли, жаровни, сковороды, формы для выпечки и т. д. Внешне данный вид стекла легко узнаваем по следующим показателям: пониженной прозрачности, зеленовато-желтой окраске (импортные изделия могут окрашиваться и в теплые цвета: оранжево-розовый; розово-красный и др.); массивности изделий (большая толщина стенок определяется способом выработки — прессованием).

Ситаллы — стеклоподобные материалы, обладающие кристаллической структурой (активизируют процесс кристаллообразования литий, титан и магний, вводимые в состав алюмосиликатных стекол), максимальной механической прочностью (превосходят обычное стекло в десятки раз); высокой термостойкостью. Данные материалы также характеризуются низкой прозрачностью, чаше всего имеют белый цвет, посуде из них присущи признаки прессованных изделий.

Выработка стеклянных изделий. После подготовки сырья и варки стекломассы наступает этап выработки стеклянных изделий. Стекло как ни один другой материал способно поддаться самым разнообразным способам формования. Его можно отливать в форму, штамповать, прессовать, прокатывать, вытягивать в нити, выдувать. Стекло полученное каждым из этих способов, имеет свои особенности и отличия по внешнему виду и свойствам.

Прессование. Большая толщина стенок, форма простая, верхний диаметр всегда больше, чем нижний. Рисунок на изделиях чаще всего от формы (либо с доработкой граней). В некоторых случаях видны следы от формы (шов). Рисунок (без доработки) матовый, расплывчатый, не имеет четко определенных граней; рисунки не делятся на группы сложности. При прессовании получение тонкостенных изделий затруднено, т.к. при прикосновении с формой масса быстро охлаждается. Ассортимент представлен блюдами, салатниками, пепельницами, стаканами и др. Эти изделия по прочности лучше, чем выдувные.

Выдувание. Отличается меньшей толщиной стенок (кроме хрусталя). Характерна прозрачность, сложность формы, большое количество приставных деталей (рюмочные изделия - всегда выдувные). Характерны различные украшения, в том числе механические, которые наносят на готовые изделия. Выдуванием получают кувшины, графины, фужеры, рюмки, бокалы. Такие изделия имеют красивый внешний вид. Повышенную чистоту, ровность и блеск, а в результате повышенную термическую стойкость.

Прессо-выдувание. Сложная форма, чаще всего полое изделие, рисунок от формы; нижнюю часть получают прессованием, а верхнюю выдуванием. Всегда есть след от формы (шов). Прессовыдувным способом вырабатывают весьма ограниченный ассортимент изделий (графины для воды, судки для специй и т.д. ). Производство таких изделий начинается в пресс-форме, затем выдувается в сжатой форме. Отличительная их особенность характерное закругление борта, большая масса, наличие стыковых швов формы по бокам, что снижает их эстетический уровень.

1.1.4  Выдувание стеклоизделий

Вероятно, метод выдувания изделий из стекла был изобретен в различных местах, где культивировалось стеклоделие, примерно в одно и то же время. Однако принято считать, что способ выдувания был изобретен в Александрии в I в. до н.э. Удивительно, что люди научились делать стеклянные изделия сложной полой конфигурации, но не умели делать листовое стекло. [10]

До начала XX в. этот способ был наиболее распространенным. Это и сейчас самый распространенный способ циклического формования полых штучных изделий, осуществляемый под влиянием равнодействующих растягивающих усилий, создаваемых во внутренней полости формуемого объекта сжатым воздухом. Сейчас выдувание может быть механизированным, вакуум-выдувным, ручным, в формах и свободным. Первые два способа применяют чаще всего при выработке недорогих сувениров.

Ручное выдувание в формы с помощью стеклодувной трубки позволяет создавать изделия, характеризующие мастерство каждого исполнителя. Если говорит о художественных изделиях, то они отличаются неповторимостью, как бы ни старался мастер в точности выполнить образец по эскизу художника, отклонения неминуемы. Поскольку у каждого исполнителя «свой глаз», «своя рука», вращающая трубку с набором, и, наконец, своя фантазия, во время работы у него возникают свои представления о создаваемом предмете.

Стеклодувы работают не в цехе у стекловаренной печи, а за столом, обычно в отдельной комнате. Поверхность стола покрывают листовым асбестом или каким-нибудь другим огнеупорным материалом. Горелку устанавливают посередине стола, ближе к передней кромке. К горелке присоединяют гибкие шланги от магистралей газа, сжатого воздуха и кислорода. Вентили этих магистралей устанавливают слева от стеклодува под крышкой стола. Слева от мастера располагают деревянные стеллажи и подставки для полуфабрикатов и готовых изделий, справа раскладывают инструменты. Освещение должно быть мягким и равномерным, чтобы мастер мог следить за характером пламени и ходом изготовления изделия. Для удаления продуктов сгорания и тепловыделений в стеклодувной мастерской устраивают приточно-вытяжную вентиляцию. В стеклодувной горелке есть краны, которыми регулируют расход газа, воздуха и кислорода. Газ, кислород и воздух перемешиваются, проходя через цилиндрическую сетку внутри горелки и конусное сопло. С помощью шарнира горелку устанавливают в различных положениях и крепят к столу пластиной, зажимным винтом и металлическим хомутом. Зажимными винтами горелку регулируют в вертикальном и горизонтальном положениях. Баллоны с кислородом устанавливают за пределами мастерской. [11]

Ручное вытягивание требует от мастера высокой квалификации и больших физических затрат. В настоящее время все способы горячего формования механизированы. Ручной труд остался лишь на заводах художественного стекла, частично на заводах химико-лабораторной посуды при выпуске немассовых изделий и некоторых других видов.

Выдуванием на трубке формуется широкий ассортимент изделий диаметром 10—400мм, высотой 15—1000мм, вместимостью 0,01—50л.

Процесс ручного выдувания можно описать так:

Мастер набирает в несколько приемов из стекловаренной печи на металлическую трубку (длина 120—140мм, толщина 15—20мм с внутренним отверстием в 5—6мм) порции расплавленной стекломассы и воздухом своих легких раздувает сперва небольшой шар, или цилиндр, а затем, пользуясь рядом простейших инструментов (лопатки, ковшики, ножницы и другие) придает заготовке нужную форму (стакан, кувшин, ваза и др,). Часто пользуются металлическими и деревянными формами (процесс двойного выдувания). Частично раздутую заготовку вносят в форму и постоянным вращением и дутьем достигают того, что размягченное стекло плотно и точно облегает все очертания формы.

Отличительная особенность всех изделий, выдуваемых на трубке, заключается в том, что их верхняя, головная часть (горло), будучи до конца выдувания соединенной с трубкой и находясь вне формы, не приобретает требуемой конфигурации и в месте сочленения трубки с изделием на его головной части образуется колпачок или венчик. Таким образом, полученное изделие после его отделения от трубки является, по существу, еще полуфабрикатом и нуждается в дополнительной обработке края (обрезке, шлифовке, полировке).

Стекломассу, связанную с выдувной трубкой в виде каплеобразной порции (набора) или подпрессованного диска (или специально формированной ленты), выдувают за один прием вначале свободно— на трубке в воздухе, а затем в окончательной (чистовой) форме [12]. Освобождая заготовку от трубки, получают нужное изделие, которое должно подвергаться в дальнейшем отжигу, удалению колпачка и прочей обработке.

Остановимся подробней на способе двойного выдувания: в формах капли стекломассы выполняют в два приема первоначально в черновой форме с помощью горловой формы, которая передает образованную пульку (за окончательно оформленное горло) в чистовую форму, где производится завершающее выдувание корпуса сосуда. В ходе такого процесса формование изделий завершается полностью и они не нуждаются в какой-либо дополнительной обработке (кроме отжига).

Данный способ выдувания механизирован, реализуется в очень широких масштабах, обеспечен разнообразными автоматическими машинами и служит для производства узкогорлых (диаметром горла до 30 мм) толстостенных полых изделий (бутылок, склянок и пр.) пищевой, медицинской, химической, парфюмерной и другой стеклянной тары. При механизированном способе выдувания изделия используют сжатый воздух. Применяют высокопроизводительные машины (более 2000тыс. стаканов в ч). Изделия, полученные этим способом, бывают бесшовные (тонкостенные) и со следами швов от формового комплекта.

Отличительными признаками выдувных изделий являются небольшая толщина стенок изделия (до 2мм), высокая прозрачность, более сложные разнообразные формы и возможность создания объема до 5л.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12