Курсовая работа: Разработка проекта и проведение исследования прочности стекла на прогиб

1.2. Различные технологии изготовления стекла.

Рассматривая процесс изготовления стеклянных изделий в совокупности, можно выделить несколько составляющих этапов, а именно: обработка сырья, приготовление шихты, варка стекломассы, формирование изделий, отжиг изделий, первичная и последующая декоративная обработка.

Обработка сырья включает очищение глины, песка и других составляющих стекла от нежелательных примесей. Также применяется на данном этапе измельчение компонентов и их просеивание.

Шихта - это смесь материалов в сухом виде, включает в себя точное взвешивание компонентов согласно определенному рецепту, их перемешивание до полной однородности. Далее проводится изготовление  прогрессивными методами брикетов и гранул из шихты; шихта по-прежнему должна сохранять свою однородность для ускорения процесса варки. Варку полученной стекломассы из шихты осуществляют в специальных ваннах и горшковых печах при максимальной температуре 1450-1550°С.

Варка характеризуется протеканием в ней сложных химических процессов с образованием, а также последующим плавлением синдикатов и свободного кремнезема. После варки полученную стекломассу необходимо очистить от газовых включений. Для этого используют осветлители. далее стекломассу перемешивают, добиваясь однородности состава и равномерности вязкости. при нарушении процесса варки возможны дефекты, проявляющиеся в образовании различных включений: газовых (пузырь. мошка), кристаллических (камни), стекловидных (свиль, шлир). Возможно также возникновение нежелательного оттенка стекломассы.

Процесс формирования изделий может варьироваться. Можно понизить температуру стекломассы - понизится вязкость, можно повысить поверхностное натяжение стекла - поверхность изделия будет более гладкой и блестящей. Всё зависит от конфигурации самого изделия, его толщины, окраски. Для формирования изделий пользуются ручным и свободным выдуванием, механизированным выдуванием, прессованием, прессовыдуванием, многостадийным методом, моллированием (гнутьем), центробежной формовкой.

Что же касается механизированного выдувания на автоматах (ВС-24, Р-24, ВМ-16, Р-28, ВР-24 и др.), то здесь имеется возможность получать только бесцветные изделия, с простыми конфигурациями и очертаниями, например, стаканы.

Далее следует процесс прессования полученных изделий, он осуществляется на автоматических металлических прессах с использованием давления сердечника. Изделия могут быть как цветными, так и бесцветными. Формы также могут быть самыми разнообразными. Толщина стенки составляет более 3 мм, на стенках видны швы, оставшиеся после соединения составных частей, на изделиях применяют рельефный узор, который придает некоторое разнообразие изделиям. Причем при прессовании используют различные автоматы в зависимости от того, какой результат должен быть в конечном итоге при изготовлении рюмочных изделий - это автомат "интергласс", при изготовлении графинов и других, более фигурных изделий применяют автоматы Г-28, ПМВ, ЛАМ-2 и др. Для придания объема изделие выдувают, дно изделия прессуют и сваривают с основной частью изделия, но и в этом процессе возможны различные дефекты - ассиметричность различных частей изделия, мелкие царапины, вдавливания и пр. При наличии таких дефектов неизбежно саморазрушение изделия, для повышения прочности здесь используют отжиг изделия при температуре 530-550 С. Отжиг является обязательным. т.к. он обеспечивает целостную прочность изделия.

Технология изготовления флоат-стекла и его модификации

В соответствии с технологией изготовления флоат-стекла расплавленная стеклянная масса при температуре примерно 1000 (С) выливается на поверхность расплавленного блока, по которой она растекается и плавает за счет разности в плотностях. Это обеспечивает совершенно гладкую поверхность как верхнему, так и нижнему слою стекла. По мере продвижения стекла вдоль ванны с обовом ее температура уменьшается с 1000(С) до 600(С) и стекло постепенно затвердевает. Толщина стекла определяется скоростью движения потока стекла по бассейну, и может варьироваться от 1 до 25 мм. Затем стеклянная лента попадает на движущиеся ролики и проходит через длинный охлаждающий туннель, где происходит дальнейшее снижение температуры, после чего стекло режется. Ширина стеклянной ленты около 3,5 м, включая края, где расположены зубчатые колеса, двигающие стекло. Хотя длина и лимитируется, флоат-стекло покидает конвейер с размерами 3,2 на 6 м (таковым является максимальный размер стекла для его транспортировки). Такая линия имеет около 400 м в длину.

Основные этапы производства флоат-стекла на ультрасовременных заводах во всем мире таковы:

• Доставка материалов

Материалы для производства из стекла доставляются кораблями, по железной дороге или при помощи автомобильного транспорта в количестве 180 000 тонн в год, по 600 тонн в день, после чего доставленное сырье помещается на склады и проверяется в лаборатории на чистоту и качество.

• Смешивание

Кварцевый песок, сода, доломит и другое сырье на этом этапе взвешиваются и смешиваются согласно установленным точным пропорциям. После этого в шихту добавляется примерно 20% битого стекла для улучшения процесса плавления.

• Плавление

Огромная печь имеет размеры 60 метров в длину и 30 метров в ширину. Шихта загружается с передней стороны печи. С каждой из боковых сторон имеет 23 очага горения природного газа. Потоки пламени расположены горизонтально и плавят шихту при температуре 1550°С. Имеется три массивных рекуператора тепла, в которых холодный входящий воздух, который нужен для окисления, предварительно нагревается, что уменьшает потребление энергии примерно на 30%.

• Очистка

После плавления стекло должно выпустить пузырьки газа. Это происходит при охлаждении стекла до температуры примерно 1200°С, при этом стекло приобретает правильную вязкость (подобно меду) для процесса формовки.

• Рециркуляция уходящих газов

Образующиеся при изготовлении стекла газы имеют очень высокую температуру т давление, поэтому их направляют через котел К на газовую турбину Т, которая связана с генераторами, вырабатывающими электроэнергию. Таким образом вырабатывается две трети от потребностей завода в электроэнергии. После этого газы поступают в башню реакции Р, где из продуктов горения удаляются окислы серы, затем они пропускаются через специальный электрофильтр и модуль удаления вредных веществ, только после чего через трубу выбрасываются в атмосферу.

• Формовка

В ванне из расплавленного олова стекло формируется в непрерывную стеклянную ленту, движущуюся по поверхности олова. Толщина и ширина стеклянной ленты контролируется специальными роликами, которые скользят по верхней поверхности мягкого стекла. При свободном течении толщина стеклянной ленты составляет около 6 мм. Для получения боле тонкого стекла ролики вращают в сторону движения стеклянной массы, а для получения более толстого – в противоположную сторону.

• Охлаждение

В тоннеле охлаждения, который имеет длину около 100 м, стекло охлаждается с 600°С до 60°С. Медленный и контролируемый процесс охлаждения гарантирует, что стекло испытывает минимальные и равномерные внутренние напряжения, а это обеспечивает прочность и легкую порезку стекла.

• Контроль качества

Стеклянная лента на конвейере невольно и автоматически подвергается контролю качества. Лазерный луч проверяет непрерывность стекла, наличие трещин и других механических повреждений. Постоянно контролируется толщина стекла и наличие на нем дефектов (пузырьков, содовых пятен и других “неприятностей”). Обнаруженные дефектные участки запоминаются, на участке резки отбраковываются и идут в стеклобой. Для проверки оптического качества и других характеристик с производственной линии постоянно отбираются образцы для лабораторного исследования и новых разработок.

• Резка стекла

На этом этапе из непрерывной стеклянной ленты нарезаются куски разной длины. Закаленное металлическое колесо со скоростью, определяемой компьютером, режет стеклянную ленту по длине. Кроме того, стекло подрезается по ширине для удаления следов от роликов. Тут же подрезаются и отбракованные ранее участки, которые идут на изготовление стекла. Стандартный размер получаемого стекла – 3,2 на 6 метров. В отдельной машине для резки стекло нарезается до других заказанных клиентом размеров.

• Товарный склад

На товарном складе обычно имеется огромный запас примерно в     10 000 тонн стекла. Как правило. Оно представлено во всех стандартных размерах и в различной толщине.

• Отгрузка

Конечная продукция отправляется клиентам с помощью специального автомобильного транспорта или по железной дороге.

Технологии изготовления витражей

Обладая богатым прошлым (древнейшая мозаика из небольших пластинок цветного стекла датируется 1 в. до н.э.), витражи и по сей день составляют неотъемлемую часть изысканного интерьера, придавая ему неповторимую индивидуальность. С течением времени простейшая наборная мозаика усовершенствовалась в сложнейшие композиции. Современные материалы наряду с передовыми технологиями производства дают неограниченные возможности в дизайне самых различных витражей, от подвесных витражных потолков до абстрактных композиции из хрусталя.

При создании витражей используются различные методы, однако к каждому отдельному заказу мы подходим индивидуально, поскольку каждый витраж уникален и может требовать комбинирования нескольких технологий.

Техника Тиффани

Подавляющее большинство современных витражей исполнено по методу Тиффани. Эта технология позволяет создавать композиции, включающие мельчайшие детали. Принцип ее состоит в том, что шлифованные торцы стекол оборачиваются медной самоклеющейся фольгой, затем фрагменты витража раскладываются на кальке в соответствии с эскизом и спаиваются между собой оловянным припоем. Обычно готовый витраж покрывается патиной. За счет использования большого количества мелких деталей, такие витражи отличаются более тонким и изящным рисунком, им можно придать выпуклую или вогнутую формы (объемные витражи изготовляются именно по технике Тиффани).

Впервые подобным образом сборку осуществил американский художник и дизайнер Луи Камфорт Тиффани (1848-1933). Именно он инициировал массовое производство изделий из художественного стекла. Сам Тиффани оклеивал торцы стеклянных фрагментов тонкими полосками свинца, а затем спаивал их.

Фьюзинг

Новшеством в современном дизайне интерьеров является фьюзинг (спекание) стекла. Технология фьюзинг позволяет исключить использование металлического профиля. Рисунок составляют на отдельном листе стекла, накладывая на него цветные кусочки, стеклянные гранулы, а затем все спекают в печи в единый слой. Чтобы избежать проявления трещин, используются лишь серии стекол, заведомо спаиваемые между собой, а толщина спекаемого «пирога» обычно не превышает 3 слоев. В зависимости от желаемого эффекта цветные пятна смешиваются, или их контуры остаются четкими; слои растекаются полностью или нет; создается специальная фактура и разнообразный рельеф. В данной технологии любое усложнение процесса требует предварительных проб, что отражается на времени создания витража.

Детали декора, изготовленные методом фьюзинга, неизменно оригинальны и разнообразны в применении: их можно вставлять в готовый витраж или использовать в качестве отдельных элементов интерьера (в настенных светильниках, дверях, потолочных межкомнатных перегородках, плафонах, зеркалах, панно, и т.д.).

Другие технологии изготовления витражей

Классическая технология изготовления витража предполагает набор из кусочков стекла, скрепленных металлической протяжкой. Протяжка может быть свинцовой, латунной, мельхиоровой, медной, реже бронзовой. Самый древний из существующих, классический свинцовый паяный витраж в наше время заменен на латунный. Используются латунные профили различных сечений: Н-образный между стеклами и П-образный по периметру. Профили спаиваются и патинируются.

Классический витраж способен объединить крупные фрагменты стекла, что позволяет создавать витражи практически неограниченных размеров.

Фацетный витраж (от франц. facet- грань) исполняется из предварительно ограненных секций стекла. Для получения широкой фаски требуется стекло толщиной от 4 мм. Собирается фацетное стекло обычно в прочные латунные профили (классическая технология) или спаивается в технике Тиффани. Грани «играют» при преломлении света, а золотистый оттенок латунной оправы придает всей композиции чрезвычайно привлекательный вид. Дополнительно стекло может быть матировано, к примеру, путем пескоструйной обработки.

Техника пескоструйной гравировки заключается в обработке стекла специальным аппаратом, подающим под давлением кварцевый песок (или другой абразив) на нужный участок. Таким методом можно придать стеклу шероховатость и матовость, а также создавать сложные рельефные композиции. В комбинации с трафаретом и специальными защитными покрытиями, можно создавать самые причудливые композиции: матовые на прозрачном фоне, прозрачные на матовом.

Витраж с росписью по стеклу являются одним из наиболее трудоемких. Художественная роспись выполняется специальными силикатными красками с дальнейшим закреплением рисунка путем обжига. После обжига стеклянной картины краски спекаются со стеклом, составляя единое целое. Такой рисунок невосприимчив к выгоранию и выглядит крайне живописно.

1.3. Виды стекла

Оконное полированное

Полированное оконное стекло (так же известное под названием флоат-стекло) сегодня самое распространенное из различных типов листового оконного стекла. Свое второе название «флоат-стекло» оно получила из-за названия метода, которым и происходит его изготовление, - флоат-метод. Во время производства расплавленное стекло поступает из печи выплавки в виде ленты, охлаждающейся и обрабатывающейся в большом сосуде, наполненным расплавленным оловом. Полученным методом стекло отличается отличной ровностью и отсутствием различных дефектов. Так же весомым плюсом является, что стекло будет иметь постоянную толщину.

Оконное неполированное

Неполированное стекло сегодня маловостребовано в связи с качествами, намного уступающими полированному стеклу. В частности это такие дефекты, как волны, рябь и прочие не приятные для глаза дефекты. Возникновение этих дефектов вызвано способом приготовления данного типа стекла: используется метод вертикальной «вытяжки».

Стоит отметить, что неоднородности, сопровождающиеся микротрещинами, появившимися во время приготовления стекла на его поверхностях, снижают прочность числа в 90-100 раз. И поэтому, мы вам рекомендуем задуматься: стоит ли получить кроме выгоды за покупку данного стекла еще и проблемы, которые обязательно из-за него возникнут?

Узорчатое

Узорчатое стекло, имеющие и второе название – рифленое, применяется для остекления окон, дверных проемов, перегородок, витражей, в быту и в промышленности – там, где необходимо рассеять световой поток. Цены на данный вид стекла очень сильно варьируются: отечественные производители предлагают 1 кв. метр по цене от 120 рублей до 600 рублей. На изменение цены очень сильно влияет толщина, качество и покупаемая партия. Но не стоит надеяться найти стекло хорошего качества по низкой цене, не зря при выборе стекла существует только одно правило: для качественного остекления – дорогое стекло.

Цвет и рисунок поверхности узорчатого стекла должен соответствовать утвержденным эталонам. Глубина рельефных линий - от 0,5 до 1,5 мм.

Светопропускание бесцветных узорчатых стекол составляет 75-80%. У цветных узорчатых стекол определяется составом, цветом стекла и покрытий и составляет обычно 30-60%.

Многослойное

Многослойное стекло (или ламинированное стекло) состоит, как следует из его названия, из нескольких слоев, удерживаемых между собой при помощи пленки или ламинирующей жидкости. Слои могут быть выполнены как из одного типа, так и из различных. Помимо этого слои могут быть прямые или гнутые в соответствии с заданной формой. Несколько слоев применяется специально для увеличения прочности стекла: оно сможет защитить от проникновения взломщиков через окна, без проблем защитит человека от огня и некоторых техногенных происшествий. Многослойное стекло – одно из составляющих частей изолирующих стеклопакетов. Ламинирование не служит для увеличения прочности стекла, его основная функция предотвратить разлетание осколков в разные стороны, путем воздействия эластичной пленки. Так же стоит отметить, что многослойное стекло хорошо защищает от ультрафиолетовых лучей, что замедляет процесс выцветания мебели.

Армированное

Армированное стекло – стекло с применением металлической сеткой внутри, призванной сделать листовое стекло более прочным и пожаростойким. Под действием высокой температуры при пожаре стекло может треснуть, но это не вызовет его рассыпания – арматура продолжит удерживать части стекла на их прежних местах. Армированное стекло применяется при остеклении окон, световых фонарей, перегородок в производственных, общественных и жилых зданиях, для устройства балконных ограждений. Данный вид стекла не имеет большой механической прочности при сравнение с обычным стеклом, оно даже уступает обычному стеклу в 1, раза, но наличие арматуры препятствует выпадению осколков из переплетов при механическом повреждении. Сторона квадратной ячейки может варьироваться от 12,5 мм до 25 мм. Сетка располагается по всей площади листа и находится на расстоянии 1,5 мм от поверхности стекла.

Закаленное

Стекло, создаваемое при применении различных химических реакций, призванных повысить прочность к ударам и перепадам температуры. Как правило закаленное стекло прочнее обычного в 5-7 раз и при разбиение не образует множество длинных и прочных осколков с острыми клиновидными кромками, а образует многочисленное количество мелких остатков с притупленными краями. Отделкой закаленного стекла подвергаются витражи, витрины, душевые комнаты, балконы, автобусные остановки. Также из закаленного стекла изготавливают различные предметы интерьера, такие как - двери, мебель, различные декорации. В последние годы наблюдается повышения спроса на данный вид стекла, что приводит к его постоянному улучшению, вызванному жесткой конкурентной борьбой.

Тонированное (цветное)

Тонированное представляет собой прозрачное цветное в массе стекло. Для изготовления стекла применяют уже упоминавшеюся флоат-технологию. Цвет придается стеклу в процессе плавки добавлением окислов металлов. Одна из основных черт данного вида стекла – высокая светопоглащающая способность, в то время как отражающие свойства меньше чем у обычного прозрачного оконного стекла. Стекло данного вида характерно приятным мягким светом внутри помещения и адсорбцией солнечной энергии. Основные цвета – серый, перламутровый, зеленый, синий, серый. Стекло применяется для отделки витрин, окон, дверей, фасадов и различных межкомнатных отгородок.

Рефлективное

Рефлективное стекло - стекло, уменьшающее пропускание солнечной радиации. Ограничение пропускания солнечного тепла достигается при помощи покрытия по типу зеркального, что позволяет так же достигнуть эффекта максимального количества естественного освещения. При этом в дневное время будет наблюдаться «зеркальный» эффект с внешней стороны и «тонированный» эффект при взгляде изнутри помещения. Высокие отражающие качества этого стекла сделают внутреннее пространство помещения не просматриваемым снаружи, но обеспечит визуальный комфорт благодаря отсутствию отражения света, который слепит глаза.

Флоат-стекло

Флоат-стекло от ведущих мировых производителей имеет множество модификаций это различные энергоэффективные, солнцезащитные, закаленные, ламинированные и другие стекла, все шире использующиеся в современном строительстве. Рассмотрим некоторые из современных уникальных оконных модификаций:

SILVERSTAR 1.1 Neitral - стеклопакет с таким стеклом имеет высокую прозрачность 79%, при этом уровень теплозащиты стеклопакета аргоном составляет 1,1 Вт/м2 °С. Стекло имеет высокий показатель пропускания солнечной энергии, которая может пассивно использоваться для дополнительного обогрева помещения. Представляет собой стекло с низко-эмиссионным покрытием, получаемое магнетронным напылением на готовое стекло с помощью ультрасовременной линии, размещенной на заводе (так называемое I-стекло)

SILVERSTAR 1.0 E – это I-стекло с низко-эмиссионным покрытием высшего класса. За счет применения дополнительных слоев напыления при прозрачности стеклопакета в 75% его уровень теплозащиты составляет 1,0 Вт/м2 °С. На сегодняшний день это один из лучших в мире показателей энергосбережения для стекла.

EUROWHITE –стекло с повышенным уровнем прозрачности. В этом стекле практически отсутствуют окислы железа, которые придают любому стеклу зеленоватый оттенок, поэтому оно является идеально белым и очень прозрачным. Здания с таким стеклом являются эстетически крайне привлекательными.

LUXAR – стекло со специальными антирефлекторными свойствами. Коэффициент отражения такого стекла меньше 0,5%, что позволяет с успехом применять его для витрин шикарных магазинов, экранов и в других случаях, когда отражение является нежелательным.

EUROLAMEX – ламинированное стекло, обеспечивающее прежде всего функции защиты от несанкционированных вторжений, а также снижающее опасность от разлетающихся осколков или падающего стекла. Такое стекло также примерно на 3 дБ увеличивает звукоизоляционные свойства остекления.

SILVERSTAR Combi, SILVERSTAR Sunstop – цветные солнцезащитные стекла различного назначения. Используются для остекления фасадов общественных зданий, снижая нагрузку на системы кондиционирования, и обеспечивая высокие эстетические качества фасадов.

Современные технологии позволяют изготавливать высококачественное стекло и модифицировать его в зависимости от назначения. Высокие технологии, тем не менее, должны окупаться, поэтому надеемся, что в скором времени стеклопакеты станут нормой для любой среднестатистической семьи.

Электрохромные стекла

Электрохромные (ЭХ) стекла отличаются от обычных тем, что за счет специальных слоев, из которых они состоят, способны менять свой цвет и соответственно плотность светопропускания в зависимости от интенсивности светового излучения. В результате ЭХ стекла могут либо не давать тепловому излучению попадать в помещение летом, либо удерживать его зимой. Крупнейшими производителями ЭХ стекол в мире являются такие иностранные предприятия, как Flabeg Group, SAGE Electrochro-mics, UMU-Nippon Sheet Glass, Towns-end Group и другие. По словам Олега Меркушева, профессора Санкт-Петербургского государственного технологического института, в России такие стекла не выпускают.

"По расчетам ученых, экономия электроэнергии от использования электрохромного стекла составляет 40-50%. А летом отсутствует необходимость в использовании кондиционеров, жалюзи.  ЭХ стекло имеет пять функциональных слоев, на два из них нанесен специальный электропроводящий слой. Под действием слабого электрического тока происходит тонирование стекла до нужной степени.

СОСТАВ СТЕКЛА

Стекло - это твердый прозрачный материал. Наибольшее распространение имеют силикатные стекла, основным компонентом которых является оксид кремния (IV) SiО2.        

 Обычное оконное стекло представляет собой сложную систему, содержащую:  Na2O, CaO, SiO2

 и различные добавки Ai2O3, MgO и др. Иногда обычному стеклу приписывают формулу: Na2O*CaO*6SiO2

Однако эта формула лишь приближенно отражает состав стекла.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5