Производство закаленного стекла

Производство закаленного стекла

Основные стадии и особенности

На сегодня одним из самых популярных строительных материалов является закаленное стекло. Какими же свойствами оно обладает, и из каких стадий состоит производство закаленного стекла?

Закаленное стекло представляет собой такое стекло, которое в процессе изготовления было подвергнуто специальной термической обработке (закалке). В результате такой операции в объеме стекла образуются напряжения, которые одинаково распределены по всей поверхности, а также во внутренней полости материала. Именно благодаря напряжениям сжатия и растяжения закаленное стекло обладает высокой механической прочностью, а также безопасностью при разрушении.

Производство закаленного стекла – процесс достаточно сложный и трудоемкий. Во многом он схож с изготовлением обычного листового стекла, разве что за исключением последней стадии. Главной операцией в таком деле, как производство закаленного стекла, является его термическая и химическая обработка.

В целом производство закаленного стекла включает несколько основных стадий. Это – подготовка сырья, термическая обработка на специальном оборудовании, а также контроль качества изделий. Установками для закалки стекла служит, прежде всего, печь, предназначенная для равномерного нагрева сырья, а также оборудование для интенсивного и равномерного охлаждения стекла.

Производство гнутого закаленного стекла включает еще одну технологическую стадию, которая предшествует процессу охлаждения стекла. Эта операция называется моллированием или гнутьем, осуществляемым при помощи прессования. В результате этого стеклу придается необходимая форма.
В зависимости от положения листов материала при его закалке производство закаленного стекла подразделяется на вертикальное и горизонтальное. Горизонтальные способы более совершенны. При таком производстве процесс может быть полностью автоматизирован. К тому же при горизонтальном способе ассортимент выпускаемой продукции гораздо шире, так как закаленное стекло может иметь различную толщину листа, а также общие габариты. Более того, в этом случае качество изделий будет намного выше, чем при горизонтальном производстве. 

Что же касается подготовки стекла к термической обработке, то она включает вырезку фигурных заготовок, обработку их краев, а также мойку и сушку. В конце процесса изготовления закаленного стекла обязательно осуществляется тщательная проверка его качества. Главными критериями этого контроля являются следующие: наличие видимых пороков, например, свилей, шлиров, больших пузырей, а также присутствие царапин, которые могут привести к разрушению стекла при его термической обработке. Это может произойти из-за возникновения местных напряжений как снаружи, так и внутри материала.

Процесс закалки – наиважнейший этап производства такого стекла. Термическая обработка (закалка) представляет собой нагревание стекла до температуры в 650-700 С, при котором материал размягчается. Затем стекло должно пройти стадию охлаждения. На данной стадии необходимо следить за тем, чтобы струйки воздуха равномерно распределялись по охлаждаемой поверхности. В результате этого наружные слои стекла переходят в состояние мощного сжатия. В то время внутренняя полость обрабатываемого материала принимает состояние растяжения. Совокупность этих явлений и образует систему напряжений в стекле, которая и отвечает за его высокую механическую прочность и термическую устойчивость. 

Как же образуются эти напряжения? При интенсивном охлаждении в области температур выше температуры стеклования, когда материал переходит в упруго-хрупкую форму, внутри стекла возникают напряжения. Они распределены в материале неравномерно, а на механической прочности это сказывается отрицательно. Для того чтобы устранить напряжения, используется дополнительная тепловая обработка изделий. Такой процесс называется отжигом и является обязательным в технологическом процессе производства закаленного стекла.

Однако в результате проведения закалки стекла образуются и остаточные напряжения. Они являются управляемыми. Именно эти напряжения и придают закаленному стеклу особенные физические свойства: высокая механическая прочность и термическая устойчивость, а также безопасность при разрушении.

Напряжения бывают нескольких видов. Внутренние – это те напряжения, которые уравновешены в теле без механического и термического воздействия. В зависимости от степени локальности они подразделяются на макро- и микроскопические.

Макроскопические напряжения бывают временными и постоянными. Первые имеют место в процессе нагрева или охлаждения стекла, когда разные части изделия нагреты до разных температур. Временные напряжения устраняются при выравнивании температур во всем объеме материала. В результате их возникновения не происходит остаточная деформация изделия, поэтому эти напряжения еще называют термоупругими. Те же напряжения, которые остаются в изделии после температурного выравнивания, являются постоянными.

Внутренние упругие напряжения возникают вследствие образования из-за низкой теплопроводности стекла температурных разностей, когда происходит неравномерное расширение или сжатие (в зависимости от процесса: охлаждение или нагревание) изделий.

Так как скорость, с которой происходит охлаждение внутренних и внешних слоев, неодинакова, то и структура этих слоев будет различной. Так во внешних полостях, где охлаждение происходит быстрее, формируется неравновесная структура. Она характеризуется большей температурой и меньшей плотностью. В результате структурных различий и свойств по толщине материала, образуются микроскопические напряжения. Их значения на порядок ниже, чем у тех, что формируются в результате закалки.

Кроме того, в стекле могут образовываться и другие виды напряжений. Они возникают из-за различия коэффициентов теплового расширения, а также степени упругости отдельных частей стекла и сопутствующего ему материала, к примеру, керамики или металла. Эти напряжения постоянны, и называются коэффициентными.

Таким образом, производство закаленного стекла включает множество нюансов. Каждая стадия этого сложного процесса должна тщательно контролироваться, чтобы все основные правила были четко соблюдены. Только в этом случае можно будет получить качественное закаленное стекло.

После закалки стекла дальнейшая его механическая обработка невозможна. Поэтому закаливать необходимо уже готовые листы, которым прежде была придана необходимая форма. Говоря проще, готовое закаленное стекло невозможно подогнать под форму проема. Делать дополнительные фурнитурные разрезы, а также крепежные отверстия – также недопустимо. После термической обработки стекла возможна лишь незначительная обточка его краев, иначе закаленное стекло может просто разрушиться от механических повреждений. 

Производство закаленного стекла позволяет выпускать материалы различных составов, цветовой гаммы, а также формы и габаритов. Все эти параметры зависят от назначения изготавливаемых стекол.
Цвет закаленного стекла достигается определенными способами обработки изделия в зависимости от того, какой требуется оттенок. Так стекло может быть прозрачным, тонированным в массе, оклеенным декоративной пленкой, с вакуумным напылением, матовым и т.д. К тому же на закаленное стекло могут наноситься различные изображения. Это выполняется методом шелкографии или же лазерной гравировкой. Что касается формы стекла, то она может быть не только прямоугольной, но и какой-нибудь нестандартной.  

Благодаря своим свойствам закаленное стекло нашло широкое применение в различных сферах. Оно используется в условиях, когда требуется не только повышенная механическая прочность материала, но и легкость, воздушность конструкций, а также высокая термическая устойчивость и безопасность. Закаленное стекло при разрушении рассыпается на мелкие частицы, края которых неострые. Поэтому такие конструкции практически не представляют опасности для жизни и здоровья людей. Закаленное стекло применяется для остекления авиационного, автомобильного, железнодорожного и другого транспорта, для производства торгового оборудования, остекления различных зданий, сооружений и т.д. Кроме того, этот материал может применяться и в создании интерьеров жилищ, офисов. Закаленное стекло позволяет воплотить в реальность самые нестандартные дизайнерские решения, чему способствует особый процесс производства данного материала.