Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

9. Стекло и стеклянные изделия

ки от предыдущей варки, окислители, красители и глушители. После того как материалы измельчены, тщательно перемешаны друг с другом в требуемых соотношениях, расплавлены при высокой температуре, а расплав быстро охлажден, получают стекло. Стеклообразующий песок — это кварц, наиболее распространенная форма кремнезема.

Производство стекла происходит путем варки, а затем выдерживания смеси сырьевых материалов при высоких температурах (1200–1600 ˚С) в течение продолжительного времени (12–96 ч), что обеспечивает протекание необходимых реакций для приобретения стеклом своих свойств. Большие массы стекла варят в ванных печах непрерывного действия, а постоянный уровень расплавленного стекла в ванне поддерживают путем непрерывной подачи шихты на одном из концов установки и извлечения готового продукта с той же скоростью из другого конца.

9.2. Виды стекол

Кварцевое стекло состоит только из кремнезема, это простейшее стекло по своим химическим и физическим свойствам, обладающее характерными параметрами: не подвергается деформированию при температурах вплоть до 1000 ˚С, обладает стойкостью к термоудару при резком изменении температуры, отлично пропускает как видимое, так и ультрафиолетовое излучение. Недостатками являются трудности изготовления и переработки в изделия, высокая стоимость, что ограничивает его применение изделиями специального назначения: как химико-лабораторная посуда, ртутные лампы и компоненты оптических систем.

В 1939 г. был изобретен вид стекла — специальное кварцевое стекло с содержанием кварца 96 %. Данный продукт обладает эквивалентными кварцевому стеклу свойствами, однако мо-

79

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

жет производиться дешевле и с большим разнообразием форм и размеров.

Натриево силикатные стекла получают сплавлением кремнезема (оксида кремния) и соды (карбоната натрия) при температуре на 900 0 С более низкой, чем у кварцевого стекла. Но такие стекла растворяются в воде и из них нельзя изготавливать большинство изделий.

Известковые стекла изобретены в древности, когда обнаружили, что водорастворимость натриево силикатных стекол можно устранить добавлением извести и получением таким образом натриево известково силикатных стекол (главные компоненты шихты — оксиды Na2O, CaO и SiO2). Эти стекла широко используют (90 % мирового производства) для изготовления листового

изеркального стекла, стеклотары, потому что они легко расплавляются при более низкой температуре, а сырье недорогое.

Свинцовые стекла изготавливают сплавлением оксида свинца с кремнеземом, оксидами натрия или калия и небольшими добавками других оксидов. Эти свинцово натриево силикатные или свинцово калиево силикатные стекла дороже известковых, но имеют более низкую температуру плавления и простоту изготовления. Такое стекло является одним из лучших изоляторов для изготовления электроники, изолирующих элементов электроламп и конденсаторов. Большинство стекол, называемых хрусталем, являются свинцовыми.

Боросиликатные стекла обладают высоким содержанием оксида кремния, низким — щелочного металла и существенным — оксида бора. В 1915 г. фирма «Корнинг гласс уоркс» начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием «пирекс». В зависимости от состава стойкость таких стекол к термоудару в 2–5 раз выше, чем у известковых, они намного превосходят другие стекла по химической стойкости

иполезны для применения в электротехнике. Такое сочетание свойств сделало возможным производство новых стеклянных

80

9. Стекло и стеклянные изделия

изделий (промышленных труб, рабочих колес центробежных насосов и домашней кухонной посуды).

Существует много других видов стекол специального назначения (алюмосиликатные, фосфатные и боратные), которые производят с разнообразной окраской для изготовления линз, светофильтров и осветительного оборудования.

9.3. Виды изделий из стекла

Плоское стекло — наиболее распространенное изделие. В начале ХХ в. разработаны новые непрерывные методы изготовления оконного и зеркального стекол. В 1928 г. было изобретено многослойное безосколочное стекло для автомобилей, которое при разбивании разрушается не на длинные, острые осколки, а на относительно безвредные для человека маленькие округлые кусочки. Отпуск оказывается эффективным при упрочнении не только плоского стекла, но и кухонной посуды, мерного стекла, линз защитных очков и круглых колб светильников. Стеклопакеты, заменяющие вставные оконные переплеты, — сравнительно новая разработка конструкции с плоским стеклом. Они состоят из двух или более листов стекла, герметично соединенных по периметру рамкой. Пространство между листами заполняют очищенным и осушенным воздухом. По сравнению с одинарным остеклением стеклопакеты уменьшают теплопотери почти на 50 % и надолго избавляют от проблем, связанных с применением наружного оконного переплета, проникновением пыли и конденсацией влаги.

Стеновые стеклоблоки. Производство стеновых стеклоблоков и стекловолокна началось в 1931 г. Стеновые стеклоблоки массивны и изготовляются сваркой двух прессованных полублоков с образованием герметической полости между ними.

81

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Такие элементы монтируются при строительстве с использованием обычных инструментов и материалов. Получаемые из них «стены дневного света» пропускают большую часть падающего на них солнечного излучения, но уменьшают его яркость, обеспечивают хорошую теплоизоляцию и практически исключают конденсацию влаги. Эти полезные свойства обусловили широкое использование стеновых стеклоблоков как элементов строительных конструкций.

Стекловолокно. В отличие от бытового стекла стекловолокно обычно изготавливается в форме нитей диаметром меньше 1 мкм. Поскольку каждое волокно представляет собой, по существу, сплошной стеклянный стержень, в объеме оно обладает всеми свойствами стекла. Стекловолокно термостойко

инегорюче. Оно не поглощает влаги, не гниет и не подвержено химическому разложению. Оно атмосферо-, кислото-, масло-

икоррозионно-стойко, а также не проводит электричества. Из стекловолокна можно изготавливать нити, ленты, оплетки

икорд. Из несколько более толстых, коротких волокон получают упругую ватоподобную массу, называемую стекловатой. В такой форме стекловолокно — отличный теплоизолятор. Различные виды стекловолокна в сочетании с асбестом, слюдой, пластмассами и силиконами дают превосходные композиционные материалы. Действительно, материалы, состоящие из параллельных стеклянных нитей, внедренных в сложный полиэфир или другую матрицу, по прочности на единицу массы могут быть намного прочнее обычных конструкционных материалов, включая сталь, алюминий, магний и титан. Армированные стекловолокном пластмассы этого типа теперь широко используются для изготовления деталей самолетов

иракет, труб, резервуаров, корпусов лодок и строительных панелей. Промышленность стекловолокон выросла с удивительной быстротой ввиду широкого применения этого вида стекла в композиционных материалах.

82

9. Стекло и стеклянные изделия

Пеностекло — еще один продукт изобретательности стеклоделов — по структуре похожий на хлеб и может распиливаться на куски нужного размера. Разработанное в 1940 г. это стекло так мало весит, что не тонет в воде и все же является жестким, не горит и не выделяет запахов. Такая аномалия свойств создается после смешения тонко измельченных кокса и стекла и нагрева смеси до высокой температуры. Смесь мучнистого вида расплавляется, превращаясь в черную пену, которая заполняет объем формы и потом застывает. В результате получается твердый ячеистый материал с сотнями тысяч заполненных воздухом изолированных ячеек на 1 м 3. После снятия форм блоки пеностекла разрезаются до нужных размеров. Этот замечательный продукт весит примерно столько же, сколько весит пробка, и во время Второй мировой войны использовался в качестве заменителя пробки, а также пробковой древесины, пористой резины и капка. Как и пробка, пеностекло — отличный изолятор. Однако в отличие от пробки на него не влияют сырость и конденсация влаги, так что оно очень подходит для обкладки холодильных камер

ибытовых холодильников. Пеностекло в равной мере успешно может применяться и для высокотемпературной теплоизоляции вплоть до 425 ˚С, поскольку оно не только не горит, но и заглушает огонь. Новый сорт пеностекла содержит 99 % кремнезема

иможет использоваться при температуре до 1200 ˚С.

Электротехнические изделия из стекла (стеклянные колбы)

широко используются в качестве оболочек для ламп накаливания и электронно-лучевых трубок. Проволочные резисторы, трансформаторы, конденсаторы, реле и переключатели могут заключаться в оболочки из отпущенного стекла с выводами через стеклянные изоляторы. Крупные проходные изоляторы массой до 22 кг, рассчитанные на сильные токи и высокие напряжения, изготавливаются путем центробежной отливки стекла вокруг металлических втулок. С применением стекла изготавливаются конденсаторы как постоянной, так и переменной

83