Стекольные материалы специального назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Государственное учреждение высшего профессионального образования

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра технологии и организации пищевых производств

Расчётно-графическое задание

На тему: Стекольные материалы специального назначения

Выполнила: Волкова Мария

Проверил: Рогова.О.В

Новосибирск 2013

Содержание

Введение

1.История происхождения

2.Особенности состава

3.Способы производства

4. Область применения и анализ ассортимента

5.Сравнительный анализ материалов

Заключение

Список использованных литератур

Введение

стекломатериал ассортимент конструкция

Данная тема очень актуальна, так как изделия из стекла, уже на протяжении нескольких столетий, используются помимо своего основного предназначения еще и для изготовления элементов интерьера, предметов мебели, всевозможных декоративных украшений. Новейшие технологии, которые применяются в данной области, позволили применять стеклянные изделия в обыденной жизни, не взирая на его основной недостаток - высокую хрупкость.

Целью данной работы будет: проанализировать стекольные материалы специального назначения.

Задача работы: выявить какие стекольные материалы используются в повседневной жизни. Изучить историю происхождения, особенность состава. Определить область применения и анализ ассортимента. Сравнить анализ материалов.

1. История происхождения

История стекла насчитывает 5 с половиной тысяч лет. В настоящее время считается, что родиной стекла является Месопотамия, хотя до недавнего времени основным центром возникновения стеклоделия считался исключительно Древний Египет. Естественным образом произведённое стекло, в особенности вулканическое стекло (обсидиан) использовалось ещё в каменном веке для обработки режущих инструментов. Так как такое стекло было редким, оно стало частым торговым товаром. Археологические источники свидетельствуют, что искусственное стекло впервые было произведено на сирийском побережье, в Месопотамии или в древнем Египте. Большая часть древнейших изделий из стекла была найдена в Египте, благодаря благоприятным для сохранения стекла климатическим условиям, но возможно, что некоторые из этих изделий были ввезены в Египет. Древнейшие стеклянные объекты датируются третьим тысячелетием до н. э. Это стеклянные шарики, которые могли случайно получиться в процессе изготовления металла или керамики.

В позднем Бронзовом веке в Египте и в Передней Азии (например, Мегиддо) технология изготовления стекла сделала резкий скачок. Археологические находки этого периода включают слитки из цветного стекла и сосуды, иногда с инкрустацией из полудрагоценных камней. Для изготовления египетского и сирийского стекла использовалась сода, которая легко получается из углей многих видов древесины, в особенности растений-галофилов, произрастающих на берегу моря. Самые ранние сосуды производили, вращая пластичные стеклянные волокна вокруг формы из песка и глины, насаженной на металлический стержень. После этого, многократно нагревая стекло, добивались того, что оно сплавлялось в единый сосуд. Затем полосы цветного стекла можно было нанести поверх первоначальной формы, создавая таким образом орнаменты. Затем форму разрушали, а стержень вынимали из получившегося сосуда.

К XV веку до н. э. стекло массово производилось в Передней Азии, на Крите и в Египте. Предполагается, что технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, и эти технологии применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств. В других местах стеклоделие состояло в обработке заранее приготовленного стекла, часто в виде слитков. Такие слитки, например, были найдены в месте крушения Улу-бурунского корабля около побережья современной Турции.

Стекло продолжало оставаться предметом роскоши, и, казалось, что стеклоделие исчезнет вместе с цивилизациями позднего Бронзового века. В IX веке до н. э. стеклоделие было возобновлено в Сирии и на Кипре, при этом были найдены технологии для производства бесцветного стекла. Например Стеклянная амфораэллинистического периода, II век до н. э.(рис.1.)

Рис.1.

Первое известное «пособие» по производству стекла датируется 650 годом до н. э. -- это таблички, содержавшиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанапала. В Египте стеклоделие так и не было возобновлено, пока оно не было принесено греками в царствие Птолемеев. В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера, в частности, столовую посуду. В частности, была разработана технология смешения стекла нескольких цветов, так что получалась мозаичная структура. Именно в этот период бесцветное стекло начало цениться сильнее цветного, и, соответственно, усовершенствованы технологии его изготовления. [1],[2]

2. Особенности состава

В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO₂), соды (Na₂CO₃) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na₂O·CaO·6SiO₂.

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула -- SiO₂. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).

Кварцевое стекло характеризуется весьма малым коэффициентом температурного расширения и потому его иногда используют в качестве материала для деталей точной механики, размеры которых не должны меняться при изменении температуры. Примером служит использование кварцевого стекла в точных маятниковых часах.

Оптическое стекло -- применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

Химико-лабораторное стекло -- стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.

В качестве главной составной части в стекле содержится 70--75 % двуокиси кремния (SiO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.

Второй компонент -- окись кальция (CaO) -- делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести. Древние египтяне получали её из щебня морских раковин, а в Средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был ещё не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.

Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов -- натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16--17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при высокой температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удалённой от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.

Различаются три главных вида стекла:

· Содово-известковое стекло (1Na₂O : 1CaO : 6SiO₂)

· Калийно-известковое стекло (1K₂O : 1CaO : 6SiO₂)

· Калийно-свинцовое стекло (1K₂O : 1PbO : 6SiO₂)

3. Способы производства

Производство стекла включает в основном следующие технологические операции: подготовку сырьевых материалов (сушка, измельчение); приготовление стекольной шихты (дозировку и смешение компонентов); варку стекломассы; выработку (формование) из нее материалов и изделий; термическую, механическую или химическую обработку изделий для улучшения свойств.

Варка стекломассы (стекловарение) --главнейшая и самая сложная операция всего стекольного производства, производится чаще всего в ванных печах непрерывного действия, представляющих собой бассейны, сложенные из огнеупорных материалов. При варке специальных стекол (оптических, цветных и т. п.) используют горшковые печи. При нагревании шихты до 1100... 1150 °С происходит образование силикатов (силикатообразование) сначала в твердом виде, а затем в расплаве. При дальнейшем повышении температуры в этом расплаве полностью растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO2 и А12О3 -- образуется стекломасса. Эта стекломасса насыщена газовыми пузырьками и неоднородна по составу. Для осветления и гомогенизации стекломассы ее температуру повышают до 1500...1600 °С. При этом вязкость расплава снижается и соответственно облегчается удаление газовых включений и получение однородного расплава.

Стекловарение завершается охлаждением (студкой) стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, требуемую для выработки стеклоизделий принятым методом (вытягиванием, прокатом, прессованием, литьем, выдуванием и др.). Закрепление формы изделия осуществляют быстрым охлаждением. При этом вследствие низкой теплопроводности стекла возникают большие перепады температур, вызывающие внутренние напряжения в стеклоизделии. Поэтому обязательная операция после формования -- отжиг, т. е. охлаждение изделий по специальному ступенчатому режиму: быстрое -- до начала затвердевания стекломассы, очень медленное -- в момент перехода стекла от пластического состояния к хрупкому (собственно отжиг) и вновь быстрое -- до нормальной температуры. Отжиг может производиться сразу при формировании изделий или после повторного нагрева до температуры начала размягчения. Производство наиболее распространенного в строительстве листового стекла осуществляют путем вертикального или горизонтального вытягивания ленты из вязкой расплавленной стекломассы или прокатом, а также новым способом--плавающей ленты (флоат-способ).

Метод вытягивания применяют для получения стекла толщиной 2...6 мм, для чего используют машины вертикального или горизонтального вытягивания. Лента стекла вытягивается из стекломассы вращающимися валками машины через лодочку (огнеупорный брус с прорезью) или со свободной поверхности стекломассы (безлодочный способ), охлаждается и отжигается в камере этой же машины. При производстве стекла методом непрерывного проката стекломасса сливается на гладкую поверхность и ее прокатывают валками с гладкой или узорчатой поверхностью.

Процесс формования ленты стекла флоат-способом протекает на поверхности расплавленного металла. Плоскость стекла, соприкасающаяся с поверхностью металла, получается ровной и гладкой и не требует дальнейшей полировки.

Стекла специального назначения производится путем триплексования 2-х или более листов стекла или поликарбоната. Наиболее распространены следующие технологии изготовления панелей по типу используемых ламинирующих пленок:

* EVA -- этиленвинилацетатная пленка, обладает хорошей адгезией (липкостью) к пластикам и стеклу.

Основные преимущества -- низкая стоимость как пленки, так и оборудования. Для изготовления триплекса достаточно иметь примитивную печь с вакуумными мешками. Недостатки -- высокая опалесценция (мутность), особенно при многослойном ламинировании, со временем появляется желтизна. EVA имеет низкую прочность на сдвиг, особенно при минусовых температурах, что приводит к деламинации (расслоению), чувствительна к влажности. Одна из особенностей смарт стекла, изготовленного по технологии EVA -- непредсказуемое по времени появление отлипов (расслоений)

* PVB -- поливинилбутиральная пленка, обладает высокой адгезией к стеклу и низкой -- к пластикам.

Основные преимущества -- низкая стоимость массового производства триплекса, ничтожная опалесценция, высокое качество готового продукта.

Недостатки -- высокая стартовая стоимость оборудования, требуется автоклав, пресс предварительной горячей опрессовки (колландер), «чистая» комната, квалифицированный персонал. Кроме того, триплекс, изготовленный по технологии PVB, не может использоваться в условиях повышенной влажности.

Применительно к производству смарт стекла, данная технология даёт гораздо лучшие, чем EVA, результаты.

* TPU -- пленка из термопластичного полиуретана, обладает чрезвычайно высокой адгезией к стеклу и пластикам.

Основные преимущества --невосприимчивость к влажности, механическим нагрузкам и действиям агрессивных сред, очень высокое качество готового продукта.

Недостатки -- высокая стоимость пленки и оборудования, требуется автоклав, «чистая» комната, квалифицированный персонал.

Применительно к производству смарт стекла, данная технология даёт превосходные результаты. О качестве триплекса, изготовленного с применением TPU, говорит тот факт, что именно этот материал используется для производства изделий остекления для аэрокосмической отрасли.

* Фотоотверждаемые полимеры -- так называемая "заливочная технология".

Основные преимущества -- низкая стоимость как полимера, так и оборудования. Для изготовления триплекса достаточно иметь ультрафиолетовую печь и минимум дополнительного оборудования.

Недостатки -- необходимость иметь квалифицированный обученный персонал. Обогреваемый триплекс, изготовленный по данной технологии, нечувствителен к влажности и температурным воздействиям, имеет высокую прочность на сдвиг.

4. Область применения и анализ ассортимента

Стекло глубоко проникло в наш быт и нашло себе широкое применение в промышленности и строительстве, на транспорте, в военном деле, в науке, медицине, прикладном и декоративном искусстве. Благодаря своим физическим, химическим и механическим свойствам, стекло на протяжении многих веков занимает прочное положение и не вытеснено другими природными и синтетическими материалами, которые обладали бы теми же свойствами. Стекло является благородным и весьма ценным материалом.

Обыкновенное листовое стекло.Наиболее дешевое из всех видов строительного стекла. Применяется для остекления окон, дверей и фонарей верхнего света заводских, жилых и гражданских зданий.

Безопасное стекло (safety glass) - закалённое стекло, не образующее фрагменты с острыми краями при его разрушении. Как правило, это многослойные конструкции толщиной от 4 до 120 мм с коэффициентом светопропускания не менее 85%. Также "безопасными стёклами" называют различные по назначению, способу изготовления или другим особенностям стёкла, которые предназначены для защиты от разных внешних воздействий. В эту группу входят бронированные, безосколочные и ламинированные плёнкой стёкла, а также триплекс.

Смарт-стекло.(Smart Glass, Smartglass), также называемое «переключаемым» стеклом, относится к группе светопрозрачных изделий, способных изменять свои свойства под воздействием электрического тока.

Электрообогреваемое стекло. Электрообогреваемое стекло и окна -- это сравнительно новые продукты, позволяющие разрешить многие проблемы, возникающие в процессе проектирования зданий и транспортных средств. Идея стекла с электрообогревом базируется на использовании энергосберегающего низкоэмиссионного стекла, представляющего собой обычное силикатное стекло со специальным покрытием из оксидов металлов. Низкоэмиссионное покрытие сокращает потери тепла приблизительно на 30 %. Стекло с электрообогревом может использоваться во всех стандартных системах остекления, изготовленных из дерева, пластика, алюминия или стали. Впервые электрообогреваемое стекло на основе низкоэмиссионных покрытий было массово применено в начале 80-х годов. К настоящему времени электрически обогреваемое стекло используется во множестве зданий и на серийно производимых транспортных средствах. Стекло с электрообогревом устраняет неудобства и недостатки, вызванные низкими теплоизоляционными свойствами силикатного стекла. При нагреве поверхности стекла исчезает эффект «холодного окна», предотвращается конденсация влаги, снимается наледь и снежный покров, компенсируются теплопотери окна, тем самым создавая атмосферу комфорта в помещении. Электрообогреваемое стекло может использоваться в качестве основной системы отопления и сочетаться с системами обогрева пола и потолка. Подобная комбинация способствует снижению суммарных теплопотерь сооружения, тем самым уменьшая затраты на отопление. Кроме того, применение обогреваемых окон позволяет использовать полезную площадь помещения более рационально, поскольку исключает необходимость установки массивных подоконных радиаторов.

Армированное стекло-это плоское листовое стекло с металлической, вмонтированной в него сеткой с квадратными, реже шестиугольными ячейками. Армированное стекло может быть полированным (армированное полированное стекло), может иметь одну литую сырую поверхность (литое армированное стекло) или быть полупрозрачным с сеткой в виде шестиугольников (прокатное узорчатое армированное стекло). Армированное стекло применяется при остеклении как огнестойкое и безопасное стекло. При пожаре армированное стекло может треснуть, однако армирующая сетка удержит его на месте, тем самым предотвратив распространение огня. Осколки армированного стекла не выпадут даже при условии образования нескольких разломов. Армированное стекло применяется при остеклении окон, лестничных клеток, зенитных фонарей, светопрозрачных перегородок в производственных, общественных и жилых зданиях, для устройства балконных ограждений, то есть везде, где требуется предотвратить возможность травм от крупных осколков стекла, либо где нужно получить антивандальную стеклянную конструкцию. Поскольку применение армированного стекла обуславливается соображениями пожарной безопасности, армированное стекло успешно устанавливается в подсобных помещениях и на пожарных лестницах, а в общем случае, в местах, где можно вполне обходиться без дорогостоящего закаленного стекла.

Термостойкое стекло.Термостойкое каминное стекло создано, для того чтобы выдерживать самые резкие перепады температуры, так называемые тепловые удары и при этом не разрушаясь. Термостойкие стекла имеют очень низкий температурный коэффициент расширения и одним из самых лучших видов термостойкого стекла для камина считается кварцевое стекло. Оно способно выдерживать смены температур до 1000° С. Также к термостойким стеклам относятся боросиликатные и еще некоторые другие виды жаропрочных стекол. Преимущественно такие стекла применяются в панорамных дверях каминов и печей. Дополнительно такие стекла можно использовать в виде смотровых панелей, например, для наблюдения за процессами горения в отопительных приборах в индивидуальном доме. Керамическое стекло или стеклокерамику целесообразно применять при температурах до 750 градусов. Кроме защитных стекол для камина, такие стекла применяют в виде защитных стекол для жаровни или мангалов. Стеклянные элементы дверей микроволновых печей -- также область применения стеклокерамических жаропрочных стекол. Одним из видов термостойких стекол является боросиликатное стекло. У него немного меньше температуростойкость по сравнению с керамикой. Такое стекло справляется с температурой до 450 градусов, также оно обладает высокой устойчивостью к агрессивной среде. Именно поэтому такое стекло используют для экранов отопительных приборов, для подвесных экранов светильников. Еще его используют в промышленном и лабораторном оборудовании в смотровых трубах.

Низкоэмиссионные стекла - это стекла, обладающие высокой светопропускающей способностью и прозрачностью и в то же время обеспечивающие достаточно высокие показатели коэффициента теплоизоляции. Иными словами, благодаря своей прозрачности, они позволяют солнечному свету проникать внутрь помещения, а аккумулированное внутри помещений тепло и тепловую энергию от нагревательных предметов отражать внутрь помещения. С технической точки зрения такие стекла представляют собой полированное стекло, на которое нанесено специальное покрытие из оксидов металлов, обеспечивающее снижение доли энергии, излучаемой стеклом в направлении этого покрытия. Т.е., если в случае с обыкновенным стеклом, накопленная им энергия излучается с одинаковой интенсивностью как внутрь, так и наружу (что означает потери тепла), то в случае с низкоэмиссионным стеклом, интенсивность излучения наружу многократно падает, соответственно уменьшаются теплопотери.

5. Сравнительный анализ материалов

Очень часто в практике строительства стеклянным конструкциям предъявляются жесткие, зачастую взаимоисключающие требования, на выполнение которых налагается запрет самой природой стекла. Стеклоконструкции подвергают неравномерным нагрузкам; термоударам, действию воздушных ударных волн, возникающих при взрывах различного происхождения; заставляют противостоять ураганам, снеговой нагрузке, землетрясениям, пожарам - при всем этом требуют, чтобы эти конструкции не разрушались с образованием осколков, обладали хорошими шумоизолирующими и теплоизолирующими свойствами, огнестойкостью, пулестойкостью, антивандальными и противовзломными свойствами, и при всем этом сохраняли высокое светопропускание и отличную оптическую однородность. При проектировании остекления в зданиях должны учитываться все эти характеристики, чтобы обеспечить выполнение всех требований при последующей эксплуатации здания.

Таблица №1-сравнительный анализ материалов для остекления фасадов

Сравнив между собой стекломатериалы, можно сделать вывод, что для остекления фасадов лучше использовать светотеплозащитные стекла, а для офисных перегородок и дверей - многослойные противопожарные стекла.

Представления собственного материала:

Стеклопакет СПС (супер прочное стекло)

В его состав входит: кварцевый песок, кремний, огнеупорный наполнитель и оксид титана, также окно покрывается смарт-пленкой и оксидом металла. Это придает ему высокую прочность, самоочищение, возможность изменять оптические свойства, делает огнеупорным и позволяет контролировать температуру стекла.

Заключение

Подводя итоги данной работы можно сделать выводы, что существует огромное разнообразие стекольных материалов. Каждый вид стекла обладает определенными, уникальными свойствами, делающие его более подходящим материалом для использования в производстве определенной конструкции.

Так же проанализировав поколения стекла, можно утверждать, что с каждым последующим поколением стекла, его состав становился более сложным и разнообразным, что способствовало увеличению использования стекольных материалов в повседневной жизни.

Литература

1. « Строительные материалы» Воробьев В.А. ,Комар А.Г.«Стройиздат» 1971.-450 с.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Стекло

3. http://www.nalinaart.com/articles/article.05.shtml

4. http://www.best-baget.ru/ofglass/43-production-of-glass

5. http://www.clacli.ru/stroitelstvo-remont/312-osnovnyje-oblasti-primjenjenija-stjekla

6. http://abava.net/smartglass-intro.shtml

Размещено на Allbest.ru