Основы производства стеклянных товаров

ЛЕКЦИЯ №6: СИЛИКАТНЫЕ ТОВАРЫ

Особенности потребительских свойств

Полезность изделий из стекла и керамики для потребителей определяется комплексом их функциональных, эргономических, эстетических свойств и надежностью.

Функциональные свойства. Каждое силикатное изделие выполняет две функции: "принимает" и сохраняет пищу и напитки (начальная функция) и "отдает" пищу и напитки полностью или частично по мере необходимости (конечная функция). Если выполненная изделием начальная функция зависит от свойств стекла и керамики, то конечная функция - от конструктивного решения изделия. Проектное решение важно для создания функционально обоснованных форм и размеров изделий, отвечающих назначению.

Эргономические свойства - по своему содержанию условно подразделяются на две группы - гигиенические и комфортности (удобство пользования). Гигиенические требования определяют соответствие посуды нормальным условиям жизнедеятельности людей. Бытовая посуда из стекла и керамики имеет достаточную химическую стойкость и безвредна, однако некоторые силикатные краски, применяемые для декорирования, содержат соли и оксиды тяжелых металлов. Если при кипячении посуды в 4% растворе уксусной кислоты в течение 30 мин она не выделяет соединений свинца, значит посуда безвредна. Кроме этого, необходимо обратить внимание на загрязняемость посуды. Наличие углов, выступов, углублений затрудняет отмывание посуды и увеличивает ее загрязняемость.

Удобство пользования посудой проявляется через ее соответствие антропометрическим, физиологическим, психофизическим данным человека. Так, выполнение изделием функций в значительной степени зависит от размеров держателей крышек, размеров и места расположения ручек и соответствия их размерам и форме руки человека.

Эстетические свойства стеклянных и керамических изделий характеризуются композиционной целостностью, функциональностью формы, информативностью. Целостность композиции как сложное эстетическое свойство посуды раскрывается через ее пространственное декоративное решение, строение, тектонику и пропорции формы.

Для стеклянных и керамических изделий характерно объемно-пространственное решение, являющееся определяющим фактором при экспертной оценке эстетики формы. Строение формы посудных изделий представляет собой повторение одинаковых или чередование одинаковых и отличающихся геометрических элементов (шара, усеченного шара, конуса, цилиндра и т. д.).

Рациональностью называется логическое соотношение размеров частей, сторон, площадей, рисунков и т. п. Рациональность формы посуды проявляется через ее функциональную целесообразность, выраженность свойств материала. Чем рациональней форма изделия, тем оно прочнее и долговечнее. Наоборот, изделие, нерациональное по форме, обладает меньшей полезностью и скорее разрушается. Например, у высоких изделий (вазы для цветов и др.) при нарушении необходимого соотношения высоты и диаметра появляется неустойчивость (h/d > 3.14).

Долговечность посуды проявляется через ее физическую и моральную износостойкость. Показателем физической износостойкости является срок службы посуды до предельного состояния, вызванного появлением одного из критических дефектов. Для керамической посуды это могут быть дефекты черепка, глазури, подглазурных рисунков, подрыв ручек и носиков изделий. У стеклянной посуды это дефекты стекломассы, выработки, декоррирования, конструктивных элементов изделий.

Показателем моральной износостойкости является срок службы посуды до появления изделий с новыми утилитарными или эстетическими свойствами.

Информативность посуды складывается из знаковости, оригинальности, соответствия стилю и моде. Под знаковостью понимают отражение в форме изделий различных эстетических идей и представлений (национальных, психологических, религиозных, возрастных).

Оригинальность изделия характеризуется наличием в его форме совокупных признаков, обусловливающих отличие от изделий аналогичного назначения, материалов, техники исполнения. Соответствие стилю и моде является обязательным условием производства стеклянной и керамической посуды. Влияние моды на посуду меньше, чем, например, на обувь и одежду.

 

Стеклянные товары

Основы производства стеклянных товаров

 

В современном понимании понятие “стекло” определяется не просто как материал, а как некоторое особое стеклообразное состояние твердого тела.

Стекло — это такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Стекло неравновесно по отношению к кристаллическому состоянию, текуче. Технологический процесс производства стеклянных изделий подразделяется на следующие основные этапы: приготовление стекломассы, варка стекломассы, выработка изделий, отжиг, обработка и декорирование стеклянных изделий.

Сырье для производства стекла. Материалы для производства стекла подразделяют на основные и вспомогательные.

Основные материалы служат для введения в стекломассу важнейших окислов, являющихся основой для образования стекла и называемых стеклообразующими. К ним относятся песок кварцевый, сульфат натрия, сода, поташ (белый порошок добываемый из золы растений, способствует затвердению стекломассы), мел, бура, свинцовый сурик, барит и др.

От качества кварцевого песка (Si02) зависит качество стекла. Он может содержать окислы железа, окрашивающие стекло в нежелательные цвета (желтовато-зеленый, голубоватый, зеленый и др.), поэтому для производства стекла используют песок с незначительным содержанием окислов железа.

Сульфат натрия (Na9S04) и сода (Na2C03) необходимы для введения в состав стекла окисла натрия, который ускоряет стеклообразование и снижает температуру плавления кварцевого песка. Стекло, получаемое сплавлением только песка с содой или сульфатом натрия, разрушается под воздействием влаги.

Поташ (К2С03) применяют для введения в состав стекля окисла калия, повышающего его прозрачность и блеск.

Мел и известняк (СаС03) используют для введения в состав стекла окисла кальция, облегчающего варку стекла и придающего ему большую химическую устойчивость, в том числе и к воздействию влаги.

Бура (Na2B4Oy) и борная кислота (Н2В03) необходимы для введения в состав стекла борного ангидрида (В203), повышающего термическую и химическую стойкость стекла.

Свинцовый сурик (РЬ304) служит для введения в состав стекла окисла свинца, который сообщает ему большую прозрачность, увеличивает плотность и уменьшает твердость, что облегчает механическую обработку. Свинцовый сурик применяют при получении хрустальной посуды и искусственных драгоценных камней.

С помощью барита в стекло вводят окисел бария, способствующий повышению плотности, блеска и лучепреломляемости стекла, Егo используют вместо свинцового сурика для изготовления стеклянной посуды высших сортов.

Доломит (CaCOyMgCOg) является двойной солью кальция и магния. Оксид магния (MgO) снижает скорость кристаллизации и значительно влияет на улучшение химических, термических и механических свойств стекла.

Витерит (ВаС03) используют для введения оксида бария (ВаО), который повышает коэффициент преломления, плотность и блеск стекла.

Оксид цинка (ZnO) вводят в виде цинковых белил. Он увеличивает коэффициент преломления, повышает химическую устойчивость стекла.

Вспомогательные материалы. Это красители, обесцвечивающие материалы, глушители и осветлители.

Красители применяют для окрашивания стекла. В качестве красителей используют соединения различных металлов: марганца, кобальта, хрома, никеля, урана, селена, золота, серебра, меди, редкоземельных элементов и др.

Соединения марганца окрашивают стекло в фиолетовый цвет, кобальта — в темно-синий, хрома — в зеленый, никеля — в синевато-фиолетовый до фиолетового с коричневым оттенком, железа — в различные цвета (от желтого до коричневого и в зеленый), урана — в светло-желтый, селена — в розовый, селена с примесями сернистого кадмия:— в ярко-красный (селеновый рубин), золота — в ярко-красный (золотой рубин), серебра — в золотисто-желтый, окисел меди — в ярко- голубой (бирюзовый), закись меди — в красный (медный рубин).

Редкоземельные элементы придают стеклу особую прозрачность и чистоту. Двуокись церия придает стеклу янтарножелтый цвет; окисел неодима — красивую фиолетовосиреневую окраску. Разнообразные цветовые эффекты получают окрашиванием стекла смесью окислов редкоземельных элементов.

Обесцвечивающие материалы (селитра, трехокись мышьяка, окислы металлов) применяют для устранения окрашивающего действия вредных примесей, содержащихся в кварцевом песке.

Глушители (окись олова, криолит) необходимы для уменьшения прозрачности стекла, получения стекла молочно-белого и цветного непрозрачного.

Осветлители (селитра, сульфат натрия) способствуют освет-лению стекломассы путем удаления из нее пузырьков воздуха.

Введение в стекло оксида алюминия (А1203) придает стеклу повышенную механическую прочность. Из такого стекла изготавливают специальные бутылки для насыщенных углекислым газом напитков (шипучих).

Производство стекла состоит из следующих процессов: подготовки сырьевых компонентов, получения шихты, варки стекла, охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической).

Приготовление стекломассы. Все компоненты перед варкой просеиваются, сушатся, при необходимости измельчаются, смешиваются до полностью однородной порошкообразной шихты, которая подается в стекловаренную печь.

Процесс стекловарения условно подразделяют на несколько стадий: силикатообразование (термическое разложение компонентов реакции), стеклообразование (полное растворение остатков шихты, образование прозрачной стекломассы), осветление (перемешивание стекломассы для удаления пузырьков газа), гомогенизация (усреднение состава – выравнивание) и охлаждение (“студку” до нужной температуры и состояния для формования).

Формование изделий из стекломассы осуществляется механическим способом (прокаткой, прессованием, прессовыдуванием, выдуванием и т. д.) на стеклоформующих машинах.

После формования изделия подвергают термической обработке. В результате отжига и последующего медленного охлаждения происходит релаксация напряжений, появляющихся в стекле при быстром охлаждении. В результате закалки в стекле возникают остаточные напряжения, обеспечивающие его повышенную механическую прочность, термостойкость и специфический (безопасный) характер разрушения в сравнении с обычным стеклом (закаленные стекла применяют для остекления автомобилей, вагонов и т. п. целей).

Выработка стеклоизделий. Основными способами выработки стеклоизделий являются: прессование, выдувание, прессовыдувание, литье и центробежное литье.

Прессование. является более простым способом выработки изделий.

Методом прессования изготавливаются изделия, имеющие простую форму (стаканы, блюдца и др.). Этот способ отличается высокой производительностью, так как позволяет применять высокопроизводительные автоматы и полуавтоматы. Процесс прессования осуществляется в металлических формах, причем внутренняя поверхность их может быть гладкой или с рельефным рисунком. Прессование изделий производится в разъемных (состоящих из двух или трех частей) и неразъемных формах.

Процесс прессования состоит в следующем: определенная весовая капля стекломассы подается в форму (матрицу), предварительно нагретую до температуры 300-400 °С, в которую опускают пуансон, оказывающий при своем движении давление на стекломассу, последняя заполняет пространство между формой и пуансоном. Изделия прессуют на ручных, полуавтоматических и автоматических прессах.

Прессованные изделия от выдувных можно отличить по целому ряду признаков. Основными являются следующие: верхний диаметр изделия больше, чем нижележащий; на внешней стороне изделия имеются швы от прессформы, переход дна в стенки неравномерный — дно имеет большую толщину, чем стенки.

Выдувание. Выдувной способ выработки может быть ручным (для изделий сложных форм) и механизированным. При ручном способе используют металлические трубки-самодувки длиной 1200-1400 мм, в которые воздух подается специальным резиновым баллоном Трубка-самодувка состоит из обыкновенной выдувательной трубки, на верхнем конце которой находится резиновый баллон; в той части трубки, которая охватывается баллоном на длине 40-50 мм просверлено несколько отверстий. Верхнее отверстие трубки закрыто резиновым клапаном, который пропускает воздух только внутрь трубки. При сжатии баллона находящийся в нем воздух через отверстия поступает в клапан трубки. Так как установленный у верхнего конца трубки клапан пропускает воздух только снаружи в канал трубки, а в обратную сторону — нет, то воздух по каналу трубки устремляется вниз для выдувания изделия. Разогретый конец трубки опускают в стекломассу, которая прилипает к нагретому металлу. На трубку навивают определенное количество стекла, выравнивают его на металлическом столе, после чего раздувают в небольшой пузырек “баночку”, из которой окончательно выдувают изделия в металлической разъемной форме.

Прессовыдувание. Прессовыдувной способ формования стеклоизделий сочетает прессование и выдувание. Ассортимент изделий, вырабатываемых прессовыдувным способом, ограничен. Это графины для вина, масленки, тарная посуда и др.

Прессовыдувной способ изготовления изделий осуществляется в два приема: вначале выпрессовывают заготовку и отделывают края изделия, а затем заготовку выдувают сжатым воздухом до заданных размеров. Выработка этих изделий производится на автоматических машинах.

Литье. Способ центробежного литья применяется пока еще редко. В быстровращающуюся форму подается определенная порция стекломассы, которая равномерно распределяется и приобретает конфигурацию готового изделия.

Изделия художественно-декоративного назначения изготавливают методом литья. Стекломассу заливают в специальную форму, где она охлаждается и принимает очертания формы. Выработанные этим методом изделия могут быть пустотелыми и полнотелыми.

После того как изделие изготовлено, его направляют на отжиг.