Производство стекла как бизнес: перечень оборудования, описание технологии изготовления, нюансы организации дела. Как и из чего делают стекло? Цепочка изготовления стекла

Мы наконец-то ответим на вопрос, который многим не дает покоя: «Как из непрозрачного песка, делают прозрачное стекло?».
Начнем с того, что некоторое время назад стекла не существовало в принципе, и люди жили в пещерах. А с появлением этого хрупкого и прозрачного материала жизнь изменилась в корне. Сами подумайте, как много стеклянных вещей нас окружает сегодня: витрины, телескопы, экраны компьютеров, очки, различные емкости, даже дома научились строить из стекла.

Вообразите себе, сколько стекла производит человек, и сколько использует при этом песка. Как и для любого производства, сперва на завод поступает сырье — песок. И песок этот, не какой-нибудь, а специальный – кварцевый. Если сравнивать с морским, то кварцевый значительно мельче и белее.

Первый этап изготовления – печь. За раз в эту печь помещают до 170 тонн песка, и доводят температуру до 1500 градусов. Формула стекла – это не только песок (хоть его и большинство), но еще и некоторые вещества усиливающие его прочность. Заметьте, — прочность, но не прозрачность. Вот названия некоторых компонентов: сульфат, полевой шпагат, сода, селитра, доломит. Сода, к примеру, нужна только лишь для того, чтобы песок быстрее расплавился.

Уже в печи, вся эта смесь превращается в стекло. Вот только оно еще жидкое. Далее, пока стекло не остыло и не застыло, его заливают в формы (например для изготовления бутылок). Специальная автоматизированная установка режет на равные куски пластичную стекольную массу, выливающуюся из печи, и направляет эти куски в формовочный станок. Так как основными функциями производства занимаются машины, быстро приобретает нужную форму, не успевая затвердеть прежде.

Получается, секрет в самой печи? Неужели высокая температура позволяет сделать непрозрачную вещь прозрачной? Нет!

Вы удивитесь, но песок на самом деле был прозрачным еще до приезда на завод. Чтобы в этом убедиться, нам понадобиться микроскоп.

Из чего состоит песок? Верно, из песчинок. Вот на них и нужно смотреть под микроскопом. По факту, каждая песчинка кварцевого песка прозрачная! «Почему же тогда набрав песок в ладони, он не просвечивает как вода?».

А тут вступают в силу законы физики. Дело в том, что песчинки являются отдельными элементами с несколькими гранями. Вот эти самые грани и преломляют луч света, попадающий на них. Так и создается ощущение «непрозрачности».

Для еще большего понимания, проведем эксперимент. Возьмем прозрачную бутылку и разобьем ее молотком. Осколки дополнительно измельчим в ступке. Теперь высыпаем их на стол, и что мы видим? А видим мы непрозрачную кучу стекла.

В печи все происходит с точностью, да наоборот, нежели в нашем эксперименте. Печь объединяет «расколотые» песчинки в одно целое. Тут уже не важны геометрические параметры каждой отдельной песчинки, так как все они расплавятся и сольются в одно целое. Получится одна большая песчинка, которая с легкостью будет пропускать свет, т.е. получается стекло на заказ.

Как только люди научились делать прозрачное стекло и применять его в жизни, то возникла потребность в стекле непрозрачном. Были изобретены специальные порошки, которые не только могут затемнить прозрачный материал, но и придать ему нужный цвет. Вот таким вот, с виду не сложным образом создается стекло на заказ.

Вконтакте

31.10.2017 19:01 2122

Стекло является незаменимым предметом в нашей жизни. Оно встречается повсюду: в жилых домах, витринах магазинов и во всех видах транспорта.

А вы задумывались когда-нибудь, ребята, из чего изготавливают стекло?

Люди научились делать стекло в Древнем Египте около 5 тысяч лет назад, но в отличие от современных стёкол, оно не было таким прозрачным как сейчас.

Основным материалом для изготовления стекла является кварцевый песок. К нему добавляют известь и соду и разогревают в специальной печи. Благодаря взаимодействию с содой песок лучше плавится. Известь же служит для укрепления полученного материала, и он не разрушается при взаимодействии с водой. Если бы известь не добавляли, то стекло могло просто раствориться от прикосновения с водой. Когда температура достигает 1700 градусов, все три материала смешиваются и становятся одним веществом, которое опускают в расплавленное олово при температуре больше 1000 градусов. Далее полученный материал помещают на конвейер, где он охлаждается до 250 градусов. Там же стекло нарезается на стандартные части и регулируется по толщине.

Для получения цветного стекла к песку кроме соды и извести добавляют соединения химических элементов. Например, зелёный цвет стекла можно получить при добавлении хрома, жёлтый – при добавлении оксида урана, а красный – оксида железа. Оксидом называют соединение химического элемента (например, металла) с кислородом.

Различные формы стекла получаются благодаря выдуванию его раскалённой массы. Существует такая профессия – стеклодув. Это мастер, изготавливающий стекла разных форм. Стеклодув использует в своей работе специальную длинную трубочку.

На её кончик он цепляет расплавленное стекло и выдувает образующийся пузырь. При этом стеклодув вращает трубочку, а пузырь попадает в специальную деревянную или металлическую формочку. Иногда мастера делают свои шедевры без форм. Выдуваемый из трубки пузырь они обрабатывают при помощи инструментов (щипцов, ножниц, гладилок и т.д.), придавая ему различные формы.

Изготавливать стекло начали приблизительно в третьем тысячелетии до н.э., что подтверждают найденные в Междуречье стеклянные части. Производство стекла тогда было редким искусством – изделия из него были признаком богатства владельца. Сделать стекло сейчас возможно и в домашних условиях, материалы для этого могут различаться, но принципиальные моменты процесса одинаковы вне зависимости от характеристик сырья.

Материал, из которого делают стекло

Чтобы изготовить стекло понадобится кремнистый песок, который иначе называют кварцевым. Этот элемент – основа производства стеклянного полотна. Для получения прозрачного стекла необходимо брать кремнистый песок без присутствия железа. Примесь железа в кварцевом песке приводит к тому, что итоговое полотно приобретает некоторый зеленоватый оттенок, интенсивность которого зависит от количества металла.

Для справки!

Когда найти кремнистый песок без большого объема примеси железа возможности нет, для нейтрализации зеленоватого оттенка в будущем стеклянном изделии нужно добавить незначительное количество диоксида марганца.

В кварцевый песок добавляют кальциевую окись и карбонат натрия. Сода (карбонат натрия) понижает температуру, необходимую для производства стеклянного полотна. Карбонат натрия и гидроокись кальция также препятствуют воде проникать сквозь стекло – их добавляют специально для нейтрализации этого свойства. Чтобы ликвидировать водопроницаемость и увеличить прочность стекла также применяют оксиды алюминия либо магния. Но, такие примеси составляют 26-30% стекольной шихты, не больше. При изготовлении цветного стекла используют некоторые «побочные» свойства химических элементов:

Чтобы получить зеленое стекло добавляют большой объем оксида меди, хрома либо железа.
Для желтого, черного, коричневого либо янтарного цвета в стекольную шихту вносят серу. Степень насыщенности цвета зависит от объема добавленного железа либо углерода.
Совмещение серы и бора приводит к синему тону.
Добавление марганца придает фиолетовый оттенок.
Соединения никеля позволяют получить красно-фиолетовый цвет.
При использовании окиси неодима стекло приобретает красный тон.
Розовый цвет получают при помощи оксида эрбия.

Стекло своими руками

Сделать стекло в домашних условиях возможно только, когда есть плавильня, так как без добавок кремнистый песок плавится при температуре в 2300 ̊С, а в случае присутствующей в нем соды (карбоната натрия) градус плавления понижается до 1500 ̊С. Для получения однородной массы надо удалить пузырьки – чтобы получить такой эффект стекловаром делают постоянные помешивания, пока расплавленная стекольная масса не загустеет. Кроме помешиваний также необходимо привнести в стекольную массу одно из трех химических веществ:

натрия сульфат;
хлорид натрия;
триоксид сурьмы.

Внимание!

Придать форму жидкой стекольной массе возможно используя формующие емкости, вылив в ванну с оловом (расплавленным), а также применяя стеклодувную технику.

При использовании форм необходимо залить расплавленную массу в емкость и оставить в ней до полного застывания и остывания. Такая методика применялась египтянами и используется сейчас для получения оптических линз. Вариант ванны с оловом предполагает нагнетание азотом давления для придания стеклу глянца и формы. Эту методику применяют для получения полированного стеклянного листа (оконного стекла) с 1950 г. В случае стеклодувной техники, форму стеклу придают при помощи воздуха:

Больший объем расплавленной стекольной массы скапливается на конце трубки.
В полую трубку задувают воздух, при этом ее непрерывно вращают.
Сила притяжения действует на стекольную массу, она стремится к земле, а стеклодув формирует необходимый вид предмета при помощи специализированных инструментов.

Где взять кварцевый песок

Прежде, чем делать стекло необходимо купить кварцевый песок. Иногда найти качественный материал тяжело, так как нередко в кремнистом песке присутствует значительное число примесей. Их надо нейтрализовать при помощи диоксида марганца – для получения прозрачного стекла. Купить кварцевый песок можно в специализированных магазинах, цена материала находится в районе 20 у.е. за небольшой объем, необходимый для разовой работы. Когда запланирована работа в промышленных масштабах, цена кремнистого песка составляет порядка 100 у.е. за 1 тонну.

Подготовка смеси и добавки к песку

Подготавливают смесь кварцевого песка – в него добавляют необходимые химические элементы, влияющие на характеристики итогового изделия (цвет, прочность, подобное). Обязательно, для водостойкости в сырье добавляют оксид кальция либо известь, а для понижения температуры плавления – карбонат натрия (соду). Часть примесей не должна превышать треть от объема получившейся смеси кварцевого песка с химическими элементами.

Внимание!

Перед началом работы с кремнистым песком необходимо надеть защитную маску, так как материал тонкозернистый и легко проникает в дыхательные пути, раздражая слизистые.

Этапы стекольного производства и порядок работы

Чтобы приготовить стекло своими руками нужно строго соблюдать порядок этапов его производства. Перед началом плавки предварительно подготовленную шихту помещают в тигель, устойчивый к высоким температурам, и подготавливают нагревательное устройство. На производстве для нагрева используют сложную печь высокой температуры, но при малых объемах и добавлении соды подойдет гриль или миниатюрная плавильня. Дальнейшие этапы соответствуют:

Расплавленную массу в сосуде перемешивают до однородности расплавленного стекла – пузыри воздуха должны выйти.
Когда масса уже готова ее нужно сформировать в соответствии с задуманным – отлить слиток или форму.
После застывания стекла проводят отпуск и закаливание – итоговый результат будет прочнее, так как снято внутреннее напряжение.

На производстве, кроме фигур и посуды, изготавливают обычное стекло для окон и зеркал, но в домашних условиях получить его возможности нет. Для отливания гладкой стеклянной поверхности используют чашу с расплавленным оловом – расплав растекается по поверхности и постепенно остывает до твердости. Упрочнение стекла происходит из-за разницы в температурах плавления материалов.

Использование жаровни на древесном угле

Горение древесного угля дает высокую температуру, которой будет достаточно для расплавления стеклянной шихты в тигле. Чтобы использовать этот вариант нужно подготовить жаровню или использовать готовый вариант – мангал, барбекю, гриль. Однако надо учитывать прочность материала жаровни – алюминий легко расплавится при необходимых температурах, а тонкая сталь просто выгорит. Количество топлива также нужно увеличить, в сравнении с подходящим объемом для приготовления пищи, так как нужна высокая и стабильная температура.

Внимание!

Если на жаровне имеется отверстие для вентилирования углей, его нужно открыть – без доступа кислорода нагрев будет недостаточным для плавления.

Использование печи

Для плавления стеклянного песка используют различные виды печей – газовые, муфельные, электрические и горшковые. В печи возможен разогрев шихты до необходимой температуры в 1500-2500°С. В зависимости от конструкции устройства, могут понадобиться щипы с фиксацией для тигля. Охлаждение готового материала после значительного нагрева должно быть плавным – при касании к холодным объектам появляются трещины.

Стекло представляет собой наиболее древний предмет, который был найден человеком и используется до сих пор. Найден, потому что человек не сам придумал и сделал его впервые. Вероятнее всего, первое стекло появилось много тысяч лет назад из вулканической лавы. Сейчас это вещество принято называть обсидианом. Как делают стекло? Давайте вернемся к тем временам, когда его еще не было. Постепенно люди познавали окружающую природу и заметили, что при смешивании натуральной соды с песком и последующем нагревании появляется прозрачное вещество. Именно так им и стали известен этот новый вид материала. Этот процесс был описан Плинием - древнегреческим энциклопедистом. Именно с того момента и началась история использования стекла, ставшего в нашей сегодняшней жизни совершенно незаменимым. Ведь сейчас оно используется повсеместно.

Однако имеется и иная теория относительно того, как делают стекло, точнее, как его производили раньше. Некоторые ученые решили, что стекловидный материал был выявлен в качестве побочного продукта при выплавке меди или обжиге В жизни человека этот продукт сыграл поистине выдающуюся роль. Сложно переоценить его значение. Производство листового стекла сравнимо с такими открытиями, как добыча огня и изобретение колеса. Во времена Древнего Египта из него было принято изготавливать всевозможные украшения. Позже из него научились производить емкости для жидкостей. С тринадцатого века наблюдалось резкое увеличение количества изготовленого стекла. Венеция стала центром его производства. Мастерам стала известна технология создания восточного стекла, после чего они стали развивать и улучшать ее. Прозрачность стекла стала возможна благодаря добавлению в него всевозможных примесей. Мастера стали делать из него разную посуду, которая была очень тонкой и изящной. В те времена стеклянные изделия больше служили в качестве предметов роскоши и украшений.

Если вопрос о том, как делают стекло, вам все еще интересен, то можно рассказать о том, как оно находило все новые и новые сферы применения. Технология его производства совершенствовалась. Было придумано зеркало, это сделали посредством нанесения на одну сторону амальгамы. При строительстве тоже стали использовать стекло. Обычно его применяли при возведении дворцов и храмов. А после того как мастера научились делать его цветным, они стали украшать им окна, делая прекрасные витражи. И сейчас широко используется стекло для фьюзинга. И в науке со временем стали использовать стекло. Благодаря открытию его способности концентрировать и рассеивать свет, были созданы разнообразные линзы, сделаны телескопы и микроскопы. Данные открытия стали гигантским шагом в развитии естественных наук - медицины, биологии, астрономии, физики и прочих. Ни в одном научном направлении без стекол невозможна какая-либо деятельность.

Как делают стекло? Как и когда-то раньше, из песка. В своей основе песок содержит представленный тут в виде кристаллов кварца. При нагревании он плавится. Если быстро охладить его, то минералы не успеют кристаллизоваться, становясь прозрачными. Для придания изделию какого-либо цвета в него добавляются оксиды разных металлов. Для придания стеклу максимальной прозрачности песок очищают так, чтобы в его составе содержался практически один кварц.

На данный момент существует масса способов получения продукта с разными свойствами: армированного, закаленного, зеркального, бронированного. В качестве основы и сейчас служит простой песок, который подвергается обработке. Важно сказать о том, что песка на планете пока хватает, поэтому стекло не скоро выйдет из нашего обихода.

Такая вещь, как стекло, окружает нас повсюду: окна в доме или авто, аквариумы, посуда, предметы декора, реторты и мензурки в промышленности и медицине, даже в часах оно есть. Интересные факты:

Для разложения стекла должно пройти миллион лет.
При переработке стекло сохраняет все свои качества.
Самый толстый лист стекла – экран аквариумы в Сиднее. Его толщина составляет 26 см.

Современные технологии производства позволяют получить стекло с самыми различными характеристиками и качествами:

Бытовое. Его используют в повседневной жизни: посуда, очки, декоративные изделия.
Техническое. Это очень плотное стекло, используемое в тяжелой промышленности.
Строительное. Из него делают витрины, витражи, окна.
Пуленепробиваемое. Применяется в целях повышения безопасности зданий, автомобилей и т.д.

Сегодня, глядя на крошечный часовой циферблат, мы можем поразмышлять: какое стекло лучше сапфировое или минеральное . Можем выбрать для отделки своих окон материал различных оттенков: синего, красного, зеленого или вообще без цвета. Купить матово-белую строгую вазу или разноцветное яркое изделие фриформ от профессиональных стеклодувов. Даже странно для такой популярности, что очень немногим приходит в голову вопрос, как изготавливают стекло? Что для этого нужно?

Из чего делают стекло

Любопытен не только сам процесс изготовления, а и то, из чего делают стекло. В основе обычно лежат всего три ингредиента, и у каждого из них своя роль в процессе создания:

Кварцевый песок – основа. Температура его плавления 1700⁰С.
Сода. Она помогает снизить температуру плавления песка вдвое и существенно упростить процесс изготовления.
Известь. Этот компонент необходим для водонепроницаемости. Если бы ее не было, то в вазу мы бы не смогли поставить цветы, из стакана не выпили бы чай, поскольку вода просто растворила бы такой сплав.

Изготовление стекла – процесс достаточно жаркий, трудоемкий и опасный. Сначала все компоненты смешивают и плавят в специальной печи. После того, как песчинки соединятся между собой, превратившись в однородную массу, ее отправляют в ванну с расплавленным оловом (его температура выше 1000⁰С). Стеклянная смесь будет плавать на поверхности из-за разницы в плотности материалов. Чем меньше массы будет в оловянной емкости, тем тоньше получится образец. После этого происходит охлаждение заготовок на специальном конвейере.

Любопытное в истории:

Одна из самых древних стеклянных частиц датируется XXI в. до н.э. Синее прозрачное сырое стекло было найдено в южной Месопотамии. Стеклоделием занимались также в Сирии, Египте и Финикии.
Многие века самым дорогим считалось стекло из Венеции. У мастеров получались необычайно тонкие и красивые изделия: посуда, украшения, зеркала, стоящие баснословных денег. Очень долго Венеция была стеклянным монополистом, а секреты мастерства ревностно хранились. В ХІІІ веке производство даже перенесли на остров Мурано, и запретили мастерам покидать его под страхом смертной казни. Несмотря на это, стеклоделы были особой, богатой и привилегированной кастой. Неслыханное для того времени дело: женившись на дочери такого мастера, парень переезжал в семью жены!
Один из мировых лидеров производства на сегодня – Китай, он контролирует третью часть мирового рынка. А в период с XIV по XIX век страна не производила стекла вообще.

Столько сколько существует стекло, существуют и его разновидности, различающиеся по цветам. Из чего делают стекло синего, зеленого или красного цвета? Что позволяет изменить оттенок материала для создания красивого витража, вазы или скульптуры? Все дело в добавлении различных химических соединений, чаще всего оксидов:

Красный цвет придает добавление оксида железа.
Фиолетовый и коричневый оттенки (все зависит от количества) – никель.
Ярко-желтый цвет – уран.
Оттенки зеленого – хром и медь.
Насыщенный синий – кобальт.

Кстати еще один оксид – на этот раз оксид алюминия используют для производства сапфирового стекла для часов. Оно очень твердое, оставить на нем царапину можно только алмазом!

Стекло – интересный и удивительный материал, который необходим во многих аспектах жизни.

По традиции, прелагаем посмотреть захватывающее видео о том, как делают стекло