Технология производства и потребительские свойства стекла строительного профильного

    К термическим свойствам относятся  свойства, характеризующие поведение  материала при действии на него тепловой энергии: теплоемкость, теплопроводность, термическое расширение, термическая стойкость, теплозащитная способность, огнестойкость и изменение агрегатного состояния.

    Для того чтобы стекло обладало нужными  свойствами, ему подбирают соответствующий  химический состав. Химический состав стекла обычно выражается в процентном содержании оксидов, входящих в его состав от массы. Химический состав строительного профильного стекла в включает в себя: Si0₂ – 63.5%, Аl₂0₃ – 15.5%, СаО – 13%, MgO – 4%, Na₂0 – 2%, и другие оксиды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1 Механические свойства.

    Важнейшими  механическими свойствами строительного стекла являются прочность, твердость, упругость и хрупкость.

    Прочностью называют сопротивление стекла разрушению под действием механических сил. Прочность — важнейшее свойство, определяющее эксплуатационную надежность строительных материалов и изделий из стекла.

    Стекло  по-разному противостоит действию сжимающих  и растягивающих нагрузок. Предел прочности на сжатие на порядок выше, чем предел прочности на растяжение или изгиб. Прочность стекла на сжатие довольно высока — 700—1000 МПа, прочность же на растяжение и изгиб в 10 — 15 раз меньше, чем на сжатие, и составляет 30—100 МПа. Неармированное профильное стекло с рифлеными или гладкими поверхностями при испытании прочности на изгиб должно выдерживать кратковременную нагрузку: швеллерное— не менее 1—1,2 кПа, коробчатое — не менее 7 кПа.

    Твердость - одна из основных характеристик строительного стекла, имеет большое значение при работе на истирание и при получении полированного стекла методом механической обработки. Твердость строительного стекла по шкале Мооса (шкала твердости) находится в пределах от 5 до 7МПа.

    Твердость стекла зависит от его химического  состава. Наиболее твердыми являются кварцевые стекла, а также некоторые боросиликатные с содержанием В₂0₃ 10-12 %.

    Упругие свойства стекла характеризуются модулем упругости. Под упругостью предусматривают способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.

    В зависимости от химического состава  стекла модуль упругости может колебаться от 48 000 до 83 000 МПа.

    Хрупкость - свойство стекла, связанное с тем, что стекло разрушается сразу же после достижения предела упругой деформации. Характеристикой хрупкости стекла является также большая разница между прочностью на растяжение (или изгиб) и на сжатие.

    При низких температурах (ниже температуры  стеклования) стекла являются типично хрупкими телами. Они практически не способны к пластической деформации. Степень хрупкости стекол обычно оценивают ударной вязкостью, которая измеряется работой, отнесенной к поперечномусечению образца, затраченной на однократный ударный излом образца.

3.2 Термические свойства.

    При эксплуатации строительные стекла подвергаются различным тепловым воздействиям, поэтому они должны отвечать определенным требованиям термостойкости.

    Коэффициент термического расширения (КТР) имеет  важное значение при спаивании стекла с другим стеклом (например, в случае производства цветного накладного стекла), эмалями (в случае производства эмалированных  облицовочных плиток) или металлами. Во всех указанных случаях требуется соответствие КТР.

    Термическое расширение стекла характеризуется  коэффициентом линейного расширения и коэффициентом объемного расширения.

    Коэффициент линейного термического расширения характеризует относительное увеличение длины образца стекла при нагреве на 1 °С.

    Коэффициент линейного расширения зависит от химического состава стекла. Увеличение содержания Si0₂, В₂0₃, А1₂0₃, ZnO, Zr0₂ уменьшает, а введение оксидов щелочноземельных металлов СаО, ВаО, наоборот, повышает его значение.

    Коэффициент термического расширения стекла с достаточной  для практики точностью можно  рассчитать по обычной аддитивной формуле:

    

    где α₁, α₂,..., αn - аддитивные коэффициенты; р₁, p₂,….,p_n, - содержание оксидов, %.

    Наименьшим  значением КТР обладает кварцевое стекло (5810^-70С^-1), а некоторые виды ситаллов имеют КТР (85-90) 10^-700C^-1

    С коэффициентом термического расширения тесно связана и термостойкость - способность стекла выдерживать резкие перепады температур без разрушения. Чем меньше значение КТР, тем выше термостойкость стекла.

    На  термостойкость стекла наибольшее влияние  оказывает химический состав. Кроме того, термостойкость влияет на количество технологических отходов в процессе отжига и охлаждения вырабатываемого стекла. Термостойкость стекла при охлаждении гораздо ниже, чем при нагревании, так как в первом случае в поверхностном слое возникают временные напряжения растяжения, а во втором — напряжения сжатия.

    Форма, размеры стеклоизделий имеют существенное значение для определения термостойкости. Термостойкость стеклоизделий зависит также от степени отжига, однородности стекла и состояния поверхности.

    Теплопроводность - одно из важнейших теплофизических  свойств стекла. Способность тела (стекла) передавать тепловую энергию  в направлении более низких температур называется теплопроводностью.

    Увеличение  в стекле количества Si0₂, А1₂0₃, В₂0₃, Fe₂0 приводит к повышению теплопроводности, а ВаО и РbО - к ее снижению. Теплопроводность листового стекла в диапазоне температур 0 - 100 °С находится в пределах 0,87 - 0,93 Вт / (м • °С).

    Стекло  представляет собой существенную преграду для распространения звука. По звукоизолирующей способности стекло толщиной 10 мм соответствует  кирпичной стене в полкирпича (120 мм). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3 Оптические свойства.

     Прозрачность стекла, т. е. его способность пропускать свет, делает его незаменимым материалом в строительстве и многих отраслях народного хозяйства.

    Обычные строительные стекла хорошо пропускают всю видимую часть спектра  и практически не пропускают ультрафиолетовые (длина волны менее 300 ммк) и инфракрасные (длина волны более 3000 ммк) лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание в этих областях спектра.

    Важное  практическое значение имеет не только общее светопропускание стекла, но и его светопропускание в различных частях спектра. Спектральное светопропускание оконного стекла и основного вида бесцветного стекла для светопрозрачных ограждений характеризуется низким светопропусканием в ультрафиолетовой области и высоким в видимой части спектра и ближней инфракрасной. При волнах излучения длиннее 2500 нм (излучение от низкотемпературных источников тепла) светопропускание оконного стекла резко уменьшается. Это обусловливает так называемый «тепличный эффект». Спектральное распределение интенсивности солнечной энергии практически совпадает с областями светопропускания бесцветного строительного стекла.

    Для защиты помещений от перегрева при солнечной радиации выпускается в промышленном масштабе теплопоглощающее стекло. Спектральное пропускание теплопоглощающего стекла, окрашенного в массе оксидами железа, характеризуется высоким пропусканием в видимой части спектра и низким (до 35—40%) — в ближней инфракрасной области.

Талица 3.1 Коэффициент светопропускания стекла профильного строительного.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.4 Химическая стойкость.

    Способность строительного стекла сохраняться без разрушения в течение длительного времени в природных условиях зависит от одного из важнейших его свойств — химической устойчивости — способности противостоять разрушающему действию воды, влаги, газов атмосферы, растворов солей и различных химических реагентов.

    Высокая стойкость к воздействию различных  агрессивных сред является важным свойством  стекла, и в этом отношении оно  превосходит подавляющее большинство других видов строительных материалов. В строительных конструкциях стекло эксплуатируется в течение многих десятилетий без заметных признаков коррозии. Химическая стойкость стекла зависит от состава и состояния поверхности самого стекла и природы воздействующих на него реагентов.

    По  механизму воздействия на стекло реагенты обычно разделяют на две группы. Первая группа — вода, растворы кислот и влажная атмосфера. Под их влиянием из поверхностного слоя стекла удаляются щелочные компоненты, которые переходят в раствор. В результате гидролиза щелочных силикатов на поверхности стекла образуется кремнеземистая пленка, обогащенная труднорастворимыми гидроксидами, входившими в состав стекла. Кремнеземистая пленка тормозит дальнейшую коррозию и определяет высокую химическую стойкость стекла к реагентам первой группы. Вторая группа — растворы гидроксидов, карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов, фосфатов, плавиковой кислоты. Под воздействием этих реагентов происходит разрушение кремнекислородного каркаса стекла. Поэтому полностью стравливаются поверхностные слои, и разрушение стекла идет практически с постоянной скоростью.

    Калиево-натриевые  стекла химически более устойчивы, чем чисто натриевые или чисто  калиевые. Оксиды щелочноземельных металлов, как правило, повышают химическую устойчивость стекла.

    Изделия строительного назначения, изготовленные из малощелочных и бесщелочных составов стекол, имеют значительно большую химическую стойкость по сравнению со стойкостью листового оконного стекла.

    Стеклопрофилит не огнестоек. 

4. Технология производства стекла строительного профильного и его технико-экономическая оценка.

    Технологический процесс производства стеклопрофилита  включает в себя подготовка сырьевых материалов, приготовление стекольной шихты, варку стекла, прокат плоской ленты стекла, формование, отжиг, отрезку отдельных элементов, съем и транспортировку на склад готовой продукции. Технология производства стеклопрофилита разработана коллективом Борского стекольного завода им. Горького.

    Подготовка сырьевых материалов заключается в дроблении, тонком измельчении, сушке, сортировке и их обогащении.

    Сырьевые  материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные. К основным относятся: песок, сода, доломит, пегматит (полевой шпат), сульфат, известняк (мел); к вспомогательным — восстановители, окислители, красители, осветлители, обесцвечиватели и ускорители.

    В стекольной промышленности применяются  минеральное сырье (кварцевые пески, доломит, мел и др.) и промышленные продукты других отраслей народного хозяйства (кальцинированная сода, поташ, глинозем и др.)

    Минеральное сырье, как правило, имеет большое  количество примесей и непостоянный состав. Примеси условно разделены  на две группы:

              - ухудшающие качество стекломассы (оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия);

              - соответствующие основным компонентам состава стекла (оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия).

     Примеси, относящиеся к первой группе, придают  стеклу нежелательную окраску, а также могут привести к образованию в стекле пороков в виде включений. Примеси второй группы обычно учитываются при расчете рецепта шихты.

     Важнейшим требованием, предъявляемым к качеству сырьевых материалов для получения стекла, является постоянство их химического состава и химическая однородность партий сырья.