Стекло: разновидности, характеристики и особенности применения

По своей сути стекло представляет собой аморфный материал без кристаллической структуры, который отличается хорошей прозрачностью и широкой сферой применения во многих отраслях. При его создании используется метод быстрого охлаждения минералов в расплавленном состоянии (кремнезема) с последующим добавлением оксидов.

Исторические факты

Предполагается, что первые изделия из стекла были созданы примерно в 3500 г до н. э. египетскими и месопотамскими мастерами. Еще в древности умельцы обнаружили, что при нагревании песка, в котором есть примеси щелочи, формируется масса с вязкой консистенцией, которая, застывая, затвердевает и становится прозрачной.

В Древнем Риме материал стали применять для производства окон, изготовления посуды, украшений. Позднее появилось очень важное изобретение – стеклодувный станок, благодаря которому мастера смогли заняться массовым производством.

В Средневековье стекло стало символизировать в европейских странах хороший достаток и роскошь. В Венеции был создан метод производства кристально чистого материала (знаменитое венецианское стекло). Венецианские умельцы держали технологию производства в тайне, поэтому местная стекольная промышленность успешно развивалась.

Позапрошлый век прошел под девизом промышленной революции, благодаря которой стекло начали производить массово, а значит, оно стало доступным для всех слоев населения. В 20 веке появились новые разновидности материала, например, безопасное стекло для машин, домов, техническое стекло, материал для научной отрасли.

Сегодня без этого материала сложно представить повседневную жизнь. Мы используем стекло в строительстве, дизайне, производстве электроники, медицине и других сферах. Однако до сих пор проводятся исследования для разработки инновационных технологий, позволяющих совершенствовать стекольную промышленность.

Разновидности стекла

Стекло имеет различные виды с уникальными характеристиками и особенностями применения. Приведем основные типы этой продукции.

Материал с натриево-кальциевым составом

Продукция также называется щелочно-известковой. Это наиболее распространенный вариант, который знаком нам в повседневном быту. В состав входит оксид кремния, натрия и кальция. В некоторых случаях в стекло добавляют оксид алюминия в невысокой концентрации, чтобы повысить его стойкость к химическим воздействиям.

Приведем основные свойства такого стекла:

• Высокая степень прозрачности. Благодаря этому материал можно использовать для установки окон и производства бутылок.
• Небольшие показатели теплового расширения. Материал достаточно устойчив к трещинам, которые могут возникать в результате температурных перепадов.
• Устойчивость к химическим воздействиям со стороны щелочей и кислот (тем не менее, иногда на поверхности может появиться коррозия).

Сфера применения крайне широка. Такое стекло используют при оформлении оконных и дверных проемов, при изготовлении бутылок и других упаковок для пищевой продукции, создании посуды, ваз и других элементов декора для интерьера.

Стекло из боросиликата

Благодаря высокой концентрации оксида бора у этого материала особые характеристики. Точный состав включает в себя оксид кремния для хорошей прозрачности, оксид бора для повышения устойчивости к термическому воздействию, оксид натрия и калия для хорошей плавкости и простоты обработки и оксид алюминия для повышения прочности.

Среди характеристик стоит выделить:

• Устойчивость к перепадам температуры (на поверхности не появляются трещины).
• Химическую устойчивость. Материал чувствителен только к кислоте фтороводородного типа.
• Высокая механическая прочность, в том числе при ударных воздействиях.

Боросиликатная продукция отличается широкой областью использования, а именно:

• Лабораторные изделия, в том числе пробирки и мерные цилиндры за счет устойчивости материала к щелочам и кислотам.
• Домашняя утварь, например, формы для запекания и заварочные чайники благодаря стойкости к высокой температуре.
• Оптические элементы – линзы – за счет хорошей прозрачности стекла.
• Авиационная, космическая и другая техника, изготовление мониторов.

Стекла на свинцовой основе

Такой материал также называют кристаллом. Стандартные кальциевые включения здесь заменены на оксид свинца, что придает изделию хорошие оптические характеристики и повышает его пластичность. В состав продукции входят оксид кремния в качестве основы, оксид свинца для повышения прозрачности и снижения температуры для плавления, оксид натрия и калия для простоты обработки.

Приведем полезные характеристики:

• Хорошая преломляющая способность, на поверхности есть блеск.
• Низкие показатели теплового расширения для снижения чувствительности к изменениям температуры.
• Мягкость материала и легкость обработки. Его можно резать на куски разных размеров, подвергать шлифовки, поэтому стекло идеально подходит для создания декоративных деталей.

Сфера применения включает в себя изготовление предметов декора, например, ваз и изысканной посуды. Из этого стекла можно создавать оптические элементы за счет высокой степени прозрачности и хорошего преломления.

Стекло с кварцем

Кремнеземное стекло имеет в своем составе диоксид кремния, который придает ему уникальные характеристики (других оксидов в составе не имеется).

К характеристикам относится:

• Термическая устойчивость. Стекло способно выдерживать даже экстремальные температурные режимы.
• Устойчивость к химическим компонентам. Исключение составляют гидрофторная кислота и щелочь в концентрированном виде.
• Хорошие оптические возможности. Кварцевое стекло пропускает УФ-лучи и инфракрасный свет.
• Стойкость к механическим воздействиям. Материал защищен от повреждений.

Сфера применения:

• Оптические устройства. Благодаря хорошей прозрачности материал можно использовать для изготовления линз и призм.
• Посуда для лабораторий. Стекло подходит для изготовления тары для химических исследований, оно устойчиво к повышенной температуре и различным химическим соединениям.
• Электроника и создание устройств полупроводникового типа.
• Аэрокосмическая сфера (из этого стекла создаются окна для космических суден).

Алюмосиликатный материал

Он изготавливается на основе оксида алюминия и кремния. Также в состав входят оксид натрия и калия. Все эти компоненты обеспечивают прочность структуры, устойчивость к различным температурам и химическим воздействиям. Расскажем подробнее о свойствах:

• Устойчивость к повышенным температурным режимам и их перепадам.
• Стойкость к механическим повреждениям, на таком стекле редко появляются сколы и трещины.
• Небольшие показатели расширения под воздействием тепла.

Материал применяется при изготовлении емкостей для лабораторий – они хорошо выдерживают различные температуры, действие кислотных, щелочных составов. Стекло подходит для облицовки каминов за счет своей жаропрочности, а также для изготовления оконных конструкций с повышенными требованиями к прочности.

Как маркируется стекло?

В РФ маркировка этого материала регулируется определенной нормативной документацией, в том числе государственным стандартом 52544-2006. В нем указываются требования к строительному стеклу и его обозначениям. Также стоит упомянуть техрегламент Таможенного союза, который определяет требования к безопасности упакованных изделий.

К обязательным составляющим маркировки относится следующее:

• Название производителя. Данные организации приводятся в полном или сокращенном варианте, если стекло производит индивидуальный предприниматель, достаточно указать его ФИО.
• Разновидность материала. Стекло может быть закаленным, с ламинированием или стандартным для оконных проемов.
• Параметры. Точные размеры указываются в миллиметрах.
• Технические особенности. На маркировке может указываться толщина материала, уровень безопасности, светопропускающие характеристики.

Приведем также особенности маркировки безопасной продукции и стекол для автомобилей:

• Все безопасные изделия должны соответствовать требованиям европейских стандартов.
• На маркировке должно быть обозначение E, далее – код страны, в которой было оформлено разрешение на эту маркировку.

В 2020-м году в РФ стали действовать правила маркировки продукции с помощью средств идентификации. Данная система распространяется и на определенные виды стекольной продукции. При таком способе у каждого товара будет свой идентификационный номер.

Для получения достоверной информации о методах маркировки стекла в нашей стране изучите последние нормы ГОСТ и технические регламенты. Кроме того, можно обратиться в специализированные компании, которые оказывают услуги в сфере сертификации.

Какими свойствами обладает стекло?

Это поистине универсальный материал, который можно встретить практически в любой области нашей жизни. Его свойства и специфика делают изделие незаменимым как в бытовых, так и в промышленных отраслях. Рассмотрим основные характеристики этой продукции:

• Хорошая прозрачность. Стекло идеально подходит для того, чтобы дарить нам естественный свет, даже когда мы находимся в закрытом помещении. При этом материал может быть полностью прозрачным или цветным, в последнем случае мы будем видеть цвета как в калейдоскопе.
• Стекло – это защитная перегородка против различных химических компонентов. Многие виды стекла невосприимчивы к воздействию кислотной и щелочной продукции, а значит, они подходят для использования в лабораторных условиях.
• Стабильность при термическом воздействии. Стекло «хорошо чувствует» себя в жару и при суровых морозах. Даже в суровых климатических условиях оно сохраняет свою форму и характеристики. А вот перепады температур для обычного стекла могут быть небезопасны.
• Стойкость к другим атмосферным воздействиям. Материалу не страшны ультрафиолетовые лучи или постоянные осадки. В любую погоду он сохраняет свою прочность и прозрачность.

Благодаря таким характеристикам стекло становится не просто повседневным материалом, а выдающимся изделием, которое способно преображать наш мир, делать его еще комфортнее и красивее.

Какое сырье используется для изготовления стекла?

Современная стекольная промышленность отличается повышенной сложностью, в ней используются различные типы сырья для производства. Для начала приведем главные компоненты, без которых изготовление этой продукции будет невозможным:

• Песок или кремнезем, который используется в качестве основы. Именно он создает структуру готового стекла.
• Сода. Этот компонент отвечает за уменьшение температурного режима для расплавления кремнезема.
• Известь. Компонент делает готовую продукцию более стабильной, повышает ее прочностные характеристики.

Для улучшения свойств в материале используются следующие добавки:

• Оксид алюминия. Он повышает устойчивость продукции к химическим агрессивным компонентам, делает стекло прочным.
• Бор в форме оксида. Обеспечивает устойчивость к высокой температуре, делает материал более прозрачным.
• Свинец в аналогичной форме. Как правило, этот компонент используется для изготовления хрусталя, грани которого красиво преломляют свет.
• Магний и барий в форме оксида. Они отвечают за хорошие оптические характеристики и высокую прочность.
• Калий становится полноценной заменой натрию для получения устойчивого к механическим факторам стекла.

Сегодня можно заказать и цветные стекла. В них содержатся специальные соли и металлические оксиды. К примеру, железо в виде оксида придает материалу зеленый цвет, а кобальт – насыщенный синий.

Для специальных конструкций могут применяться фториды, которые уменьшают показатели отражения света.

Мы перечислили лишь универсальные составляющие. Для каждой разновидности стекла могут быть свои уникальные компоненты и их сочетание. Более детальную информацию о составе продукции от компании Mastar Group вы можете уточнить у наших консультантов.

Этапы производственного процесса

Изготовление стекла – это достаточно сложная процедура, которая включает в себя несколько этапов:

1. Подготовка основных компонентов. В качестве основного сырья используется песок, качественный известняк и чистая вода. Эти составляющие нужно смешать, соблюдая определенные пропорции.
2. Расплавка. Приготовленная смесь помещается в печь, после чего она начинает плавится при температурном режиме 1700 градусов. В процессе плавления сырье принимает жидкую форму.
3. Формовка – следующий этап. В процессе него жидкость разливается по формам или проходит через специальное оборудование для производства стекла в виде листов. В зависимости от технологии производства, стекло может выдуваться, спрессовываться или отливаться.
4. Отжиг. Иногда эту стадию называют охлаждением. Заготовка постепенно охлаждается в специальных устройствах, это устраняет напряжение внутри структуры и предотвращает растрескивание.
5. Дополнительная обработка. В зависимости от цели применения заготовка проходит дополнительную обработку (полировка поверхности, травление кислотными составами, покрытие полимерными пленками для дополнительной прочности или защиты от ультрафиолета).
6. Проверка и упаковка. Готовая продукция обязательно проверяется на наличие брака, после чего тщательно упаковывается для отправки на предприятия и конечным потребителям.

Это основные стадии, однако в зависимости от сферы использования материала, заготовка может проходить и другие этапы производства. К примеру, выделяют закаленное стекло, при изготовлении которого используется методика быстрого охлаждения – именно она придает изделию высокую прочность.

Где применяется качественное стекло?

Материал по праву считается универсальным, поэтому он используется в быту, промышленности, науке и строительстве. Наиболее распространенная сфера – архитектура и строительная деятельность. Здесь стекло применяется для оформления оконных проемов и облицовки фасадов зданий (стеклянные панели хорошо отражают свет и делают экстерьер особенно эффектным).

Транспортная сфера также не обходится без стекла. Из него изготавливают особо прочные лобовые стекла для самолетов и автомобилей, а также окна в поездах и другом транспорте.

Стекло широко применяется при изготовлении упаковки, особенно бутылок и банок. Из стекла изготавливается тара и для косметической продукции, парфюмерии.

Электроника – еще одна сфера, где стекло является незаменимым материалом. Оно используется для создания телевизионных, компьютерных мониторов, экранов смартфонов. Из стекла изготавливают оптические волокна для бесперебойной передачи данных.

В научной сфере стекло применяется для изготовления лабораторных пробирок и других емкостей, оно прекрасно подходит для многочисленных химических и биологических исследований.

Наконец, материал используется в сфере дизайна и искусства. Из него создают многочисленные аксессуары, сувениры, вазы, столешницы и посуду.

Таким образом, качественное стекло – это прочный, долговечный и экологически чистый материал, без которого сложно представить себе нашу повседневную деятельность. Современные технологии позволяют выпускать как прозрачную, так и цветную продукцию с различной фактурой и свойствами, добавляя различные минералы и другие компоненты в определенных пропорциях.