akteSZKŁO Materiał i jego właściwości
SZKŁO jest substancją , która ze względu na skomplikowaną budowę i specyficzne właściwości jest różnie definiowana. Jedna z definicji podaje , że przez szkło rozumie się substancję , która w głównej masie jest niekrystalizowana otrzymana przez schłodzenie stopionych w temp. 1300 – 1500 C surowców szklarskich ( głównie piasku z dodatkiem wapienia, dolomitu, sody i inne). Szkło nieorganiczne można podzielić na kilka rodzajów w zależności od głównego składnika szkłotwórczego, który sam może tworzyć ciało szkliste. Takimi szkłotwórczymi składnikami są tlenki:Si02, B2O3 i P2O5.R2O, RO R- oznacza odpowiedni pierwiastek, I lub II wartościowy Na , K, Li, Cs, Ca, Mg – nie mogą być związkami które mogły by same tworzyć ciało szkliste. Z tego punktu widzenia rozróżniamy szkła krzemianowe, boronowe , fosforanowe lub szkła mieszane baronowo – fosforanowe dla najbardziej rozpowszechnion szkieł ceramicznych utarła się nazwa szkło bez żadnego określenia.
Szkło można tworzyć z samej krzemionki przy jej stopnieniu w temp. >1700 C. Przez dodawanie do krzemionki tlenku jednego z minerałów jednowartościowych powoduje że mieszanka taka stopi się w temperaturze znacznie niższej niż sama krzemionka , tym niższej im wyższa jest zawartość tlenku R2O . Szkło różni się od innych ciał krystalicznych tym że jest podobne ze względu na wartości mechaniczne i że niema uporządkowanej budowy wewnętrznej. Właściwości szkieł w różnych kierunkach są identyczne. W odróżnieniu od właściwości ciał krystalicznych które ulegają zmianie w zależności od kierunku ( anizotopowowość)
Właściwości szkła budowlanego-Szkło budowlane ma gęstość g – 2,6 – 2,8 g/cm3 . Wytrzymałość na ściskanie szkła zwykłego R > 300 MPa a dla specjalnych rodzajów R – 1000 MPa .Wytrzymałość na rozciąganie jest mała w porównaniu na ściskanie i wynosi 30 – 60 MPa. Moduł sprężystości E= 72 x 103 Mpa. Szkło to materiał kruchy, dobry izolator prądu elektrycznego. Odznacza się odpornością na wpływy atmosferyczne , wrażliwy na działanie –kwasów fosforowy H3PO4 , fluoru wodorowego HF oraz na działanie ługu NaOH KOH . Dobra przepuszczalność promieni wydzielanych .
Twardość szkła 5-7 . Współczynnik przewodności cieplnej waha się w granicach 0,93 – 1,04 ( W/mxk) rozszerzalności liniowej = 8,7 x 10-6 1/ e
Zakres technologii produkcji wyrobów szklanych
Charakterystyka ogólna i piece do topnienia masy szklanej. Surowce stosowane do zestawu masy szklanej dzieli się na podstawowe i pomocnicze. Podstawowe są to naturalne lub sztuczne materiały które wprowadzają do masy szklanej tlenki kwaśne ( SiO2, P2O5, B2O3) tlenki metali alkalicznych i tlenki ziem alkaicznych stanowiące podstawowe do wytwarzania szkieł przemysłowych. Surowce pomocnicze są to związki stosowane jako dodatek celom nadania masy szklanej potrzebnych własności technicznych wyglądu i ułatwienia procesu topnienia masy szklanej . Wszystkie składniki przygotowane do wyprodukowania masy szklanej noszą nazwę zestawu. Zestaw jest to związek właściwych surowców odpowiednio przygotowanych i odważonych wg obowiązującej receptury. Która po topnieniu tworzy masę szklaną o porządanych właściwościach.
Największą wagę odgrywa tlenek SiO2 zawartość tego tlenku w masie szklanej wynosi 60 – 70% . Krzemionka wprowadzana jest do masy szklanej w postaci kwasu borwego ( H3BO3, HBO2) albo boreksu Na2B4O7. Tlenek ten przyspiesza topnienie masy szklanej i polepsza właściwości szkła na zmianę temperatury. Tlenek Al2O3 jest istotnym składnikiem obniżającym zdolność masy do krystalizacji polepszając właściwości mechaniczne i polepszając chemio odporność . Jako surowiec do zestawu wprowadzony jest kaolinit , ortoklaz które zawierają tlenek glinu. Tlenek tytanu TiO2 wprowadza się dla uzyskania masy szklanej o wysokiej lepkości do otrzymania glazury i emalii.Tlenki zasadoweTlenek sodowy Na2O najczęściej stosowany w produkcji masy szklanej . Zajmuje 2 miejsce co do swej % zawartości w szkle 11 – 16% . Wprowadzony do zestawu w postaci sody Na2CO3 lub siarczanu Na2SO4 tlenek potasowy R2O wprowadzony jest do masy szklanej w postaci potasu. Ten tlenek nadaje szkłu połysk, masa szklana ostyga dużej niż z tlenkiem sodu co jest konieczne przy wyrobach o skomplikowanych kształtach, tlenek wapniowy CaO zawartość 5 –12% . Dodawany jest w postaci wapienia CaCo3 lub kredy . Tlenek wapniowy wpływa na odporność chemiczną szkła ,tlenek magnezowy MgO wprowadzony jest w postaci dolomitu CaCo3 x MgCO3 w ilości ( 2 – 4%) podwyższa wytrzymałość szkła i przeciwdziała krystalizacji.
Do szkła stosowane są tlenki cynku , boru i ołowiu (ZnO, BaO , PBO) .W materiałach pomocniczych i dodatkowych stosuje się barwniki, środki utleniające i redukujące , odbarwiające. Masa szklana do wyprodukowania szkła budowlanego zawiera :SiO2 – 70 do 72%
Na2O–14 do 16%,CaO-8 do 12%,MgO 1%,Al2 O3 1%,Fe2O5 < 1%
Rozróżniamy dwa rodzaje pieców do wytwarzania szkła :piece donicowe pracujące poliodycznie,piece wannowe o pracy ciągłej
Piece donicowe używa się do topnienia szkła optycznego, gospodarczego, kontaktowego, barwnego lustrzanego, szkieł trudnotopliwych i technicznych. Stosuje się wtedy gdy zależy na produkcji różnego rodzaju szkła w tym samym czasie w każdej donicy może być wytwarzany inny typ szkła.
Piece wannowe stanowią nowoczesny typ pieców które pracują w sposób ciągły mogą być stosowane do wyrobu jednolitego wyrobu szkła przerobionego następnie maszynowo lub ręcznie. Piece te używa się do topnienia szkła okiennego walcowanego kształtek i innej produkcji specjalnej. Przebieg procesu obejmuje trzy główne stadia:stopnienie surowców, klonowanie i wydmuchanie masy studzenie do temp. wyrobowej. Doświadczalnie ustalono że ze szkieł zwykłych są szkła sodowo – wapniowo – krzemianowe które osiągają niezbędną lepkość wyrobu w temp. nie wyższej niż 1200 C. Górna granica krystalizacji tych szkieł nie powinna być wyższa niż 1150C.Nomenklatura wyrobów szklanych
Szkło budowlane dzielimy wg normy na szkło płaskie ciągnione i szkło płaskie walcowane .
Szkło płaskie ciągnione stanowiące płyty otrzymane przez pocięcie taśmy szklanej formowanej metodą ciągnięcia . Powierzchnia płyty może być szlifowana lub polerowana, płyty mogą być hartowane, pochłaniające lub przepuszczające określony zakres promieniowania . Do tej grupy należą:przezroczyste,matowe,polerowane,refleksyjne z warstwą elektroprzewodzącą ,pochłaniające promieniowanie cieplne
bezpieczne hartowane. Szkło płaskie dzienne bezbarwne ciągnione maszynowo ma maksymalne wymiary 180 x 230 cm. , 180 x 350 cm grubość 1,3 – 10 mm . Szkło powinno być bezbarwne przepuszczalność światła dla szkła o grubości od 2 – 5 m. = 90% a dla grubszego szkła od 7 –10 mm – 77%. Wyroby ze szkła dziennego płaskiego dzielą się na dwa gatunki w zależności od wykazania wad :Szkło antisol charakteryzuje się dużym pochłanianiem promieniowania cieplnego( podczerwień). Delikatne zabarwienie , szarozielonkawe przepuszczalność promieni widzialnych przy grubości 5 mm – 70% dla 35 – 50%( w szkle zwykłym dochodzi do 80%) Pozostałe cechy techniczne szkła są zbliżone do zwykłego szkła okiennego.
Szkło płaskie walcowane – stanowi płyty otrzymane przez pocięte taśmy szklanej formowanej metodą walcowania o powierzchni surowej nieobrobionej wzorzystej lub polerowanej. Może być zbrojone, barwione lub bezbarwne. Wyróżnia się: bezbarwne, barwne
barwne nieprzezroczyste, bezbarwne zbrojone ,surowe, polerowane
wzorzyste. Szkło płaskie walcowane zbrojne i płaskie norma PN-71/B-13051 produkuje się z wtopioną siatką z drutu o grubości 0,5 mm. Zabezpiecza się szkło przed rozpryśnięciem po roztłuczeniu. Zwiększa odporność szyby na uderzenie i bezpieczeństwo w czasie pożaru. W zależności od ilości warstw rozróżniamy dwa gatunki szkła. Przepuszczalność światła 65% ,a powierzchnia szkła może być gładka lub wzorzysta.Szkło płaskie emaliowanePN-76/6824-01 produkowane jest ze szkła płaskiego wzorzystego lub hartowanego na które nakłada się kolorową warstwę emalii ceramicznej lub które jest wytwarzane w procesie termicznym hartowania szkła. Emalia transparentowa jest przezroczysta o intensywnym zabarwieniu . Używa się jako wykładziny elewacji budynków lub wnętrza pomieszczeń.Szkło płaskie float-Stanowi płyty otrzymane przez pocięcie taśmy szklanej formowanej na powierzchni stopionego materiału zwykle cyny. Może być poddane takiej samej obróbce jak szkło płaskie ciągnione.Szkło płaskie zespolone-Stanowi różnego rodzaju płyty szklane zespolone ze sobą za pomocą kleju lub spoiwa klejąco uszczelniającego np. szkło płaskie bezpieczne klejone – szyby zespolone Szkło profilowane.Elementy szklane odpowiednio profilowane walcowane lub formowane metodą techniczno grawitacyjną . Do tej grupy wyrobów należą kittolit, kopułki szklane i szkło gięte.Mozaika szklanaPN-77/6829-05 – hydromozaika z barwnej masy szklanej. Paleta barw 68 kolorów. Stosowana jest jako okładzina elewacji budynków. Dostarczona jest w pojemnikach kartonowych. Kształtki szklane. Pustaki szklane wykonywane są z w dwóch identycznych prasach połączonych przez techniczne spawanie wewnątrz pustaka. Powstają przestrzenie z charakterystycznie zamkniętymi powietrzem. 4 wielkości pustaków ( 190 , 200, 240, 250) i grubości 80 mm . Masa od 2,5 – 4,4 kg . Wytrzymałość na ściskanie 2 MPa . Mogą być barwne oraz bezbarwne. Barwne zwane Vitroblakami (pomarańczowy, niebieski, fioletowy, czerwony). Zabarwione uzyskuje się przez barwienie wewnętrznej powierzchni pustaków. Pustaki szklane mają zastosowanie do budowy zbrojonych i nieuzbrojonych ścian oraz świetlików w budownictwie mieszkaniowym i przemysłowym. Szczególnie mają zastosowanie przy bud. hal sportowych.
Luksfery kształtki szklane o kwadratowej powierzchni licowej. Dwie wielkości 150, 200mm przy masie 1,2 i 2,2 kg. Minimalna wytrzymałość na ściskanie > 3 MPa a średnica > 4 MPa. Przepuszczalność światła powyżej 60% . Powinny wytrzymać bez śladów pęknięć 30C przy zanurzeniach kąpielach wodnych 20 i 50C. Zastosowanie do budowy ścianek zewnętrznych i wewnętrznych.
Szkło piankowe produkuje się z masy szklanej sodowo wapniowej spienionej dodatkami gazotwórczymi. Piankowe białe spieczone jest proszkiem CaCO3 a czarne proszkiem węglowym. Czarne przeznaczone do izolacji cieplnych w bud. Produkuje się w postaci płyty o wymiarach 50 x 50 przy grubości 5, 6, 7, 12 cm . Gęstość gp = 180kg/m3 a Nw po 48 h moczenia wodzie nie powinna przeszkadzać 5%. Wytrzymałość na ściskanie kostek 5 x 5 x 5 cm lub prostopadłościanu jest większe niż 0,7 MPa. Ubytek masy po 25 cyklach zamarzania i odmrażania wynosi mniej niż 4% przewodnik cieplny = 0,0075 W/mxC.
Jest jeden z nielicznych materiałów mających dużą porowatość i małą nasiąkliwość , mały współczynnik przewodności cieplnej co jest spowodowane obecnością porów wewnątrz w materiale.
Materiały izolacyjne z włókien szklanych :maty,welony,wojłok
Welon – produkowany w postaci taśmy utworzonej z włókien szklanych nie symetrycznie wyłożonych i zaimpregnowanych lepiszczem, albo spoiwem organicznym.
Lepiszcze – (lateks , żywic termoutwardzalnych , klej) wyróżnia się welon rodzaj M. to włókna szklane sklejone żywicą łącznikową i rodzaj F wł. szklane sklejone żywicą Fenolową . W zależności od rodzaju wyróżnia się 10 odmian tego materiału. Mają zastosowanie do izolacji cieplnych i antykorozyjnych rurociągów i zbiorników.
Maty z włókien szklanych ciętych połączone są żywicami syntetycznymi. Gramatura maty wynosi 300 –900 g/cm2 . Szerokość maty 1,25 m. a dłu. do 30 m. Stosuje się do izolacji cieplnych stropów przewodów różnych i urządzeń przemysłowych.
Wojłok stanowi elastyczną warstwę z wł. szklanych zlepionych żywicami syntetycznymi fakturowanych jednostajnie welonem szklanym gp 40 – 50 kg/m3. Długość 6m. szerokość 0,7 ,1, 1,2 m. grubość 4 i 5 cm. Współczynnik przewodności cieplnej = 0,042 W/mC. Odporny na działanie temp. do 500C a lepiszcze do 180C. Ma zastosowanie do ocieplania stropodachów wentylowanych.
Wata szklana składa się z dowolnie ułożonych wł. szklanych i w zależności od wskaźników jakościowych wyróżnia się dwa gatunki waty. Wyróżnia się średnią grubością 3 – 35 mikromentów. Wszystkie wyroby z waty szklanej mają zastosowanie do izolacji cieplnej.
