39. Понятие о стекле. Сырьевые материалы. Основы технологии производства. Основные свойства стекла.

Стеклами называют переохлажденные жидкости, не успевшие при остывании перейти в кристаллическое состояние. Стекла – жидкости, имеющие бесконечно большую вязкость. Последнее придает им многие свойства твердого тела. В отличие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягчаются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жидкое состояние. Еще одна отличительная черта – изотропность – одинаковость свойств во всех направлениях. В строительстве наибольшее применение находит силикатное стекло, получаемое в промышленных масштабах из простейшего минерального сырья: кварцевого песка, мела, соды и других компонентов.

Современное стекольное производство включает в себя 3 этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий. Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла по основным оксидам следующее: кремнезем SiO₂ (кварцевый песок, молотый кварцит, песчаник) – 71…72%, оксид натрия Na₂O (сода, сульфат натрия) – 15…16%, оксид кальция CaO (мел, мрамор, известняк, доломит, магнезит) – 5…7%, оксид магния MgO – 3..4%, глинозем Al₂O₃ (полевой шпат, каолин) – 2…3%, содержание Fe₂O₃ не более 0,1%, т.к. оксиды железа придают стеклу зеленовато-коричневый цвет и снижают светопропускание. перед варкой стекла сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.

Стекловарение. Силикатообразование – щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000-1200°С. Стеклообразование – удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава при 1400-1600°С. Студка – охлаждение стекломассы.

Формование. Метод выработки зависит от вида изделия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование. для снятия внутренних напряжений после формования производят отжиг – охлаждение по специальному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале температур 300-600°С и вновь быстрое до нормальной температуры.

Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400-2600 кг/м³. плотность оконного стекла – 2550.

Теоретическая прочность стекла при растяжении – (10-12)·10³ МПа, практически 30-60 МПа, т.к. в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхностей, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков.

Прочность при сжатии 900-1000 МПа, почти как у стали и чугуна. Модуль упругости Е = (7-7,5)·10⁴ МПа, предельная растяжимость 0,08-0,06%. Хрупкость – главный недостаток стекла.

Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, в зависимости от химического состава 5-7 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием (прозрачность), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла так же еще и не пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Теплопроводность не велика, мало зависит от состава 0,6-0,8 Вт/(м·К). Коэффициент линейного температурного расширения невелик. Относительно малая термостойкость обычного стекла 70-90°С. Звукоизолирующая способность довольно высока 1 см стекла соответствует 12 см кирпичной стене в полкирпича. Химическая стойкость: хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот.