Закаленное стекло: что это, преимущества, особенности производства

Стекло – хрупкий материал, однако еще в прошлом столетии мастера предпринимали попытки сделать его прочным. Сегодня появилось закаленное стекло, которое сохраняет свойства привычного нам стекла и при этом отличается стойкостью к механическим воздействиям. За счет этого такой материал используется в различных отраслях промышленности.

Что такое метод закалки стекла?

При этой технологии заготовка подвергается термической химической или смешанной обработке, в результате его прочностные характеристики существенно увеличиваются.

Для закаливания используется стандартное стекло, которое обрабатывается специальными химикатами или нагревом с дальнейшим охлаждением. При таком воздействии физические свойства этого материала меняются. Внутри структуры формируется напряжение с растяжением, а на поверхности – со сжатием. Так как материал становится прочным, использовать его безопасно, сфера применения также существенно расширяется.

Основные свойства закаленного стекла

Во время закалки стекло проходит длительный цикл производства, что делает его дороже. Однако повышение стоимости обоснованно, так как процесс закалки придает материалу улучшенные свойства, например:

• Прочность при ударе увеличивается в 10 раз, а при изгибе – в 3 раза по сравнению со стандартным стеклом.
• Устойчивость к нагрузкам на сжатие и растяжение возрастает в 6 раз.
• Широкий диапазон температур для эксплуатации (от минус 70 до 300 градусов).
• Безопасность при использовании. Даже если стекло разобьется, оно распадется на осколки с тупыми гранями.

Достоинства закаленного стекла

К преимуществам такого материала относится следующее:

• Высокая степень прозрачности. Коэффициент прозрачности – 0.7-0.9. Этот показатель выше, чем у триплекса или смарт-стекла.
• Низкие параметры теплопроводности. Сталинит или закаленное стекло можно использовать для изготовления стеклопакетов, благодаря этому в помещении всегда будет тепло.
• Защита от посторонних звуков. Чем толще стекло, тем лучше звукоизоляция. На этот показатель влияют также качественные уплотнители.
• Возможность тонировать материал при производстве или с помощью тонированной пленки. В результате материал приобретает равномерный оттенок. Тонированное стекло можно использовать в дизайне интерьера.
• Стоимость закаленной продукции выше, чем цены на стандартное стекло, но ниже цен на триплекс. Благодаря этому материал доступен практически каждому.
• Стойкость к различным климатическим воздействиям. Стекло устойчиво к воздействию осадков, ветра, ультрафиолетовых лучей. Оно выдерживает высокие и низкие температуры.
• Возможность моллирования. Из сталинита можно изготавливать стильные и прочны строительные элементы, детали для мебели и декора.
• Широкая сфера применения. Закаленное стекло подходит для изготовления посуды, предметов интерьера, оно используется в градостроительной сфере.
• Устойчивость к воздействию высокой температуры. Сталинит используется в отделке бани и сауны, украшения каминов, производства духовок.
• Хорошая гибкость. Благодаря этому качеству из стекла можно создавать заготовки различных форм.

Обратите внимание: показатели прочности на изгиб и растяжение у закаленного изделия сравнимы с параметрами стали.

Если закаленное стекло используется в триплексе, оно становится еще прочнее, возрастают и показатели звукоизоляции, энергосберегающие характеристики. Повышается и безопасность при возможном повреждении, поскольку между стеклянными слоями размещается клейкий полимер: осколки удерживаются на нем и не разлетаются по сторонам.

У закаленного стекла есть один минус: после термической обработки его нельзя разрезать на части, просверлить в конструкции отверстие. Если стекло проходит химическую обработку для большей прочности, его можно разрезать. Однако участок в нескольких сантиметрах от разреза будет не таким прочным.

Методики изготовления сталинита

При производстве закаленного стекла практикуется химическое или термическое воздействие. Рассмотрим подробнее каждую технологию.

Термическая обработка

Этот способ наиболее распространен. При таком производстве выделяют три стадии:

• Сырой заготовке придают определенную форму, просверливают отверстия, проводят обработку кромки. При необходимости на сырое стекло наносится рисунок, после чего форма проверяется на возможные дефекты.
• Подготовленное изделие нагревается до температуры 750 градусов (точный температурный режим зависит от состава стекла).
• После нагрева стекло быстро охлаждается до 30 градусов.

Для нагрева используются вертикальные или горизонтальные печи. Процесс охлаждения предусмотрен несколькими способами. Заготовка может равномерно обдуваться воздушными потоками, которые подаются под давлением. Также возможно охлаждение в жидкости – минеральном масле или расплавленной соли.

Охлаждение заготовки в жидкой среде более эффективно, так как скорость передачи тепла здесь выше, чем при обработке воздухом.

Химическая обработка

Ионообменная технология – это альтернативный метод производства закаленного стекла. При таком подходе заготовка погружается в расплав солей щелочного металла. При этом ионы натрия замещаются ионами кальция в верхнем слое конструкции. Манипуляция проводится при высокой температуре до 420 градусов.

После химической обработки прочностные характеристики стекла возрастают, однако при повреждении оно по-прежнему будет травмоопасным (осколки в виде конуса имеют острые грани). Чтобы сделать использование такого стекла более безопасным, после химической обработки его нужно ламинировать.

На данный момент продолжает идти поиск наиболее эффективных способов повышения прочности стекла. Ученые практикуют различные методики травления, закаливания, сочетают различные технологии между собой. Некоторые подходы показывают неплохие результаты, поэтому в перспективе могут появиться новые методы обработки стекла.

Интересно: отжиг – это одна из разновидностей термической обработки материала, при котором стекло нагревается до температуры пограничного состояния (между вязкой и твердой консистенцией). После повышения температуры заготовка медленно охлаждается. Температурный режим при отжиге – 470-530 градусов.

Используемое оборудование

Выбор инструментов и оборудования для производства зависит от используемой методики изготовления сталинита. При самом распространенном методе – закалке термическим путем – используется линия производства из нескольких элементов.

К ним относится загрузочный стол для подачи стекла – это конвейер с автоматизированным или полуавтоматизированным методом управления. Подача материала на такой стол осуществляется сбоку или с фронтальной стороны. Листы перемещаются на линию нагрева благодаря движению валов с прорезиненной поверхностью. Это позволяет сохранить целостность сырой заготовки.

Еще один элемент – линия нагрева. Для поддержания работы этой линии важно сохранять такие параметры, как:

• хорошая теплоизоляция корпуса;
• предотвращение перегрева нитей для накала;
• надежность и автономная работа всех нагревательных деталей;
• повышенная производительность;
• принудительный режим конвекции;
• низкие показатели потребляемой мощности;
• автоматизированное или полуавтоматизированное управление производственным процессом;
• простое техническое обслуживание и ремонт.

Линия для охлаждения включает в себя несколько отсеков, которые используются для закаливания и охлаждения заготовок с различной толщиной. Сопла, через которые направляются воздушные потоки под давлением, находятся над валами и под ними для обеспечения равномерного обдува. Регулирование позиции сопел и скоростью движение заготовки обеспечивает специальная система контроля. Разгрузочный стол включает в себя конструкцию, которая схожа с загрузочной линией. Движение материала после охлаждения и закаливания осуществляется по валам, которые перемещаются благодаря работе двигателя.

Важно: закалка может выступать отдельной технологической процедурой, при которой потребуется моечно-сушильное оборудование, сохраняющее заготовку чистой.

Сфера применения

Благодаря характеристикам, которые материал получает после закаливания, сфера использования сталинита существенно расширяется. Приведем основные области применения:

• остекление фасадов различных зданий, строительство террас, устройство остановок для общественного транспорта, павильонов для проведения выставок;
• изготовление стеклопакетов, например, триплекса, производство панорамного остекления, наружных рекламных блоков, световых коробов;
• изготовление светопрозрачных лестниц, ограждений (сталинит выдерживает существенные регулярные нагрузки);
• изготовление противопожарных дверей, бронированных оконных конструкций;
• производство стекол для водного транспорта, самолетов, вертолетов, автомобилей (закаленное стекло – прозрачный и безопасный материал);
• создание оборудования для бани, отделка каминов, изготовление дверец для духовок;
• изготовление стеклянных перегородок для офиса (мобильных и стационарных конструкций, которые обеспечивают зонирование рабочего пространства);
• производство витрин, предметов мебели, декоративных элементов и посуды (закаленное стекло – изящный и безопасный материал).

Интересно: из сталинита изготавливают прочную и долговечную посуду. Типичный пример этой домашней утвари – граненый стакан. Конечно, он не такой изящный, как винные бокалы, зато его сложно разбить, он выдерживает обработку высокими температурами.

Как отличить сталинит от стандартного стекла?

Разница между стандартным и закаленным стеклом будет понятна при повреждении, однако можно использовать и менее радикальные способы.

Например, можно взять поляризационный фильтр, которым пользуются фотографы для улучшения качества своих снимков (есть также поляризационные очки). С помощью этих приборов можно проверить, подвергалось ли стекло закалке. Посмотрите на заготовку сквозь фильтр или очки. При наличии радужных разводов перед вами – закаленный материал. Если таких разводов нет, стекло обычное. Эффект радуги образуется в результате двойного преломления света из-за неодинакового напряжения поверхностного и внутреннего участка закаленного стекла.

Тактильные ощущения при контакте с различными видами стекла также отличаются. У сталинита поверхность слегка волнистая, у обычного стекла – гладкая. Волнистость можно не только почувствовать на ощупь, но и определить визуально. Поставьте конструкцию так, чтобы лучи света падали на нее и преломлялись под наклоном.

Можно ли закалить материал в домашних условиях, и какие трудности могут при этом возникнуть

Без специализированного оборудования у вас не получится получить стекло с характеристиками, которые формируются при промышленном производстве. Однако вы можете сделать заготовку более прочной.

Методику отпуска используют для повышения прочности стеклянной тары (стаканов, бутылок, чашек). Приведем инструкцию по обработке:

• дно емкости из металла засыпьте песком, положите на дно стеклянную заготовку;
• налейте в резервуар холодную воду, начинайте ее постепенно нагревать;
• прокипятите воду на небольшом огне в течение 20 минут, после чего дайте емкости слегка остыть;
• добавьте в резервуар две столовые ложки соли, продолжайте кипятить на протяжении получаса;
• уберите емкость с огня, оставьте ее постепенно остывать в комнате без сильных температурных перепадов и сквозняков.

Конечно, после отпуска материал не станет закаленным, однако его прочностные характеристики и стойкость к высоким температурам повысятся.

Обратите внимание: температурный режим соленой воды выше, по сравнению с пресной. Если добавить указанное количество соли, вода будет закипать медленнее.

Есть рекомендации применять для упрочнения плавиковую кислоту. Однако без специальных знаний, защитного костюма такая обработка может быть небезопасной. Стекло, которое подвергается воздействию плавиковой кислоты, становится намного прочнее. Однако его все равно можно повредить. При малейшем повреждении такая заготовка превратится в пыль или множество маленьких осколков. Именно поэтому после химического вытравливания на материал наносится ламинированный слой.

Также для укрепления подойдет муфельная печь (она есть во многих лабораториях). Для охлаждения заготовки применяется минеральное масло. Покупать печь для редкого использования экономически невыгодно – дешевле купить готовую продукцию из сталинита.

В домашних условиях можно повышать прочность только небольших изделий. Для работы с оконными стеклами не обойтись без профессионального оборудования.

Таким образом, закаленное стекло или сталинит отличается повышенной прочностью, устойчивостью к высоким температурам и безопасностью. Для его изготовления лучше обратиться в производственную компанию, которая имеет соответствующее оборудование и материалы.