О стекле, что такое стекло и какие бывают стёкла

Нобелевский лауреат Уоррен Андерсон однажды сказал: «Самая глубокая и интересная из неразрешённых проблем в теории твёрдого состояния кроется в природе стекла». И хотя стекло известно человечеству уже не первое тысячелетие, в чём причина его уникальных механических свойств, учёные до сих пор не понимают. Из школьных уроков мы помним, что стекло — это жидкость, но так ли это? Учёные точно не знают, какова природа перехода между жидкой или твёрдой и стекловидной фазами и какие физические процессы приводят к основным свойствам стекла.

Процесс формирования стекла не удаётся объяснить с помощью ни одного из нынешних инструментов физики твёрдого тела, многочастичной теории или теории жидкостей. Если описать вкратце, жидкое расплавленное стекло при охлаждении постепенно становится всё более вязким, пока не обретает жёсткость. В то время как при формировании кристаллических твёрдых тел, например, графита, атомы в один момент образуют привычные периодические структуры. Тарун Читра, исследователь молекулярной динамики, объясняет организацию молекул в разных веществах на примере танца:

Идеальное твёрдое тело — это как медленный танец, когда два партнёра вместе с другими парами движутся вокруг своей стартовой позиции на танцевальной площадке.

Идеальная жидкость — это как вечеринка знакомств, когда каждый старается потанцевать со всеми в комнате (это свойство называется эргодичность), при этом средний темп, с которым все танцуют, примерно одинаковый.
Cтекло же по этой аналогии похоже на танец, когда группа людей разделяется на меньшие подгруппы и каждая кружится в своём хороводе. Вы можете меняться партнёрами из своего круга, и этот танец происходит вечно.
Стекло ведёт себя так, что его пока невозможно описать равновесной статистической механикой. В частности, субэкспоненциальные автокорреляции и кросскорреляционная функция стекла могут быть получены путём бесконечного числа случайных процессов. До какого-то момента система «работает» более-менее понятно и предсказуемо, но, если наблюдать за ней достаточно долго, вы начинаете видеть, как некоторые особенности лучше описываются теорией вероятности и случайных процессов.

Основные виды стекл

Стекло- твердый аморфный материал, полученный в процессе переохлаждения расплава. По агрегатному состоянию занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществами.

Главным компонентом современных промышленных стекол служит кремнезем (двуокись кремния). Для придания стеклу нужных свойств (цвета, прозрачности, химической и механической стойкости, люминесценции под воздействием излучений, поглощения лучей определенного спектра и т.д.) также используются и химические соединения бора, алюминия, магния, кальция, бария, свинца, натрия, калия, железа, серы.

Стеклом также называют отдельные группы изделий из него, например строительное стекло, тарное, химико-лабораторное и др. Изделия из стекла могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или окрашенными, люминесцировать под воздействием, например, ультрафиолетового и g-излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т.д. Наибольшее распространение получило неорганическое стекло, характеризующееся высокими механическими тепловыми, химическими и др. свойствами. Основная масса неорганического стекла выпускается для строительства (главным образом, листовое стекло) и для изготовления тары.

Для получения листового стекла в основном применяется флоат-метод. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в виде плоской ленты, а затем через ванну с расплавленным оловом идет на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода, по сравнению с другими, является стабильная толщина стекла; высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки; отсутствие оптических дефектов; высокая производительность.

 

Общепринята классификация стекла по назначению (основные виды):

• Строительное стекло;
• листовое строительное (оконное стекло, витринное, мебельное )
• листовое безопасное и упрочненное (армированное, закаленное, безосколочное многослойное)
• листовое со специальными свойствами (увиолевое стекло, теплозащитное, токопроводящее, самоочищающееся, зеркальное и др.)
• листовое цветное декоративное (цветное, узорчатое, витражное, марблит, стемалит)
• архитектурно-строительное и облицовочное (стеклоблоки, стеклопакеты, профилированное, коврово-мозаичные плитки)
• Тарное стекло;
• Техническое стекло (кварцевое, светотехническое, стеклянные волокна);
• Сортовое стекло

 

СТРОИТЕЛЬНОЕ СТЕКЛО

Строительным стеклом называют изделия из стекла, применяемые для остекления световых проёмов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и др. частей зданий. К этой же категории относят тепло- и звукоизоляционные материалы (пеностекло и стекловата), а также стеклянные трубы.

Строительное стекло подразделяют на листовое оконное стекло, полированное, витринное, армированное, узорчатое, цветное, профилированное, стеклоблоки, стеклопакеты, марблит, коврово-мозаичное, увиолевое стекло, стемалит и некоторые др. виды.

• Листовое оконное стекло

Изготавливается в виде плоских листов, размер которых колеблется от 400х400 мм до 1600х2200 мм при толщине от 2 до 6 мм. Плотность варьируется в пределах от 2470 до 2500 кг/м2. Средняя прочность при симметричном изгибе составляет 40Мн/м2 (400 кгс/см2).

Качественные листы оконного стекла прозрачны и бесцветны - никаких радужных и матовых пятен, несмываемых налетов, и других следов выщелачивания на поверхности! Допускаются зеленоватый и голубоватый оттенки, но при условии, что они не снижают коэффициента светопропускания (соотношения двух световых потоков - прошедшего через лист стекла к падающему на этот же лист).

Полированное стекло

Прозрачное стекло, обе поверхности которого отшлифованы и отполированы для придания им плоскостности и параллельности, с целью обеспечения четкого неискаженного изображения при просмотре сквозь него или при отражении. Широко востребовано в производстве светопрозрачных конструкций (окон, витрин, витражей, в производстве зеркал). Из полированного закалённого стекла толщиной 10-20 мм изготовляют стеклянные полотна для дверей размером от 2200х700 до 2600х1040 мм.

Витринное стекло

Полированное прозрачное листовое стекло толщиной 6-10 мм. Используется для оформления витрин и витражей больших площадей.

К-стекло или i-стекло, энергосберегающие стекла

Высококачественное флоат-стекло со стойким, прозрачным покрытием и с низкой эмиссией. Эти свойства придают стеклу некоторые полупрозрачные металлические и окиснометаллические покрытия. В настоящее время во всем мире для этих целей используются два типа покрытий: К-стекло – «твердое» покрытие и i-стекло – «мягкое» покрытие. i-стекло, по своим свойствам в немного превосходит К-стекло, но К-стекло может быть закалено. Основным недостатком i-стекол является их пониженная, по сравнению с К-стеклом, абразивная стойкость, что представляет некоторое неудобство при их транспортировке, но, учитывая, что такое покрытие находится внутри стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах.

Энергосберегающие покрытие обеспечивает прохождение солнечной энергии в здание, что существенным образом сокращает теплопотери в стеклопакетах. Покрытие пропускает солнечную коротковолновую энергию в помещение, но не пропускает наружу длинноволновое тепловое излучение, например, от отопительного прибора.

Применяется обычно в качестве внутреннего стекла в стеклопакетах, причём покрытие обращено в сторону межстекольного пространства. Это нагревает внутреннюю поверхность, что уменьшает конденсацию и конвекцию, вызванную разностью температур. Но К-стекло может быть закалено и ламинировано.

Самоочищающееся стекло

Самоочищающееся стекло - это обычное стекло со специальным покрытием внешней поверхности стекла, обладающим двойным действием. При попадании на стекло дневного света его покрытие разрушает любые органические отложения грязи, которые смываются дождевой водой.

Армированное стекло

Плоское стекло с вмонтированной металлической сеткой с квадратными или шестиугольными ячейками. Стекло может иметь одну сырую литую поверхность (армированное литое стекло); оно может быть полированным (полированное армированное стекло) или полупрозрачным с шестиугольной сеткой (узорчатое прокатное армированное стекло).

Армирование не увеличивает механическую прочность стекла и даже снижает его примерно в 1,5 раза. Зато наличие сетки не позволит в результате удара осколкам разлетаться и выпадать из переплетов. Применяется как ударопрочное и огнестостойкое.

Закаленное стекло

Представляет собой листовое стекло, подвергнутое специальной термической обработке с целью создания заданного распределения напряжений по объему стекла. Это приводит к тому, что значительно (в 5 -10 раз) возрастает прочность стекла на удар, возрастает в 2-3 раза прочность стекла на изгиб, возрастает в 3-4 раза термостойкость стекла (с 40 до 180 °С).

Узорчатое стекло

Листовое стекло, которое имеет с одной стороны рифлёную поверхность, предназначается для рассеяния света. Рисунок рельефа может быть выполнен как в процессе изготовления, так и в момент доработки. Узорчатое строительное стекло с матовым или "морозным" рисунком используют для остекления лестничных клеток, внутренних перегородок. Выпускается размерами от 400х400 до 1200х1800 мм при толщине 3-6,5 мм.

Цветное (тонированное) стекло

Это стекло получают путем внесения специальных добавок в процессе изготовления, в результате чего стекло окрашивается по всей толщине. Другой вариант цветного стекла состоит из 2 слоев - основного бесцветного и тонкого цветного.

Такое стекло применяют для витражей, декорирования мебели, остекления зданий. Наиболее распространены цвета - золотисто-желтый, зеленый, лилово-розовый, голубой.

Профилированное строительное стекло

Прозрачные или цветные стеклянные пластины с профилем швеллерного или коробчатого типа (стекор). Толщина профилированного стекла 6 мм; На поверхности профилированного стекла, как правило, нанесен какой–либо рисунок, рассеивающий свет. Кроме того профилированное стекло может быть прозрачным (без нанесения какого–либо рисунка) или селективным (с нанесенным солнцезащитным покрытием). Профилированные стекла находят применение, например, в стеновых конструкциях в виде одно– или двухслойных конструкций.

Стеклоблоки

Стеклоблоками называют изделия с герметически закрытой полостью, образованной в результате соединения двух отпрессованных стеклянных пластин. Каждая половинка сделана из стекла толщиной 6-9 мм. По форме стеклоблок чем-то напоминает стеклопакеты, которые ставят в современные окна. Поверхность стеклоблока может быть рифленой (узорчатой), прозрачной, глянцевой и матовой, однотонной и разноцветной.

Стеклопакеты

Элементы, в которых два стекла или более соединены герметично друг с другом с помощью рамки средника, огибающей края стекол, или с помощью эластичных масс, при этом теплоизолирующая способность элемента улучшается. При изготовлении стеклопакетов могут использоваться различное листовое стекло и полученные из них путем последующей обработки изделия.

Многослойное стекло

Состоит из двух и более стекол, которые склеены прочной промежуточной пленкой при высокой температуре и высоком давлении, образуя при этом монолитный лист. Многослойное стекло может быть изготовлено из обычного строительного стекла, а также закаленного или полузакаленного стекла. При разбивании кусочки стёкла удерживаются на промежуточной пленке, что в значительной степени снижает возможность серьезных травм, ввиду того, что промежуточная полимерная пленка удерживает кусочки разбитого стекла, оно, как правило, остается в раме, продолжая защищать жилище и его обитателей. Многослойное обычное строительное стекло также можно сверлить и вырезать. Невидимая промежуточная пленка эффективно повышает звукоизоляцию и снижает воздействие ультрафиолетовых лучей.

Марблит

утолщенное плоское глушеное стекло от черного до зеленого цвета с блестящими переливающимися вкраплениями преимущественно с полированной поверхностью, выпускаемое в виде плиток различных размеров. Лицевая сторона марблита может быть гладкой, кованой, рифленой или мелкоузорчатой, тыльная — рифленая. Его применяют для облицовки наружных и внутренних стен лечебных помещений, магазинов, производственных помещений с повышенной влажностью, общественных зданий, мемориальных комплексов, витражей, взамен естественных каменных материалов (черного гранита, габбро).

Стемалит

Стекло закаленное эмалированное покрыто с одной стороны эмалевой краской и подвергнуто термообработке с целью упрочнения стекла и закрепления краски на его поверхности. Стемалит применяется для наружной и внутренней отделки стен и перегородок зданий и сооружений. Имеет высокую термостойкость, устойчивость против атмосферных воздействий, сохраняет постоянный цвет (желтый, синий, красный, серый, черный.

Плитки облицовочные

Плитки облицовочные часто используются в виде мозайки сложенное в ковер, они применяются для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления декоративно-художественных панно. Плитки могут быть непрозрачными, белого или другого цвета, с гладкой или рифленой, матовой или блестящей поверхностью. Коврово-мозаичные плитки выпускаются также наклеенными лицевой поверхностью на бумагу в виде отдельных ковров из одного (простой набор) или более цветов (сложный набор).

Увиолевое стекло

Увиолевое стекло (от лат. ultra — за пределами и viola — фиолетовый цвет), стекло, пропускающее ультрафиолетовое излучение с ? < 400 нм (в биологической области спектра). Используется для остекления школ, детсадов, лечебных учреждений, парников, для оболочек бактерицидных и люминесцентных ламп и т.д.

Зеркало

Это такое стекло, задняя поверхность которого обработана так, что стекло приобретает особенно хорошие отражающие свет свойства. Для получения покрытия используется серебро, на него наносится медь и защитный слой краски.

ТАРНОЕ СТЕКЛО

Тарным стеклом называют стекло для изготовления стеклянной тары и упаковки. Стекло для тары может быть бесцветным, необеспеченным (полубелым), окрашенным в темно-зеленый, оранжевый и другие цвета. Стеклянная тара должна соответствовать установленной форме и допустимым отклонениям по массе и размерам, а также удовлетворять требованиям действующих ГОСТ и ТУ.

В основном стеклянную тару получают выдуванием и пресс-выдуванием стекломассы на полуавтоматах и на автоматах.

ТЕХНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО

Стекло, используемое в промышленности (напр., производстве контрольно-измерительной аппаратуры, агрегатов, автомобилей и т.д.).

Кварцевое стекло

однокомпонентное силикатное стекло, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма — горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния. Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное.

Непрозрачность придает большое количество распределенных в нем мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет.

Оптическое прозрачное кварцевое стекло совершенно однородно, обладает наименьшим среди силикатных стекол показателем преломления (nD = 1,4584) и наибольшим свето-пропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.

Применяется для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких температур), изделий, стойких к температурным колебаниям.

Светотехническое стекло

Такое стекло служит для изменения направления и спектрального состава светового потока. Подразделяются на преломляющее (например, линзы для маяков и светофоров, автомобильные фары), отражающее (сферические, параболические, гиперболические зеркала), рассеивающее (плафоны и колпаки светильников и т. д.).

Стеклянные волокна

Стеклянные волокна получают из расплавленного стекла в виде элементарных волокон диаметром 3—100 мкм и длиной 20 км и более (непрерывное волокно) или диаметром 0,1—20 мкм и длиной 1—50 см (штапельное). По внешнему виду первое напоминает нити натурального или искусственного шёлка, штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти.

Стеклянные волокна в виде жгутов (ровингов), кручёных нитей, лент, тканей различного плетения, нетканых материалов и др. широко применяют в современной технике в качестве армирующего (упрочняющего) материала для стеклопластиков и др. композиционных материалов, а также для получения фильтровальных материалов и электроизоляционных изделий в электротехнической промышленности.

СОРТОВОЕ СТЕКЛО

Сортовое стекло - изделия из бесцветных, хрустальных и окрашенных стекол, употребляемые в быту, культурно-бытовых учреждениях и т.д. Различают следующие виды: бытовая посуда, посуда для напитков, художественно-декоративные изделия.

Формуются сортовые стекла методами прессования и выдувания. Для декоративной отделки люстрируют, протравливают кислотами и т.д.

НОРМАТИВНАЯ БАЗА:

ГОСТ 111-90. Стекло листовое. Технические условия.

ГОСТ 5533-86. Стекло листовое узорчатое. Технические условия.

ГОСТ 24866-99. Стеклопакеты клееные строительного назначения.

ГОСТ 17716-91. Зеркала. Общие технические условия.

ГОСТ 6799-80. Стеклоизделия для мебели. Технические условия.

ГОСТ 30698-2000. Стекло закаленное строительное. Технические условия.