Изготовление стекла

Стекло — это неорганический хрупкий материал, используемый в различных сферах повседневной жизни. Изготавливается из разных материалов, от которых зависят его свойства. Разберем подробнее, как именно устроено производство.

Состав стекла

Стекло выполняется чаще всего из сырья, которое проходит плавление при высоких температурах. Основным компонентом выступает песок, хотя в техническом плане это все-таки кварц или диоксид кремния. К нему добавляют прочие составляющие, например:

• кальцинированная сода;
• доломит;
• известняк;
• стеклобой;
• прочие химикаты.

Для производства стекла осуществляется охлаждение компонентов, которые вначале были расплавлены при температуре от +300 до +2500 градусов. Скорость такая, что не допускается формирования заметных кристаллов. Интересно, что для работы бывает достаточно исключительно и песка, но тогда приходится повышать температуру. Именно по этой причине для модификации используется сода. Например, известняк повышает прочность. Оптимальный состав такой: 75% кремнезема, 10% извести и 15% соды.

Какими могут быть изделия из стекла

Изделия из стекла бывают разными. Условно они делятся на такие группы:

• прозрачные и непрозрачные;
• цветные и бесцветные;
• люминесцированные;
• поглощающие или отталкивающие ультрафиолет.

Неорганическое стекло отличается высокими механическими, химическими и тепловыми характеристиками. Стоит отметить, что, хоть материал и очень чувствителен к повреждениям, сопротивление сжатия у него аналогично таковому у чугуна. Повысить прочность можно при помощи закалки, химической или термической обработок. Благодаря этому устраняются микротрещины, которые возникают под воздействием окружающей среды.

В России производство стекла основывается на следующих процессах:

• подготовка сырья;
• формирование шихты;
• варка;
• охлаждение;
• отжиг и обработка.

Все процессы тщательно отработаны, за счет чего готовые изделия получаются высокого качества.

Этапы производства

Чаще всего стекло изготавливается из таких веществ, как кремнезем, SiO₂ и Na₂CO₃. При производственной необходимости составы могут обогащать дополнительными модификаторами. Для осветления, например, берут сульфаты, хлорид натрия, нитрат аммония и так далее. Перед началом изготовления все компоненты просеивают и сушат. Затем их смешивают, пока масса не станет однородной. При необходимости осуществляется дополнительное измельчение.

Далее шихта отправляется в печь, которая применяется специально для варки стекла. Нагревание позволяет испарить остаточные частички воды. В это время происходит разложение абсолютно всех компонентов. По мере увеличения температуры наступает плавление силикатов. В процессе они формируют непрозрачную массу. Заканчивается этот этап сразу после того, как температура доходит до 1200 градусов. В этот момент стекло приобретает прозрачность.

Далее идет стеклообразование. В ходе этого процесса зерна кварца растворяются в силикатном расплаве, в результате чего возникает однородная масса. Идет это несколько медленно, занимает до 90% времени провара шихты. Когда масса достигает температуры 1500-1600 градусов, происходит удаление газов.

Еще один этап производственного процесса — осветление. Для этого добавляются специальные компоненты, которые способствуют уменьшению поверхностного натяжения стекломассы. Расплав хорошо перемешивают специализированным оборудованием. Вместе с этим процессом проводится гомогенезация.

Завершающий этап — охлаждение. Необходимо соблюдать вязкость массы, которая позволит в дальнейшем сформировать требуемую продукцию. Температура в процессе держится на уровне 700-1000 градусов. Тут очень важно медленно и аккуратно ее уменьшать. Создание различных изделий из стекломассы осуществляется механическим способом на специальном оборудовании.

Что такое шихта

Производство стекла стартует уже в карьере. Кварцевый песок необходимо тщательно очистить, чтобы готовое изделие получилось качественным и надежным. Для очистки сырья от посторонних примесей осуществляется промывка с использованием специализированного оборудования. По завершении этого процесса песок сушат и перемещают в вибрационное сито для просеивания. Отбираются те крупинки, диаметр которых не превышает миллиметра.

Полученное сырье направляют уже на производство — в специальное хранилище. Это главный компонент шихты, но, конечно, не единственный. Сейчас при изготовлении стекла нельзя обойтись без добавок, которые укрепят его и придадут некоторые дополнительные свойства. В состав шихты обычно входят следующие компоненты:

• кремнеземное сырье;
• сода;
• доломит;
• кокс, сульфат соды;
• силикат натрия, лития или калия;
• известняк;
• полевой шпат и так далее.

Естественно, перед использованием компоненты тщательно подготавливают и смешивают при определенных условиях. Еще в шихту могут добавлять иногда измельченное битое стекло. Такое сырье не требует никаких дополнительных обработок, что делает производство лишенным отходов.

О стекломассе

Как только смесь будет готова, ее отправляют в печь для варки стекла. Там температура поддерживается на уровне 1600 градусов. По достижении шихтой жидкого состояния, она перемещается в другую часть печи, а на ее место устанавливают новую партию. Интересно, что данный процесс не останавливается. Каждую минуту может подаваться до полутора тонн материала.

На следующем участке температура снижается до 1000 градусов. Материал становится более однородным, из него удаляют газы. По готовности стекломассу оставляют остывать, за счет чего она становится вязкой. Далее можно переходить к формированию.

Силикатное стекло

Силикатное стекло встречается нам каждый день. Из него изготавливают самые разные вещи: посуду, предметы декора, очки, лампы накаливания, окна и многое другое. Производится оно путем плавки двуокиси кремния при температуре 1700 градусов. В итоге получается материал, который характеризуется прекрасной светопропускаемостью, стойкостью к низким температурам и отсутствием взаимодействия с химикатами. Надо отметить, что он еще и хорошо сверлится, полируется или шлифуется.

Силикатное стекло, помимо уже упомянутых сфер, используется в авиации и судостроении. С его использованием изготавливают кабины, делают фонари и устройства, отвечающие за визуальный контроль. Указанный материал прекрасно подходит для изоляции.

Листовое стекло

Для изготовления листового стекла берут два основных компонента — карбонат натрия и кварцевый песок. Масса размещается в специализированной ванне, в которой также находится расплавленное олово. При этом сам материал может быть нескольких типов:

• термостойкий;
• огнестойкий;
• защищенный от воздействия тепла;
• закаленный;
• стойкий к механическим воздействиям;
• ламирированный.

Из этого следует, что листовое стекло можно использовать в разных сферах, но чаще всего — в строительстве или для обустройства автомобилей. В последней отрасли без него обойтись вообще невозможно.

Лобовые стекла

Лобовое стекло необходимо для качественной защиты салона автомобиля от внешних воздействий, проникновения внутрь осадков и пыли. Оно обеспечивает находящимся внутри людям достаточный уровень безопасности. Каждый день технология производство совершенствуется. Чаще всего стекло изготавливают из материала «Триплекс». В таком случае оно будет иметь трехслойную структуру, благодаря которой не разлетится от удара. Осколки будут удержаны армирующей пленкой.

Еще один вариант — «Сталинит». Тут в основе лежит специализированная процедура закаливания, за счет которой прочность стекла значительно повышается. При ударе оно разлетается на мелкие осколки, которые тоже не вредят людям. Но к такому материалу прибегают довольно редко.

Сама технология производства начинается с разметки по конфигурации и геометрическим размерам. Но проводится только надрез, по которому затем продвигается специализированная горелка, согревающая стекло до необходимой температуры. Это приводит к тому, что оно лопается вдоль линии. Затем кромки обрабатываются специализированными абразивными лентами, а материал промывают мыльным раствором для избавления от остатков грязи и пыли. После покрывают раствором, защищающим от слипания.

Как только эти этапы будут пройдены, специалисты проверяют, насколько качественный и крепкий получился материал. Потом два стекла соединяют друг с другом, и им придается необходимая форма, специфическая для конкретной марки автомобиля. Конструкцию кладут в печь, прогреваемую до температуры 760 градусов, что придает стеклу пластичность. Охлаждение проводится аккуратно и медленно, а после затвердевания между заготовками вставляют прозрачную пленку. Все эти процессы, естественно, автоматизированы, так что можно получить несколько идентичных изделий.

Способы производства стекла

Стекло — это твердое вещество, которое активно используется в различных строительных работах. Оно способно пропускать солнечный свет, не давая при этом теплу выйти изнутри. Чаще всего из него изготавливают окна, витрины, перегородки и зеркала. Листовые стекла обрабатывают в специализированных печах, что закаляет его, то есть придает ему увеличенную прочность. Укрепленные варианты нередко применяются для остекления лоджий и балконов. Если вдруг они повредятся, то от них не будет опасных острых осколков.

Современное производство стекла предлагает потребителям различные модели. Существуют даже энергосберегающие, солнцезащитные и армированные. В первом случае применяется тонкое прозрачное покрытие с высокой проводимостью тепла. Свет оно пропускает очень хорошо, что идеально для отопительного сезона.

Солнцезащитные стекла многократно тонируются для достижения идеального результата. Их применяют для фасадов, включают в состав стеклопакетов. Они способствуют повышению комфортности проживания в доме. Иногда встречаются при производстве аквариумов и витражей.

Армированные стекла хороши для обустройства окон или перегородок. Они отличаются высокой стойкостью к огню благодаря наличию специальной сетки из металла.

Изготовление цветного стекла

Цветное стекло может быть изготовлено различными способами, от которых зависит окончательный оттенок. Первая технология предполагает окрашивание в массе. Она довольно проста и практически ничем не отличается от производства обычного материала. В сырье добавляют разные красители, а также обязательно устанавливается строго заданная температура. Минус — высокий расход средств для придания желаемого оттенка.

Вторая технология уже сложнее, зато краситель уходит более экономно. Стекло изготавливается из двух слоев: первый — простой прозрачный лист, второй — либо тонкий крашеный, либо цветная оксидная пленка. Очень важно следить за линейным коэффициентом, он должен быть абсолютно одинаковым.

Особые виды стекла

Существуют особые виды стекла, которые могут использоваться в разных сферах и для разных целей. Разберемся подробнее в этом вопросе:

1. Плоское стекло. Чаще всего его используют в окнах, дверях, автомобильных стеклах и так далее. Для изготовления жидкий материл доводится до желаемой толщины, а потом охлаждается и сгибается при необходимости. Стеклопакеты соединяют сразу несколько панелей в одну систему.
2. Стеновые стеклоблоки. Для изготовления берут две разных половинки, которые спрессовывают и отжигают вместе. Их используют в архитектурной сфере для обустройства стен, люков и так далее. Стоит отметить, что такие изделия отличаются эстетичностью.
3. Бронированное стекло. Оно является пуленепробиваемым и применяется в различных сферах промышленности. Выполняется из многослойного стекла, для изготовления которого прибегают к реализации специальных технологий. Подобный материал идеален для повышения безопасности: например, в ювелирных магазинах, банках.
4. Кварцевое стекло. Считается одним из самых ценных. Выполняется из природного кристалла, который измельчают до гранулята и расплавляют. Чаще всего используется для изготовления деталей точной механики — например, кварцевых часов, контейнеров химических реагентов, лабораторного оборудования и так далее.
5. Стеклокерамика. Сначала применялась для создания зеркал и креплений телескопов. Сейчас же из нее также изготавливают варочные панели и посуду. Производится путем «контролируемой кристаллизации».
6. Светочувствительные стекла. Они позволяют получить картинку через образование микроскопических частиц из металла после воздействия электромагнитного излучения. Считается перспективным для выполнения всевозможных сложных микросхем.
7. Стекловолокно. Расправленный материал пропускают через очень тонкие отверстия, в результате чего формируются нити, которые потом сплетаются друг с другом или остаются в пухлом веществе, применяемом для изоляции тепла или звука. Из стекловолокна делают различное спортивное оборудование, корпуса лодок и прочее.
8. Жидкое стекло. Используется для заполнения пор и различных недостатков. Оберегает поверхности от воздействия влаги и солнца, а также прочих потенциально опасных факторов.
9. Хрусталь. Из этого вида стекла выполняются элементы декора, имеющие красивый блеск.
10. Богемское стекло. Производство ведется в Чехии и Силезии. Резка и гравировка производятся вручную.
11. Оптическое стекло. Встречается в разных сферах: медицине, астрономии, фотоаппаратуре и так далее. Производство считается довольно сложным процессом, поскольку важна скрупулезная точность и чистота. Обработка осуществляется с помощью алмазных пил. Стандарты должны строго соблюдаться, в противном случае будет брак.
12. Гнутое стекло. Зачастую применяется для витрин, необычных полок и мебели. Материал получают посредством медленного нагрева полотна до 650 градусов. Он смягчается и под собственным весом сгибается. Сам процесс занимает от двух до двадцати часов.

Технология производства стекла не стоит на месте и регулярно совершенствуется. Благодаря этому готовые изделия приобретают все более высокое качество. Знание особенностей создания стекла поможет выбрать самый качественный и подходящий для конкретной ситуации вариант.

Эстетика большого стекла

Сложное крупноформатное остекление все активнее задействуется в новых коммерческих и жилых объектах. Увеличить качественный рост таких проектов помогают новые технологии производства и монтажа стекла.

Современные качественные архитектурные проекты предполагают наличие больших площадей остекления. Архитекторы такой тренд называют эстетикой большого стекла. Благодаря новым технологиям сложное крупноформатное остекление стремительно развивается, делается более массовым и меняет облик городов и среду обитания человека.

Реализуя архитектурные решения

По словам ведущего архитектора компании «Метрополис» Анастасии Войтик, развитие технологий дает большую свободу в реализации архитектурных решений. Так, при строительстве зданий многие стремятся к безрамному остеклению фасадов. В последние годы были разработаны методы полного остекления, использующие стеклянные панели крупных форматов. Такой прием позволяет добиться особенной легкости сооружений и создать внутри здания пространство, наполненное естественным светом.

«В России широкоформатное остекление также получило широкое распространение. Так, этот прием использован в проекте реконструкции Дома культуры ГЭС-2 в Москве. Редевелопмент сооружения стал крупнейшим проектом преобразования бывшего промышленного здания в открытое культурное пространство, который был реализован в мире за последние годы. Автором проекта реконструкции выступило архитектурное бюро Renzo Piano Building Workshop. Компания “Метрополис” разработала конструктивные решения и внутренние инженерные системы на всех стадиях проектирования. В здании ГЭС-2 реализована стеклянная крыша, которая является его центральным элементом. Для остекления крыши использовались структурные двухкамерные стеклопакеты с закаленным архитектурным стеклом с HST и ответным термоупрочненным триплексом. Фотоэлектрические жалюзи и легкое тройное остекление создают многослойную систему крыши, которая уравновешивает естественное освещение художественных галерей. Благодаря такой организации внутренних помещений обширный турбинный зал превратился в залитое дневным светом пространство», — отмечает Анастасия Войтик.

Архитекторы издавна стремились объединить окружающие территории и проектируемые строения в единый комплекс, стереть явные границы между частями; максимально использовать видовые возможности окружающего ландшафта и естественного освещения, продолжает тему основатель и генеральный директор архитектурного бюро ООО «Студио-ТА» (STUDIO-TA) Тигран Бадалян. «Сегодня благодаря техническим возможностям и во многом именно крупноформатному остеклению такие задачи решаются легче, а также создаются предпосылки для воплощения более смелых и амбициозных идей. Концептуальное решение с применением крупноформатного остекления предложило  наше архитектурное бюро в концепции Дворца бракосочетания в городе Губкине Белгородской области для конкурса, проводимого региональным управлением архитектуры и градостроительства. Расположение дворца в загородном живописном уголке натолкнуло на идею парящего в воздухе объема с трехслойным проницаемым фасадом. Эффект ”парения” во многом создается за счет периметрального остекления на одном из слоев. Проект выиграл конкурс и впоследствии получил Золотой диплом международного конкурса ArchGlass 2022», — добавил он.

Руководитель архитектурной мастерской ООО «Архитектурная мастерская ”Б2”» Феликс Буянов напоминает, что крупноформатное остекление широко применяется для оборудования витрин магазинов (в первую очередь бутиков), для формирования фасадов зрелищных и высотных зданий, для выделения специальных, особых пространств в интерьерах общественных зданий — в общем, там, где ожидаемы шик, блеск, красота. «Сложности его применения обусловлены значительной массой элементов остекления. Инженеры-конструкторы находятся в неустанном поиске надежных и все более элегантных решений монтажа и закрепления крупноформатных элементов остекления. У архитекторов чрезвычайно популярны скрытые, "невидимые" в экстерьере системы крепления, повышающие как визуально ощущаемую, так, увы, и фактическую стоимость фасада».

С развитием архитектуры и появлением революционных идей и проектов возникают технические сложности при проектировании некоторых архитектурных задумок, рассказывает сотрудник ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ ”Строительство”» Ирина Ртищева. Для их реализации требуются новые исследования, создание специальных технических условий или новых правил строительства и проектирования, разработка уникальной технологии и прочее. «Нормативная база для проектирования конструкций из стекла очень скудна. Но именно сложные проекты развивают строительную отрасль, и именно с ними интересно работать. В настоящее время специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ ”Строительство”» подготовлен к выпуску новый свод правил ”Конструкции из многослойного стекла. Правила проектирования”, регламентирующий проектирование несущих конструкций из многослойного стекла, который позволит эффективно решить часть сложных задач», —считает эксперт.

Практические нюансы

Главный архитектор WE-ON GROUP Марина Самусенко обращает внимание и на более практические нюансы. При применении панорамного остекления, отмечает она, необходимо уделять особое внимание технической стороне вопроса. В частности, особенностям крепления, энергоэффективности, шумозащиты. «При устройстве панорамного остекления в жилье важную роль играет ориентация окон. Такие окна должны нести панорамную функцию. В идеале быть видовыми, а не ориентированными на окно соседа или прилегающее здание. Для обеспечения требований безопасной эксплуатации и пожарной безопасности в составе панорамного остекления предусматриваются вставки из ударопрочного стекла, а также противопожарное остекление, которые исключают возможность потери остеклением целостности и обеспечивают нормативные требования по устройству межэтажных противопожарных поясов».

При крупногабаритном остеклении важен и качественный профессиональный монтаж, отмечает генеральный директор компании АРЛИФТ Александр Урушев. Размер монтируемого стекла в России растет год от года, компания сумела адаптироваться и предложить оборудование, которое отлично справляется с большим весом и габаритами.

«На данный момент такие стекла в большинстве своем делаются под определенный заказ, соответственно, стоимость их остается высокой, так что неверный выбор оборудования для монтажа может оказаться экономически невыгодным для компании. В арендном парке АРЛИФТ есть несколько вариантов техники для установки крупногабаритных стеклопакетов. Вакуумные захваты линейки GS собственного производства компании предназначены для монтажа стекла и панелей до 850 кг. При необходимости допускается использование двух и более вакуумных захватов на траверсе для увеличения грузоподъемности. Так, в 2020 году вместе с одной строительной компанией мы установили рекорд России, смонтировав аппаратами GS стекла весом 2370 кг. А сегодня мы имеем опыт монтажа стеклопакетов весом уже более 2500 кг. Также в случае сложного остекления, особенно там, где ограничено пространство, мы используем мини-краны с вакуумным манипулятором или стеклороботы. Такая техника может работать как внутри, так и снаружи помещения», — сообщил Александр Урушев.

Настоящий прорыв

Эксперты признаются, что без новых технологий производства стекла, получения его более качественных характеристик многие современные архитектурные проекты было бы трудно реализовать. При этом они отмечают, что благодаря политике импортозамещения российская стекольная отрасль научилась делать уникальные конструкционные материалы.

По словам заведующего отделом стандартизации и испытаний АО «Институт стекла» Станислава Чеснокова, российские производства листового стекла соответствуют самому современному уровню и по качеству, и по спектру производимой продукции. «Наиболее важными для производства и применения именно крупноформатных изделий из стекла является нанесение многослойных покрытий, каждый слой которых имеет нанометровую толщину. Кроме того, производители упрочняют стекла методами закаливания и химическим упрочнением. Не секрет, что стекло — хрупкий материал, который без упрочнения при разрушении дает опасные острые осколки. Также производятся многослойные стекла. Листы стекла объединяются в одно изделие при помощи полимерных материалов, которые придают стеклу новые свойства: безопасность, ударостойкость и взломостойкость, шумозащиту и т. д. Для крупноформатного остекления многослойное стекло стало настоящим прорывом, который снял многие существовавшие ограничения на толщину и несущую способность стекла», — констатирует он.

Директор по маркетингу компании Larta Glass Максим Колдышев отмечает, что стандартная длина выпускаемого стекла ― 6 метров. В феврале 2023 года Larta Glass также провела модернизацию производственной линии на заводе в городе Красный Сулин Ростовской области и запустила линейку сверхгабаритного стекла длиной 9,3 метра с магнетронным напылением. Производство такого стекла, его переработка и транспортировка ― сложный процесс и действительно уникальная компетенция. До недавнего времени поставки стекла такого формата, и к тому же с напылением, были возможны только из Европы и Китая. Наша новая разработка поддерживает и мировой, и российский тренд на «бесшовные» и визуально легкие стеклянные фасады. Выставка MosBuild стала первой площадкой, где мы презентовали новинку. При этом стекло было представлено в финальном исполнении: на стенде можно было увидеть готовый однокамерный стеклопакет с многослойным закаленным стеклом с покрытием длиной более девяти метров. Сверхгабаритное архитектурное стекло с энергоэффективным магнетронным напылением LartaPro было отмечено наградой MosBuild Awards 2023 в номинации «Фасады и кровля».

«Архитекторы не хотят быть ограниченными производственными возможностями производителей и переработчиков стекла. Они стремятся реализовать все более смелые решения, создавая здания сложной формы, а для фасадов часто выбирают крупные элементы. Локальное производство сверхгабаритного стекла с покрытием упростит логистику и повысит качество сервиса, откроет перед архитекторами и проектировщиками новые возможности для реализации самых смелых идей и архитектурных форм, а также поможет повысить инвестиционную привлекательность проектов за счет неординарной эстетики фасада», — подчеркивает Максим Колдышев.

Строительство со стеклопакетами формата оверсайз — безусловно, восходящий тренд, уверен заместитель генерального директора по стратегическому развитию АО «РСК» («Российская стекольная компания») Артем Лейтис. Крупноформатное остекление — это эстетика стекла, прозрачности и света, буквально создающее величественный дизайн всего объекта. Особым трендом можно выделить крупноформатное остекление с гнутыми стеклопакетами. «Только представьте вау-эффект от гнутой светопрозрачной конструкции. Гнутые крупноформатные стеклопакеты X-ONE Техно Bent могут быть как с обычными стеклами, так и с напылением, различного радиуса гнутья. Для производства крупноформатных изделий, стеклопакетов, триплекса мы используем самые современные оборудование и линии, которых в России не более десяти единиц, и большая часть находится в нашей компании. При этом новейшие печи закаливания открывают ранее недоступные возможности моллирования стекла. Широкие технологические возможности нашей компании позволяют изготавливать гнутый триплекс, гнутые оверсайз-стеклопакеты с нанесением любого графического рисунка, что дает неограниченные возможности применения в фасадном и в интерьерном остеклении», — резюмирует он.

Заместитель директора производства листового стекла по продажам АО «Салаватстекло» Александр Гостев отмечает, что производство крупноформатного стекла в России было освоено только в конце 2022-го – начале 2023 года. Соответственно, еще не все производители озвучили свои достижения и возможности. «Сейчас мы можем комментировать и декларировать только свои возможности. Первое стекло размера Oversize 12000 х 3210 мм было снято с нашей линии в июле 2022 года. Сейчас наши технологические возможности позволяют производить прозрачное и особо прозрачное стекло до размеров 12000 х 3210 мм. Увеличение форматов производимого стекла — это современный тренд. Поэтому многие производители будут стремиться работать в данном направлении», — считает он.

«Использование крупноформатного стекла в проектах сегодня, — добавляет представитель рынка, — это инновация, позволяющая резко выделить значимость и масштаб такого современного здания. Подобные решения позволяют увидеть и прочувствовать все преимущества использования стекла в архитектуре. Совместно с крупноформатными стеклопакетами возможно использование многослойных ребер из стекла. Чтобы избежать зеленого тона, необходимо использовать особо прозрачное стекло Ultraview, которое позволяет создавать нейтральность и невесомость несущей светопрозрачной конструкции. Также интересным направлением является создание модульных крупноформатных конструкций для остекления высотных зданий, которые позволяют кардинально изменить традиционный процесс проектирования, переработки и монтажа».