СКЛО І ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ
Властивості скла визначаються насамперед, складом входять до нього оксидів. Головними стеклообразующие оксидами є оксидикремнію, фосфору і бору, відповідно до чого скла називають силікатними, фосфатними або боратного. Переважна більшість промислових стекол є силікатними. Фосфатні скляні розплави застосовують в основному для виробництва оптичних, електровакуумних стекол, боратного - для спеціальних видів скла (рентгенопрозорий, реакторних і ін.) Змішані боросилікатне скла застосовують для виготовлення оптичних і термічно стійких скловиробів.
Хімічний склад стекол в значній мірі впливає на їх властивості. Будівельне скло містить 71,5 - 72,5% SiO 2, 1,5 - 2% Al 2 O 3, 13 - 15% Na 2 O, 6,5 - 9% CaO, 3,8 - 4,3% MgO і незначна кількість інших оксидів (Fe 2 O 3, K 2 O, SO 3). Збільшення вмісту оксидів Al 2 O 3, CaO, ZnO, B 2 O 3, BaO підвищує міцність, твердість, модуль пружності скла і знижує його крихкість. Підвищений вміст SiO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3, Fe2 O 3 збільшує теплопровідність. Оксиди лужних металів, а так само CaO, BaO підвищують температурний коефіцієнт лінійного розширення, а SiO 2, Al 2 O 3, ZnO, B 2 O 3, ZrO 2 зменшують його. Введення до складу скла оксиду свинцю замість частини SiO 2 і Na 2 O замість K 2 O призводить до підвищення блиску і світлової гри, що дозволяє отримувати кришталеві вироби. Добавки фторидів і пятиокиси фосфору зменшують прозорість стекол, дозволяють отримувати «глушене», непрозорі скловироби. Таким чином, варіювання хімічного складу стекол дозволяє змінити їх властивості в потрібному напрямку, згідно з областю їх використання.
Скло як будівельний матеріал володіє цілим рядом цінних якостей, не властивих іншим матеріалам, і перш за все, прозорість при високій щільності і міцності, у зв'язку з чим воно є незамінним матеріалом для светопроемов.
Щільність звичайного будівельного скла, складає 2,5 т / м 3. Зі збільшенням вмісту оксидів металів з низькою молекулярною масою (B2 O 3, LiO 2) щільність скла знижується до 2,2 т / м 3, із збільшенням вмісту оксидів важких металів (свинцю, вісмуту та ін) щільністьпідвищується до 6 т / м 3 і більше.
Міцність при стисканні скла досягає 700 - 1000 МПа, міцність при розтягуванні значно нижче - 30 - 80 МПа. Міцнісні показники виробів зі скла залежать не тільки від складу, але й від цілого ряду інших факторів: способу отримання, режиму теплової обробки, стануповерхні, розмірів виробу. Низька міцність скла при розтягуванні і вигині обумовлена наявністю на його поверхні мікротріщин, мікронеоднорідною та інших дефектів. Теоретична міцність скла при розтягуванні, розрахована різними способами, досягає 10000 МПа.
Для підвищення міцності скла застосовують різні технологічні прийоми: підвищення температури відпалу, гартування, травлення і комбіновані методи, покриття поверхні різними плівками, мікрокрісталлізація, армування, тріплексованіе та ін При травленні скла плавиковою кислотою відбувається розчинення поверхневого шару і видалення найбільш небезпечних дефектів, в результаті чого міцність скла підвищується в 3 - 4 рази і більше. Загартовування відпалених стекол збільшує міцність у 4 - 5 разів. Комбіновані способи гарту і травлення дозволяють значно підвищити міцність скла (до 800 - 900 МПа). Зміцнення скла після травлення шляхом нанесення силіконової плівки призводить до підвищення міцності скла в 5 - 10 разів.
Термохимический спосіб зміцнення скла полягає в гартуванні з подальшою обробкою кремнийорганической рідиною, що дозволяє отримати загартоване скло із захисною плівкою кремнекислородних і міцністю при вигині до 550 - 570 МПа.
На міцність скла при розтягуванні і вигині в значній мірі впливає розмір виробу. Так, міцність на розтяг скляного волокна діаметром 10-3 мм досягає 200 - 500 МПа, що значно вище показників для масивного скла. Вплив тривалих навантажень знижує міцність скла приблизно в 3 рази, після чого значення цього показника стабілізується. Настає так зване явище втоми скла, яке обумовлено впливом навколишнього середовища, і перш за все води. Міцність скла змінюється зі зміною температури. Скло має мінімальну міцність при +200 0 С, максимальну при - 200 0 С і +500 0 С. Збільшення міцності при зниженні температури пояснюють зменшенням дії поверхнево-активних речовин (вологи), а при високих температурах (до 500 0 С) можливістю появи пластичних деформацій.
Модуль пружності стекол лежить в межах 45000 - 98000 МПа. Ставлення модуля пружності до міцності при розтягуванні (Е / R p) - так званий показник крихкості скла - сягає 1300 - 1500 (у сталі він становить 400 - 450, у гуми - 0,4 - 0,6). Чим більше показник крихкості матеріалу, тим при меншій деформації напругу в матеріалі досягає межі міцності.
Скло є типово крихкими матеріалами. Вони практично не відчувають пластичної деформації і руйнуються, як тільки напруга досягає межі пружної деформації. Крихкість скла - величина зворотна ударної міцності. Ударна міцність при вигині звичайного скла складає 0,2 МПа, загартованого - 1 - 1,5 МПа. Крихкість можна знизити збільшенням вмісту в склі оксидів B 2 O 3, Al 2 O 3, MgO, а так самозагартуванням стекол, травленням кислотою та іншими способами його зміцнення. Твердість звичайних силікатних стекол становить 5 - 7 за шкалою Мооса. Кварцове скло і містять бор малощелочние скла мають б о більшу твердість.
Теплоємність промислових стекол коливається в межах 0,3 - 1,1 кДж / (кг * 0 С), збільшуючись з підвищенням температури і вмісту оксидів легких металів.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення звичайних будівельних стекол порівняно невисокий, він лежить в межах (9 - 15) * 10-6 0 С -1, збільшуючись з підвищенням вмісту в склі лужних металів. Найменший температурний коефіцієнт лінійного розширення у кварцового скла: 5 * 10 -7 0 С -1.
Термостійкість скла визначається сукупністю термічних властивостей (теплоємність, теплопровідність, температурним коефіцієнтом лінійного розширення), а так само розмірами і формою виробу. Кварцові і боросилікатне скла мають найбільшу термостійкість. Тонкостінні вироби більш термостійкі, ніж товстостінні.
Електричні властивості скла оцінюються об'ємної та поверхневої електропровідністю. Електропровідність визначає можливість застосування скла в якості ізоляторів і враховується при розрахунку режимів роботи скловарних електропечей. При нормальній температурі об'ємна електрична провідність стекол мала. Із зростанням температури вона підвищується. Збільшення вмісту в складі лужних оксидів, особливо оксиду літію, підвищує електропровідність скла. Загартування стекол призводить до збільшення їх електропровідності, кристалізація - до її зменшення.
Скло володіє просто унікальними оптичними властивостями: светопропусканием (прозорістю), світлозаломлення, відображенням, розсіюванням. Світлопропускання скла досягає 92%. Воно знаходиться в прямій залежності від його відбиває та поглинання. Показник заломлення для звичайних будівельних стекол складає 1,46 - 1,51. Він визначає світлопропускання скла при різних кутах падіння світла. При зміні кута падіння світла з 0 0 (перпендикулярно площині скла) до 75 0 світлопропускання зменшується з 92 до 50%. Коефіцієнт відображення може бути знижений або збільшений шляхом нанесення на поверхню скла спеціальних прозорих плівок певної товщини і з меншим або більшим показником заломлення, вибірково відображають промені з певною довжиною хвилі.
Поглинаюча здатність скла в значній мірі залежить від його хімічного складу, збільшуючись з підвищенням вмісту оксидів важких металів, і від товщини виробів. Багато спеціальні види скла (наприклад, сонцезахисні) відрізняються значним светопоглощение - до 40%.
Звичайні силікатні стекла добре пропускають всю видиму частину спектру і незначну частину ультрафіолетових і інфрачервоних променів.
Поглинання ультрафіолетової області спектра досягається збільшенням вмісту в склі оксидів титану, свинцю, хрому, сурми, тривалентного заліза і сульфідів важких металів. Поглинання інфрачервоної області спектра досягається при фарбуванні скла Fe 2 + та Cr 2 +.Кварцові скла добре пропускають короткохвильову інфрачервону та ультрафіолетову області спектру, а серністомишьяковие скла - довгохвильові інфрачервоні випромінювання. Для пропускання ультрафіолетових променів вміст оксидів заліза, титану, хрому в скляній шихті повинно бути мінімальним. Скло, пропускають рентгенівські промені, містять оксиди легких металів - L 2 O, BeO, B 2 O 3. Таким чином, змінюючи хімічний склад скла і застосовуючи різні технологічні прийоми, можна отримати спеціальні види стекол з сонце-і теплозахисними властивостями, Предопределяющими теплотехнічні і світлотехнічні показники світлопрозорих огороджень.
Хімічна стійкість скла характеризує їх опірність руйнуючій дії водних розчинів, атмосферних впливів і інших агресивних середовищ.Силікатні скла відрізняються високою стійкістю до більшості хімічних реагентів, за винятком плавикової і фосфорної кислот. Хімічна стійкість силікатних стекол пояснюється утворенням при впливі води, кислот і солей захисного нерозчинного поверхневого шару з гелеобразной кремнекислоти - продукту розкладання силікатів.
СКЛЯНІ МАТЕРІАЛИ
Листове світлопрозоре і светорассеивающее скло
Вітринне скло виробляється двох марок: М7 - поліроване і М8 - Неполіроване, товщиною 6,5-12 мм і максимальних розмірів 3000x6000 мм. Застосовується для заскління вітрин, вітражів і вікон громадських будівель. Світлопропускання вітринного скла 75-83%.
Скло листове візерункове має на одній або обох сторонах чіткий рельєфний візерунок і виготовляється способом прокату. Візерункове скло буває безбарвним і кольоровим, забарвленим в масі або нанесенням на поверхню його плівок оксидів різних металів. Застосовується для декоративного скління віконних і дверних прорізів, внутрішніх перегородок, критих веранд і т.д. Для цих же цілей застосовується листове скло "мороз", що має на одній стороні візерунок, що нагадує памороззю скло.
Армоване листове безбарвне і кольорове скло для пристрої світлових прорізів, ліхтарів верхнього світла, огороджень в будівлях і спорудах різного призначення. Армоване скло може мати обидві поверхні або одну поверхню гладкими, рифленими або візерунковими. Для армування застосовується зварна або кручена сітка із сталевого дроту зі світлою поверхнею або з захисним алюмінієвим покриттям. Діаметр дроту сітки 0,45-0,60 мм. Сітка має квадратні або шестикутні осередки розмірами 12,5 і 25 мм. Армоване скло відрізняється підвищеною міцністю і вогнестійкістю. Світлопропускання безбарвного армованого скла 65-75%.
Увіолеве скло пропускає 25-75% ультрафіолетових променів і застосовується для заскління оранжерей і заповнення віконних прорізів у дитячих і лікувальних установах. Таке скло отримують з шихти з мінімальними домішками оксидів заліза, титану, хрому.
Загартоване скло являє собою листове або іншої форми скло з підвищеною механічною міцністю і термічною стійкістю.Використовують для скління дверей, перегородок, огорожі ліфтових шахт, балконів, сходів, а так само для виготовлення електронагреваемих не замерзають стекол. Товщина більше 5 мм, воно витримує удар вільно падаючого сталевої кулі масою 800 гр. з висоти 120 см. Безпечно.Осколки цього скла має тупі ребра і краю.
Багатошарове скло (триплекс), армоване чи неармоване, складається з декількох листів скла, міцно склеєних між собою прозорою еластичною прокладкою, найчастіше з полівінілбутірольной плівки. При ударі воно не дає осколків і є безпечним.
Теплопоглинальне скло призначене для захисту інтер'єрів будівель від впливу прямого сонячного випромінювання і зменшення сонячної радіації в приміщеннях. Скло блакитного, сірого і бронзового відтінків одержують введенням до складу скломаси оксидів кобальту, заліза або селену. Затримуючи велика кількість інфрачервоних променів, скло нагрівається і піддається великим температурним деформаціям. Тому при Остеклення слід передбачати достатній зазор між рамою і склом.
Застосовується з метою зменшення нагрівання сонцем приміщень житлових, культурних, громадських та промислових будівель.
Теплоотражающєє скло застосовується для нагріву приміщень від сонячних і теплових променів. Виготовляється нанесенням на поверхню тонких (0,3-1 мкм) плівок металів та їх оксидів. Світлопропускання стекол 30-70%, а пропущення тепла 40-60%. У зв'язку з тим, що в таких стеклах велика частина інфрачервоних променів не поглинається, а відображається, саме скло майже не нагрівається. Внаслідок зменшення випромінювання з приміщення вони підвищують теплозахист взимку. Стекла мають різне забарвлення: золотисту, блакитну, помаранчеву і ін
Електропровідне скло застосовується в будівництві для склопакетів, що використовуються як джерела тепла. Електропровідні прозорі покриття наносяться на скло з метою обігріву скла та запобігання запотівання. Покриття отримують напиленням на поверхню скла тонкої (0,5 мкм) плівки солей металевого срібла. Скло стійке до радіоактивних випромінювань застосовується при будівництві АЕС і підприємств з виготовлення ізотопів. Для поглинання радіоактивних променів використовуються скла з високим вмістом свинцю і бору. Наприклад, важке свинцеве скло щільністю 6200 кг/м3, що містить 80% оксиду свинцю, по своїй захисній здібності в цьому відношенні еквівалентно сталі.