Листовое стекло

Листовое стекло — это строительный и технический материал, представляющий собой плоские листы стекла, получаемые методами формования из расплавленной стекломассы. Основными характеристиками листового стекла являются толщина, прозрачность, плоскостность, оптические искажения и механическая прочность. Оно служит базовым полуфабрикатом для производства большинства видов остекления, зеркал, стеклопакетов, витрин, автомобильных стёкол и изделий с дополнительной обработкой (закалённое, ламинированное, тонированное стекло).

История

Производство листового стекла в промышленных масштабах стало возможным в XIX веке. До этого стекло изготавливали в виде полых изделий (выдувных) или небольших пластин, которые получали методом «лунного» (цилиндрического) формования. В 1905 году бельгийский инженер Эмиль Фурко разработал способ вертикального вытягивания стеклянной ленты (метод Фурко), что позволило получать листы постоянной толщины. В 1913 году в США был внедрён метод Либби-Оуэнса, основанный на вытягивании стекла с помощью валков.

Ключевым прорывом стало изобретение в 1959 году британской компанией Pilkington флоат-процесса (метод формования на расплаве олова). Этот метод, запатентованный сэром Алистером Пилкингтоном, позволил получать листы стекла с идеально ровной поверхностью, не требующей последующей шлифовки и полировки. Флоат-процесс быстро вытеснил все предыдущие технологии и остаётся доминирующим в мире по сей день. В СССР крупные заводы по производству листового стекла (например, Саратовский, Борский, Гусевский) работали по методу вертикального вытягивания до 1990-х годов, когда началось внедрение флоат-линий.

Технология производства

Флоат-процесс (основной метод)

Современное листовое стекло в подавляющем большинстве случаев производится флоат-методом. Процесс состоит из нескольких этапов:

1. Варка шихты. Сырьё (кварцевый песок, сода, доломит, известняк, сульфат натрия и другие компоненты) нагревается в стекловаренной печи до температуры около 1500–1600 °C. В результате образуется однородная расплавленная стекломасса.
2. Формование. Расплав подаётся на поверхность ванны с расплавленным оловом. Температура олова поддерживается около 1000 °C. Стекло, будучи легче олова, растекается по его поверхности, образуя ровную ленту. Толщина ленты регулируется скоростью вытягивания и натяжением.
3. Отжиг. Стеклянная лента поступает в печь отжига (лейр), где медленно охлаждается от 600 °C до 100 °C. Это необходимо для снятия внутренних напряжений, которые могут привести к самопроизвольному разрушению стекла.
4. Резка и упаковка. После охлаждения лента режется на листы стандартных размеров (например, 3210×2250 мм, 6000×3210 мм) с помощью алмазных резцов. Листы пакуются в стопы с прокладками из пробки или бумаги.

Другие методы (исторические и специальные)

• Метод Фурко (вертикальное вытягивание). Стекломасса вытягивается вверх через щель в огнеупорной лодочке. Лист получается с волнистой поверхностью, требующей шлифовки. В настоящее время практически не используется.
• Метод Либби-Оуэнса (прокат). Стекло прокатывается между двумя валками. Применяется для получения узорчатого, армированного или профильного стекла.
• Метод «лунного» стекла. Ручной способ, при котором стеклодув выдувает большой цилиндр, который затем разрезается и разворачивается в лист. Используется для реставрационных работ и в художественном стеклоделии.

Классификация и виды

Листовое стекло классифицируется по нескольким признакам.

По толщине

• Тонкое (1–3 мм). Используется для рамок для фотографий, часов, приборов, остекления мебели.
• Стандартное (4–6 мм). Основной тип для оконных переплётов, витрин, дверей.
• Толстое (8–19 мм). Применяется для витрин, перегородок, полов, лестниц, бронированных конструкций.
• Особо толстое (20 мм и более). Используется в аквариумах, бассейнах, смотровых площадках.

По оптическим свойствам

• Прозрачное (бесцветное). Стандартное стекло с коэффициентом светопропускания 85–92%.
• Цветное (тонированное в массе). Стекло, окрашенное добавлением оксидов металлов (железа, кобальта, хрома, марганца) для придания цвета (бронзовый, серый, синий, зелёный).
• Узорчатое. Стекло с рельефным рисунком на одной или обеих поверхностях, получаемое методом проката. Обеспечивает рассеивание света и частичную приватность.
• Матированное. Стекло с шероховатой поверхностью, обработанной пескоструйным аппаратом или химическим травлением. Используется для декоративных целей и в дверях.

По функциональному назначению

• Оконное стекло. Базовый тип для жилых и общественных зданий.
• Витринное стекло. Отличается повышенной плоскостностью и отсутствием оптических искажений.
• Стекло для стеклопакетов. Используется в качестве компонента для энергоэффективных и шумозащитных конструкций.
• Автомобильное стекло. Изготавливается по специальным стандартам, часто гнутое (изогнутое) и ламинированное (триплекс).
• Армированное стекло. Содержит внутри металлическую сетку, которая удерживает осколки при разрушении. Применяется в противопожарных и защитных конструкциях.

Характеристики и свойства

Физические и механические свойства

• Плотность. Около 2500 кг/м³.
• Твёрдость. По шкале Мооса 6–7.
• Прочность на сжатие. Высокая (около 1000 МПа), но на растяжение и изгиб — низкая (30–80 МПа). Это делает стекло хрупким.
• Модуль упругости. 70 000 МПа.
• Термическая стойкость. Обычное стекло выдерживает перепады температур до 60–80 °C. Закалённое стекло — до 200–300 °C.

Оптические свойства

• Светопропускание. Для бесцветного стекла толщиной 4 мм — около 90%.
• Коэффициент отражения. Около 8% для одной поверхности.
• Показатель преломления. 1,52.

Химическая стойкость

Листовое стекло устойчиво к воздействию воды, кислот (кроме плавиковой) и щелочей в нормальных условиях. При длительном контакте с влагой может происходить выщелачивание (образование налёта).

Применение

Листовое стекло является основным материалом для:

• Строительства. Остекление окон, дверей, витрин, фасадов, перегородок, балконов и лоджий.
• Производства стеклопакетов. Энергосберегающие, шумозащитные, солнцезащитные и ударопрочные конструкции.
• Автомобильной промышленности. Ветровые, боковые и задние стёкла, люки.
• Мебельной промышленности. Столешницы, полки, дверцы шкафов, зеркала.
• Приборостроения. Защитные экраны, смотровые окна, оптические элементы.
• Солнечной энергетики. Защитные покрытия для солнечных панелей.
• Декоративных и художественных целей. Витражи, мозаика, скульптура.

Стандарты и нормативы

В России качество листового стекла регламентируется ГОСТ 111-2018 «Стекло листовое бесцветное. Технические условия». Этот стандарт устанавливает требования к толщине, размерам, оптическим искажениям, наличию дефектов (пузыри, царапины, инородные включения). Для автомобильного стекла действует ГОСТ Р 57227-2016. В Европе распространён стандарт EN 572-1.

Интересные факты

• Самое большое в мире листовое стекло было произведено компанией Pilkington в 2006 году для фасада здания. Его размеры составили 18,5 × 3,2 метра, а вес — около 5 тонн.
• Флоат-процесс позволяет получать листы стекла с отклонением по толщине не более 0,1 мм на метр.
• Листовое стекло может быть переработано (рециклинг) в стеклобой, который используется при производстве нового стекла, что снижает энергозатраты на 20–30%.
• В древности стекло для окон было настолько дорогим, что его вставляли только в храмах и дворцах. В средневековой Европе окна часто затягивали бычьим пузырём или слюдой.

Источники

1. ГОСТ 111-2018 «Стекло листовое бесцветное. Технические условия».
2. Шульц М. М., Мазурин О. В. «Стекло и его свойства». — Л.: Химия, 1979.
3. Pilkington. «Float Glass Process». — Pilkington Group Limited, 1959.
4. Бутт Л. М., Поляков В. И. «Технология стекла». — М.: Стройиздат, 1971.
5. EN 572-1:2012 «Glass in building — Basic soda lime silicate glass products — Part 1: Definitions and general physical and mechanical properties».