Формование ленты стекла

Превращение стекломассы в твердое изделие заданной конфигурации в результате приложения внешних сил и его постепенного охлаждения и твердения называют формованием.

Стекломасса не имеет себе равных по способности к формованию. Процесс формования стеклоизделий отличается простотой и разнообразием. Благодаря вязкости и текучести стекломасса легко растекается по поверхности, отливается в форму, вытягивается в виде нитей, лент, стержней, труб, дротов или раздувается (газом) в тонкие волокна. В вязкопластичном состоянии стекломасса поддается выдуванию, прессованию и прокатке в плоский лист или профилированные изделия. В размягченном состоянии стекло легко изгибается, спекается, сваривается, вспенивается.

Универсальная способность стекломассы к формованию заложена в самой ее природе и обусловлена особенностями структурирования стеклообразного состояния:

• переход из жидкотекучей стекломассы в твердое стекло не сопровождается скачкообразным изменением свойств и структуры, поэтому изменение объема и деформации материала при формовании незначительны;
• способность стекла обратимо и постепенно затвердевать и размягчаться в результате монотонного нарастания и понижения вязкости в зависимости от температуры обеспечивает возможность регулирования свойств материала (текучести, пластичности) в ходе процесса формования;
• высокие значения поверхностного натяжения стекла и характер его изменения с температурой способствуют переходу стекломассы в каплевидную форму, оплавлению краев изделий, выравниванию (полированию) поверхности стекла и являются необходимым условием процессов выдувания стекла, огневой полировки стекла, капельного питания автоматов стекломассой;
• высокая теплоизлучательная способность стекломассы благоприятно влияет на ход процесса формования, так как за счет излучения увеличивается теплоотдача;
• низкая теплопроводность стекла обусловливает своеобразный характер охлаждения и твердения стекла преимущественно с поверхности, что способствует формованию и обеспечивает осуществление процессов формования вытягиванием, выдуванием.

Различают две стадии формования стеклоизделий:

Первая стадия – формообразование. Стекломасса приобретает конфигурацию изделия в результате ее деформации. Скорость и продолжительность стадии формообразования зависят от реологических (текучести, вязкости, пластичности) и поверхностных свойств стекломассы (η = 10²– 4∙10⁵Па∙с; Т = 1200–800°С).

Вторая стадия – фиксация формы. В результате охлаждения стекломасса интенсивно твердеет, происходит закрепление достигнутой конфигурации. Скорость и продолжительность стадии фиксации формы определяется характером изменения вязкости стекломассы с температурой (η=10⁸–10¹² Па∙с; Т = 900–500°С).

Зависимости времени формования и фиксации формы от скорости твердения стекла противоположны. Поэтому существует оптимальная скорость охлаждения, при которой время первой и второй стадии равно (τ₁ = τ₂), в этом случае производительность формующего оборудования максимальна. На практике τ₂ > τ_1. Непроизводительное время затрачивается на охлаждение и твердение стекломассы: Δτ = τ₂ – τ₁.

Время и скорость формообразования определяются:

1. удельным усилием, затраченным на деформацию стекломассы при формовании;
2. давлением (Р), необходимым для преодоления сил внутреннего трения стекломассы при формовании;
3. плотностью стекломассы (ρ), определяющей силу тяжести, под действием которой она растекается: F = m ∙ g = ρ ∙ V ∙ g;
4. обратимостью температурной зависимости вязкости, что позволяет повторно разогревать стекломассу, осуществлять перенос изделий из одной формы в другую;
5. поверхностным натяжением, которое обусловливает удельное напряжение сжатия под давлением.

Скорость и продолжительность стадии фиксации формы стекла определяется характером и интенсивностью твердения стекла и зависит от:

1. температурного хода кривой вязкости – «длина» стекла зависит от состава стекла;
2. теплофизических свойств стекла (коэффициенты теплопроводности, температуропроводности, теплопередачи, теплоемкости С_р), которые определяют сложный характер теплообмена стекломассы с внешней средой: стекло – воздух – при выдувании; стекло – металл – при прессовании; стекло – металлические (охлаждаемые водой) валки – при вытягивании, прокатке;
3. степени равномерности охлаждения и твердения стекла, распределения температуры по толщине изделий.

Способы формования стеклоизделий делятся на:

• непрерывные – вытягивание, прокатка. Первая и вторая стадии формования осуществляются одновременно и разделены в пространстве;
• циклические – прессование, выдувание, прессовыдувание, центробежное формование. Включают чередование нескольких операций (циклов), первая и вторая стадии разделены во времени.

Непрерывными способами формования получают плоские и цилиндрические изделия с бесконечным размером в направлении формования (лента, труба, волокно).

Производство листового стекла осуществляется способом вытягивания. Вытягивание происходит под действием односторонних растягивающих усилий. В методе вертикального вытягивания сила тяжести препятствует действию внешних сил. Показана схема получения ленты стекла методом вертикального вытягивания. Керамическая лодочка заглубляется в стекломассу, сквозь щель в лодочке выдавливается стекломасса в виде луковицы, сверху опускается металлический лист с зазубринами, смачивается стекломассой и начинает подниматься с помощью системы валков, за ним тянется лента стекла; охлаждением ленты, с помощью охлаждаемых фартучных холодильников, осуществляется закрепление формы. Отжиг ленты стекла осуществляется в шахте машины ВВС.

Показана схема получения ленты стекла флоат-методом. Стекломасса из стекловаренной печи перетекает в ванну с расплавленным оловом и растекается по ее поверхности под действием силы тяжести, сила поверхностного натяжения препятствует растеканию, вытягивающая сила рольганга способствует продвижению ленты стекла в направлении формования, в условиях равновесия лента принимает равновесную толщину. Одновременно с формованием осуществляется полировка нижней поверхности ленты стекла за счет скольжения по олову, а верхней поверхности – за счет огненной полировки, так как температура формования составляет 850°С.

Производство узорчатого, волнистого, армированного (с металлической сеткой) листового стекла, коврово-мозаичной и облицовочной стеклянной плитки осуществляется методом прокатки. Скорости проката: узорчатое 4–6 мм – 120–300 м/ч; армированное 5–6 мм – 100–240 м/ч. Прокатка осуществляется под действием двусторонних (сжимающе-растягивающих) усилий (создаваемых вращающимися валками). Сила тяжести способствует действию внешних сил.

Ф. С. Энтелис. Формование и горячее декорирование стекла. Учебное пособие для специальности 2222 — Статьи

Предисловие И. Ф. Энтелис.

Эта книга написана известным инженером-технологом по стеклу, профессором художественно-промышленного училища имени В. И. Мухиной Федором Семеновичем Энтелисом как пособие для студентов, а также для художников стекольных заводов.

Федор Семенович (1907-1995 гг.) после окончания гимназии в городе Каменец-Подольске не долго размышлял, куда поступать: в городе его интересовал только Силикатный Институт. С раннего детства его влекло к себе стекло как материал для создания изумительных по красоте изделий. Уже тогда он заинтересовался технологией их изготовления в древнейшие времена, пытался проникнуть в тайны их создания. Закончив в 20 лет институт, Федор Семенович был направлен на стекольный завод в г. Константиновка на Донбассе ночным мастером. Там в тесном контакте со старыми опытными мастерами он постигал секреты варки стекла, пока только оконного, которые не преподавались в институте. Однако, поступая в институт, он мечтал о художественном стекле, и жизнь последовательно вела его к этой цели. Час «Х» наступил, когда Федор Семенович узнал, что по решению советского правительства необходимо готовить экспонаты для всемирной выставки в Нью-Йорке (1939 г.). Скульптор И. М. Чайков предложил изготовить хрустальный фонтан высотой 4,25 м. с четырехметровой в диаметре цельной чашей. Никто из технологов не брался за эту труднейшую задачу и Федор Семенович, обдумав все предварительно, предложил свои услуги. Задача была успешно выполнена. Это был первый очень серьезный опыт Ф.С. Энтелиса в художественном стеклоделии.

 В 1939 г. Федор Семенович познакомился с профессором Ленинградского Технологического института Н. Н. Качаловым, и они задумали создание при Ленинградской фарфоровой фабрике экспериментального цеха художественного стекла. Его художественным руководителем была назначена Вера Игнатьевна Мухина, которая очень интересовалась художественным стеклом. Проектировал цех Ф. С. Энтелис. До начала войны здесь были собраны лучшие силы рабочих-стеклодувов с разных заводов, а также несколько замечательных художников. Война прервала надолго эти интересные работы, но сразу после войны в 1947 году Федор Семенович вернулся на завод и продолжил работы по художественному стеклу вместе с Н. Н. Качаловым, В. И. Мухиной и многими талантливыми художниками и мастерами. Завод регулярно участвовал в отечественных и международных выставках, неизменно завоевывая призы и признание. Впоследствии, в 1949 году, на заводе была изготовлена гигантская хрустальная ваза в подарок И. В. Сталину (худ. Б. А. Смирнов, инж.-техн. Ф. С. Энтелис).

Федор Семенович Энтелис постоянно консультировал сотрудников Эрмитажа, реконструируя вместе с ними сложные задачи по технологии изготовления античных изделий из стекла. При его участии выпущены монографии «Испанское стекло», «Античное стекло» и  «Русское художественное стекло».

Учитывая, что предлагаемая вам книга была издана давно и небольшим тиражом, мы решили опубликовать ее в Интернете.  
 

И. Ф. Энтелис

Скачать книгу (pdf)

Ф. С. Энтелис. Формование и горячее декорирование стекла
Учебное пособие для специальности 2222. Л., 1982. 139 с.

Размещено с разрешения наследников автора.

11.02.2010, 10142 просмотра.

Литье стекла на заказ: производитель прецизионного литья стекла

Литье стекла: Производитель прецизионного формования стекла

Изделия из формованного стекла Производитель формованного стекла Производитель прецизионного формования стекла Производитель каминных щитов