Procesul de fabricare a geamurilor

1. DEFINIREA STICLEI. TIPURI PRINCIPALE DE STICLA

1.1 Definirea sticlei

Sticla este un corp amorf, obtinut prin subracirea unei topituri, indifferent de compozitia chimica si domeniul temperaturii de rigidizare a acesteia. In urma cresterii treptate a vascozitatii topiturii la scaderea temperaturii, materialul dobandeste proprietatile unui solid. Trecerea din stare fluida in stare solida trebuie sa fie reversibila. O sticla nu are temperatura fixa de topire. Cand creste temperature, ea se inmoaie, vascozitatea sa scade pana cand ajunge sa fie o topitura fluida.

Se defineste o temperatura de transformare sau de tranzitie vitroasa Tg, care sticla trece din starea de topitura subracita, in starea de solid necristalin si amorf. La aceasta temperatura are loc o variatie discontinua a proprietatii sticlei, fig. 1.

Fig. 1 Variatia densitatii sticlei la cresterea temperaturii

Stare de sticla sau starea vitroasa este o stare metastabila, in timp indelungat, structura dezordonata a sticlei tinde sa dobandeasca un grad de ordonare mai mare, sticlele cristalizeaza (imbatranesc). Procesul se numeste devitrifiere si este favorizat:

- de cresterea in anumite limite a temperaturii (mobilitatea entitatii structurale devine mai mare, ceea ce favorizeaza rearanjarea retelei)

- de actiunea unor factori exterior, de ex. presiune, atac chimic, lumina puternica

Cristalizarea (imbatranirea) sticlelor este un fenomen nedorit.

Vascozitatea sticlei este o proprietate deosebit de importanta de care depinde atat prelucrarea topiturii de sticla cat si recoacerea produselor fasonate. Vascozitatea sticlei variaza intre 10 Pa.s pentru topitura de sticla si 1018 Pa.s pentru sticla solida. Vascozitatea sticlelor si dependenta de temperatura a acesteia este influentata de caracteristicile compozitionale ale sticlei.

In functie de vascozitatea sticlei se definesc urmatoarele temperaturi caracteristice. Tab. 1.

Tabelul 1 Variatia vascozitatii in functie de temperatura

Vascozitatea, Pa.s Denumirea temperaturii caracteristice

103 Temperatura optima de prelucrare (prelucrarea este posibila intr-un interval mai larg de 102-108 Pa.s, in functie de procedeul de prelucrare

104 Temperatura de curgere

106,6 Temperatura de inmuiere

1012 Temperatura superioara de recoacere (detensionarea se realizeaza an 15 minute)

1013,5 Temperatura inferioara de recoacere (detensionarea dureaza in jur de 15 ore)

In functie de marimea intervalului de temperatura in care vascozitatea sticlei se situeaza intre 102-108 Pa.s, se deosebesc (fig. 2):

- sticle lungi, intervalul de temperatura de prelucrarea este mai mare, se prelucreaza mai usor, contin o proportie mai mare de oxizi alcalini

- sticle scurte, intervalul de temperatura de prelucrare este mai mic, trebuie prelucrate rapid, contin o proportie ceva mai mare de oxizi alcalino-terosi.

Fig. 2 Variatia vascozitatii in functie de temperatura pentru sticle lungi si sticle scurte

Compozitia chimica a sticlei cuprinde in principal:

-oxizi acizi, formatori de retea, cum sunt SiO2, B2O3, P2O5, Al2O3

-oxizi alcalini, usureaza topirea (rol de fondant), Na2O, K2O, Li2O

-oxizi alcalino-terosi si ai metalelor grele, influenteaza diferite proprietati ale sticlelor cum sunt rezistenta mecanica, stabilitatea chimica, rezistenta la socul termic, proprietati optice, MgO, CaO, BaO, BeO, ZnO, PbO etc.

Proprietatile sticlei:

Propritatile fizice, fizico-mecanice si chimice ale sticlei caracterizeaza comportarea produselor din sticla la diferite solocitari din procesul de utilizare.

Proprietatile fizice:

- Masa specifica variaza intre limite largi, de la 2-8 g/cm? in functie de compozitia chimica si de viteza de racire.

- Proprietatile termice sunt exprimate prin conductibilitatea termica, dilatarea termica, stabilitatea termica.

- Dilatarea termica a sticlei este redusa.

- Conductibilitatea termica a sticlei este redusa.

- Stabilitatea termica reprezinta capacitatea sticlei de a rezista la variatii mari si rapide de temperatura, fara sa se distruga.

Proprietatile optice:

- Transmisia luminii, exprimata prin coeficientul de transmisie T, este cu atat mai mare cu cat transparenta sticlei este mai buna.

- Absorbtia liminii, exprimata prin coeficientul de absorbtie A, este invers proportionala cu transmisia.

- Indicele de refractie reprezinta raportul dintre vitaza de deplasare a unei oscilatii electromagnetice de o anumita lungime de unda, in aer si in materialul studiat.

- Reflexia luminii se exprima prin coeficientul de reflexie R.

Conductibilitatea electrica a sticlei este mica la temperatura mediului, de aceea sticla se incadreaza in categoria izolatorilor electrici.

Proprietatile mecanice:

- Duritatea este importanta atat in timpul utilizarii, cand este supusa operatiilor de zgariere, afectandu-se aspectul si rezistenta mecanica, cat si in timpul prelucrarii.

- Fragilitatea sau rezistenta la soc mecanic este o proprietate negativa a sticlei, din care cauza ii limiteaza utilizarile.

- Rezistenta la tractiune a sticlei obisnuite este de 30-100 N/mm?, in schimb rezistenta la compresiune este este de 500-2000 N/mm?, ceea ce inseamna ca este mult mai mare fata de a altor materiale.

Proprietatile chimice exprima comportarea sticlei la actiunea distructiva a apei, acizilor, bazelor, sarurilor si a gazelor din atmosfera. Stabilitatea chimica are importanta pentru sticla de laborator, pentru articole de menaj si constructii, sticla optica, etc.

1.2 Tipuri principale de sticla

Sticle silico-calco-sodice

Cuprind aproape toate sticlele de larg consum (de geam, de menaj, ambalaj, diferite sticle tehnice). Din cele 3 materii prime principale: cuart (SiO2), calcar (CaCO3) si soda (Na2CO3), primele 2 sunt sensibil mai ieftine dar, o sticla cu continut mai redus de Na2O se topeste mai greu (la temperaturi ami ridicate), deci necesita un consum mare de combustibil si are tendinta de cristalizare mai pronuntata, ceea ce ingreuneaza fasonarea. Din aceasta cauza continutul de Na2O este, de regula, in jur de 15%.

Afara de acesti 3 oxizi principali, sticlele silico-calco-sodice contin, de regula, cantitati mici de alti oxizi.