Sticla de geam

Introducere în istoria sticlei

Primele forme de sticlă

Sticla este una dintre cele mi vechi substanţe cunoscute de om. Deşi veche de aproape 9000 ani, sticla a început să fie studiată systematic, ştiinţific, abia de vreo 250 de ani, prin lucrările începute de savantul rus M.V.Lomonosov în 1748. de atunci au apărut numeroase lucrări ştiinţifice în domeniul sticlei.

Sticla naturală, creată de lovitura trăznetului, este prima formă de sticlă cunoscută de catre om.Prima industrie a sticlei s-a dezvoltat însă în Egiptul antic. Aici s-a descoperit faptul că, acoperind pereţii unui vas din lut cu un amestec de nisip umed şi sodă, la ardere acesta se transforma în smalţ, adică într-o peliculă subţire de sticlă. Ulterior amestecul din care se obţinea smalţul a fost îmbogăţit cu var, acesta devenind un element de primă importanţă în producerea sticlei. Prin intermediul altor adaosuri (ca fier, cupru, mangan etc), egiptenii au obţinut smalţ de mai multe culori (albastru, galben, violet, prupuriu etc). Ulterior s-au obţinut din amestecul ce producea smalţul, odată ars în cantităţi mai mari decât subţirea pojghiţă de pe un vas, bulgăraşi de smalţ sau sticlă. Astfel au apărut primele obiecte făcute din sticlă - mărgelele. Se apreciază că cele mai vechi mărgele din sticlă au cca. 5000-6000 ani vechime.

Trebuie subliniat că în toată această epocă sticla produsă de egipteni era opacă! Din amestecul simplu (fără adaosuri) se obţinea o sticlă verde-maronie, asemănătoare ca aspect cu zahărul ars din zilele noastre. Pentru obţinerea unei sticle transparente era nevoie de o temperatură de minimum 1500 grade Celsius, ce nu puteau fi obţinute cu tehnologia egipteană.

Introducerea cărbunelui în producerea sticlei s-a făcut de către englezi din necesitate: lipsea lemnul folosit în alte fabrici de sticlă din lume. Procedeul Talwell de ardere a cărbunelui (1618) a făcut ca sticla să fie obţinută dintr-o singură ardere, nu din două, ca mai înainte. Totuşi temperatura maximă a cuptorului era sub 1300 grade Celsius, iar eficienţa scăzută.

După cca. 200 de ani un german, Friederic Siemens, a realizat ceea ce a fost ulterior cunoscut drept Cuptorul Siemens: un cuptor cu recuperator de căldură. Bazat nu pe cărbune, ci pe gaz, acesta folosea aerul fierbinte eliminat de cuptor pentru a preîncălzi aerul şi gazul înainte de ardere.

A fost de ajuns să apară şi cuptorul cu vană, pentru a se deschide calea industriei moderne a sticlăriei, iar sticla să devină, cu toată nobleţea sa, din obiect de lux, obiect practic, de largă întrebuinţare. In zilele noastre acest tip de sticla este ales mai cu seama de cei bogati.

La sfîrşitul secolului al XIX-lea şi începutul secolului al XX-lea apar primele maşini pentru fasonarea mecanică a sticlei: Lubbers, Colburn, Fourcault – maşini pentru geamuri.

Chimia sticlelor

Sticla este un corp solid, amorf, obtinut prin topirea unui amestec de nisip, soda calcinata, calcar si alte materii prime; prin racirea amestecului topit acesta devine rigid prin creşterea treptata a vascozitatii. Sunt materiale necristalizate (amorfe), cu rezistenta mecanica si duritate mare, cu coeficient de dilatare mic. La temperaturi mai inalte se comporta ca lichidele subracite cu vascozitate mare. Prin incalzire se inmoaie treptat, ceea ce permite prelucrarea sticlei prin suflare, presare, turnare, laminare.

Sticla este un amestec de siliciu si hidroxizi alcalini , de sodiu sau potasiu.Ca sa facem sticla avem nevoie numai de nisip curat (bioxid de siliciu) , piatra de var , carbonat de potasiu sau de sodiu si caldura.Daca aceasta caldura este suficienta, materialele se topesc formand sticla.Dificultatile stau numai in obtinerea materiilor prime in stare curata.Chiar cea mai neinsemnata impuritate poate altera calitatea sticlei.Aici sta tot secretul . Aproape oricine poate fabrica sticla , dar sticla buna sau sticla cu proprietati speciale –aceasta este o alta poveste .

Sticla nu are o structura cristalina ca metalele sau multe alte substante.Ea este ceea ce se numeste o “solutie solida“. Nu are punct fix de topire .Alte substante , daca se topesc fara sa se descompuna , isi pastreaza proprietatile lor de corpuri solide pana cand este atinsa o anumita temperatura, la care se transforma din solid in lichid.Sticla , la temperaturi foarte ridicate , este un lichid , dar racita nu inceteaza sa fie lichid.Incetul cu incetul devine din ce in ce mai vascoasa , avand tendinta de a retine basici de aer sau gaze.Incalzirea pana la indepartarea basicilor este satisfacatoare , dar nu perfecta pentru ca mai raman basicile de aer foarte mici.Fabricarea sticlei cu totul fara basici este un proces remarcabil pentru care au fost necesare secole.

Sticlele se obtin, in general, prin topirea in cuptoare speciale a unui amestec format din nisip de cuart, piatra de var, carbonat de sodiu (sau de potasiu) si materialele auxiliare.

Proprietatile fizice ale sticlelor sunt determinate de compozitia lor. Sticla obisnuita, sticla de sodiu are compozitia aproximativa 6SiO2•CaO•Na2O. Se intrebuintiaza la fabricarea geamurilor.

Proprietatile sticlei

Proprietatile fizice, fizico-mecanice si chimice ale sticlei caracterizeaza comportarea produselor din sticla la difeerite solicitari din procesul de utilizare.

Proprietatile fizice:

Masa specifica variaza intre limite largi, de la 2-8 g/cm³ in funcţie 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, exprimate prin coeficientul de transmisie, T, este cu atât mai mare cu cat transparenta sticlei este mai buna.

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

Indicele de refractie reprezinta raportul dintre viteza 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 atât 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/mm², in schimb rezistenta la compresiune este de 500-2000 N/mm², 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. Stabilitate chimica are importanta pentru sticla de laborator, pentru articole de menaj si constructii, sticla optica etc.