Пеностекло – теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Пеностекло – высокопористый ячеистый материал, получаемый спеканием тонкоизмельченного стеклянного порошка и газообразователя.
В качестве основного источника сырья используется стекло, которое может являться боем оконного, бутылочного и других видов стекол, накапливающихся в твердых бытовых и промышленных отходах. Таким образом, получение пеностекла сопровождается утилизацией стекла – отхода, практически не разлагающегося со временем и накапливающемся в окружающей среде в виде отхода человеческой жизнедеятельности.
Считается, что пеностекло было изобретено в 1930-х годах советским академиком И.И. Китайгородским и в США – в начале 1940-х фирмой Corning Glass Work. Вначале предполагалось применять пеностекло в качестве плавающего материала. Но вскоре выяснилось, что оно дополнительно обладает высокими тепло– и звукоизоляционными свойствами, легко подвергается механической обработке и склеиванию. Впервые бетонные плиты с теплоизоляционной прослойкой из пеностекла были применены в 1946 году при строительстве одного из зданий в Канаде.
По своему строению пеностекло напоминает затвердевшую пену. Различные виды «пены» отличаются различными размерами «пузырьков» (что зависит от поставленных перед теплоизоляционным материалом задач).
В зависимости от назначения пеностекло подразделяется на:
– изоляционно-строительное, применяемое для изоляции стен и кровли жилых, общественных и промышленных зданий,
– изоляционно-монтажное – для утепления установок с отрицательными температурами, промышленного оборудования и трубопроводов,
– влагозащитное с водопоглощением не более 2 % по объему,
– легкое для изоляции строительных конструкций и оборудования,
– гранулированное для засыпной теплоизоляции,
– как наполнитель пенопластов.
Влагозащитное пеностекло, применяемое в условиях глубокого холода, имеет замкнутые поры.
Пеностекло характеризуется высокой прочностью, хорошими тепло– и звукоизоляционными свойствами, водостойкостью, негорючестью, биостойкостью, низкой теплопроводностью. Теплоизоляционное пеностекло легко поддается механической обработке – пилению, сверлению, шлифованию. Пеностекло можно изготовлять окрашенным в различные цвета и оттенки: от белого до черного. Теплоизоляционное пеностекло – хороший теплоизоляционный материал для стен и перекрытий различных строительных сооружений, а также для изоляции промышленных холодильников и технологического оборудования, работающего при отрицательных температурах, например хранилищ сжиженных газов. Прочность, легкая обрабатываемость, негорючесть создают благоприятные условия для его применения в строительных конструкциях.
Наряду с отличными теплоизоляционными свойствами и полной экологической и гигиенической безопасностью, пеностекло имеет высокую прочность, негорючесть, удобство обработки и простоту монтажа, способность сохранять эти показатели на протяжении длительного времени постоянными. Материал стоек ко всем обычно применяемым кислотам и их парам, не пропускает воду и водяной пар, не подвержен поражению бактериями и грибками, непроходим для грызунов, не поддерживает горение, не выделяет дым и токсичные вещества.
Одно из самых важных его преимуществ – практически неограниченный срок службы. Это обеспечивается за счёт того, что основным материалом изготовления является стекло, которое не подвержено старению. Благодаря этому физикомеханические свойства пеностекла остаются неизменными практически неограниченное время
Производство
В настоящее время основной технологией производства пеностекла является т. н. «порошковая»: тонкоизмельчённое силикатное стекло (частицы 2—10 мкм) смешивается с газообразователем (обычно – углеродом), получившаяся однородная механическая смесь (шихта) в формах, либо на конвейерной ленте поступает в специальную туннельную печь. В результате нагрева до 800–900 °C частицы стекла размягчаются до вязко-жидкого состояния, а углерод окисляется с образованием газообразных CO2 и CO, которые и вспенивают стекломассу. Механизм реакции газо– и пенообразования достаточно сложен и не ограничивается только реакцией окисления углерода кислородом воздуха, более важную роль играют окислительно-восстановительные процессы взаимодействия углерода с компонентами размягчённого стекла. Применяют с этой целью отходы обычного стекла или легко спекающиеся горные породы с повышенным содержанием щелочей – трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф. В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, известняк, мрамор. Углеродсодержащие газообразователи создают в пеностекле замкнутые поры, а карбонаты – сообщающиеся. Не следует путать пеностекло с продуктами вспенивания водных растворов растворимого стекла. Вспенивание т. н. «жидкого стекла» происходит при температурах около 100–200 °C в результате бурного удаления воды из становящегося вязким раствора. Продукт вспенивания растворимого стекла абсолютно не стоек к действию даже холодной воды, в отличие от пеностекла, химическая стойкость которого сопоставима с исходным листовым или тарным стеклом.
Пеностекло используется главным образом в качестве универсального теплоизолятора: в строительном комплексе; жилищно-коммунальном комплексе; в сельском хозяйстве; энергетике; машиностроении; химической и нефтехимической отраслях; пищевом; бумажном; фармацевтическом и других производствах.
Посуда из стекла
Для создания смеси для производства посуды используют основные сырьевые материалы и вспомогательные. Первые образуют стеклянную основу. К ним относятся: кремнезем оксид цинка или алюминия, борный ангидрид, известняк, доломит, сода, сульфат натрия, витерит, глет и свинцовый сурик. Второй тип сырья помогает придать изделию высокие технические характеристики и желаемый цвет, оттенок, форму. Для этого активно используются ускорители варки стекломассы, ее осветлители, красители, окислители, обесцветиватели, восстановители и глушители.
– Красители при варке стеклянной основы придают ей желаемый цвет. Они подразделяются на коллоидно-дисперионные: химические соединения сурьмы, селена, меди, серебра или золота и молекулярные: оксиды легких и тяжелых металлов.
– Обесцвечивающие добавки удаляют или снижают активность красителей стекломасс. В их качестве применяется хлористый натрий, селитра, оксиды сурьмы и другие химические соединения.
– Глушители придают стекломассе непрозрачность и окрашивают изделия в белый цвет. Для этого в основу добавляются химические соединения сурьмы и олова, фосфорно-кислые или фтористые компоненты.
– Восстановитель и окислитель материалов необходим при варке цветной стеклянной основы. Обычно это винный камень, углерод, двухлористое олово, натриевая или калиевая селитра.
– Ускорители варки стекломассы сокращают время на производство стеклянной посуды и сувениров. Для этого используют алюминиевые соли, борный ангидрид или фтористые вещества.
После определения количества необходимых компонентов для приготовления стеклосмеси – шихты и ее непосредственного смешивания начинается процесс варки массы. Часто для увеличения выхода продукции и сокращения временных и материальных затрат заводами-производителями в шихту добавляется до 30 % стекольного боя, оставшегося от предыдущего производства изделий, имеющих аналогичный состав.
Стекловаренные печи способны переплавить смесь в качественную стекломассу и остается только перейти к следующему этапу производства стеклянной посуды.
Производство
Выработка посуды для повседневного использования может производиться четырьмя основными способами. Все они отличаются по технологии, трудозатратам и качеству готовых изделий.
Под давлением нагнетаемого в трубку воздуха стеклянная масса расширяется, превращаясь в толстостенный пузырь
Выдувание
При производстве посуды выдувным способом вручную полуостывшую расплавленную стеклянную массу набирают на один конец стальной трубки, имеющей в верхней части резиновый баллон, с помощью которого в трубку нагнетается воздух. Изобретение такой трубки советскими инженерами А.Я. Гринбергом, М.С. Гандшу и И.С. Благообразовым является крупнейшим достижением. До этого воздух в трубку вдувался стеклодувом непосредственно ртом, что делало изнурительным его труд.
Под давлением нагнетаемого в трубку воздуха стеклянная масса расширяется, превращаясь в толстостенный пузырь, называемый баночкой. Последняя после подогревания в печи, иногда и после дополнительного набора на нее стеклянной массы, раздувается в специальных формах, в которых принимает очертания определенного изделия или его части. Формы бывают нераскрывными (для обыкновенных стаканов и других изделий простой формы) и раскрывными (для фигурных изделий – графины, кувшины и др.)
Изделия сложной формы (рюмки, бокалы, изделия с ручками) изготовляют по частям, которые соединяются раньше того момента, когда стекло начнет застывать.
Если у изделий при выдувании должна быть отделана верхняя часть (горлышко у графинов, верхняя часть кувшинов и т. п.), то их после выдувания в формах закрепляют донышком на так называемой понтии (железный прут с кружком на конце), либо захватывают различными инструментами (хватками), а затем отделяют от выдувальной трубки.
После выдувания изделия направляют в специальные печи для так называемого отжига, при котором изделия выдерживают некоторый срок при температуре 500–600 °C и затем медленно охлаждают.
Благодаря такому постепенному охлаждению стекло равномерно сжимается во всех слоях и становится термически более устойчивым, т. е. способным выдерживать резкие колебания температуры в известных пределах.
Отожженные изделия подвергаются механической обработке, которая состоит из следующих основных операций: а) удаления колпака, т. е. верхней части изделия; б) отделки края – выравнивания края изделия после отрезания колпака шлифовкой сначала с помощью кашицы из песка и воды на вращающихся чугунных кругах (шайбах), а затем на вращающихся каменных кругах и, наконец, полировкой на деревянных кругах с помощью тонко измельченных шлифующих материалов; в) отделки дна, горла и пробки – выравнивания их поверхности шлифовкой и полировкой.
У тонкостенных изделий (стаканы, рюмки и др.) край верха иногда не полируют, а оплавляют на специальных машинах.
Машинное выдувание применяется в настоящее время в основном при изготовлении стаканов. Принцип машинного выдувания сходен с принципом ручного выдувания: сначала производится набор стекломассы, затем набранная стекломасса превращается в баночку, которая раздувается сжатым воздухом сначала вне формы, а потом в металлической форме.
Цетробежное литье
Этим способом производят стеклянные изделия большого размера: вазы, блюда и т. д. В приготовленные формы заливается стекломасса и включается центробежный станок, который начинает вращать форму со смесью на большой скорости. Обороты могут достигать до 2500 в минуту. Под воздействием центробежной силы тяжести стекломасса начинает уплотняться и кристаллизоваться.
Прессование
При прессовании расплавленную стеклянную массу в определенном количестве вводят в форму пресса (матрицу), имеющую углубление. Форма этого углубления соответствует очертаниям наружной поверхности изделия. Затем в эту стеклянную массу вдавливается сердечник (пуансон), форма которого соответствует очертаниям внутренней поверхности изделия. Между стенками формы и сердечником имеется пространство, которое при прессовании заполняется стеклянной массой, принимающей форму изделия. Если на поверхности стенок формы выгравирован какой-нибудь узор, изделие при прессовании получается не гладким, а с узором.
Отформованную посуду подвергают огневой полировке, заключающейся в том, что отпрессованные изделия некоторое время выдерживают в пламени. При такой полировке происходит оплавление всех неровностей поверхности изделия, улучшающее его внешний вид. После этого посуду подвергают отжигу.
Прессованная посуда толще и термически менее устойчива, чем выдувная. Нагрев и охлаждение более толстых стенок прессованной посуды происходит неравномерно, поэтому при резких колебаниях температуры она может растрескиваться быстрее, чем выдувная.
В отдельных случаях применяют комбинированный способ производства стеклянных изделий. Так, например, при производстве масленок фасонной формы тарелку (подставку) прессуют, а корпус масленки выдувают. Такие изделия получили условное название прессо-выдувных.
Прессовыдувание
Это комбинирование двух различных способов производства посуды из стекла: прессования и выдувания. Полученную при помощи прессовки заготовку обрабатывают: сглаживают края и отправляют на выдувание механизированным способом до достижения заданных технологом стекольного производства параметров.
После того как изделие изготовлено, его направляют на отжиг. Процесс отжига для стеклоизделий бытового и столового назначения заключается в их нагревании и длительном выдерживании при температуре 530–580 °C. Затем изделия аккуратно охлаждаются до комнатной температуры.
На основную массу стеклянной выдувной посуды наносят украшения, т. е. производится их разделка. Изделия украшают или в процессе их выработки (в горячем состоянии), или когда они готовы (в холодном состоянии).
Украшение посуды из стекла
Различают два вида украшения стекла рисунками и надписями.
Изображение на посуду наносится в процессе выработки:
✓ окрашивание стекломассы в различные цвета и оттенки специальными красками,
✓ нацвет: покрывание вторым слоем стекла контрастного цвета,
✓ отделка под мрамор или малахит: добавление в белое стекло молотого цветного стекломатериала,
✓ декорирование цветной насыпью: прокат заготовки по измельченному цветному стеклу с дополнительным обжигом изделия,
✓ кракле: контрастные условия охлаждения и нагревания покроют поверхность изделия мелкими кракелюрными трещинками,
✓ витье или филигрань: декорирование спиралевидными цветными нитями.
После производства:
Деколирование. Горячая деколь украсит любую посуду. С ее помощью можно превратить изделие в оригинальный сувенир или рекламный инструмент. Технология деколирования гарантирует стойкое закрепление рисунка на поверхности кружки, стакана, бокала, тарелки, пепельницы и других стеклянных изделий.
Живопись. Рисунок наносят специальными красками вручную в случае изготовления коллекционных изделий из стекла, или же автоматически согласно с выбранной программой переноса изображения на посуду или другую стеклянную поверхность.
Матовая лента. Полоска матового цвета получается путем прикладывания к поверхности металлической полоски. Под нее с большим напором подается вода с песком. Частицы песка царапают поверхность стекла, и получается простой узор.
Номерная шлифовка. Здесь можно создать различные рисунки геометрических форм и объемов. Наносится узор наждачным, корундовым или песчаным кругом.
Гравировка. Плоский матовый рисунок наносят на стеклянную поверхность медными или алундовыми дисками, которые могут иметь разные размеры и диаметры.
Алмазная грань. Мельчайшие прорези и углубления сделают стеклянную посуду похожей на хрусталь. Наносятся узоры корундовыми или электрокорундовыми кругами с одним или несколькими жалами. После всего изделие тщательно полируют.
Прямая грань. Гранение посуды производится песчаными или чугунными шайбами. Этот вид гранения стекла подойдет для создания узоров простых форм.
Простое, сложное и глубокое травление. Это химический способ нанесения рисунка на стеклянную посуду: бокалы, фужеры, рюмки. В зависимости от составляющих вытравливающих компонентов можно создать как легкие в исполнении изображения, так и тончайшие линии: снежинки, звездочки и т. п.
Ассортимент
В зависимости от основного назначения различают стеклянную посуду хозяйственную и столовую (сортовую).
Хозяйственная посуда. По характеру стекломассы хозяйственную посуду делят на две группы: посуда из обыкновенного стекла и посуда из стекла жароупорного
Посуду из обыкновенного стекла вырабатывают выдуванием. Ассортимент ее ограничен: банки для варенья и солений, крынки для молока, бутылки для кваса, бочонки с крышкой (выставочные).
Банки для варенья изготовляют цилиндрической формы; в верхней части они имеют так называемое брыло (выступ и впадину), служащее для обвязывания банки. Размеры банок по емкости – от 1 до 6 кг.
Банки для солений характеризуются суживающимся кверху горлом; их стандартная емкость – 6 и 8 л.
Кринки для молока в нижней части имеют шаровидную форму, а вверху – суженное горло. Емкость крынок для молока – от 1,2 до 3,0 л.
Бутылки для кваса имеют широкое горло; их емкость – от 2 до 8 л.
Бочонки с крышкой имеют обычно параболическую (бочкообразную) форму; их емкость – от 3 до 12 л.
В ассортимент посуды из жароупорного стекла входят сковородки, формы для запекания, жаровни овальные и кастрюли. Вырабатывают их прессованием из стекломассы специального состава. Благодаря специальной обработке, заключающейся в быстром и очень равномерном охлаждении, жароупорная посуда приобретает высокую термическую устойчивость и может использоваться для приготовления пищи на нагревательных приборах.
Столовая (сортовая) посуда. Ассортимент столовой посуды более разнообразен. Столовую посуду подразделяют по способу выработки, виду, фасону, размеру, характеру украшения и характеру стекломассы.
По способу выработки столовую посуду делят на выдувную, прессованную и прессо-выдувную.
Посуду из обыкновенного стекла вырабатывают выдуванием
Виды посуды очень разнообразны: стаканы, блюдца, сахарницы, масленки, графины, фужеры (большие рюмки для фруктовых вод и пива), бокалы, рюмки, бокальчики, кувшины, молочники, вазы, салатники, сухарницы, чайницы, тарелки, подносы, пепельницы, водочные, ликерные, крюшонные и другие приборы.
Фасон посуды определяется чаще всего конструкцией изделия или его формой. Так, например, в зависимости от конструкции различают графины с ручкой и без ручки, с поддоном и без поддона, на ножке и без ножки. По форме те же графины могут быть шаром, овалом, конические, ромбом и др.
Размеры большинства полых изделий (стаканы, графины, кувшины, рюмки и т. д.) обычно указывают по их емкости в кубических сантиметрах и литрах, а изделий плоских (тарелки, подносы и др.) – по диаметру в сантиметрах. Отдельные виды изделий (вазы для цветов) измеряют по высоте, а некоторые (вазы для фруктов, печенья и др.) – по высоте и диаметру.
По характеру украшения посуда делится на посуду с матовой лентой, декоративной шлифовкой, травлением и т. д.
По характеру стекломассы посуду подразделяют на посуду из стекла обыкновенного бесцветного, баритового, свинцового (хрустального) и из стекла цветного.
Под обыкновенным стеклом понимается бесцветное натрово-калиево-известковое стекло, полученное из песка, соды или сульфата, поташа и мела или известняка.
Свинцовое (калиево-свинцовое), или хрустальное, стекло содержит довольно высокий процент окиси свинца. Изделия из этого стекла отличаются повышенным удельным весом, прозрачностью, высоким, чистым и длительным звучанием при ударе по краю.
В баритовом стекле содержится окись бария. Изделия из этого стекла по прозрачности, удельному весу и звучанию при ударе по краю несколько уступают изделиям из стекла свинцового.
Цветные стекла носят различные названия. Основными их видами являются: кобальтовое (ярко-синего цвета), рубиновое (красное), розалиновое (розовое), желтое, канареечное (ярко-желтого цвета), зеленое, сапфировое (светло-синего цвета), марблитовое (черное), молочное.
Украшением и росписью посуды прославилась Елизавета Меркурьевна Бём (1843–1914) – русская художница и иллюстратор, рисовальщица, силуэтист.
Она происходила из старинного рода. Её предки, татары, носили фамилию Индигир, означавшую – «индийский петух». Грамотой, дарованной роду Иваном III, фамилия была изменена на Эндауровы.
В 1890-х годах она начинает работать в новой для себя отрасли – создание эскизов для производства стеклянной посуды. Елизавету Меркурьевну можно считать первой, кто стал использовать стекло по-новому, она была практически единственным профессиональным художником рубежа XIX–XX веков, работавшим в технике росписи по стеклу. Дятьково– город в России, административный центр Дятьковского района Брянской области. Директором Дятьковского хрустального завода был её брат Александр.
С именем Елизаветы Бём связана одна из самых ярких страниц в развитии русского национального стиля в стекле. Она делала формы для посуды, ориентируясь на старинные предметы: братины, стопы, чарки, ковши. Придумывала рисунки для эмалей. Сама расписывала посуду и внимательно наблюдала, если росписи делал кто-то другой.
Предметы из стекла, созданные по рисункам Е.М. Бём, принесли ей успех практически сразу после их создания – на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году, а затем на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде 1896 года. 1899 год был занят приготовлением к Всемирной выставке в Париже 1900 года, куда предполагалось отправить и стеклянные изделия по рисункам Е.М. Бём.
Русский отдел на выставке произвёл в Западной Европе фурор. В одном из помещений павильона кустарных изделий и рукоделий России было представлено стекло Е.М. Бём «в русском стиле». Солонка по эскизу художницы была преподнесена президенту Франции, о чём писалось в газетах.
Елизавета Бём, русская художница, и иллюстратор, рисовальщица, силуэтист
Художница говорила: «Вещи из стекла, изготовленные по моим рисункам на Мальцовском заводе, были мною выставляемы на нескольких всемирных выставках Европы и Америки… Везде им были присуждены медали (в Милане золотая), и все было распродано».
Наиболее популярной авторской работой Е. Бём, вошедшей в прейскурант Дятьковского завода и выпускавшейся в большом количестве, стал набор для вина, отмеченный народным юмором. Художница сознательно выбрала зеленый цвет стекла, форму штофа и технику эмалевой росписи, свойственные русскому стеклу XVIII века.
Фирменным знаком творений Бём, будь то акварели или изделия из стекла, были подписи. Художница использовала незатейливые коротенькие стихи, загадки, прибаутки, пословицы, разговаривая с народом на его языке. Так и в этом наборе игривое изображение пьющих и дерущихся чертей пояснено не менее «забористыми» надписями на тему потребления крепких напитков.
Здорово, стаканчики,
Каково поживали?
Меня поджидали.
Пей, пей – увидишь чертей!
Стаканчики в наборе являются обманками. На две трети они заполнены стеклянной массой и вмещают не так уж много жидкости. На каждом – шутливая надпись-тост, предостерегающая от чрезмерного увлечения «зеленым змием», и порядковый номер в процессе употребления напитка. И если чертики на первых стаканчиках призывают выпить «на здоровье», «на веселье», «на задор», то на следующих читаем: «чай, кофе не по нутру, была бы водка по утру», «где выпивал, там и ночевал», «на радости выпил, с горя – запил», «хошь – не хошь, а выпить надо!».
Сегодня это – украшение всякой музейной витрины, посвященной дореволюционному быту.
В 1896 году страна справляла двадцатилетний юбилей творческой деятельностии Елизаветы Бём. Поздравления прислали Стасов, Айвазовский, Репин – сплошь художники самого первого ряда.
Елизавета Бём умерла за три дня до начала Первой мировой войны.