Технологии теплой формовки изделий из стекла

В отличие от способов горячей формовки, которые также протекают в вязком состоянии, рассматриваемые в этом разделе технологии подразумевают формование изделия в процессе размягчения стекла, а не из его расплава. Кроме того, для этой группы технологий характерно общее оборудование, но различная оснастка и инструмент.

Оборудование

Печь — это основное, а зачастую и единственное, оборудование для теплой формовки. Она имеет довольно простое устройство.

По способу загрузки печи подразделяют на два вида — с передней и верхней загрузкой. Кроме того, в зависимости от формы рабочей камеры, различают прямоугольные и многоугольные печи.

Самым распространенными и недорогими являются прямоугольные печи с верхней загрузкой, так называемые печи чемоданного типа.

Основными характеристиками печи являются размер рабочей камеры и максимальная температура нагрева.

Рабочая камера печи помещается в сварном или сборном каркасе из металлического профиля, в котором монтируют многослойную теплоизоляцию — футеровку и нагревательные элементы.

В печах для фьюзинга чаще всего применяют два вида нагревателей — нихромовые спиральные элементы в кварцевых или в керамических трубах. В печах с невысокой рабочей камерой, нагревательные элементы размещают только сверху. А для печей с большей высотой камеры желательно наличие нагревателей и на боковых стенках.

Стекло

Формовка изделий происходит из разогретой заготовки. Чаще всего заготовкой является листовое стекло.

Для изготовления изделий формовкой в теплом состоянии разработаны специальные стекла. Такие стекла выпускают американские компании Armstrong, Bullseye, Kokomo, Spectrum, Uroboros, Wissmach, Youghiogheny, немецкие Desag и Lambert, а также российский стекольный завод ООО «Старь-Гласс». Основное требование к спекаемым стеклам – совпадение температурных коэффициентов расширения ТКЛР (совместимость).

ТКЛР — это количественная характеристика относительного изменения линейных размеров стекла при изменении температуры на 1°С.

Помимо листового стекла для декорирования изделий применяют:

1. дрот — тонкие стеклянные пруты (в основном, круглого сечения) или трубки малого и среднего диаметра;

2. фритту — осколки цветного стекла различного размера от 0,13 до 15 мм);

3. конфетти — тонкие цветные стеклянные пластинки случайной формы размером от 6 до 75 мм и др.

4. стрингеры (соломку) – очень тонкие и длинные прутки и т.д.

Фьюзинг (спекание)

Спекание стекла — технология, основанная на соединении деталей из стекла в одно целое за счёт диффузии в размягченном стекле при температуре 700-850⁰С. Как правило, рисунок изделия собирают из деталей цветного стекла на базовом цельнее листе (чаще всего прозрачном). При нагреве до определенной температуры (700⁰С) стекло размягчается, и детали спекаются между собой, не изменяя или незначительно изменяя свою форму и взаимное расположение. Такое спекание называется неполным.Если повысить температуру обработки (выше 750⁰С), то вязкость стекла станет еще меньше. Под воздействием собственного веса верхние элементы начнут постепенно погружаться в нижние и даже частично растворяться в них. Полное растворение верхних элементов в нижнем называется полным спеканием, или полным фьюзингом.

Процесс спекания состоит из пяти стадий: нагревания, выдержки, резкого охлаждения, отжига, медленного охлаждения.

В фазе нагревания температура в печи повышается от комнатной до 700-850°С. На этом этапе стекло постепенно размягчается.

При достижении максимальной температуры цикла стекло выдерживают в течение определенного времени для того, чтобы завершить процесс спекания.

После фазы выдержки наступает фаза быстрого охлаждения. Необходимость быстрого охлаждения обусловлена тем, что при температуре 700-760°С на поверхности стекла могут образоваться кристаллы (процесс расстекловывания).

При температуре 550-570°С начинается фаза отжига. Отжиг необходим для снятия внутренних остаточных напряжений, возникающих вследствие разности температур между внутренними и наружными слоями изделия.

За фазой отжига следует медленное охлаждение до комнатной температуры.

Несмотря на кажущуюся простоту при нарушении технологического процесса или неисправности оборудования в изделии могут возникать разнообразные дефекты:

1. пузыри;

2. трещины;

3. кристаллизация;

4. образование фактуры на нижней поверхности изделия;

5. изменение цвета стекла;

6. образование острой кромки.

Моллирование

Моллирование (от франц. mollir – размягчение) – технология, основанная на провисании нагретой стеклянной заготовки под действием силы тяжести. Различают моллирование листового стекла и объемных заготовок.