parichehr
14th November 2010, 11:37 PM
بسم الله الرحمن الرحیم
کارگاه شیشه گری
گروه شیمی
شیشه چیست ؟
شیشه ، مایعی میباشد که بسیار سرد شده است و در حرارتی پایین‌تر از نقطه انجماد آن ، در حالت مایع قرار دارد و بطور عمومی ، جسمی است شفاف که نور بخوبی از آن عبور می‌کند و پشت آن بطور وضوح قابل روئیت میباشد.
شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانروی آن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث می‌شود مولکول‌ها نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.
شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 میباشد و همه اجسام بجز الماسه‌ها را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی واقع نمی‌شود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (
HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید.
تاریخچه
مانند بسیاری از مواد دیگر ، در مورد اختراع شیشه نیز تردید بسیاری وجود دارد. یکی از قدیمی‌ترین استفاده‌های موجود در این ماده ، از "پلینی" نقل شده که در طی آن ، گفته می‌شود که بازرگانان فنیقی ، ضمن پختن غذا در ظرفی که برحسب اتفاق روی توده‌ای از لزونا در ساحل دریا قرار گرفته بود، به وجود این ماده پی بردند. یکی شدن ماسه و قلیا نظر آنان را به خود جلب کرد و سبب انجام تلاشهای بعدی در راه تقلید این عمل شد.
مصری‌ها در هزاره ششم پیش از میلاد ، جواهرات بدلی شیشه‌ای می‌ساختند. در سال 290 میلادی ، شیشه پنجره ساخته شد. در طی قرون وسطی ، ونیز به مرکز انحصاری صنعت شیشه بدل شده بود. در سال 1688 شیشه جام در فرانسه به شکل فراورده نو عرضه گردید. در سال 1608 میلادی ، در ایالات متحده ، در "جیمزتاون" در ویرجینیا ،
صنعت شیشه پایه‌گذاری شد. در سال 1914، فرایند فورکالت در بلژیک برای کشش مداوم ورق شیشه بوجود آمد.
صنعت شیشه‌سازی ، در ایران سابقه بسیار طولانی دارد که به حدود پیش از 2000 قبل از میلاد می‌رسد. کشف یک ظرف شیشه‌ای زرد رنگ صدفی با زینتی شبیه به خطوط شکسته موجدار که در یکی از قبرستانهای لرستان پیدا شده ، یک گردن‌بند شیشه‌ای حاوی دانه‌های آبی رنگ متعلق به 2250 سال پیش از میلاد ، در ناحیه شمال غربی ایران و قطعات شیشه‌ای مایل به سبز که در کاوشهای باستان شناسی لرستان ، شوش و حسنلو بدست آمده است، نشان دهنده سابقه تاریخی صنعت شیشه‌سازی در ایران است.
قدیمی‌ترین شیشه در ایران متعلق به هزاره دوم پیش از میلاد است. نمونه‌هایی از هزاره دوم تا مقارن میلاد مسیح شامل عطردان‌ها، النگوها، تندیس‌ها و کاسه‌ها و تنگ‌های متعدد به‌دست آمده‌است. در حفاری‌های چغازنبیل مربوط به دوره پیش از تاریخ، بطری‌هایی شیشه‌ای یافت شده‌است، که نشان از وفور شیشه در ایلام کهن دارد.
از تمدن مارلیک مهره‌های شیشه‌ای که عمر آنها به ۳۴۰۰
سال پیش می‌رسد، پیدا شده‌است. همچنین ظروف شیشه‌ای مایل به شیری در کاوشهای لرستان به‌دست آمده‌است. از زمان هخامنشیان آثار شیشه‌ای چندانی در دست نیست. در آن دوره مهره‌های شیشه‌ای ایران در سراسر جهان قدیم معروف بوده که ظاهراً به رنگ سیاه و سفید بوده‌است.
هنرمندان ساسانی در تراش دادن شیشه مهارت مخصوصی داشته‌اند. شیشه
ٔ ساسانی در چین ارج بسیار داشته و به‌ویژه شیشه لاجوردی را گرانبها می‌شمردند. جام‌های پایه‌دار با نقش حلقه‌های برجسته از دوره اشکانیان و ساسانیان به‌جای مانده‌است.
ظروف شیشه‌ای دوره
ٔ اسلامی تحت تأثیر طرح‌های قبل از اسلام است. در دورهٔ سلجوقی و تا زمان هجوم مغول، افزارها و ظروف‌های بسیار زیبای شیشه‌ای از کوره‌های شیشه‌گری گرگان بیرون می‌آمد که به نازکی کاغذ و گاه مینایی و گاه تراشیده و کنده‌کاری شده‌است. روزگار سلجوقی اوج صنعت شیشه‌گری در ایران محسوب می‌شود. فرآورده‌های شیشه‌ای این دوران بیشتر شامل ظروف کوچک و بزرگ، عطردان‌های بسیار ظریف، جام‌ها و گلدان‌هایی با فرم‌ها و اندازه‌های متنوع و اشیاء تزئینی کوچک به‌شکل حیوانات و ... است. در دورهٔ مغول رونق شیشه‌سازی از میان رفت و در عوض در این عهد سفالگری و کاشی‌کاری رونق یافت.
در دوره
ٔ تیمور رواج شیشه‌گری قابل توجه‌است. شیشه‌گرانی از مصر وسوریه به ایران آمدند و مشابه شیشه‌های ایرانی به مصر و سوریه رفت. در این دوره دو شهر سمرقند و شیراز از مراکز عمده شیشه‌سازی در ایران بودند. از این زمان به بعد این هنر روی به انحطاط نهاد تا زمان شاه‌عباس که با ساختن چراغ‌های مساجد و بطری‌ها این هنر دوباره زنده شد. شاه‌عباس شیشه‌گران ونیزی را برای احیای این صنعت به ایران آورد. در نتیجه شیشه‌گری در دوره صفوی رونق دوباره یافت. گاه شیشه را با دمیدن به درون قالب می‌ساختند و گاه شیشه را می‌تراشیدند تا به‌شکل جواهر در آید و یا نقوشی روی آن می‌کندند. و گاهی نیز شیشه را با نقوش درخشان، مینایی و طلایی می‌کردند. در این دوره کارگاه‌های شیشه‌سازی در شهرهای مختلف ایران از جمله اصفهان، شیراز و کاشان دایر شد.
در فاصله
ٔ بین سلطنت سلسله صفویه و قاجاریه هنر و صنعت شیشه‌گری در ایران از لحاظ سیر تکاملی پیشرفتی نداشته‌است و تا اواخر سلسله قاجاریه و بعد از آن به‌تدریج ضعیف‌تر شده‌است. با ورود شیشه به قیمت ارزان‌تر و مرغوب‌تر به بازار ایران، کمکم این صنعت رو به انحطاط نهاد.
روش‌های تولید شیشه
سرد کردن از حالت بخار (PVD)
رسوب شیمیایی فاز بخار (
CVD)
هیدرولیز شعله‌ای
سل-ژل
ترکیبات سازنده شیشه
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه
با نگاه به جدول عناصر ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO2) ، دی‌اکسید بور (B2O3) ، پنتا اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود.
گدازآورها
کربنات سدیم (Na2CO3) ، کربنات پتاسیم (K2CO3) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل می‌شوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم می‌کنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر می‌شوند و نور از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید.
تثبیت کننده‌ها
برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب ، کلسیم ، منیزیم و روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند.
تصفیه کننده‌ها
موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه می‌شوند و بر دو نوعند:
1. فیزیکی: سولفات سدیم (
Na2SO4) ، کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج می‌کنند.
2. شیمیایی: املاح آرسنیک و آنتیموان ترکیباتی ایجاد می‌کنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.
تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.
افزودنیها
1. استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه می‌شود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
2. استفاده از نیترات سدیم
NaNo3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره می‌شود).
3. استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفافتر شدن شیشه می‌شود.
4. استفاده از اکسید سرب
PH3O4 , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه می‌شوند.
5. برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده می‌کنند.
6. استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می‌شود.
7. برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.
8
. استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری می‌دهد.
9. استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.
10. اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر می‌گردد.
• ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
• ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B2O3) و اکسید پتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe2O3) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO3 هر کدام 0.3 درصد.
علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره می‌گردد.
انواع شیشه و کاربرد آنها
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه می‌گردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.
همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد.
شیشه های ایمنی (Safety Glass )
شیشه های ایمنی به سختی می شکنند و در مقابل نیروهای ناشی از ضربه ، انفجار ، باد و زلزله مقاومت نموده و یا در صورت شکستن به تکه های کوچکی تبدیل می شود که برندگی شیشه عادی را ندارند و خسارت جانی و مالی حادثه را به حداقل می رسانند.این شیشه ها پس از فرایند سخت سازی ۵ الی ۶ برابر نسبت به شیشه های معمولی مقاومتر می شوند.ایجاد تغییرات بعدی روی شیشه های ایمنی دشوار و در اکثر مواقع غیر ممکن است ، لذا در تهیه نقشه مورد نیاز بایستی دقت کافی به عمل آید.
در ضمن حین انجام پروسه سخت سازی این قابلیت وجود دارد تا محصول به شکل خم استوانه ای نیز باشد ، که البته در این زمینه محدودیتهایی جهت ضخامت و
r وجود دارد.
شیشه های درهای ورودی مغازه ها از این نوع است
.
شیشه های چند لایه ( Laminated Glass )
امروزه در مواردی مانند سقفها ، نماهای شیشه ای ، شیشه های خودروهای حفاظت شخصیت ها ، شیشه های ضد گلوله ، ضد انفجار ، ضد عبور و اغتشاش ، سرقت و ... که امکان آسیب ناشی از شکست شیشه وجود داشته باشد ، از شیشه های چند لایه استفاده می شود.
این نوع شیشه عموماْ از دو یا چند لایه شیشه و یک یا چند لایه
PVB (طلق ) تشکیل می شوند. شیشه های چند لایه در اثر ضربه های شدید به هیچ وجه نمی ریزند و چسبیده به طلق باقی می مانند. همچنین به خاطر ایمنی بالا ، کاهش قابل توجه سر و صدا و جلوگیری از عبور حدود ۹۹٪ از اشعه مضر فرابنفش ( UV ) نور خورشید و نیز امکان تولید محصولاتی با رنگهای متنوع باعث استفاده روز افزون شیشه های چند لایه گردیده است.
شیشه های چاپدار و رفلکتیو (Printed Screen - Reflective Glass )
شیشه های چاپدار که در انواع سخت سازی شده و معمولی ارائه می گردند شامل طرح های مختلف از جمله به شکل سنگهای گرانیتی تولید می شوند و برای نمای ساختمانها ، پارتیشنها ، نمای داخلی ساختمانها ، نورگیرها ، شیشه های لوازم خانگی مانند (اجاق گازی ، بخاری و ... ) و دربهای ورودی شیشه ای استفاده می شوند.
شیشه های رفلکس که در رنگهای متنوعی ارائه می شوند به منظور زیبا سازی ساختمانها به کار می روند.به علاوه این نوع شیشه ها اشعه های خورشید را به نحو قابل ملاحظه ای منعکس نموده و مانع از ورود آن به داخل ساختمان می شود. از این رو برای ساختمانهایی که بیشتر در معرض اشعه های زیان آور خورشید قرار دارند مناسب است.
شیشه های ضد ضربه . ضد عبور . ضد اغتشاش . ضد گلوله . ضد انفجار
این نوع شیشه ها ،همان شیشه های چند لایه هستند که مطابق با نیاز خاص و بر پایه محاسبات مهندسی طراحی و تولید می شوند.بسته به نیاز این نوع شیشه ها را می توان در ابعاد ، رنگها و اشکال متنوع (خم - تخت ) و ... تولید کرد. کاربرد آنها در ساختمانهای تجاری ، اداری بانکها ، ساختمانهای مسکونی ، فرودگاهها ، ویترین طلافروشی ها ، فروشگاههای بزرگ و به طور کلی اماکنی که نیازمند امنیت و حفاظت در برابر سرقت مسلحانه ، اغتشاش ، انفجار ، زلزله و ... می باشد.
شیشه - اسپایدر
در برخی نماهای ساختمان نماهای شیشه ای استفاده می شود به نحویکه در نمای ساختمان هیچ فریمی مشخص نمی باشد. در اینگونه موارد با توجه به طرح مورد نیاز و وزن شیشه و ارتفاع و ... از اسپایدرهای مخصوص استفاده می شود. بدین وسیله نماهای یک دست شیشه ای بسیار زیبا ایجاد می شود.
شیشه های خودرویی
انواع شیشه های خم / تخت / لمینت و شیشه های گرم شونده خاص خودرویی مطابق استانداردهای مربوطه جزء توانمندیهای تولید می باشند.
شیشه های گرم شونده خودرویی در شیشه های جلو و یا عقب خودرو به منظور جلوگیری از یخ زدن و یا مه زدایی کاربرد دارند.
شیشه های خم ( Bend Glass )
شیشه های خم بیشتر به منظور تحقق ایده های مهندسین معمار و طراحان نمای ساختمانها تولید می گردد و باعث افزایش فضا ، زیبایی ، جذابیت و نیز مقاومت بیشتر می شوند.ایجاد تنوع در فضا ،استفاده از فضای بدون استفاده و ایجاد هارمونی وهماهنگی در دید از ویژگی های منحصر به فرد این نوع شیشه ها می باشد.
شیشه رنگی
به دو طریق می‌توان شیشه رنگی بدست آورد.
1. با افزودن و کم کردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه. برای نمونه اکسیدهای مسی به شیشه رنگهای مختلف قرمز می‌دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیله اکسید کبالت بدست می‌آید. رنگ زرد با افزودن مقداری اکسید اورانیوم و کادمیوم حاصل می گردد.
2. شیشه سفید را در شیشه مذاب رنگی فرو می‌کنند تا دو روی آن رنگی شود. شیشه‌های رنگی در ویترین مغازه‌ها ، نمایشگاهها ، آزمایشگاهها و ساختمانهای صنعتی بکار می‌روند.
شیشه ضد آتش (پیرکس)
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.
شیشه مسطح
این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند.
شیشه دوجداره (مضاعف)
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد می‌شود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.
شیشه سکوریت
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد می‌شود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی می‌گردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می‌شوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده می‌گردد.
شیشه نشکن
این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل می‌شوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می‌شوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می‌گردد.
از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده می‌گردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.
شیشه ضد گلوله
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می‌گردد.
شیشه انعکاسی (بازتابنده)
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده می‌شود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس می‌کنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.
این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شود.
سایر محصولات
• شیشه های گرم شونده الکتریکی ( ElectricallyHeated Glass )
• شیشه های ضد امواج الکترومغناطیسی ( EMI Glass )
• شیشه های با قابلیت عدم تجمع بارهای الکتریکی ( Anti - Static Glass )
• شیشه های با خاصیت باز تابش امواج( IR ( Low - E Glass جهت استفاده در مناطق سردسیر
• آیینه های EC با کیفیت بالا در اتومبیل که باعث کاهش درخشندگی ، روشنایی زننده و تابش خیره کننده نور ماشین عقبی می شود.
• شیشه های هوشمند (Smart Glass ) با قابلیت کنترل نور و گرما
• شیشه های ترابری خاص
• شیشه های ضد آتش
• شیشه های خود تمیز کن
• شیشه های تزیینی LED دار
مصارف و جنبه‌های اقتصادی
مصارف و کاربردهای شیشه بسیار متعدد است. در مجموع شیشه سازی در ایالات متحده ، سالانه یک صنعت 7 میلیارد دلاری را تشکیل می‌دهد و در آن میان ، شیشه خودرو ، سالانه نیمی از مقدار تولید شیشه تخت را به خود اختصاص می‌دهد. در معماری ، گرایش بیشتری به استفاده از شیشه در ساختمانهای تجاری و بویژه مصرف شیشه‌های رنگی ، پدید آمده است.
ترکیب شیشه
شیشه ، محصولی کاملا «شیشه‌ای شده» یا دست کم فراورده‌ای است که مقدار مواد معلق غیرشیشه‌ای موجود در آن نسبتا کم است. با وجود هزاران فرمول جدید شیشه که طی 30 سال گذشته بوجود آمده، درخور توجه است که هنوز مانند 2000 سال پیش ، 90 درصد تمام شیشه‌های جهان از آهک ، سیلیس و کربنات سدیم تشکیل یافته‌اند. اما نباید چنین استنتاج کرد که در طی این مدت ، هیچ تحول مهمی در ترکیب شیشه صورت نگرفته است. بلکه در واقع تغییرات جزئی در اجزای اصلی ترکیب و تغییرات مهم در اجزای فرعی ترکیب ، پدید آمده است.
اجزای اصلی عبارتند از: ماسه ، آهک و کربنات سدیم. هر ماده خام دیگر ، جزء فرعی تلقی می‌شود، هرچند که بر اثر استفاده از آن ، نتایج مهمی بدست آید. مهمترین عامل در ساخت شیشه ، گرانروی اکسیدهای مذاب و ارتباط میان این گرانروی و ترکیب شیشه است.
تقسیم بندی شیشه‌های تجارتی
سیلیس گداخته
سیلیس گداخته یا سیلیس شیشه‌ای به روش تفکافت تتراکلرید سیلیسیم در دمای بالا یا بوسیله گدازش کوارتز یا ماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ، شیشه کوارتزی می‌خوانند. این ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالایی دارد که به مقاومت گرمایی زیاد آن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمایی بالاتر از دیگر شیشه‌ها فراهم می‌آورد. این شیشه ، اشعه ماوراء بنفش را بخوبی از خود عبور می‌دهد.
سیلیکاتهای قلیایی
سیلیکاتهای قلیایی تنها شیشه‌های دو جزئی هستند که از اهمیت تجارتی برخوردارند. ماسه و کربنات سدیم را بسادگی با هم ذوب می‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره ترکیب Na2O.SiO2 تا Na2O.4SiO2 را سیلیکاتهای سدیم می‌خوانند. سیلیکات محلول کربنات سدیم که به نام شیشه آبی (انحلال پذیر در آب) نیز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هایی با کاغذ موجدار و به عنوان چسب کاغذ بکار می‌رود.
مصرف دیگر آن در ایجاد حالت ضد آتش است. انواع قلیایی‌تر آن به عنوان شوینده‌های لباسشویی و مواد کمکی صابونها بکار می‌رود.
شیشه آهک سوددار
این نوع شیشه %95 کل شیشه تولید شده را تشکیل می‌دهد و از آن ، برای ساخت تمام انواع بطری‌ها ، شیشه تخت ، پنجره خودروها و سایر پنجره‌ها ، لیوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کیفیت فیزیکی تمام انواع شیشه‌های تخت ، نظیر همواری و نداشتن موج و پیچ ، بهبود کلی حاصل شده، اما ترکیب شیمیایی تغییر زیادی نکرده است. اصولا ترکیب شیمیایی در گستره زیر قرار می‌گیرد:
SiO2 از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na2O از %13 تا %18.
فراورده‌هایی که این نسبتها را دارند، در دماهای نسبتا پایین‌تری ذوب می‌شوند. در تولید شیشه بطری ، بخش عمده پیشرفت از نوع مکانیکی است. در هر حال ، تجارت نوشابه‌ها ، سبب ایجاد گرایشی در بین شیشه سازان برای تولید ظروف شیشه‌ای با آلومین و آهک زیاد و قلیائیت کم شده است. این نوع شیشه با دشواری بیشتری ذوب می‌شود، اما در برابر مواد شیمیایی مقاومتر است.
رنگ شیشه بطری‌ها بدلیل انتخاب بهتر و تخلیص مواد خام و استفاده از سلنیم به عنوان زنگ‌زدا بسیار بهتر از قبل است.
شیشه سربی
با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.
درخشندگی یک بلور تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی بالای آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی نیز مفید است.
شیشه بوروسیلیکاتی
شیشه بوروسیلیکاتی ، معمولا حاوی حدود 10 تا 20 درصد B2O2 ، حدود 80 تا 85 درصد سیلیس و کمتر از 10 درصد Na2O است. این نوع شیشه دارای ضریب انبساط کم ، مقاومت فوق‌العاده زیاد در برابر ضربه ، پایداری عالی در برابر مواد شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالاست.
ظروف آزمایشگاهی ساخته شده از این شیشه ، تحت نام تجارتی پیرکس فروخته می‌شود. با این حال ، در سالهای اخیر نام پیرکس برای اجناس شیشه‌ای بسیاری که ترکیب شیمیایی دیگری دارند (مانند شیشه آلومین _ سیلیکات در ظروف شیشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نیز بکار می‌رود. مصارف دیگر شیشه‌های بوروسیلیکاتی علاوه بر ظروف آزمایشگاهی عبارت است از واشرها و عایقهای فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.
شیشه‌های ویژه
شیشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ایمنی ، شیشه اپتیکی ، شیشه فوتوکرومیکی و سرامیکهای شیشه‌ای ، همه شیشه‌های ویژه هستند. ترکیب تمامی این شیشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهایی موردنظر تغییر می‌کند.
الیاف شیشه‌ای
الیاف شیشه‌ای از ترکیبات ویژه‌ای که در برابر شرایط جوی مقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسیار زیاد این الیاف سبب می‌شود تا آنها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا آسیب پذیر باشند. مقدار سیلیس (حدود %55) و قلیایی موجود در این شیشه پایین است.
فرآورده‌های مختلف شیشه‌ای
در حال حاضر ، صنایع شیشه‌سازی عمدتا در پنج شاخه اصلی مصرف در ایران فعالیت دارند:
• ساختمان سازی
• صنایع غذایی
• تهیه لوازم خانگی
• صنایع خودرو سازی
• صنایع دارو سازی و آزمایشگاه
انواع مهم فراورده‌ههای شیشه‌ای
شیشه جام
این نوع شیشه ، برای مصرف در پنجره ، قاب عکس و غیره تهیه می‌شود و دارای سطح کاملا صاف است. در مرحله تولید با عبور خمیر شیشه بین دو غلطک صاف افقی ، عمودی و یا عبور از روی قلع مذاب به دستگاه برش و کوره پخت هدایت می‌شود.
انواع بطری
برای تهیه بطری ، خمیر شیشه را از بالای ماشین قالب‌زنی توسط قیچی مخصوص به صورت لقمه‌هایی در آورده ، به قسمت قالب‌زنی وارد می‌کنند و از پایین ، هوا در آن می‌دمند تا شکل مطلوب به خود بگیرد. برای تهیه انواع لیوان ، استکان ، لوله چراغ نفتی و فانوس ، مانند تهیه بطری عمل می‌شود، ولی بجای دمیدن هوا ، از قالب ویژه استفاده می‌شود.
شیشه‌های ایمنی بدون تلق
این نوع شیشه‌ها برای ویترینها و شیشه‌های عقب و کناری خودرو تهیه می‌شوند. پس از مراحل برش و شکل‌دهی ، در پرسهای مخصوص ، آنها را در کوره الکتریکی تا °650C گرم کرده ، بطور ناگهانی سرد می‌کنند تا بر اثر تبلور جزئی ، بر مقاومت آنها افزوده می‌شود.
شیشه ضد گلوله
این نوع شیشه شامل چهار لایه 6 میلی‌متری و دو لایه تلق ضخیم است. در هر مورد ، ابتدا از طریق وصل کردن به خلاء ، هوای بین لایهها را خارج کرده ، ضخامت شیشه و تلق را به هم می‌جشبانند و بعد تحت فشار 13 اتمسفر در دمای °120C ، به مدت سه ساعت نگه می‌دارند تا لایهها کاملا به همدیگر بچسبند.
الیاف شیشه‌ای
این نوع الیاف ، با عبور خمیر شیشه از منافذ باریک یک قسمت غربال مانند ، تهیه می‌شوند. از این نوع الیاف ، در تهیه پارچه ، پتو و لحاف و عایق‌بندی دستگاههای حرارتی و برودتی و عایق الکتریکی ، صحافی و غیره استفاده می‌شود.
شیشه‌های مخصوص
شیشه‌ها نشکن
این نوع شیشه‌ها دارای ضریب انبساط بسیار کم‌اند و در مقابل تغییر ناگهانی دما یا ضربه ، مقاومت زیادی دارند. از این رو ، از آنها برای تهیه ظروف و وسایل آزمایشگاهی و اخیرا ظروف آشپزخانه استفاده می‌شود.
برای تهیه این نوع شیشه‌ها ، به جای
Na2O و CaO از Zr2O3 ، Al2O3 و B2O3 استفاده می‌کنند که به نام شیشه‌های پیرکس ، ینا و کیماکس شهرت دارند.
شیشه‌های بلور
این نوع شیشه‌ها بسیار ظریف و مشابه به کریستال‌اند. اما سنگین و صدا دهندگی کریستال را ندارند و خاصیت شکست نور در آنها کمتر است. دارای 75 درصد سیلیس ، 18 درصد و 7 درصد Cao اند.
شیشه‌های سرب‌دار
این نوع شیشه‌ها از شیشه‌های معمولی شفافتر و سنگی‌ترند و ضریب شکست بالاتری دارند و دارای سه نوع‌اند:
• کریستال:
که بسیار شفاف ، سنگین ، صدادار و قابل تراش است و نور را در خود می‌شکند و طیف رنگی می‌دهد. از این رو ، در تهیه گلدان ، لوستر و
… بکار می‌رود. دارای 53 درصد سیلیس ، 11 درصد و 35 درصد Pbo است.
• اشتراس:
که سنگ نو نیز نامیده می‌شود و از آن ، جواهرات مصنوعی درست می‌کنند. دارای 40 درصد سیلیس 7 درصد و 52 درصد
Pbo است.
• فلینت:
که در تهیه عدسی دوربینهای عکاسی و اسباب دقیق فیزیکی بکار می‌رود. دارای 20 تا 54 درصد سیلیس ، 5 تا 12 درصد و 34 تا 80 درصد سرب است.
شیشه ضد پرتوها
این نوع شیشه ، شامل یک قسمت و چهار قسمت pbo است، به مقدار قابل توجهی پرتوهای ایکس و پرتوهای رادیواکتیو را جذب کرده ، جلوی اثرات زیان‌بار آنها را می‌گیرد.
شیشه جاذب نوترون
این نوع شیشه‌ها با افزایش اکسید کادمیم ( CdO ) به شیشه معمولی تهیه می‌شوند و به‌عنوان حفاظ در مقابل تابشهای نوترونی ، بویژه در ارتباط با راکتورهای اتمی کاربرد دارند.
شیشه شفاف در مقابل IR
این نوع شیشه با اضافه کردن مقدار زیادی آلومین Al2O3 به شیشه معمولی حاصل می‌شود و در دستگاههای طیف نمایی و طیف نگاری IR مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شیشه ضد اسید فلوئوریدریک
می‌دانیم که بعضی مواد شیمیایی مانند HF بر شیشه اثر می‌کنند. این تاثیر در واقع به واکنش سیلیسی موجود در شیشه با فلوئورید هیدروژن است که تولید اسید می‌کند. از این خاصیت در حکاکی و نقاشی روی شیشه استفاده می‌شود. اگر مقدار کافی فسفات آلومینیم که ساختار سیلیکات آلومینیم را دارد، در ساختار شیشه وارد شود، شیشه بدست آمده ، مقاومت قابل توجهی در برابر HF از خود نشان می‌دهد. علت این است که HF بر فسفات آلومینیم اثر ندارد.
شیشه‌های رنگی
برای برخی مصارف ویژه ، تهیه شیشه‌های رنگی ضرورت دارد. برای این کار ، عمدتا از اکسید فلزات استفاده می‌شود. برای مات یا شیری کردن شیشه ، فلوئوریت کلسیم ، کریولیت ، اکسید آنتیموان (III) ، فسفات کلسیم ، سولفات کلسیم و دی‌اکسید قلع استفاده می شود، زیرا این مواد ، رسوبهای کلوئیدی در خمیر شیشه تولید می کنند که پس از سرد شدن ، سبب شیری شدن آن می‌شوند.
مواد خام شیشه
ماسه شیشه
ماسه لازم برای تولید شیشه باید تقریبا کوارتز خالص باشد. در بسیاری موارد ، منطقه ته‌نشینی ماسه شیشه ، محل کارخانه شیشه سازی را تعیین کرده است. برای ظروف غذاخوری ، مقدار آهن موجود در ماسه نباید از 45% و برای شیشه اپتیکی نباید از 0.015% تجاوز کند، چرا که آهن تاثیر نامطلوبی بر رنگ اغلب شیشه‌ها دارد.
سودا
Na2 یا سودا اصولا از سدیم کربنات چگال ( Na2CO3 ) تامین می‌شود. سایر منابع عبارتند از سدیم بی‌کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و نیترات سدیم. نیترات سدیم برای اکسایش آهن و شتاب دادن به عمل ذوب نیز مفید است. منابع مهم آهک (CaO) سنگ آهک و آهک پخته حاصل از دولومیت (CaCO3.MgCO3 ) است که خود MgO را نیز وارد عمل می‌کند.
فلدسپار
این مواد دارای فرمول کلی R2O. Al2O3 . 6SiO2 هستند که در آنها R2O ، معرف Na2O یا K2O یا مخلوطی از این دو است. این مواد در مقایسه با اکثر مواد دیگری که منبع Al2O3 هستند، مزایای بسیاری دارند. فلدسپارها ارزان ، خالص و گدازپذیرند و کلا" از اکسیدهای ایجاد کننده شیشه تشکیل شده‌اند.
از خود
Al2O3 تنها هنگامی استفاده می‌شود که قیمت محصول از درجه دوم اهمیت برخوردار باشد. فلدسپارها همچنین Na2O یا K2O و SiO2 را نیز تامین می‌کنند. مقدار آلومین در پایین آوردن نقطه ذوب شیشه و کُند کردن واشیشه‌ای شدن ، موثر است.
بوراکس
بوراکس به عنوان یک جزء ترکیبی فرعی ، هم Na2O و هم اکسید بوریک را برای شیشه تامین می‌کند. هر چند که از بوراکس به ندرت در شیشه پنجره یا شیشه جام استفاده می‌شود، اما اکنون این ماده ، عموما در انواع خاصی از شیشه بطری‌ها بکار می‌رود. یک نوع شیشه بوراتی با ضریب شکست بالا نیز وجود دارد که در مقایسه با شیشه‌های قبلی ، مقدار پراش نور آن کمترو ضریب شکست نور در آن بالاتر است و شیشه اپتیکی باارزشی بشمار می‌رود.
بوراکس علاوه بر توانایی بالا در ایجاد گدازش ، نه‌تنها ضریب انبساط را پایین می‌آورد، بلکه دوام شیمیایی را نیز افزایش می‌دهد. هنگامی که قلیائیت اندکی در فرایند تولید مورد نظر باشد، از اسید بوریک استفاده می‌شود که بهای آن ، دو برابر بوراکس است.
سدیم سولفات ناخالص
این ماده که مدتها مانند سایر سولفاتها نظیر آمونیوم سولفات و باریم سولفات ، یک جزء ترکیبی فرعی در شیشه تلقی می‌شد، غالبا در تمام انواع شیشه بکار می‌رود. این ماده ، کف موجود در کوره‌های مخزنی را که ایجاد مشکل می‌کند، حذف می‌نماید. برای کاهش سولفاتها به سولفیتها ، از کربن استفاده می‌شود.
ممکن است برای ایجاد سهولت در حذف حباب‌ها ، آرسنیک تریوکسید افزوده شود. آهن را با سدیم یا نیترات پتاسیم ، اکسید می‌کنند تا مقدار آن در شیشه نهایی چندان قابل توجه نباشد. از پتاسیم نیترات یا کربنات ، در بسیاری از شیشه‌های مرغوب‌تر نظیر شیشه ظروف غذاخوری ، شیشه تزئینی و شیشه اپتیکی استفاده می‌شود.
خرده شیشه
این ماده از خرد کردن کالاهای معیوب ، لبه‌های پرداخت شده کالاها یا سایر ضایعات شیشه‌ای بدست می‌آید و استفاده از آن ، سبب سهولت عملیات ذوب می‌شود و در عین حال ، مواد ضایعاتی نیز به مصرف می‌رسند. ممکن است مقدار خرده شیشه مصرفی در هر بار بین 10 تا 80 درصد باشد.
بلوکهای نسوز
این مواد در صنعت شیشه ، بدلیل شرایط سخت موجود به طرز ویژه‌ای بسط و توسعه یافته‌اند. زیرکن متخلخل ، آلومین ، مولیت و مولیت - آلومین تفجوش و زیرکونیا - آلومین - سیلیس ، آلومین و آلومین - کروم که بروش ریختگی برقی تهیه شده‌اند، از جمله بلوکهای نسوزی هستند که در کوره‌های مخزنی شیشه بکار می‌روند. آخرین تجربه بدست آمده در کوره‌های بازیابی گرما ، استفاده از فراورده‌های نسوز بازی بدلیل وجود غبار و بخارهای قلیایی در کوره است.
طاقهای آجری کوره از جنس سیلیس که استفاده از آن در صنعت ، اقتصادی است، عمدتا تعیین کننده دمای عملیات کوره است.
وسایل لازم
سوهان سه گوش
چراغ گاز
لوله شیشه‌ای توخالی
شعله پخش کن پروانه‌ای
روش صیقل کردن
همیشه مقطع لوله‌ها دارای لبه‌های تیز خطرناک است. باید آنها را روی شعله چراغ گاز صیقلی نمود. برای این کار مقطع را روی شعلهبگیرید و بچرخانید و تا نزدیک ذوب شدن حرارت دهید. به این ترتیب تیزی‌ها ازبین خواهد رفت.
طرز بریدن لوله
لوله شیشه‌ای را با یک دست بگیرید و آن را روی میزکار قرار دهید. به‌کمک سوهان سه‌گوش ، شیار کوچکی بر محل مورد نظر ایجاد کردهو خراش دهید. لوله را طوری بین دو دست بگیرید که محل خراش به طرف بیرون باشد. با مختصر فشاری که از دو طرف به آن وارد می‌کنید، از هم جدامی‌شود.
برش لوله اهمیت زیادی در کاربردهای صنعتی دارد. یکی ازکاربردهای آن تهیه قطره چکان میباشد.
طرز تهیه قطره چکان
لوله را مستقیما روی شعله چراغ گاز بچرخانید تانرم شود. برای این کار نباید از شعله های پخش استفاده کرد. لوله را کمی فشاردهید تا کوتاه تر شود و ضخامت جدار لوله تقریبا دو برابر ضخامت اولیه گردد. در مرحله بعدی لوله را از شعله دور کنید و پس از یک لحظه آنقدر بکشید تا قسمتنرم شده به اندازه دلخواه نازک شود. پس آن را از طول ببرید.
روش شکل دادن میله و لوله های شیشه ای در آزمایشگاه
شیشه‌ها رابه‌سادگی می‌توان به فرم دلخواه درآورد و از آنها مطابق با کاربردهایشاناستفاده کرد. یکی از اشکالی که می‌توان میله صاف را به آن فرم درآورد، خمکردن است که کاربردهای فراوانی دارد. برای این قبیل کارها باید دقت کافینمود.
طرز خم کردن لوله
لوله را آنقدر روی شعله به جلو و عقب بچرخانید تاکاملا نرم شود. پس آن را از شعله دور کرده و برای چند دقیقه صبر کنید تاحرارتش کاملا یکنواخت گردد. حال می‌توانید لوله را به شکلی که می‌خواهید خمکنید و حتما بایستی پس از خم کردن آن را محکم نگه دارید. روش صحیح خم کردنطوری است که بعد از خم کردن لوله به شکل هلال دیده شد.
کارگاه شیشه گری
گروه شیمی
شیشه چیست ؟
شیشه ، مایعی میباشد که بسیار سرد شده است و در حرارتی پایین‌تر از نقطه انجماد آن ، در حالت مایع قرار دارد و بطور عمومی ، جسمی است شفاف که نور بخوبی از آن عبور می‌کند و پشت آن بطور وضوح قابل روئیت میباشد.
شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانروی آن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث می‌شود مولکول‌ها نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.
شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 میباشد و همه اجسام بجز الماسه‌ها را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی واقع نمی‌شود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (
HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید.
تاریخچه
مانند بسیاری از مواد دیگر ، در مورد اختراع شیشه نیز تردید بسیاری وجود دارد. یکی از قدیمی‌ترین استفاده‌های موجود در این ماده ، از "پلینی" نقل شده که در طی آن ، گفته می‌شود که بازرگانان فنیقی ، ضمن پختن غذا در ظرفی که برحسب اتفاق روی توده‌ای از لزونا در ساحل دریا قرار گرفته بود، به وجود این ماده پی بردند. یکی شدن ماسه و قلیا نظر آنان را به خود جلب کرد و سبب انجام تلاشهای بعدی در راه تقلید این عمل شد.
مصری‌ها در هزاره ششم پیش از میلاد ، جواهرات بدلی شیشه‌ای می‌ساختند. در سال 290 میلادی ، شیشه پنجره ساخته شد. در طی قرون وسطی ، ونیز به مرکز انحصاری صنعت شیشه بدل شده بود. در سال 1688 شیشه جام در فرانسه به شکل فراورده نو عرضه گردید. در سال 1608 میلادی ، در ایالات متحده ، در "جیمزتاون" در ویرجینیا ،
صنعت شیشه پایه‌گذاری شد. در سال 1914، فرایند فورکالت در بلژیک برای کشش مداوم ورق شیشه بوجود آمد.
صنعت شیشه‌سازی ، در ایران سابقه بسیار طولانی دارد که به حدود پیش از 2000 قبل از میلاد می‌رسد. کشف یک ظرف شیشه‌ای زرد رنگ صدفی با زینتی شبیه به خطوط شکسته موجدار که در یکی از قبرستانهای لرستان پیدا شده ، یک گردن‌بند شیشه‌ای حاوی دانه‌های آبی رنگ متعلق به 2250 سال پیش از میلاد ، در ناحیه شمال غربی ایران و قطعات شیشه‌ای مایل به سبز که در کاوشهای باستان شناسی لرستان ، شوش و حسنلو بدست آمده است، نشان دهنده سابقه تاریخی صنعت شیشه‌سازی در ایران است.
قدیمی‌ترین شیشه در ایران متعلق به هزاره دوم پیش از میلاد است. نمونه‌هایی از هزاره دوم تا مقارن میلاد مسیح شامل عطردان‌ها، النگوها، تندیس‌ها و کاسه‌ها و تنگ‌های متعدد به‌دست آمده‌است. در حفاری‌های چغازنبیل مربوط به دوره پیش از تاریخ، بطری‌هایی شیشه‌ای یافت شده‌است، که نشان از وفور شیشه در ایلام کهن دارد.
از تمدن مارلیک مهره‌های شیشه‌ای که عمر آنها به ۳۴۰۰
سال پیش می‌رسد، پیدا شده‌است. همچنین ظروف شیشه‌ای مایل به شیری در کاوشهای لرستان به‌دست آمده‌است. از زمان هخامنشیان آثار شیشه‌ای چندانی در دست نیست. در آن دوره مهره‌های شیشه‌ای ایران در سراسر جهان قدیم معروف بوده که ظاهراً به رنگ سیاه و سفید بوده‌است.
هنرمندان ساسانی در تراش دادن شیشه مهارت مخصوصی داشته‌اند. شیشه
ٔ ساسانی در چین ارج بسیار داشته و به‌ویژه شیشه لاجوردی را گرانبها می‌شمردند. جام‌های پایه‌دار با نقش حلقه‌های برجسته از دوره اشکانیان و ساسانیان به‌جای مانده‌است.
ظروف شیشه‌ای دوره
ٔ اسلامی تحت تأثیر طرح‌های قبل از اسلام است. در دورهٔ سلجوقی و تا زمان هجوم مغول، افزارها و ظروف‌های بسیار زیبای شیشه‌ای از کوره‌های شیشه‌گری گرگان بیرون می‌آمد که به نازکی کاغذ و گاه مینایی و گاه تراشیده و کنده‌کاری شده‌است. روزگار سلجوقی اوج صنعت شیشه‌گری در ایران محسوب می‌شود. فرآورده‌های شیشه‌ای این دوران بیشتر شامل ظروف کوچک و بزرگ، عطردان‌های بسیار ظریف، جام‌ها و گلدان‌هایی با فرم‌ها و اندازه‌های متنوع و اشیاء تزئینی کوچک به‌شکل حیوانات و ... است. در دورهٔ مغول رونق شیشه‌سازی از میان رفت و در عوض در این عهد سفالگری و کاشی‌کاری رونق یافت.
در دوره
ٔ تیمور رواج شیشه‌گری قابل توجه‌است. شیشه‌گرانی از مصر وسوریه به ایران آمدند و مشابه شیشه‌های ایرانی به مصر و سوریه رفت. در این دوره دو شهر سمرقند و شیراز از مراکز عمده شیشه‌سازی در ایران بودند. از این زمان به بعد این هنر روی به انحطاط نهاد تا زمان شاه‌عباس که با ساختن چراغ‌های مساجد و بطری‌ها این هنر دوباره زنده شد. شاه‌عباس شیشه‌گران ونیزی را برای احیای این صنعت به ایران آورد. در نتیجه شیشه‌گری در دوره صفوی رونق دوباره یافت. گاه شیشه را با دمیدن به درون قالب می‌ساختند و گاه شیشه را می‌تراشیدند تا به‌شکل جواهر در آید و یا نقوشی روی آن می‌کندند. و گاهی نیز شیشه را با نقوش درخشان، مینایی و طلایی می‌کردند. در این دوره کارگاه‌های شیشه‌سازی در شهرهای مختلف ایران از جمله اصفهان، شیراز و کاشان دایر شد.
در فاصله
ٔ بین سلطنت سلسله صفویه و قاجاریه هنر و صنعت شیشه‌گری در ایران از لحاظ سیر تکاملی پیشرفتی نداشته‌است و تا اواخر سلسله قاجاریه و بعد از آن به‌تدریج ضعیف‌تر شده‌است. با ورود شیشه به قیمت ارزان‌تر و مرغوب‌تر به بازار ایران، کمکم این صنعت رو به انحطاط نهاد.
روش‌های تولید شیشه
سرد کردن از حالت بخار (PVD)
رسوب شیمیایی فاز بخار (
CVD)
هیدرولیز شعله‌ای
سل-ژل
ترکیبات سازنده شیشه
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه
با نگاه به جدول عناصر ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO2) ، دی‌اکسید بور (B2O3) ، پنتا اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود.
گدازآورها
کربنات سدیم (Na2CO3) ، کربنات پتاسیم (K2CO3) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل می‌شوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم می‌کنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر می‌شوند و نور از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید.
تثبیت کننده‌ها
برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب ، کلسیم ، منیزیم و روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند.
تصفیه کننده‌ها
موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه می‌شوند و بر دو نوعند:
1. فیزیکی: سولفات سدیم (
Na2SO4) ، کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج می‌کنند.
2. شیمیایی: املاح آرسنیک و آنتیموان ترکیباتی ایجاد می‌کنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.
تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.
افزودنیها
1. استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه می‌شود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
2. استفاده از نیترات سدیم
NaNo3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره می‌شود).
3. استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفافتر شدن شیشه می‌شود.
4. استفاده از اکسید سرب
PH3O4 , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه می‌شوند.
5. برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده می‌کنند.
6. استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می‌شود.
7. برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.
8
. استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری می‌دهد.
9. استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.
10. اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر می‌گردد.
• ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
• ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B2O3) و اکسید پتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe2O3) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO3 هر کدام 0.3 درصد.
علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره می‌گردد.
انواع شیشه و کاربرد آنها
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه می‌گردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.
همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد.
شیشه های ایمنی (Safety Glass )
شیشه های ایمنی به سختی می شکنند و در مقابل نیروهای ناشی از ضربه ، انفجار ، باد و زلزله مقاومت نموده و یا در صورت شکستن به تکه های کوچکی تبدیل می شود که برندگی شیشه عادی را ندارند و خسارت جانی و مالی حادثه را به حداقل می رسانند.این شیشه ها پس از فرایند سخت سازی ۵ الی ۶ برابر نسبت به شیشه های معمولی مقاومتر می شوند.ایجاد تغییرات بعدی روی شیشه های ایمنی دشوار و در اکثر مواقع غیر ممکن است ، لذا در تهیه نقشه مورد نیاز بایستی دقت کافی به عمل آید.
در ضمن حین انجام پروسه سخت سازی این قابلیت وجود دارد تا محصول به شکل خم استوانه ای نیز باشد ، که البته در این زمینه محدودیتهایی جهت ضخامت و
r وجود دارد.
شیشه های درهای ورودی مغازه ها از این نوع است
.
شیشه های چند لایه ( Laminated Glass )
امروزه در مواردی مانند سقفها ، نماهای شیشه ای ، شیشه های خودروهای حفاظت شخصیت ها ، شیشه های ضد گلوله ، ضد انفجار ، ضد عبور و اغتشاش ، سرقت و ... که امکان آسیب ناشی از شکست شیشه وجود داشته باشد ، از شیشه های چند لایه استفاده می شود.
این نوع شیشه عموماْ از دو یا چند لایه شیشه و یک یا چند لایه
PVB (طلق ) تشکیل می شوند. شیشه های چند لایه در اثر ضربه های شدید به هیچ وجه نمی ریزند و چسبیده به طلق باقی می مانند. همچنین به خاطر ایمنی بالا ، کاهش قابل توجه سر و صدا و جلوگیری از عبور حدود ۹۹٪ از اشعه مضر فرابنفش ( UV ) نور خورشید و نیز امکان تولید محصولاتی با رنگهای متنوع باعث استفاده روز افزون شیشه های چند لایه گردیده است.
شیشه های چاپدار و رفلکتیو (Printed Screen - Reflective Glass )
شیشه های چاپدار که در انواع سخت سازی شده و معمولی ارائه می گردند شامل طرح های مختلف از جمله به شکل سنگهای گرانیتی تولید می شوند و برای نمای ساختمانها ، پارتیشنها ، نمای داخلی ساختمانها ، نورگیرها ، شیشه های لوازم خانگی مانند (اجاق گازی ، بخاری و ... ) و دربهای ورودی شیشه ای استفاده می شوند.
شیشه های رفلکس که در رنگهای متنوعی ارائه می شوند به منظور زیبا سازی ساختمانها به کار می روند.به علاوه این نوع شیشه ها اشعه های خورشید را به نحو قابل ملاحظه ای منعکس نموده و مانع از ورود آن به داخل ساختمان می شود. از این رو برای ساختمانهایی که بیشتر در معرض اشعه های زیان آور خورشید قرار دارند مناسب است.
شیشه های ضد ضربه . ضد عبور . ضد اغتشاش . ضد گلوله . ضد انفجار
این نوع شیشه ها ،همان شیشه های چند لایه هستند که مطابق با نیاز خاص و بر پایه محاسبات مهندسی طراحی و تولید می شوند.بسته به نیاز این نوع شیشه ها را می توان در ابعاد ، رنگها و اشکال متنوع (خم - تخت ) و ... تولید کرد. کاربرد آنها در ساختمانهای تجاری ، اداری بانکها ، ساختمانهای مسکونی ، فرودگاهها ، ویترین طلافروشی ها ، فروشگاههای بزرگ و به طور کلی اماکنی که نیازمند امنیت و حفاظت در برابر سرقت مسلحانه ، اغتشاش ، انفجار ، زلزله و ... می باشد.
شیشه - اسپایدر
در برخی نماهای ساختمان نماهای شیشه ای استفاده می شود به نحویکه در نمای ساختمان هیچ فریمی مشخص نمی باشد. در اینگونه موارد با توجه به طرح مورد نیاز و وزن شیشه و ارتفاع و ... از اسپایدرهای مخصوص استفاده می شود. بدین وسیله نماهای یک دست شیشه ای بسیار زیبا ایجاد می شود.
شیشه های خودرویی
انواع شیشه های خم / تخت / لمینت و شیشه های گرم شونده خاص خودرویی مطابق استانداردهای مربوطه جزء توانمندیهای تولید می باشند.
شیشه های گرم شونده خودرویی در شیشه های جلو و یا عقب خودرو به منظور جلوگیری از یخ زدن و یا مه زدایی کاربرد دارند.
شیشه های خم ( Bend Glass )
شیشه های خم بیشتر به منظور تحقق ایده های مهندسین معمار و طراحان نمای ساختمانها تولید می گردد و باعث افزایش فضا ، زیبایی ، جذابیت و نیز مقاومت بیشتر می شوند.ایجاد تنوع در فضا ،استفاده از فضای بدون استفاده و ایجاد هارمونی وهماهنگی در دید از ویژگی های منحصر به فرد این نوع شیشه ها می باشد.
شیشه رنگی
به دو طریق می‌توان شیشه رنگی بدست آورد.
1. با افزودن و کم کردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه. برای نمونه اکسیدهای مسی به شیشه رنگهای مختلف قرمز می‌دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیله اکسید کبالت بدست می‌آید. رنگ زرد با افزودن مقداری اکسید اورانیوم و کادمیوم حاصل می گردد.
2. شیشه سفید را در شیشه مذاب رنگی فرو می‌کنند تا دو روی آن رنگی شود. شیشه‌های رنگی در ویترین مغازه‌ها ، نمایشگاهها ، آزمایشگاهها و ساختمانهای صنعتی بکار می‌روند.
شیشه ضد آتش (پیرکس)
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.
شیشه مسطح
این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند.
شیشه دوجداره (مضاعف)
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد می‌شود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.
شیشه سکوریت
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد می‌شود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی می‌گردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می‌شوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده می‌گردد.
شیشه نشکن
این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل می‌شوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می‌شوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می‌گردد.
از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده می‌گردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.
شیشه ضد گلوله
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می‌گردد.
شیشه انعکاسی (بازتابنده)
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده می‌شود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس می‌کنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.
این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شود.
سایر محصولات
• شیشه های گرم شونده الکتریکی ( ElectricallyHeated Glass )
• شیشه های ضد امواج الکترومغناطیسی ( EMI Glass )
• شیشه های با قابلیت عدم تجمع بارهای الکتریکی ( Anti - Static Glass )
• شیشه های با خاصیت باز تابش امواج( IR ( Low - E Glass جهت استفاده در مناطق سردسیر
• آیینه های EC با کیفیت بالا در اتومبیل که باعث کاهش درخشندگی ، روشنایی زننده و تابش خیره کننده نور ماشین عقبی می شود.
• شیشه های هوشمند (Smart Glass ) با قابلیت کنترل نور و گرما
• شیشه های ترابری خاص
• شیشه های ضد آتش
• شیشه های خود تمیز کن
• شیشه های تزیینی LED دار
مصارف و جنبه‌های اقتصادی
مصارف و کاربردهای شیشه بسیار متعدد است. در مجموع شیشه سازی در ایالات متحده ، سالانه یک صنعت 7 میلیارد دلاری را تشکیل می‌دهد و در آن میان ، شیشه خودرو ، سالانه نیمی از مقدار تولید شیشه تخت را به خود اختصاص می‌دهد. در معماری ، گرایش بیشتری به استفاده از شیشه در ساختمانهای تجاری و بویژه مصرف شیشه‌های رنگی ، پدید آمده است.
ترکیب شیشه
شیشه ، محصولی کاملا «شیشه‌ای شده» یا دست کم فراورده‌ای است که مقدار مواد معلق غیرشیشه‌ای موجود در آن نسبتا کم است. با وجود هزاران فرمول جدید شیشه که طی 30 سال گذشته بوجود آمده، درخور توجه است که هنوز مانند 2000 سال پیش ، 90 درصد تمام شیشه‌های جهان از آهک ، سیلیس و کربنات سدیم تشکیل یافته‌اند. اما نباید چنین استنتاج کرد که در طی این مدت ، هیچ تحول مهمی در ترکیب شیشه صورت نگرفته است. بلکه در واقع تغییرات جزئی در اجزای اصلی ترکیب و تغییرات مهم در اجزای فرعی ترکیب ، پدید آمده است.
اجزای اصلی عبارتند از: ماسه ، آهک و کربنات سدیم. هر ماده خام دیگر ، جزء فرعی تلقی می‌شود، هرچند که بر اثر استفاده از آن ، نتایج مهمی بدست آید. مهمترین عامل در ساخت شیشه ، گرانروی اکسیدهای مذاب و ارتباط میان این گرانروی و ترکیب شیشه است.
تقسیم بندی شیشه‌های تجارتی
سیلیس گداخته
سیلیس گداخته یا سیلیس شیشه‌ای به روش تفکافت تتراکلرید سیلیسیم در دمای بالا یا بوسیله گدازش کوارتز یا ماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ، شیشه کوارتزی می‌خوانند. این ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالایی دارد که به مقاومت گرمایی زیاد آن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمایی بالاتر از دیگر شیشه‌ها فراهم می‌آورد. این شیشه ، اشعه ماوراء بنفش را بخوبی از خود عبور می‌دهد.
سیلیکاتهای قلیایی
سیلیکاتهای قلیایی تنها شیشه‌های دو جزئی هستند که از اهمیت تجارتی برخوردارند. ماسه و کربنات سدیم را بسادگی با هم ذوب می‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره ترکیب Na2O.SiO2 تا Na2O.4SiO2 را سیلیکاتهای سدیم می‌خوانند. سیلیکات محلول کربنات سدیم که به نام شیشه آبی (انحلال پذیر در آب) نیز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هایی با کاغذ موجدار و به عنوان چسب کاغذ بکار می‌رود.
مصرف دیگر آن در ایجاد حالت ضد آتش است. انواع قلیایی‌تر آن به عنوان شوینده‌های لباسشویی و مواد کمکی صابونها بکار می‌رود.
شیشه آهک سوددار
این نوع شیشه %95 کل شیشه تولید شده را تشکیل می‌دهد و از آن ، برای ساخت تمام انواع بطری‌ها ، شیشه تخت ، پنجره خودروها و سایر پنجره‌ها ، لیوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کیفیت فیزیکی تمام انواع شیشه‌های تخت ، نظیر همواری و نداشتن موج و پیچ ، بهبود کلی حاصل شده، اما ترکیب شیمیایی تغییر زیادی نکرده است. اصولا ترکیب شیمیایی در گستره زیر قرار می‌گیرد:
SiO2 از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na2O از %13 تا %18.
فراورده‌هایی که این نسبتها را دارند، در دماهای نسبتا پایین‌تری ذوب می‌شوند. در تولید شیشه بطری ، بخش عمده پیشرفت از نوع مکانیکی است. در هر حال ، تجارت نوشابه‌ها ، سبب ایجاد گرایشی در بین شیشه سازان برای تولید ظروف شیشه‌ای با آلومین و آهک زیاد و قلیائیت کم شده است. این نوع شیشه با دشواری بیشتری ذوب می‌شود، اما در برابر مواد شیمیایی مقاومتر است.
رنگ شیشه بطری‌ها بدلیل انتخاب بهتر و تخلیص مواد خام و استفاده از سلنیم به عنوان زنگ‌زدا بسیار بهتر از قبل است.
شیشه سربی
با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.
درخشندگی یک بلور تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی بالای آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی نیز مفید است.
شیشه بوروسیلیکاتی
شیشه بوروسیلیکاتی ، معمولا حاوی حدود 10 تا 20 درصد B2O2 ، حدود 80 تا 85 درصد سیلیس و کمتر از 10 درصد Na2O است. این نوع شیشه دارای ضریب انبساط کم ، مقاومت فوق‌العاده زیاد در برابر ضربه ، پایداری عالی در برابر مواد شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالاست.
ظروف آزمایشگاهی ساخته شده از این شیشه ، تحت نام تجارتی پیرکس فروخته می‌شود. با این حال ، در سالهای اخیر نام پیرکس برای اجناس شیشه‌ای بسیاری که ترکیب شیمیایی دیگری دارند (مانند شیشه آلومین _ سیلیکات در ظروف شیشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نیز بکار می‌رود. مصارف دیگر شیشه‌های بوروسیلیکاتی علاوه بر ظروف آزمایشگاهی عبارت است از واشرها و عایقهای فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.
شیشه‌های ویژه
شیشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ایمنی ، شیشه اپتیکی ، شیشه فوتوکرومیکی و سرامیکهای شیشه‌ای ، همه شیشه‌های ویژه هستند. ترکیب تمامی این شیشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهایی موردنظر تغییر می‌کند.
الیاف شیشه‌ای
الیاف شیشه‌ای از ترکیبات ویژه‌ای که در برابر شرایط جوی مقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسیار زیاد این الیاف سبب می‌شود تا آنها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا آسیب پذیر باشند. مقدار سیلیس (حدود %55) و قلیایی موجود در این شیشه پایین است.
فرآورده‌های مختلف شیشه‌ای
در حال حاضر ، صنایع شیشه‌سازی عمدتا در پنج شاخه اصلی مصرف در ایران فعالیت دارند:
• ساختمان سازی
• صنایع غذایی
• تهیه لوازم خانگی
• صنایع خودرو سازی
• صنایع دارو سازی و آزمایشگاه
انواع مهم فراورده‌ههای شیشه‌ای
شیشه جام
این نوع شیشه ، برای مصرف در پنجره ، قاب عکس و غیره تهیه می‌شود و دارای سطح کاملا صاف است. در مرحله تولید با عبور خمیر شیشه بین دو غلطک صاف افقی ، عمودی و یا عبور از روی قلع مذاب به دستگاه برش و کوره پخت هدایت می‌شود.
انواع بطری
برای تهیه بطری ، خمیر شیشه را از بالای ماشین قالب‌زنی توسط قیچی مخصوص به صورت لقمه‌هایی در آورده ، به قسمت قالب‌زنی وارد می‌کنند و از پایین ، هوا در آن می‌دمند تا شکل مطلوب به خود بگیرد. برای تهیه انواع لیوان ، استکان ، لوله چراغ نفتی و فانوس ، مانند تهیه بطری عمل می‌شود، ولی بجای دمیدن هوا ، از قالب ویژه استفاده می‌شود.
شیشه‌های ایمنی بدون تلق
این نوع شیشه‌ها برای ویترینها و شیشه‌های عقب و کناری خودرو تهیه می‌شوند. پس از مراحل برش و شکل‌دهی ، در پرسهای مخصوص ، آنها را در کوره الکتریکی تا °650C گرم کرده ، بطور ناگهانی سرد می‌کنند تا بر اثر تبلور جزئی ، بر مقاومت آنها افزوده می‌شود.
شیشه ضد گلوله
این نوع شیشه شامل چهار لایه 6 میلی‌متری و دو لایه تلق ضخیم است. در هر مورد ، ابتدا از طریق وصل کردن به خلاء ، هوای بین لایهها را خارج کرده ، ضخامت شیشه و تلق را به هم می‌جشبانند و بعد تحت فشار 13 اتمسفر در دمای °120C ، به مدت سه ساعت نگه می‌دارند تا لایهها کاملا به همدیگر بچسبند.
الیاف شیشه‌ای
این نوع الیاف ، با عبور خمیر شیشه از منافذ باریک یک قسمت غربال مانند ، تهیه می‌شوند. از این نوع الیاف ، در تهیه پارچه ، پتو و لحاف و عایق‌بندی دستگاههای حرارتی و برودتی و عایق الکتریکی ، صحافی و غیره استفاده می‌شود.
شیشه‌های مخصوص
شیشه‌ها نشکن
این نوع شیشه‌ها دارای ضریب انبساط بسیار کم‌اند و در مقابل تغییر ناگهانی دما یا ضربه ، مقاومت زیادی دارند. از این رو ، از آنها برای تهیه ظروف و وسایل آزمایشگاهی و اخیرا ظروف آشپزخانه استفاده می‌شود.
برای تهیه این نوع شیشه‌ها ، به جای
Na2O و CaO از Zr2O3 ، Al2O3 و B2O3 استفاده می‌کنند که به نام شیشه‌های پیرکس ، ینا و کیماکس شهرت دارند.
شیشه‌های بلور
این نوع شیشه‌ها بسیار ظریف و مشابه به کریستال‌اند. اما سنگین و صدا دهندگی کریستال را ندارند و خاصیت شکست نور در آنها کمتر است. دارای 75 درصد سیلیس ، 18 درصد و 7 درصد Cao اند.
شیشه‌های سرب‌دار
این نوع شیشه‌ها از شیشه‌های معمولی شفافتر و سنگی‌ترند و ضریب شکست بالاتری دارند و دارای سه نوع‌اند:
• کریستال:
که بسیار شفاف ، سنگین ، صدادار و قابل تراش است و نور را در خود می‌شکند و طیف رنگی می‌دهد. از این رو ، در تهیه گلدان ، لوستر و
… بکار می‌رود. دارای 53 درصد سیلیس ، 11 درصد و 35 درصد Pbo است.
• اشتراس:
که سنگ نو نیز نامیده می‌شود و از آن ، جواهرات مصنوعی درست می‌کنند. دارای 40 درصد سیلیس 7 درصد و 52 درصد
Pbo است.
• فلینت:
که در تهیه عدسی دوربینهای عکاسی و اسباب دقیق فیزیکی بکار می‌رود. دارای 20 تا 54 درصد سیلیس ، 5 تا 12 درصد و 34 تا 80 درصد سرب است.
شیشه ضد پرتوها
این نوع شیشه ، شامل یک قسمت و چهار قسمت pbo است، به مقدار قابل توجهی پرتوهای ایکس و پرتوهای رادیواکتیو را جذب کرده ، جلوی اثرات زیان‌بار آنها را می‌گیرد.
شیشه جاذب نوترون
این نوع شیشه‌ها با افزایش اکسید کادمیم ( CdO ) به شیشه معمولی تهیه می‌شوند و به‌عنوان حفاظ در مقابل تابشهای نوترونی ، بویژه در ارتباط با راکتورهای اتمی کاربرد دارند.
شیشه شفاف در مقابل IR
این نوع شیشه با اضافه کردن مقدار زیادی آلومین Al2O3 به شیشه معمولی حاصل می‌شود و در دستگاههای طیف نمایی و طیف نگاری IR مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شیشه ضد اسید فلوئوریدریک
می‌دانیم که بعضی مواد شیمیایی مانند HF بر شیشه اثر می‌کنند. این تاثیر در واقع به واکنش سیلیسی موجود در شیشه با فلوئورید هیدروژن است که تولید اسید می‌کند. از این خاصیت در حکاکی و نقاشی روی شیشه استفاده می‌شود. اگر مقدار کافی فسفات آلومینیم که ساختار سیلیکات آلومینیم را دارد، در ساختار شیشه وارد شود، شیشه بدست آمده ، مقاومت قابل توجهی در برابر HF از خود نشان می‌دهد. علت این است که HF بر فسفات آلومینیم اثر ندارد.
شیشه‌های رنگی
برای برخی مصارف ویژه ، تهیه شیشه‌های رنگی ضرورت دارد. برای این کار ، عمدتا از اکسید فلزات استفاده می‌شود. برای مات یا شیری کردن شیشه ، فلوئوریت کلسیم ، کریولیت ، اکسید آنتیموان (III) ، فسفات کلسیم ، سولفات کلسیم و دی‌اکسید قلع استفاده می شود، زیرا این مواد ، رسوبهای کلوئیدی در خمیر شیشه تولید می کنند که پس از سرد شدن ، سبب شیری شدن آن می‌شوند.
مواد خام شیشه
ماسه شیشه
ماسه لازم برای تولید شیشه باید تقریبا کوارتز خالص باشد. در بسیاری موارد ، منطقه ته‌نشینی ماسه شیشه ، محل کارخانه شیشه سازی را تعیین کرده است. برای ظروف غذاخوری ، مقدار آهن موجود در ماسه نباید از 45% و برای شیشه اپتیکی نباید از 0.015% تجاوز کند، چرا که آهن تاثیر نامطلوبی بر رنگ اغلب شیشه‌ها دارد.
سودا
Na2 یا سودا اصولا از سدیم کربنات چگال ( Na2CO3 ) تامین می‌شود. سایر منابع عبارتند از سدیم بی‌کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و نیترات سدیم. نیترات سدیم برای اکسایش آهن و شتاب دادن به عمل ذوب نیز مفید است. منابع مهم آهک (CaO) سنگ آهک و آهک پخته حاصل از دولومیت (CaCO3.MgCO3 ) است که خود MgO را نیز وارد عمل می‌کند.
فلدسپار
این مواد دارای فرمول کلی R2O. Al2O3 . 6SiO2 هستند که در آنها R2O ، معرف Na2O یا K2O یا مخلوطی از این دو است. این مواد در مقایسه با اکثر مواد دیگری که منبع Al2O3 هستند، مزایای بسیاری دارند. فلدسپارها ارزان ، خالص و گدازپذیرند و کلا" از اکسیدهای ایجاد کننده شیشه تشکیل شده‌اند.
از خود
Al2O3 تنها هنگامی استفاده می‌شود که قیمت محصول از درجه دوم اهمیت برخوردار باشد. فلدسپارها همچنین Na2O یا K2O و SiO2 را نیز تامین می‌کنند. مقدار آلومین در پایین آوردن نقطه ذوب شیشه و کُند کردن واشیشه‌ای شدن ، موثر است.
بوراکس
بوراکس به عنوان یک جزء ترکیبی فرعی ، هم Na2O و هم اکسید بوریک را برای شیشه تامین می‌کند. هر چند که از بوراکس به ندرت در شیشه پنجره یا شیشه جام استفاده می‌شود، اما اکنون این ماده ، عموما در انواع خاصی از شیشه بطری‌ها بکار می‌رود. یک نوع شیشه بوراتی با ضریب شکست بالا نیز وجود دارد که در مقایسه با شیشه‌های قبلی ، مقدار پراش نور آن کمترو ضریب شکست نور در آن بالاتر است و شیشه اپتیکی باارزشی بشمار می‌رود.
بوراکس علاوه بر توانایی بالا در ایجاد گدازش ، نه‌تنها ضریب انبساط را پایین می‌آورد، بلکه دوام شیمیایی را نیز افزایش می‌دهد. هنگامی که قلیائیت اندکی در فرایند تولید مورد نظر باشد، از اسید بوریک استفاده می‌شود که بهای آن ، دو برابر بوراکس است.
سدیم سولفات ناخالص
این ماده که مدتها مانند سایر سولفاتها نظیر آمونیوم سولفات و باریم سولفات ، یک جزء ترکیبی فرعی در شیشه تلقی می‌شد، غالبا در تمام انواع شیشه بکار می‌رود. این ماده ، کف موجود در کوره‌های مخزنی را که ایجاد مشکل می‌کند، حذف می‌نماید. برای کاهش سولفاتها به سولفیتها ، از کربن استفاده می‌شود.
ممکن است برای ایجاد سهولت در حذف حباب‌ها ، آرسنیک تریوکسید افزوده شود. آهن را با سدیم یا نیترات پتاسیم ، اکسید می‌کنند تا مقدار آن در شیشه نهایی چندان قابل توجه نباشد. از پتاسیم نیترات یا کربنات ، در بسیاری از شیشه‌های مرغوب‌تر نظیر شیشه ظروف غذاخوری ، شیشه تزئینی و شیشه اپتیکی استفاده می‌شود.
خرده شیشه
این ماده از خرد کردن کالاهای معیوب ، لبه‌های پرداخت شده کالاها یا سایر ضایعات شیشه‌ای بدست می‌آید و استفاده از آن ، سبب سهولت عملیات ذوب می‌شود و در عین حال ، مواد ضایعاتی نیز به مصرف می‌رسند. ممکن است مقدار خرده شیشه مصرفی در هر بار بین 10 تا 80 درصد باشد.
بلوکهای نسوز
این مواد در صنعت شیشه ، بدلیل شرایط سخت موجود به طرز ویژه‌ای بسط و توسعه یافته‌اند. زیرکن متخلخل ، آلومین ، مولیت و مولیت - آلومین تفجوش و زیرکونیا - آلومین - سیلیس ، آلومین و آلومین - کروم که بروش ریختگی برقی تهیه شده‌اند، از جمله بلوکهای نسوزی هستند که در کوره‌های مخزنی شیشه بکار می‌روند. آخرین تجربه بدست آمده در کوره‌های بازیابی گرما ، استفاده از فراورده‌های نسوز بازی بدلیل وجود غبار و بخارهای قلیایی در کوره است.
طاقهای آجری کوره از جنس سیلیس که استفاده از آن در صنعت ، اقتصادی است، عمدتا تعیین کننده دمای عملیات کوره است.
وسایل لازم
سوهان سه گوش
چراغ گاز
لوله شیشه‌ای توخالی
شعله پخش کن پروانه‌ای
روش صیقل کردن
همیشه مقطع لوله‌ها دارای لبه‌های تیز خطرناک است. باید آنها را روی شعله چراغ گاز صیقلی نمود. برای این کار مقطع را روی شعلهبگیرید و بچرخانید و تا نزدیک ذوب شدن حرارت دهید. به این ترتیب تیزی‌ها ازبین خواهد رفت.
طرز بریدن لوله
لوله شیشه‌ای را با یک دست بگیرید و آن را روی میزکار قرار دهید. به‌کمک سوهان سه‌گوش ، شیار کوچکی بر محل مورد نظر ایجاد کردهو خراش دهید. لوله را طوری بین دو دست بگیرید که محل خراش به طرف بیرون باشد. با مختصر فشاری که از دو طرف به آن وارد می‌کنید، از هم جدامی‌شود.
برش لوله اهمیت زیادی در کاربردهای صنعتی دارد. یکی ازکاربردهای آن تهیه قطره چکان میباشد.
طرز تهیه قطره چکان
لوله را مستقیما روی شعله چراغ گاز بچرخانید تانرم شود. برای این کار نباید از شعله های پخش استفاده کرد. لوله را کمی فشاردهید تا کوتاه تر شود و ضخامت جدار لوله تقریبا دو برابر ضخامت اولیه گردد. در مرحله بعدی لوله را از شعله دور کنید و پس از یک لحظه آنقدر بکشید تا قسمتنرم شده به اندازه دلخواه نازک شود. پس آن را از طول ببرید.
روش شکل دادن میله و لوله های شیشه ای در آزمایشگاه
شیشه‌ها رابه‌سادگی می‌توان به فرم دلخواه درآورد و از آنها مطابق با کاربردهایشاناستفاده کرد. یکی از اشکالی که می‌توان میله صاف را به آن فرم درآورد، خمکردن است که کاربردهای فراوانی دارد. برای این قبیل کارها باید دقت کافینمود.
طرز خم کردن لوله
لوله را آنقدر روی شعله به جلو و عقب بچرخانید تاکاملا نرم شود. پس آن را از شعله دور کرده و برای چند دقیقه صبر کنید تاحرارتش کاملا یکنواخت گردد. حال می‌توانید لوله را به شکلی که می‌خواهید خمکنید و حتما بایستی پس از خم کردن آن را محکم نگه دارید. روش صحیح خم کردنطوری است که بعد از خم کردن لوله به شکل هلال دیده شد.