Историческо развитие на плоското и флоатното стъкло
Открито преди около 7000 години, стъклото се развива с течение на вековете до нивото на хай-тех продукт в наши дни – от елементарни топчета за накити и малки, пропускащи светлина мътни парчета с неправилна форма и дебелина до многофункционалните системи, без които съвременното строителство е немислимо.
Началото
Най-старите открити следи са от каменната епоха. Хората използвали естествено вулканично стъкло (обсидиан) за решещи инструменти и върхове на копия.
Стъклото се среща в природата. То се образува когато кварцов пясък (пясък от преобладаващи кварцови частици) се разтопява при много висока температура, след което изстива. Получава се при изригване на вулкани или падане на метеорити.
Ранна епоха и античност
Няма исторически данни за първата технология за произвеждане на стъкло. Предполага се, че първите занаятчии, които са включили към дейността си стъклото, са грънчарите и ковачите, работили по бреговете на големи содени езера. И двете производства изискват високи температури за топене и изпичане.
Най-ранните предмети от стъкло – стъклени перли, са намерени в гробниците в Египет и датират от средата на 2-ри век преди н.е. В Месопотамия около 1500 г. преди н.е. са произведени първите кухи стъкла по „пясъчна технология“. При тази техника форма (ядро) от пясък или керамика е потапяна в стопената стъклена маса и заливана в стъкло. След изстиване от стъклото внимателно е изваждано ядрото и така са получавани стъклени съдове (кухи форми). Първата рецепта за стъкло се твърди, че идва от Библиотека на Ашурбанипал: „Вземи 60 части пясък, 180 части пепел от морски растения, 5 части креда и получаваш стъкло.“
Цилиндрично произвеждано стъкло. Издухва се голям балон от разтопено стъкло, след което краищата се премахват, полученият цилиндър се разрязва по дължина на две половини. Двете половини се загряват отново и с дървени чукове се изравняват в плоска повърхност.
Тръбата за издухване на стъкло и пещите за разтопяване на стъкло са открити около 200 г. преди н.е. и представляват нова възможност за производство на кухи съдове.
Римляните били в състояние да произвеждат плоско стъкло. За производството на плоско стъкло разтопената стъклена маса се излива в мокри дървени форми. По този начин са били произвеждани стъкла за прозорци с размери до 700 мм х 1000 мм. Стъклото действително пропуска светлина, но заради значителните несъвършенства на технологията на производство не притежава прозрачност. Римляните разпространяват стъклото в цяла Европа, а в по-късни времена на тази база са разработени последващите начини и технологии за производство.
Средните векове
През средновековието за производството на стъкло е използван подходящ кварцов пясък, добиван предимно от корита на потоци. По тази причина производството е позиционирано извън населените места, близко до местата на добивания материал. Наличните в състава на пясъка железни оксиди, независимо от малкото си съдържание, придават на продуктите от стъкло лек зелен оттенък.
Център на развитие на изкуството със стъкло през средновековието става Венеция, а рецептите са били пазени строго в тайна. Усъвършенствани постоянно, довеждат през ренесанса до производството на кристално стъкло – чисто, напълно прозрачно, без цветни оттенъци.
Наред с превъзходните предмети на изкуството през средновековието се произвежда и плоско стъкло, също на базата на технологията на издухване с лула. Балонът от разтопено стъкло бил сплескван и чрез ръчно въртене е бил разтеглян. След това по периметъра е бил разрязван. Получените стъкла са удебелени в средата.
Върху издухания балон от разтопено стъкло майсторът стъклар залепвал желязна пръчка (1). След това е премахвана лулата. Отворената в голяма степен черупка отново е нагрявана и чрез ръчно въртене, благодарение на центробежните сили, стъклото е разтегляно във формата на диск (4). Първоначално са произвеждани малки стъкла, в последствие е постиган диаметър до 90 cm. В зависимост от качеството на диска, стъкларите изрязвали кръгли, правоъгълни или шестоъгълни стъкла. Получените по тази технология стъкла са с по-добро качество и по-висок гланц отколкото технологията за цилиндрично производство.
Полученото по този метод стъкло е с типично удебеляване в среда. Произведените стъкла не са големи и са използвани основно за прозорци.
През късното средновековие често се срещат прозорци с оловно стъкло в Европа, използвано предимно в големите катедрали. Възможността да бъде оцветявано позволява изработване на цели картини и религиозни сцени.
През 17-и век стъклото вече излиза извън границите на катедрали и манастири и се среща в дворци и богати градски жилища. Увеличеното поле на приложение води след себе си до повишено търсене. Оттук идва и нуждата от разработване на нова технология за производство.
Използваната още от римляните технология за леене през 17-и век се възражда и доразработва от френските майстори на стъкло. Съдържанието от една пещ за топене се излива върху предварително загрята медна плоча и с метална валцова ролка с охлаждане с вода се разстила в лист. Дебелината на листа се определя от размерите на плочата. Впоследствие стъкленият лист е шлифован допълнително с пясък и вода и полиран с паста от железен оксид. Максималните размери на стъклото достигат до 1,20 м х 2,00 м.
Стъкла за очила се появяват около средата на тринадесети век, а производството за елементарни микроскопи и бинокли започва от 1600 година.
ХХ век
През двадесетте години на миналия век машинното производство замества ръчните технологии. Така става възможно комерсиалното производство в големи количества и постигане на значително по-добро качество.
Друг метод за производство на прозрачно стъкло чрез изтегляне е патентован през 1904 г. от белгиеца Емил Фурко. Днес почти не се използва с изключение на стъкла за реставрация. При тази технология разтопеното стъкло, излизащо от дюза, се пресова от огнеупорен материал.
В средата на 19-и век на Хенри Бесемер, английски инженер-изобретател, известен със своите изобретения и революционни подобрения в областта на металургията, идва идеята за използване на разтопен калай като носещ елемент за стъклото. Аластър Пилкингтон развива технологията до ниво за индустриално приложение и я представя на широката публика в началото на 1959 г. През 1966 г. фирма Pilkington Brothers започва с производството на флоатно стъкло и продажбата на лиценза на други производители.
Първото индустриално производство е подходящо за производство на стъкла с дебелина 6 мм – дебелината, която се получава при изливане на разтопено стъкло върху вана с разтопен калай.
Най-важната суровина за производство на флоатно стъкло е кварцовият пясък – материал, който се намира в достатъчни количества и за бъдещите поколения. В по-малки количества са нужни още сода, доломит, вар и други суровини.
За подобряване на процеса на топене влияние оказва използването на чисто счупено стъкло (рециклат). Суровините влизат в пещта за топене при температури около 1550 °C и се хомогенизират без мехурчета. Върху разтопената калаена основа стъклото „плува“ отгоре, защото е по-леко от калая. В резултат на повърхностното напрежение на стъклото и плоската повърхност на калаената вана се образува еднакво дебело стъклено тяло, без изкривявания, с напълно паралелни повърхнини и с високо визуално качество.
Съвременна поточна линия за производство на флоатно стъкло. Снимка: Pilkington.
Следва охлаждане до 600 °C и после до 60 °C, като процесът е бавен и контролиран, за да не предизвика остатъчни напрежения. След това се проверява със съответните технически средства за дефекти и накрая се изрязва в стъклен лист, стандартно с размери 3210 мм х 6000 мм.
В зависимост от съставките се получават различни видове, например боросиликатно стъкло. То съдържа допълнително 7% до 15% боросиликат, коефициентът на температурно разширение е значително по-нисък от това на флоатното стъкло за прозорци или орнаментното стъкло. По тази причина боросиликатното стъкло има значително по-висока температура на устойчивост при рязко повишаване на температурата (топлинен шок). И има висока устойчивост на алкали и киселини.
Разнообразието от видове и по-нататъшни обработки е голямо и зависи от целите, които трябва да се постигнат. Креативността към стъклото се отнася не само в декоративните му качества, в последното десетилетие ставаме свидетели и на безграничните технически фантазии в придадените качества и приложения на материала с многобройни възможности.
