0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Когда изобрели стекло для окон

Стекло

Задолго до наших дней изготовление стекла считалось трудоемким процессом, подобным созданию произведения искусства. По этой причине его цена была очень высока. В эпоху правления Тиберия один из мастеров создал небьющееся стекло, однако, по приказанию императора, он был казнен, поскольку это открытие могло стать причиной резкого снижения стоимости стекла.

Сегодня все изменилось, и ученые, работающие в этой сфере, стремятся сделать стекло как можно более дешевыми.

Археологические находки свидетельствуют о том, что первое стекло было сделано на Среднем Востоке примерно в 3000 г. до н.э. Вначале производство стекла было медленным и дорогостоящим. В древние времена стекло было предметом роскоши, и лишь немногие могли себе его позволить.

Древнейшими стеклянными предметами являются бусы и кулоны, созданные ещё в додинастическую эпоху в Древнем Египте. Египтяне знали также мозаику из стекла. Разноцветные стеклянные пластины разогревались до сплавления, а затем вытягивались для получения тонких и очень длинных полосок, нередко изображавших просто иероглифы. Эти произведения отличались удивительной тщательностью исполнения, но в то же время египтяне никогда не стремились добиться прозрачности стекла.

В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топ-ливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола — то есть щелочь — при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.

Некоторые считают стекло побочным продуктом выплавки меди. А древнеримский историк Плиний-старший (79 — 23 гг. до н.э.) писал, что стеклом мы обязаны финикийским морским купцам, которые, готовя пищу на стоянках, разводили на прибрежном песке костры и подпирали горшки кусками извести, создав тем самым условия для возникновения стекломассы.

Действительно, исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь — органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца.

Сегодня основным сырьем для изготовления стекла является диоксид кальция — SiO2, представляющий собой белый кварцевый песок. Его главное преимущество, по сравнению с другими веществами, заключается в том, что диоксид кальция может переходить из расплавленного состояния в твердое, минуя процесс кристаллообразования. Это дает возможность его использования для создания различных видов стекол. Кварц имеет чрезмерно высокую температуру плавления, поэтому каждая стекольная мастерская изготавливает стекло, содержащее 50-80% SiO2. Для понижения температуры плавления в стекломассу добавляют различные вспомогательные вещества: известь, оксид натрия, глинозем.

В последнем веке до н. э. стеклоделие интенсивно развивалось в Римской империи. Четкая политическая и экономическая организация, бурное строительство, разветвленные торговые связи — все это создавало условия для процветания стекольной промышленности во владениях Рима в Средиземноморье и в Западной Европе. Во времена императора Августа изделия из стекла вывозились во Францию, Германию и Швейцарию. Именно римляне первыми начали использовать стекло в архитектурных целях — особенно после открытия прозрачного стекла путем введения в стекломассу оксида марганца, случившегося около 100 гг. до н. э. в Александрии. Александрия в то время была и центром производства изделий из стекла. Всемирно известна Портлендская ваза (из двухслойного непрозрачного стекла) — возможно самый известный шедевр александрийских мастеров.

В средние века, после развала Римской империи, перемещение технологий и секретов мастерства стеклодувов сильно замедлилось, поэтому восточная и западная стеклянная посуда постепенно приобретали все больше и больше индивидуальных отличий. Александрия так и оставалась центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда.

К концу первого тысячелетия, существенно изменились методы производства стекла в Европе. В первую очередь это коснулось состава сырья для производства. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, полученный в следствии сжигания дерева. Поэтому стекло, сделанное к северу от Альпийских гор, стало отличаться от изделий, произведенных в средиземноморских странах, например в Италии.

В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке – итальянские освоили производство листового стекла. Они сперва выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было невысоким, но практичес-ки полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Этими стеклами стеклили окна церквей и замков знатных вельмож. На этот же период приходится и расцвет изготовления витражных окон, в которых использовались кусочки цветного стекла.

В конце Средневековья центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземно-морья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий (особенно, с Востока) на благодатную венецианскую землю. Производство стеклянных изделий было важнейшим ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе — более 8000 человек. В 1271 году вышел специальный указ, которым узаконивались некоторые протекционистские меры по защите интересов стекловарения, запрещался импорт иностранного стекла, прием на работу иностранных мастеров и вывоз за границу сырья для изготовления стекла.

В конце XIII века в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Однако, частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано.

Эта мера также давала некоторые гарантии в вопросе сохранения тайны производства венецианского стекла, так как мастера не имели права покидать территорию острова.
Во второй половине XV века стекольные мастера острова Мурано разработали новую технологию получения особо прозрачного стекла, в которой использовались кварцевый песок и поташ, сделанный из морских водорослей. К концу 16-го столетия 3000 жителей из 7000-го населения острова были вовлечены в стекольное производство.

В XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, в частности, благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя. Он сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке.

Франция тоже не стояла в стороне от процесса развития стекольного производства. В 1688 году в Париже наладили новый процесс производства зеркального стекла, оптические качества которого до того времени оставляли желать лучшего. Расплавленная стекломасса выливалась на специальный стол и раскатывалась до плоского состояния. Затем начинался многоступенчатый процесс полировки поверхности, сперва грубыми чугунными дисками, затем – абразивным песком разных фракций, а в конце – фетровыми дисками. В результате получалась зеркальная поверхность с невиданными оптическими свойствами. Из такого стекла, покрытого с обратной стороны слоем серебра, получали высококачественные зеркала. Французы переманивали к себе способных венецианских мастеров, обладающих хорошими профессиональными навыками и знающих секреты мастерства. Французские власти предлагали венецианским мастерам множество стимулов: например, французское гражданство после восьми лет работы и почти полное освобождение от налогов.

Но только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из «отцов» сов-ременного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851 – 1935 гг.), который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби (1840 – 1905 гг.), профессором из Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла, был Фридрих Симменс. Он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намного большее количество стекломассы, чем ранее.

В конце XIX века американский инженер Майкл Оуэнс (1859 –1923 гг.) изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К 1920 году в Соединенных Штатах уже работало примерно 200 машин Оуэнса. Вскоре и в Европе подобные машины получили широкое распространение. В 1905 году бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии. Он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В 1914 году его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

В Америке подобный процесс вытягивания стеклянного полотна был разработан несколько позже. Затем технология была усовершенствована при поддержке американской фирмы «Либбей-Оуэнс» и начала использоваться для коммерческого производства в 1917 году. Флоат-метод был разработан в 1959 году фирмой «Пилкингтон». При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг.

Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими являются стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6 на 3.21 м., а толщина листа может быть от 2 до 25 мм.

В настоящее время в мире производится около 16 500 миллионов тонн листового стекла в год. Как же выглядит процесс изготовления стекла сегодня? Прежде чем из набора химических элементов появится изящное зеркало, красивая ваза или легкая стеклянная мебель, эти вещества должны пройти ряд процедур. Создавая стекло или зеркало, первым делом в огромных ваннах, которые вмещают до тысячи тонн стекла, расплавляют вещества, имеющие низкую температуру плавления. Затем туда добавляют кварцевый песок, который успешно расплавляется при температуре 1000 градусов. Но на этом процесс нельзя считать законченным: необходимо произвести дегазацию полученной стекломассы. Для этого ее нагревают в специальных регенерационных печах до температуры 1400-1600 градусов. В процессе выхода на поверхность газы способствуют равномерному перемешиванию стекла.

Печь для производства стекла работает в непрерывном режиме. С одной стороны, туда подаются ингредиенты, в результате смешения которых будет создано стекло. Постепенно они превращаются в расплавленную стекломассу и впоследствии поступают на специальный конвейер, на котором стекло охлаждается и разрезается на листы нужного размера. Для того, чтобы создать не обычное стекло, а зеркало, мастера в процессе движения застывшего стекла по конвейеру покрывают его сначала тончайшим слоем серебра, затем — слоем меди и, наконец, лаком. За одну минуту такой обработки удается создать зеркало длиной 2,5 метра, а за месяц на такой печи производят зеркало площадью 40 000 кв. м.


История создания окон. Развитие первых оконных систем в России

Просто невозможно, немыслимо представить себе дом без окон. Кажется, что этот элемент появился вместе с самыми первыми жилищами. Но это не так: первые окошки упоминаются лишь во 2-м тысячелетии до н.э. А потом окно прошло огромный путь развития, превратившись из простого отверстия к сложным системам.

Какими были первые оконные проемы?

История окон насчитывает больше 4 тысячелетий. Но первые конструкции были максимально примитивны. Их делали в виде отверстия для воздухообмена и естественного освещения.

В истории создания окон «замешан» даже Вельзевул – правда, тогда он назывался Бал Зевул, и он был богом грома и плодородия. Его сослало на землю верховное божество, чтобы тот жил среди людей. Как гласит предание, он жил в золотом дворце с серебряными украшениями. Были в том замке и окна.

Читать еще:  Пластиковые окна схема с описанием конструкции

Как менялись оконные формы?

В историческом плане можно проследить, что роль окна (воздуховода и естественного освещения) сначала выполнял дымоход. Если вы хоть раз видели баню, которая топится по-черному, то с огромной вероятностью у нее было очень маленькое окошко или не было вовсе. Дыра в потолке юрты, вигвама, других простейших жилищ – тоже своеобразные окна.

Самые же необычные окошки сохранились у северных народов. Оконный проем также выполняет роль входа и завешивается, если нужно, шкурами животных.

Однако уже во времена Помпеи, впоследствии погибшей из-за вулкана Везувия, обнаруживаются первые застекленные окна. Их установили в термах (банях), а размеры проема составляли вполне приличные 90х120 см.

Из-за сложности производства и дороговизны материалов окошки сначала ставили в храмах и «административных зданиях», дворцах. А самыми востребованными по форме и эстетичности стали витражи. Изготовить «полотно» из множества цветных стеклянных кусочков было проще. Так, один из самых первых известных витражей – это окна Софийского собора в далеком Царьграде (Константинополе). Цветное застекление в византийской столице датируют 330-м годом нашей эры.

Русские окна: технологии и разнообразие

В Киевской Руси находки, свидетельствующие об использовании оконных стекол, датируют 10-м веком. Археологи находили выдувные стекла с «лепешками» («пирожками»), выдуваемыми специально для оформления оконного проема. В Европе такие стали применять только в 13-м веке. Однако полноценного, современного стеклянного окна на Руси еще не было.

Чтобы закрыть оконный проем, применяли слюдяные пластины, рыбий паюс, промасленный холст или деревянную заглушку. В зимнее время могли вставить даже лед. Хотя окошко выходило не таким дорогим, а делали его маленьким, потери тепла были существенными. Так были изобретены другие оконные системы: так называемые волоковые окна.

История деревянных окон была впечатляющей. Даже исходная конструкция закрывающихся («заволакивающихся») окошек была совсем не примитивной:

  • ставилась оконница (оконный переплёт);
  • в него на холодное время года вправлялась окончина (кроме стекла распространены были брюшина или бычьи пузыри;
  • внутри дома устанавливали волок (задвижной ставень);
  • для удобства размещали оконные вставки (наподобие откосов);
  • завершали убранство и защищали окошко ставни.

Привычным считалось наличие окон в горнице в двух стенах, а в светлице («женской» комнате) – с трех или четырех сторон. Считается, что это облегчало типичный женский труд – от прядения до шитья, вязания.

В 17-м веке история появления окон сделала новый виток. По Европе распространялось новшество – увеличенные оконные проемы с большим стеклом, пропускающим много света. Царь Петр I увидел новинку и повелел завести эту моду и у нас. Ее тоже пришлось насаждать, но этому мешала и объективное ограничение – нехватка стекла. Собственная стекольная фабрика в России появилась лишь в 1635-м году, а до 6 заводов мощности производителей увеличились лишь к 18 веку.

Окна в мифах и ритуалах

Кроме основной функции, окно осмыслялось в мифологии. Истории про окна встречаются в фольклоре. У славян этот проем считался «нерегламентированным» или «опасным» входом в дом. В него могли войти духи, через окошко выносили покойника. Этот проем и до сих пор используют в магических целях, для выполнения ритуальных действий.

На протяжении всей истории окна домов у славян становились местом общения с потусторонними силами:

  • В Польше и в Карпатах гроб выносили через этот проем, чтобы покойный не стал вампиром.
  • В Заонежье влазили в новый дом через окно, если боялись прогневать старого домового.
  • На Полесье и у словаков убеждены, что душа улетает через окно именно в виде птицы.
  • У всех славянских народов есть идея, что раскрытые настежь окошки и двери помогают роженице разродиться.
  • В Новгородской губернии умерших от холеры выносили через оконный проем и сразу же заколачивали его досками, чтобы холера не смогла вернуться с кладбища в дом.
  • Типичное русское поверье – после смерти человека обязательно поставить стакан воды на подоконник, чтобы улетающая душа могла омыться.

Символика славянского оконного оформления

Даже у наличников на окна история своя. Их украшали резьбой и в ритуальных целях, и для красоты. По этому элементу можно было определить статус владельцев дома. По ним смотрят и период (время), к которому относится образец деревянного зодчества. Искусству вырезания ажурных узоров и их символике обучались долгие годы.

Некоторые из значений узоров:

  • солнце – в виде ромба;
  • поле – вытянутый ромб;
  • равносторонний крест – солнце-оберег, защита от нечисти;
  • 6- или 8-конечная звезда, вписанная в круг, – знак грома, мужества, доблести, смены дня и ночи;
  • утки и лебеди – уносят солнце вечером, изображаются внизу;
  • конь – приносит солнце утром, изображается вверху.

Новейшее время: скачок от дерева до пластика

Времена восхитительных, искусно выполненных наличников прошли. Уже с 1935 года немец Вильгельм Франк запатентовал свое изобретение – поворотно-откидную фурнитуру. А в 1959-м А.Пилкингтон представил флоат-технологию – изготовления гладкого стекла путем налива пластов стекломассы на оловянные пластины.

Пришла эпоха пластика. В 1954-м году о себе заявила немецкая компания Dinamit Nobel, поставив в здание первый пластик. Эта компания была детищем того самого Альфреда Нобеля. Они выпустили свое творение под маркой Trocal.

Оконные профили из поливинилхлорида выпускались серийно, став массовым продуктом. Также важной вехой в истории пластиковых окон стала возможность окрашивания пластика во все цвета RAL – 179 оттенков, и дополнение дизайна ламинированием с любым оттенком и даже рисунком.

Проблемы пластиковых окон

Пока в Союзе разрабатывали модели деревянных окон для разных серий типовых домов, и не думали о пластике, в США его активно внедряли в производство. Однако первые окна в истории не прижились. Все оказалось несколько сложнее: американцы упорно считали пластик некачественным, «одноразовым» материалом, годным лишь для детских игрушек и недолговечной тары.

История возникновения окон сохранила отчаяние первых компаний, которые «бились» на этом рынке за положительную репутацию. Только после 20 лет уговоров американцы начали массово ставить ПВХ-конструкции. После этого история окон ПВХ пополнилась такими вехами, как появление экологических требований к материалам. Только в 2000-х (у компании Трокал – в 2001-м) стали появляться конструкции, отвечающие даже самым жестким экологическим требованиям.

Перспективы оконного рынка

История развития окна поражает разнообразием. Так, параллельно появлялись венецианские и французские окна. С появлением ПВХ в «сотрудничестве» с алюминиевым профилем стало возможно разрабатывать и производить самые фантастические проекты остекления, включая панорамные и другие варианты.

Уже никого не удивить самыми разными типами конструкций: духовыми, слуховыми, мансардными, второго освещения, конструкциями из металлопластика, дерева, стеклопластика (фибергласса). Каким станет окно будущего? Это увидят уже будущие поколения.

История возникновения стекла

Первое стекло (непрозрачное, почти черное) родила сама природа, и образовалось оно из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность земли миллионы лет назад. Такое вулканическое стекло назвали обсидианом. В каменном веке обсидиан использовался для обработки режущих инструментов. Позднее (55 веков назад) человек научился изготавливать стекло сам.

Родиной искусственного стекла ученые называют Месопотамию и Древний Египет. Обследуя мумию царицы Хатшепсут, археологи нашли ожерелье из крупных неровных зеленовато-черных блестящих стекляшек. Древнеегипетские стеклоделы не умели получать прозрачное стекло, ведь для этого нужна высокая температура в печи (1500°С), а для изготовления цветного стекла мастера примешивали железо, медь или марганец. Особен распространенным было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью, а зеленое стекло получали окрашиванием медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в начале н. э. Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь — органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). Археологами в конце XIX в. недалеко от Фив были обнаружены руины древнеегипетской стекольной мастерской: остатки печей, фрагменты тиглей для плавки стекла, разрушенные стеклянные сосуды и стеклянные палочки разного цвета. В одной из пирамид древнего Египта (созданной в XIV в. до н. э.) исследователями также была обнаружена фреска, изображающая древних стеклоделов за работой. Так, ученым в общих чертах удалось восстановить технологию стеклоделия того времени.

Древнеегипетская стеклодувная печь

К XV в. до н. э. стекло массово производилось не только в Египте, но и в Передней Азии, и на Крите. К IX в. до н. э. были открыты технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по стеклоделию датируется650 г. до н. э. и представляет собой таблички, хранившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанипала. Технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, они применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств.

В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к2000 г. до н. э. В Китае в V-III вв. до н. э. стеклянные изделия появляются в большом количестве, в том числе бусы с «глазовидным» узором и специфическим химическим составом. Первые письменные свидетельства об изготовлении стекла пяти цветов в Поднебесной относятся к концу III в.

В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера (столовую посуду). Также была разработана технология смешения стекла нескольких цветов для получения мозаичных структур. В этот период бесцветное стекло начало цениться больше цветного, поэтому были усовершенствованы и технологии его изготовления.

Одним из величайших периодов в истории стекла стал период Римской империи, когда человек научился выдувать стекло и придавать стеклянным предметам желаемую форму и размер. Римляне варили стекло не на костре, а в стекловаренной печи, сложенной из камня. Поэтому им удавалось получать более высокие температуры, и стекло у них плавилось уже по-настоящему, превращаясь в ослепительно сияющую жидкость. Первые в Италии стекловарни были устроены при Цезаре в Риме, тогда же возникла и мозаика. Во времена императора Тита (конец I в. н. э.) применялись уже оконное литое стекло и стеклянные пластинки для облицовки стен. Листовое оконное стекло было большой роскошью и редкостью и применялось лишь для церквей вплоть до конца XII ст. Частные жилища у богатых римских патрициев были снабжены слюдяными окнами. В начале I в. н. э. один римский мастер сделал длинную и тонкую железную трубку с небольшим расширением на конце. На другой ее конец он насадил деревянный мундштук, чтобы защитить губы от ожога. Это простое изобретение оказалось поистине гениальным, ведь на протяжении почти двух тысяч лет все стеклянные изделия создавались при помощи этой трубки. Искусство стеклоделия в Древнем Риме находилось на высоком уровне, к выдающимся образцам мирового искусства относится Портландская ваза (хранится в Британском музее).

Портландская ваза (Древний Рим)

После падения Римской империи (конец V в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где освоили выплавку цветного непрозрачного стекла (смальты) для мозаики, сменившую каменную мозаику.686 г. н. э. считается годом создания первых витражей из стекла.

Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад, а широко эта отрасль стала развиваться в первой половине XI в. При раскопках в слоях XI-XIII вв. обнаружено множество мастерских по производству стеклянных бус и браслетов, которые были тогда очень модными украшениями. Таким образом, первоначально стекло и изделия из него появились не как предмет первой необходимости, а как предмет искусства, роскоши. Первое упоминание о стеклянных заводах в России относится к царствованию Алексея Михайловича. В1635 г. близ Можайска шведом Елисеем Коэтом был построен первый в России стекольный завод, а в1668 г. — Измайловский завод под Москвой. При Петре I на Воробьевых горах построили государственный стекольный завод. В1748 г. М.В. Ломоносов организовал при Петербургской академии лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В1753 г. им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика под Петербургом. Д. И. Менделееву принадлежит заслуга первой научной трактовки строения стекла. К1913 г. в России работало уже 275 стекольных заводов. За годы Советской власти в СССР создана мощная стекольная промышленность, оснащенная совершенным оборудованием.

Читать еще:  Окна из дерева своими руками на дачу

Покрыв стекло амальгамой, человек изобрел зеркало. Сперва металлические, а потом зеркала из стекла начали встречаться в домах князей и бояр в XVII в., но довольно редко из-за поверья, приписывавшего изобретение зеркал дьяволу. Первую зеркальную фабрику в России завел в1716 г. в Санкт-Петербурге князь Меньшиков.

Европу стекло завоевало только в средние века: оно использовалось как в быту, так и при строительстве храмов для изготовления цветных витражей. В жилых домах знати начали появляться окна с крестообразным переплетом, который символизировал крестное знамение и оберегал здание и его жителей от несчастий. К концу I тысячелетия существенно изменились методы производства стекла в Европе, особенно это коснулось состава сырья. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, получаемый при сжигании дерева.

Техника стеклоделия проникла в Чехию из соседних стран, но вскоре здесь научились варить стекло, которое по своей чистоте, прозрачности, блеску и твердости превосходило все ранее известные изделия из стекла. Это калиево-кальциевое силикатное стекло, полученное в Чехии в конце XVII в., известно как «богемский хрусталь». В отличие от легкоплавкого стекла, которое обрабатывалось в нагретом состоянии, чешское стекло тугоплавкое.

С XIII в. начала свой отсчет история венецианского стекла, основанная на упорном стремлении венецианцев добиться монополии в европейском стеклоделии. Мастера стали добавлять в расплав небольшое количество свинца, что сделало венецианское стекло еще более прозрачным. В конце XIII в. в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Но частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано. В1454 г. в Венеции был издан закон о смертной казни за разглашение тайны получения венецианского стекла. Мастерам и их семьям грозили тюрьмой и смертью за попытки покинуть Венецию. Изделия из муранского стекла ценились в Европе невероятно высоко, считались предметами роскоши и были очень дорогими. Венецианские дожи подносили изделия из стекла в качестве драгоценных подарков важным персонам, посещавшим город.

В XI в. немецкие мастера, а в XIII в. – итальянские, освоили халявный метод производства листового стекла, которое использовали для остекления окон церквей и замков знатных вельмож. По этому методу стеклодув с помощью трубки в несколько приемов выдувал «халяву» (сосуд цилиндрической формы), затем разрезал этот цилиндр и распрямлял, придавая форму прямоугольного листа. Все операции выполнялись, пока стекло было в пластичном состоянии. Качество такого листа было невысоким, но практически полностью повторяло химический состав современных оконных стекол.

В XVII в. лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в1674 г. нового способа производства хрусталя: он заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке. В1615 г. в Англии предлагается способ использования угля в качестве топлива для стекловаренных печей. Это дает возможность получать при высоких температурах термостойкое стекло.

Но только в конце XIX в. стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из «отцов» современного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта, который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби, профессором в Университете Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла, был Фридрих Симменс: он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намного большее количество стекломассы. В конце XIX в. американский инженер Майкл Оуэнс изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К1920 г. в США уже работало примерно 200 машин Оуэнса, широкое распространение они получили и в Европе.

В1905 г. бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии: он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В1914 г. его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

Флоат — метод был разработан в1959 г. исследователем А. Пилкингтоном. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимущества этого метода по сравнению со всеми предыдущими: стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6×3,21 м, а толщина листа может быть от 2 до25 мм. В настоящее время в мире производится около 16 500 млн т листового стекла в год. В последние годы созданы такие принципиально новые стеклокристаллические материалы, обладающие уникальными свойствами, как ситаллы и шлакоситаллы.

Впервые стекло как строительный материал предложили использовать конструктивисты в конце прошлого века. В наши дни стекло стало доступным и очень часто используется как для наружной отделки, так и в дизайне помещений. Несмотря на постоянно меняющиеся тенденции моды и появление новых стилей, стекло не сдает своих позиций, органично вписываясь как в классический интерьер, так и в комнату в стиле хай-тек.

Стекло с давних времен служит человеку. Сочетая такие свойства, как прозрачность, твердость, стойкость против разъедания минеральными кислотами и жаропрочность, а также способность изменять эти свойства, легко окрашиваться в разные цвета и формоваться разнообразными способами, стекло стало незаменимым материалом в архитектуре XXI века, в технике и в быту.

История изобретения стекла

Без стекла в современнм мире уже не обойтись нигде

Стекло известно людям уже около 55 веков. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола — то есть щелочь — при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.

Некоторые считают стекло побочным продуктом выплавки меди. А древнеримский историк Плиний-старший (79 — 23 гг. до н.э.) писал, что стеклом мы обязаны финикийским морским купцам, которые, готовя пищу на стоянках, разводили на прибрежном песке костры и подпирали горшки кусками извести, создав тем самым условия для возникновения стекломассы.

Действительно, исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь — органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца.

Что же представляет стекло с точки зрения физики и химии?

Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Строго говоря, отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. Большинство веществ в твердом и жидком состоянии ведут себя по-разному. Проще всего понаблюдать за водой и льдом. Вода находится в капельно-жидком виде. Ровно при 0°С чистая вода начинает кристаллизоваться. Температура затвердения сохраняется нулевой, пока вся вода не превратится в лед.

Другое дело стекло. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой-то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если мы примем вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400°С составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000°С, оно станет тягучим и в 2 млн. раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.

В средние века, после развала Римской империи, перемещение технологий и секретов мастерства стеклодувов сильно замедлилось, поэтому восточная и западная стеклянная посуда постепенно приобретали все больше и больше индивидуальных отличий. Александрия так и оставалась центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда.

К концу первого тысячелетия, существенно изменились методы производства стекла в Европе. В первую очередь это коснулось состава сырья для производства. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, полученный в следствии сжигания дерева. Поэтому стекло, сделанное к северу от Альпийских гор, стало отличаться от изделий, произведенных в средиземноморских странах, например в Италии.

Привычные стеклянные бутылки когда-то тоже выдували поштучно

В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке – итальянские, освоили производство листового стекла. Они сперва выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было не высоким, но практически полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Этими стеклами стеклили окна церквей и замков знатных вельмож. На этот же период приходится и расцвет изготовления витражных окон, в которых использовались кусочки цветного стекла.

В конце Средневековья, центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземноморья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий (особенно с Востока) на благодатную венецианскую землю. Производство стеклянных изделий было важнейшим ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе — более 8000 человек. В 1271 году вышел специальный указ, которым узаконивались некоторые протекционистские меры по защите интересов стекловарения, запрещался импорт иностранного стекла, прием на работу иностранных мастеров и вывоз за границу сырья для изготовления стекла.

В конце XIII века в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Однако, частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано.

Эта мера также давала некоторые гарантии в вопросе нераспространения технологии и сохранения тайны производства венецианского стекла, так как мастера не имели права покидать территорию острова.

В XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, в частности благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя. Он сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке.

Читать еще:  Крепеж для пластиковых окон в деревянном доме

Но только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из «отцов» современного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851 – 1935), который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби (1840 – 1905), профессором в Университете Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла был Фридрих Симменс. Он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намного большее количество стекломассы.

В конце XIX века, американский инженер Майкл Оуэнс (1859 –1923) изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К 1920 году в Соединенных Штатах уже работало примерно 200 машин Оуэнса. Вскоре и в Европе подобные машины получили широкое распространение. В 1905 году, бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии. Он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В 1914 году, его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

В Америке подобный процесс вытягивания стеклянного полотна был разработан несколько позже. Затем технология была усовершенствована при поддержке американской фирмы «Либбей — Оуэнс» и начала использоваться для коммерческого производства в 1917 году. Флоат — метод был разработан в 1959 году фирмой «Пилкингтон». При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг.

Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими являются стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6 м. на 3.21 м., а толщина листа может быть от 2 мм до 25 мм.

В настоящее время в мире производится около 16 500 миллионов тонн листового стекла в год.

Когда изобрели стекло для окон

История стекла уходит в глубокую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. И, если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла входило минимум три компонента.

Изделия из стекла так же, как и из керамики, практически не реагируют на влияние атмосферных воздействий и хорошо сохраняются даже под слоем земли. Эти изделия оказались важнейшими документами далекого прошлого. Они донесли до нас бесценную информацию об уровне культуры и техники древних народов. Благодаря стеклу до нашего времени дошли величайшие художественные произведения различных эпох культуры человечества.

Считают, что метод выдувания, так же как и способ варки прозрачного стекла, был открыт в период смены летоисчисления. Поводов для его открытия было предостаточно. Для получения высоких температур в металлургии был уже известен способ дутья. При варке стекла, требующей также высоких температур, дутье, в частности, проводилось при помощи легких человека. Для этого использовались длинные и полые тростниковые трубки, конец которых обмазывался глиной. Последнее было необходимо для того, чтобы трубка не загоралась. Таким образом, для открытия метода выдувания стеклянных изделий были созданы все предпосылки. Нужен был только случай, когда конец трубки прикоснется к жидкой стекольной массе. Если это произошло, то, продолжая дуть в трубку, человек должен получить что-то похожее на пузырь. Следующим шагом было помещение выдуваемого «пузыря» в деревянную форму, и полое стеклянное изделие почти готово. Как здесь не вспомнить хорошо известное изречение, что «все гениальное просто».

Вероятно, метод выдувания изделий из стекла был изобретен в различных местах, где культивировалось стеклодуве, примерно в одно и то же время. Однако принято считать, что способ выдувания был изобретен в Александрии в I в. до н. э. На первый взгляд, удивительно, что люди научились делать стеклянные изделия сложной полой конфигурации, но не умели делать листовое стекло. Однако для этого были свои весьма основательные технические затруднения.

Впервые оконное стекло, хотя и весьма несовершенное, появилось на рубеже старой и новой эры летоисчисления у римлян. Однако после падения Римской империи секреты его производства были утеряны и в начальный период средневековья в Европе оконного стекла не знали. Естественно возникает вопрос, а что же было в окнах? Часто окна закрывались сплошными деревянными ставнями. В теплые дни они открывались, впуская дневной свет внутрь помещения. В иное время окна закрывались, и помещение освещали свечами. В России свечи, которые были дороги, часто заменялись горящей лучиной.

В некоторых дворцах, парадных зданиях и культовых сооружениях Европы в мелкие ячейки оконных проемов вставляли пластинки слюды, которые ценились очень дорого. В домах простых людей для этой цели использовались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVI в. даже во дворцах французских королей окна закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVII в. при Людовике XIV в окнах его дворца появилось стекло в виде маленьких квадратиков, вставленных в свинцовый переплет. Листовое стекло большой площади долго не умели получать. Поэтому даже в XVIII в. застекленные окна имели мелкий переплет. Однако вернемся к истокам производства оконного стекла.

Как уже было сказано, римляне научились изготовлять оконное стекло в конце старой эры. Они делали это путем отливки и раскатывания жидкого стекла в форму в виде противня, который изготавливался из глины. Отливки извлекались из формы еще в горячем виде, пока стекло сохраняло пластичность. Таким способом получали оконное стекло толщиной около 10 мм и площадью до 0,5 м 2 . Поскольку прилегающая к форме сторона листа оказывалась шероховатой, то стекло не было прозрачным.

Такое стекло находили при раскопках в западноевропейских колониях Рима, а также на Востоке вплоть до Черноморского побережья. Как уже было отмечено, после распада Римской империи это ремесло пришло в упадок, а способ производства был забыт и никогда не возобновлялся. Новый способ производства оконного стекла был разработан несколько столетий спустя, в средние века. Этот способ принципиально отличался от древнеримского, так как получался не отливкой, а выдуванием. Вначале выдували шар, который раскатыванием на плитке и размахиванием в воздухе превращался в подобие большой ампулы. После отрезания верхней и нижней части получался цилиндр, который разрезался вдоль твердым минералом и разглаживался на раскаленной глиняной плите в лист деревянной гладилкой. Стекло получалось довольно тонким, хотя и небольшого размера. Сторона, прилегавшая к плите при разглаживании, также получалась шероховатой, а значит, стекло было непрозрачным.

На территории древнеславянского государства археологи многократно находили фрагменты стеклянных кругов диаметром 200. 250 мм с хорошо заделанными кромками. Ученые сходятся во мнении, что эти стеклянные круги служили для остекления окон крупных общественных зданий, например храма Софии Киевской и других церквей древней Руси. Считают, что способ их производства сводился к следующему. В форме выдувался сосуд, похожий на конусообразный графин. Дно этого «графина» обрезалось, а кромка завертывалась.

В конце средневекового периода в Европе начали широко применять «лунный» способ изготовления листового стекла. В его основу также был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой-осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2. 3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м. Далее диск отделялся от оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность – наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком». Лунный способ производства сделал листовое стекло доступным для населения. Однако на смену ему уже в начале XVIII в. пришел другой, более совершенный, «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в течение двух столетий. По существу, это было усовершенствование средневекового способа выдувания, в результате которого получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на конце выдувной трубки. Она доходила до 15. 20 кг и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2. 2,5 м 2 .

Этот способ позволил получать оконное стекло хорошего качества и относительно недорогое для широких слоев населения. Таким образом, проблема светлого и теплого жилища была разрешена лишь в XVIII в. Это было достигнуто трудом многих поколений стеклоделов в течение двух тысячелетий.

Однако «халявный» способ трудно поддавался механизации, а потребности в оконном стекле росли быстрыми темпами. Поэтому поиски новых способов продолжались и в результате в начале XX в. был внедрен в промышленность механизированный процесс. В основе его лежало наблюдение американца Кларка, сделанное в первой половине XIX в. Оно состояло в том, что если на поверхность жидкого стекла положить железный стержень («приманку»), а затем поднимать его, то стеклянная масса приварится (приклеится) к стержню и потянется за ним в виде полотна. При остывании на воздухе получается стеклянный лист. Однако он получался не с параллельными кромками, а в виде клиновидного полотнища. Следующим шагом на пути разработки механизированного способа было изобретение бельгийца Фурко. Он предложил положить на поверхность расплавленной массы керамический брус («лодочку») с продольной щелью. Керамика легче расплавленной стеклянной массы и потому лодочка плавает на поверхности. Если нажать на лодочку, то расплавленная масса выдавливается из щели. На нее опускают «приманку» и тянут вверх. Если скорость подъема приманки будет равна скорости выдавливания стекломассы, то получится правильное полотнище с параллельными кромками. Дальнейшее завершение решения проблемы носило технологический и конструкторский характер – устанавливаются подъемные валики, холодильник и другие приспособления. Толщина листа зависит от скорости подъема и скорости охлаждения листа.

Оконное стекло производят данным способом до настоящего времени. Имеется и несколько другой вариант технологического оформления процесса производства листового стекла, который используют в США. В нем вместо лодочки с каждого борта полотна располагается пара роликов, между которыми и проходит полотно. Ролики препятствуют сужению полотна, и потому отпадает необходимость в лодочке.

Из сказанного видно, какими усилиями далось человечеству оконное стекло. Вряд ли современный человек может в полной мере оценить тот комфорт и удобство, которое дает ему прозрачное листовое стекло: он рождается в светлом и теплом помещении и принимает это как должное.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector