Описание

Шлифовка и полировка стекла

         Основной и наиболее распространенный дефект листового стекла — это оптическая неравномерность поверхности листа, обусловленная волнистостью. В результате этого стекло искажает изображение рассматриваемых через него предметов. Чтобы устранить этот недостаток и сделать обе поверхности листа гладкими, ровными и блестящими, стекло шлифуют и полируют.

Полированное стекло нашло широкое применение при изготовлении зеркального, витринного, стекла для остекления окон и дверей на транспорте, в зданиях общественного, промышленного и торгового назначения. Полированное листовое стекло изготовляют в виде отдельных листов длиной от 300 до 2200 мм, шириной от 250 до 1500 мм и толщиной от 4 до 9 мм; поверхность стекла должна быть плоской —  допускаемая кривизна не должна превышать по линейным размерам листа 0,05% для зеркального и 0,2% — для стекла транспортного и строительного назначения. Светопропускаемость стекла должна составлять не менее 84% на каждые 10 мм толщины листа. Кроме того, ГОСТ предусматривает ряд требований в отношении цвета стекла, наличия мошки, пузырей, камней, царапин, полировочной матовости, свильности и оптических искажений.

Шлифовка и полировка стекол вообще и плоских в частности представляет собой сложный физико-химический процесс, теория которого была разработана академиком И. В. Гребенщиковым.

Для шлифовально-полировального процесса необходимы: абразив (зернистый песок), корунд, карборунд, крокус и т. д., шлифовальник (чугунная шайба), полировальник (войлочная дисковая подушка) и вода.

Закрепленный на движущемся столе лист стекла в процессе шлифовки подвергается ударно-вибрационному воздействию зернистого абразивного материала, подаваемого на шлифуемую поверхность в виде водной суспензии (шлифовальной пульпы). Зерна абразива приводятся в движение шлифовальником, обычно изготовленным для грубой шлифовки из чугуна твердостью 90—120 по Бринеллю, а для тонкой — из более мягких материалов (винипласта, эбонита, органического стекла и т. д.). Шлифовальник, опускаясь на абразив, давит на него и вместе с тем перекатывает его на поверхности листа. При этом зерна абразива внедряются в поверхность стекла и образуют на ней мелкие трещины и сколы. Вода проникает в трещины и, немедленно реагируя со свежей поверхностью излома, гидролитически разлагает стекло. В результате гидролиза образуются растворимые в воде гидроокиси щелочных и щелочноземельных металлов и кремнезем. Последний, присоединяя к себе воду (гидратируясь), набухает и этим расклинивает трещинки и сколы в стекле, в результате чего поверхность листа становится шероховатой, так как в ней образуется множество мелких выколок. При некотором увеличении можно заметить, что шлифованная поверхность состоит из двух слоев: первого — рельефного и второго — мелкотрещиноватого, при этом второй слой значительно толще первого.

Процесс шлифовки в основном состоит из двух этапов: первый называют грубой шлифовкой, второй — тонкой. Во время грубой шлифовки, которую производят крупнозернистым абразивом, с поверхности стекла удаляют все ее дефекты, неровности, полосность, кованость, рифленость и т. д. Следующая за грубой шлифовкой тонкая шлифовка, осуществляемая с помощью мелкозернистых абразивов (так называемых «минутников»), должна сгладить и устранить образовавшиеся в процессе грубой шлифовки сравнительно крупные выколки и сделать поверхность стекла вполне пригодной для полировки.

В качестве абразивов используют кварцевые пески, корундовые, электрокорундовые и карборундовые «минутники», наждаки и некоторые другие вещества.

Абразивные материалы делят на шлифзерно размером от 2300 до 150 мкм, шлифпорошки — от 150 до 20 мкм и на микрошлифпорошки — от 28 до 3,5 мкм. При шлифовке стекол, шлифзерном получают большие сколы и глубокие выколки, микрошлифпорошки дают мелкие выколки. Глубина их после тонкой шлифовки не превышает 2,6—2,8 мкм, но может быть и меньше.

Плотность шлифовальной пульпы выражается соотношением Ж : Т, т. е. отношением количества воды (Ж) к количеству абразива (Т). Последнее может колебаться в пределах от 4 : 1 до 10:1. Удельное давление, создаваемое шлифовальником на поверхности стекла, колеблется от 60 до 250 Г/см2.

Хорошо отшлифованное и промытое стекло после контрольного осмотра полируют. Во время полировки удаляют шероховатость и матовость, которая была нанесена на стекло шлифовкой: поверхность стекла становится ровной, гладкой, блестящей и вполне прозрачной.

Станки, на которых полируют стекло, в основном той же конструкции, что и станки для шлифовки. Разница заключается в том, что в этих станках вместо шлифовальника устанавливают полировальник, представляющий собой звездочки с гнездами для размещения полировальных дисков, покрытых войлочными кругами. Диски полировальников закреплены на осях так, что во время полировки они самоустанавливаются на поверхности стекла.

Благодаря тому, что полировальники снабжены системой пневматического регулирования давления, последнее может поддерживаться в течение всего процесса полировки на заданном уровне, Максимально допустимое удельное давление полировальников составляет до 100 г/см2, окружная скорость полировальной звездочки может быть: 2,2; 2,5 и 3 м/с при 53,2; 60,5 и 73 об/мин.

В качестве абразива обычно употребляют крокус, представляющий собой тончайший порошок окиси железа Fe2O3, подаваемый на полируемое стекло в виде водной суспензии. Физико-химическая сущность полировки по теории академика И. В. Гребенщикова заключается в том, что крокус адсорбируется одновременно волокнами полировальника и гелем кремниевой кислоты. При движении полировальник срывает с поверхности стекла гелевидную пленку SiO2·nH2O, образовавшуюся в результате гидролитического разрушения стекла водой. Толщина этой пленки колеблется в пределах от 10 до 100 А. Освобожденная от пленки поверхность стекла немедленно вновь гидролизуется водой с образованием новой пленки, которая тут же снимается полировальником. Этот процесс повторяется до полного снятия матовости, после чего стекло приобретает зеркальный блеск.

Кроме крокуса, в качестве полирующего вещества используют полирит, состоящий из смеси окислов редкоземельных элементов, с преобладанием двуокиси церия.

Эффективность полировки зависит от ряда факторов, среди которых преобладающее значение имеют: качество стекла, качество и количество крокуса, плотность его суспензии, выражаемая в пределах 1,1 —1,2 г/см3, давление полировальника — от 30 до 100 Г/см2, скорость вращения полировальника — 4,5—7 м/с, температура стекла — 60—70° С.

В настоящее время листовое стекло шлифуют и полируют на индивидуальных шлифовально-полировальных станках, на конвейерных установках, состоящих из ряда шлифовальных, а затем полировальных станков, из которых каждый выполняет одну определенную операцию в общем шлифовально-полировальном процессе.

Особый интерес представляет принципиально новый способ конвейерного получения полированного стекла методом горячего формования ленты. Сущность его заключается в следующем: расплавленная стекломасса из стекловаренной печи поступает по наклонной плите в зазор между валками стеклоформующей прокатной машины. Отформованная лента стекла в горячем состоянии направляется в ванну с расплавленным металлом и, двигаясь по поверхности последнего снизу, обогревается им, а сверху — пламенем от газовых горелок. Температура ленты поддерживается около 1000° С. При этой температуре благодаря действию сил поверхностного натяжения стекло подвергается огневой полировке; толщина ленты становится совершенно одинаковой, а поверхность ровной, гладкой и блестящей. Затем лента стекла поступает в зону охлаждения до 600° С, а оттуда — в отжигательную непрерывно действующую печь. Отожженное стекло режут на отдельные форматы на резных столах обычным способом.