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技術專題

U型玻璃的原料與成分

2019-07-17



在如今的建筑材料領域里,U型玻璃的應用變得越來越為廣泛,相對于傳統的普通玻璃,U型玻璃具有透光不透視、美觀、強度更高等特點。那么生產U型玻璃需要什么原材料?這些原材料又起什么作用呢?今天給大家逐一介紹。


 阿普爾頓U玻—長沙湘江觀光帶
圖1 阿普爾頓U玻—長沙湘江觀光帶
 
 
首先,讓我們來看看U型玻璃的分子結構。

 
U玻的分子分布
圖2 液態
 
當我們將一塊U型玻璃高溫加熱,玻璃便會逐漸熔化成液體形態,此時玻璃內部的分子結構如上圖所示。

 
U玻的分子分布
圖3 晶體狀態
 
熔化的U型玻璃經過緩慢冷卻后,會產生析晶現象,分子結構也隨之發生變化,最終形成晶體,分子分布如上圖所示,注意,這種晶體并不是我們想要的玻璃。
 
 
U玻的分子分布
圖4 玻璃狀態
 
為了將液態玻璃恢復成我們所常見的玻璃狀態,我們需要對液態玻璃進行快速冷卻。快速冷卻后,分子結構重新排列成如上圖所示的模樣,介于液態與晶體之間,也就成了我們常說的玻璃。
 
不難看出,玻璃并非我們日常所接觸到的固體或是液體,它是一種流速十分緩慢的半固半液狀態,十分特殊。因此,在制作玻璃的過程中,如何把握好溫度也就成了重中之重。
 
接著,再來說說U型玻璃的成分與原料。通常而言,U型玻璃主要由以下四種成分構成。

1. 基礎成分
 
與大多數普通玻璃一樣,U型玻璃的基礎化學成分也包含了二氧化硅、氧化鈉、氧化鈣與氧化鎂四種元素。

二氧化硅是玻璃的主要成分,來源于石英砂,具有非常好的耐久性,但熔點過高,單單由二氧化硅來做玻璃是一件非常困難的事情。

 U玻的化學成分與原料
圖5 超白石英砂
 
于是人們加入氧化鈉,這樣可以有效降低石英砂也就是二氧化硅原料的熔點,但同時也因為鈉離子的存在,化學活潑性較高,易與外界發生反應。在工業用料中,純堿可以大量提供氧化納。
U玻的化學成分與原料
圖6 純堿
 
氧化鈣是另一大重要構成元素,具有增強玻璃耐久性的功能,缺點是在高溫下容易導致液態原料出現析晶現象,以至于玻璃會喪失透光性。石灰石與白云石里存在著大量的氧化鈣。
 
U玻的化學成分與原料
圖7 石灰石
 
為了解決這個問題,往往還要往原料里加入氧化鎂,以阻止高溫下玻璃出現析晶。白云石可以提供大量的氧化鎂。


U玻的化學成分與原料
圖8 白云石
 
以上這四種元素便是絕大部分玻璃的基礎成分,所制作出來的玻璃也就是大家常說的納鈣硅玻璃。
 
2. 微量成分
 
除了上面提到的基礎元素外,U型玻璃根據需要還會加入一些輔料。最常用的有氧化鋁,用來有效增加玻璃的耐潮性能。再者,生產普白U型玻璃的時候,加入鐵紅粉可以有效去除原料里因為二氧化碳等形成的氣泡,讓玻璃更加澄清。但是鐵紅粉導致玻璃著色,因此在超白U型玻璃原料中不能使用。

 
                                   U玻的化學成分與原料 U玻的化學成分與原料
                                                                                                               圖9 氧化鋁和氧化鐵
 
再加入一些氧化劑,可以讓玻璃變得更加晶瑩剔透。若是有特殊需求,也可以參入適量的著色劑來改變玻璃的顏色,比如鈷、硒、鎳等等。

3. 澄清劑
 
在工業生產中,還需要在玻璃原料中加入一定量的芒硝作為澄清劑,可以有效排出液態玻璃內含有的二氧化碳等氣體,使玻璃變得更加澄清。

 
U玻的化學成分與原料
     圖10 芒硝
 
4. 碎玻璃
 
往原料中加入碎玻璃的目的是為了有效降低原料的熔點,使得原料更易加工。
 
U玻的化學成分與原料
 圖11 碎玻璃
 
如此這般,根據需要,將以上所提到的四類原料按照不同配比進行稱重混合,送入熔爐,經過產品成型、退火冷卻、切割,便能得到最終的U型玻璃。
 
工業上還可以對U型玻璃進行一些深度加工,比如鋼化、噴砂、高溫彩釉等等,以達到我們想要的使用效果。
 
ASG的U玻成片
圖12 U型玻璃



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