TECHNOLOGICKÉ DISCIPLÍNY Materiály technologie skla a Technická dokumentace materiálů

Transkript

1 PROJEKT OPERAČNÍHO PROGRAMU VZDĚLÁVÁNÍ PRO KONKURENCESCHOPNOST MODERNIZACE VÝUKY NOVĚ ZŘÍZENÉHO ATELIÉRU DESIGNU SKLA REGISTRAČNÍ ČÍSLO CZ.1.07/2.2.00/ TECHNOLOGICKÉ DISCIPLÍNY Materiály technologie skla a Technická dokumentace materiálů Radek Hložánek VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

2 O projektu Učební text byl vyvinut v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Modernizace výuky nově zřízeného Ateliéru designu skla, registrační číslo CZ.1.07/2.2.00/ , jehož příjemcem je Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Cílem projektu je vytvoření inovativní podpory vzdělávání s multimediálními prvky, zaměřené na nové postupy a poznatky v oblasti designu skla a jeho aplikací. Realizace projektu vytvoří podmínky pro rozvoj Atelieru designu skla v rámci studijního programu Výtvarná umění na Fakultě multimediálních komunikací UTB ve Zlíně. Projekt je určen pro studenty třech akreditovaných studijních oborů v bakalářském a navazujícím magisterském studiu v prezenční i kombinované formě. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Abstrakt Tento učební text, který je rozdělen do dvou částí - 1. část - materiály technologie skla a 2. část - technická dokumentace materiálů - seznamuje studenty v části technologie, s materiály používanými ve sklářství a to jak s materiály pro tavení skloviny, materiály pro prvotní a druhotné opracování skla, tak i s dalšími materiály pro sklářskou výrobu. Zmiňuje se také o formách používaných ve sklářství. Posluchač rovněž získá základní přehled o způsobech tvarování skloviny. V části technická dokumentace materiálů jsou materiály technologie skla doplněny zásadami technického zobrazování těles, zásadami kótování a zhotovením střihu - šablony - pro výrobu forem. Cílová skupina Tento text je určen pro posluchače prvního ročníku bakalářského studia oboru design skla na Fakultě multimediálních komunikací Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Text v části Technologie předpokládá středoškolskou úroveň znalostí z chemie a fyziky. V části Technická dokumentace se vstupní znalosti nepředpokládají.

3 Obsah 1 Materiály technologie skla Historický vývoj skla Sklářství ve starověku Sklářská píšťala Sklářství ve středověku Vývoj sklářství na území našeho státu Bezpečnostní a ekologická rizika při výrobě skla Bezpečnost práce ve sklářských provozech Druhy rizik ve sklářských provozech Ekologická rizika Sklářská vsázka, sklářský kmen a jeho příprava Sklářský kmen Sklotvorné suroviny Taviva Stabilizátory Pomocné suroviny Skleněné střepy Příprava sklářského kmene (sklářské vsázky) Kovové, nekovové a jiné materiály používané ve sklářství Kovové materiály Nekovové materiály Směskové materiály Způsoby tvarování skloviny Ruční tvarování skloviny Poloautomatické tvarování skloviny Automatické tvarování skloviny Žárovzdorné materiály ve sklářství Vlastnosti žárovzdorných materiálů Druhy žárovzdorných materiálů Temperování žárovzdorných materiálů Energetické zdroje ve sklářství Tuhá paliva Kapalná paliva

4 1.7.3 Plynná paliva Elektrická energie Materiály k prvotnímu a druhotnému opracování skla Brousící materiály Leštící materiály Materiály pro chemické leštění, leptání a matování Materiály pro malbu skla Materiály pro irizování skla Materiály pro lazurování skla Technická dokumentace materiálů Technické výkresy Význam technických výkresů Formáty technických výkresů Měřítka technických výkresů Rohové razítko Popisování technických výkresů a čáry na výkresech Popisování technických výkresů Čáry na technických výkresech Zobrazování na technických výkresech Pravoúhlé promítání Kreslení řezů a průřezů Přerušování obrazů Kreslení přetvořených součástí Kótování technických výkresů Základní pojmy a pravidla kótování Kótování průměrů, poloměrů, oblouků, kulových ploch a úhlů Kótování čtyřhranů a šestihranů Kótování úkosů Kótování kuželovitosti a jehlanovitosti Kótování zkosených hran Kótování závitů Tolerování rozměrů Konstrukce sklářských forem střih forem Materiály sklářských forem Konstrukční zásady sklářských forem

5 2.5.3 Střih forem Závěr Seznam literatury Seznam obrázků Rejstřík

6 6

7 1 Materiály technologie skla 1.1 Historický vývoj skla Studijní cíle: Po absolvování této kapitoly bude student schopen pochopit stručný přehled vývoje sklářské výroby v průřezu dějin ve světě a na území České republiky. Klíčová slova: glazura, sklářská píšťala, benátské sklo, lesní sklo, český křišťál, anglický křišťál Potřebný čas: 2 hodiny Sklářství ve starověku Vznik první skleněné hmoty je spojován s objevem glazur ve starověkém Egyptě, kterými hrnčíři vylepšovali povrch vypálených hliněných nádob. Glazuru tvořila směs písku a sody, která po vypálení vytvořila tenkou, lesklou a nepropustnou vrstvu. Směs k výrobě glazur se později začala tavit samostatně v nízkých pánvičkách. Teplota otevřeného ohniště však nestačila k utavení surovin, a proto se tavení muselo opakovat po předchozím rozemletí spečené hmoty. Několikerým přetavením a postupným zlepšováním hmoty se nakonec podařilo vyrobit první upotřebitelné sklo. V současné době nejstarším známým kouskem skla je skleněná perla nalezená u Théb (dnes Luxor v Egyptě), jejíž stáří se odhaduje asi na 5500 let. Po perlách tyčinkách a deskách se skláři naučili vyrábět i první nádoby - pravděpodobně navíjením skleněných nití na hliněné jádro, které se po vychlazení následně odstranilo. Z Egypta a Mezopotámie, které byly zřejmě kolébkou sklářství se umění vyrábět sklo rozšířilo i do dalších zemí tehdejšího známého světa - do Fénicie, Řecka a Orientu Sklářská píšťala Zásadním objevem ve výrobě skleněných výrobků byl vynález sklářské píšťaly. Tento jednoduchý, ale důmyslný nástroj přetrval až do dneška. Objev sklářské píšťaly se přisuzuje starým Římanům a Féničanům v době kolem počátku našeho letopočtu. Po vynálezu sklářské píšťaly a vylepšení tavících pecí bylo možno sklo tvarovat novým způsobem, vyrábět i větší předměty a použít mnoho nových zdobících a tvarovacích hutních technik. Sklo v této době přestává být výhradně luxusním zbožím - stává se z něj zboží užitkové. Z říše římské se skleněné výrobky dostávají dále do římských provincií - dnešního Německa, Francie, Švýcarska, Anglie, atd. Po rozpadu římské říše upadá i římské sklářství a nositelem rozvoje výroby skla se čas stává říše byzantská odkud umění výroby skla proniká dále na sever, například do Ruska Sklářství ve středověku Vlivem hospodářských změn na území Evropy, vzniká na severu Jaderského moře nové velké obchodní středisko - Benátky, kde kromě jiných uměleckých řemesel významně vzkvétá i sklářství. Původní výroba měsíčního okenního skla se rozrostla natolik, že byl sklářům přidělen blízký ostrov Murano. 7

8 Benátské sklo se svým složením velmi dobře hodilo k hutnickému zpracování. Snadno se tavilo, dalo se dobře rozfukovat do tenkých tvarů a vydrželo dlouho tvárné na píšťale (tzv. dlouhé sklo). Pece k tavení dosáhly již značné dokonalosti. Byly rozděleny na tři prostory. Spodní sloužil jako topeniště, v prostředním byly umístěny tavící pánve a do nejvyššího se ukládaly výrobky k vychlazení. Postupem času se sklářská výroba dále zdokonalovala. Začaly se vyrábět předměty z bílého skla, zlacené a barevné vázy a mísy, milefiory (tzv. tisícikvěté sklo), skleněné květiny, předměty z podjímaného a přejímaného skla, plochá a vyhlášená benátská zrcadlová skla, imitace drahokamů. Rozvíjela se rovněž malba skla. Nejlepší benátští sklářští mistři byli povyšováni do šlechtického stavu. Na druhé straně se velmi přísně střežilo tajemství výroby skla (sklárny byly izolovány na ostrově Murano). Za prozrazení výrobního tajemství byli lidé velmi přísně trestáni. Benátské sklo ovládlo na téměř 600 let světový trh. Zdálo se, že sklářství nedosáhne nikdy větší dokonalosti a žádné jiné sklo nepředčí svými vlastnosti a rozmanitosti využití sklo benátské Vývoj sklářství na území našeho státu První sklo na území naše státu se objevuje v letech 1700 až 1200 před n.l. Tehdy se vyráběly především zabarvené korálky, skleněné náramky a menší nádobky. Z pozdější doby pak byly nalezeny hlavně skleněné knoflíky a na vysoké úrovni zpracování keltské náramky. V 11. století se sklo tavilo již v samostatných sklárnách zejména v pohraničních lesích. Byly to jednoduché stavby, které se po spotřebování okolního dřeva opustily a znovu postavily v zalesněné oblasti. Výsledkem tavení v těchto jednoduchých pecích bylo sklo zeleně zbarvené (odtud název lesní sklo), nečisté a bublinaté. Ve století byl zaznamenán rozvoj výroby skleněné mozaiky pro sestavování skel chrámových oken. Nejstarší zprávy o klasických sklářských hutích na území našeho státu jsou ze 14. století. Sklářské hutě tehdy vznikaly na území Čech, Moravy i Slezska. Nejstarší hutí v Čechách, o níž jsou přesné historické doklady, je huť v Chřibské z roku Tato huť byla v provozu ještě nedávno. V 16. století dochází k intenzivnímu rozvoji českého sklářství, sklářské hutě vznikají ve všech oblastech českého státu. Postupná technická zlepšení umožňují vyrábět sklo bezbarvé místo zeleného lesního skla. Jako tavivo byla již používána salajka (potaš získávaná z popela bukového dřeva), zlepšuje se technická úroveň tavících pecí. V 17. století zavedli čeští skláři také oxidační tavení a obnovili zapomenuté odbarvování skla. Tím se dosáhlo lepší barvy (lepé řečeno lepší bezbarvosti), jiskrnosti a tvrdosti skla. Toto kvalitní sklo označované jako český draselný křišťál předčilo svými vlastnostmi sodné sklo benátské. I díky obchodním úspěchům vzniká zejména na severu Čech v okolí Kamenického Šenova a Boru řada významných skláren. Rozvoj obchodu a konjunktura českého sklářství trvala přibližně do konce 18. století. V této době vzniká českému sklu velmi silná konkurence v Anglii, výrobou olovnatého skla zvaného anglický křišťál. Této konkurenci se české sklářství brání novými objevy barevných skel. Bylo vyrobeno sklo černé (hyalit), zelenavě žluté barvené sloučeninami uranu a další. Nejvýznamnější postavou českého sklářství v té době byl Bedřich Egermann z Boru objevitel mimo jiné slavné červené lazury, na kterou vzápětí přenáší techniku rytí. Jsou zakládány další významné firmy jako např. Lobmayer, Kavalier, na Teplicku zavádí Fastner tovární výrobu sklářských pánví. 8

9 20. století je pak charakteristické nástupem strojních výrob. Mechanizuje se výroba plochého tabulového skla, obalového a užitkového skla. V oboru uměleckého skla se prosazují díla profesorů Brychty, Drahoňovského a Korejse a dalších českých výtvarníků především absolventů VŠUP v Praze. Průvodce studiem Prostudováním úvodní kapitoly jste získali stručný přehled o vývoji sklářské výroby na území tehdejšího známého světa od starověku a o prvních indiciích sklářství na území našeho státu až po současnost. Shrnutí Počátky sklářství lze datovat - podle nejstaršího dosud nalezeného předmětu ze skla - do období 5500 let před n.l. Z Egypta a Mezopotámie se umění vyrábět sklo šíří postupně do Fénicie, Řecka a Orientu. Významným objevem byla sklářská píšťala v počátku n.l. Výroba skla se následně šíří do římských provincií, do dnešního Německa, Francie, Švýcarska, Anglie a dalších. Významným obdobím středověku je pak rozmach skla benátského. Nejstarší nalezená skla na území našeho státu se datují do období 2. tisíciletí před n.l. V 11. století vznikají jednoduché sklárny, ve kterých se tavilo zelené nekvalitní sklo. Významné je 17. století, ve kterém byl vyvinut proslulý český křišťál. 18. století lze pak charakterizovat objevy nových barevných skel a lazur. 20. století zaznamenává masivní nástup strojní výroby. Pojmy k zapamatování glazura sklářská píšťala benátské sklo český křišťál anglický křišťál Kontrolní otázky 1. z jaké technologie se vyvinula výroba skla? 2. do jakého období se datuje vznik sklářské píšťaly? 3. čím je charakteristické období benátského skla? 4. jaký byl vývoj sklářství na území našeho státu? 9

10 1.2 Bezpečnostní a ekologická rizika při výrobě skla Studijní cíle: Po prostudování této kapitoly posluchač bude schopen vyhodnotit bezpečnostní a ekologická rizika související s výrobou skla. Klíčová slova: pořezání, popálení, otrava, zasažení elektrickým proudem, exploze, poleptání Potřebný čas: 2 hodiny Bezpečnost práce ve sklářských provozech Při práci a pohybu ve všech prostorách sklářského provozu se setkáváme s řadou rizik, která mohou být příčinou velmi vážných úrazů. Proto je třeba počínat si na těchto pracovištích velmi obezřetně a zejména: dodržovat předpisy, příkazy, zákazy a jiné pokyny k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci používat při práci ochranná zařízení a ochranné pracovní prostředky při práci chránit své zdraví a zdraví dalších osob to znamená: 1. oznamovat nadřízeným nedostatky a závady, které by mohly ohrozit bezpečnost nebo zdraví při práci 2. hlásit nadřízenému i drobná poranění 3. zraněným osobám poskytnou první pomoc, případně zajistit odborné ošetření Druhy rizik ve sklářských provozech Nejčastější rizika, se kterými se ve sklárnách můžeme setkat jsou následující pořezání popálení otravy zasažení elektrickým proudem exploze poleptání poranění očí Riziko pořezání Pořezání společně s popálením je nejčastějším úrazem ve sklářských provozech. Pořezání hrozí na všech pracovištích sklářských provozů. Při tvarování na píšťale zůstávají po odražení výrobku na píšťale velmi ostré zbytky skla. Se sklářskou píšťalou pracujeme velmi obezřetně, abychom neohrozili své okolí. S rizikem pořezání se dále můžeme setkat v provozech prvotního a druhotného opracování skleněného výrobku a to zejména při operacích broušení a vybrušování skla pukání a řezání skla na diapile. Nesmíme zapomínat, že výrobky nemusí být dokonale vychlazeny a při prvním styku s nástrojem mohou okamžitě prasknout. Skleněné střepy a odstraněné technologické přídavky - kopny, které jsou rovněž častým zdrojem úrazů se vyskytují prakticky ve všech prostorách skláren. Zde platí - 10

11 pokud to není nezbytně nutné, střepy vůbec do ruky nebereme. Nesmíme rovněž zapomínat, že nezabroušené nebo nezapálené hrany skleněných polotovarů jsou velmi ostré a mohou způsobit hluboké řezné rány. Riziko popálení Toto riziko se vyskytuje zejména v tzv. horkých provozech, tedy v blízkosti tavících agregátů, kde se tvaruje horká sklovina, chladících pecí při vkládání vytvarovaných výrobků k chlazení a všude tam, kde se pracuje s otevřeným ohněm, tedy při pukání a zapalování skla, při práci na sklářských kahanech, kde se tvarují drobné výrobky z trubic a tyčí. Při pohybu v jakýchkoliv sklářských provozech je nutné si uvědomit, že sklo i zdánlivě studené může vykazovat teplotu i 300º C a lze se při styku s ním popálit. Riziko otravy Riziko otravy vzniká u toxických látek, které se používají zejména jako suroviny pro tavení skloviny. Zde náleží především sloučeniny arzénu, barya, olova, případně sloučeniny uranu. Nelze zapomínat ani na možnost otravy v malírenských provozech, kde je riziko poškození zdraví při dlouhodobé práci s vysoce olovnatými sklářskými barvami při nedodržování bezpečnostních a hygienických pravidel poměrně vysoké. V horkých sklářských provozech, kde se pracuje s otevřeným ohněm může za určitých podmínek při nedokonalém spalování vznikat vysoce toxický oxid uhelnatý, který již v menších dávkách způsobuje otravu. Riziko zasažení elektrickým proudem Hrozí především v mokrých provozech. Brusírnách, řezárnách, leptárnách, leštírnách tedy všude tam, kde se při výrobním procesu používá větší množství vody, která často stéká na podlahu pracoviště. Je nutno mít neustále na paměti, že ve sklářských provozech pracujeme často v horkém, prašném a chemicky agresivním prostředí, které může snižovat životnost izolace kabelů elektrických rozvodů v místnosti i uvnitř strojních zařízení. Riziko exploze Další nebezpečí úrazů vzniká při explozích. Výbuch může nastat všude tam, kde se smísí plyn v určitém poměru se vzduchem, a přijde-li tato směs do styku s ohněm, žhavým sklem nebo elektrickou jiskrou. Exploze může nastat při zapalování roztáčecích pecí, plynových komorových a pásových chladících pecí a při temperaci nových tavících agregátů. Plynový hořák smí být zapálen teprve tehdy, když je naprosto jisté, že předtím z něho neunikal nezapálený plyn, který se mohl nahromadit a vytvořit třaskavou směs. Riziko poleptání Vzniká v provozech, kde se pracuje s agresivními látkami zejména s kyselinami a hydroxidy. Zvláště nebezpečné jsou leptárny, matovny a chemické leštírny tedy provozy využívající agresivních účinků kyseliny fluorovodíkové a solí této kyseliny. Riziko poranění očí Vyskytuje se prakticky ve všech technologických odděleních sklářských provozů. V kmenárnách je to zvýšená prašnost, při nabírání a tvarování skloviny škodlivá část záření, v provozech prvotního a druhotného opracování pak možnost zasažení oka skleněným střípkem (pukání), brousícím materiálem (brusírna), malířskými preparáty (malírna), kyselinami (leptárna) atd. 11

12 1.2.3 Ekologická rizika Suroviny sklářských provozů zatěžující přírodu, tedy zejména jedovaté látky, kyseliny a hydroxidy se mohou do okolí skláren dostat v podstatě dvěma cestami. Suchou cestou a to odprášením části sklářského kmene při tavícím procesu ve vířivé pecní atmosféře a následným úletem přes odtah do okolí, případně těkáním agresivních látek do ovzduší. Mokrou cestou při nedůsledné neutralizaci agresivních látek v záchytných neutralizačních jímkách, případně při havárii zařízení využívajících agresivních látek k technologickým procesům. Průvodce studiem V této kapitole jste se seznámili s nejběžnějšími bezpečnostními a ekologickými riziky, které jsou spojeny s činností ve sklářských provozech. Jak na tato rizika reagovat a předcházet jim, bude předmětem vašeho školení přímo na jednotlivých pracovištích sklářských dílen. Shrnutí Při práci a pohybu ve sklářských provozech hrozí poměrně značné množství rizik, které mohou ohrozit bezpečnost práce a zdraví člověka, případně ekologicky zatížit okolí skláren. K zásadním rizikům náleží: pořezání, popálení, otrava, zásah elektrickým proudem, exploze a poleptání. K zamezení uvedených rizik je nutno dodržovat předpisy, příkazy, zákazy a jiné pokyny, používat při práci ochranná zařízení a ochranné pracovní prostředky, oznamovat nadřízeným nedostatky a závady, hlásit nadřízenému i drobná poranění, zraněným osobám poskytnou první pomoc, případně zajistit odborné ošetření. Pojmy k zapamatování pořezání popálení otravy zasažení elektrickým proudem exploze poleptání Kontrolní otázky 1. jaké jsou zásady eliminace bezpečnostních rizik ve sklářských provozech? 2 jaká jsou nejčastější rizika možného úrazu ve sklářských provozech? 12

13 1.3 Sklářská vsázka, sklářský kmen a jeho příprava Studijní cíle: po absolvování kapitoly bude posluchač schopen vysvětlit pojmy sklářská vsázka, sklářský kmen. Pochopí pojmy sklotvorné suroviny, taviva, stabilizátory a pomocné suroviny a jejich význam ve sklářském kmeni a jeho přípravu před tavícím procesem. Klíčová slova: sklářská vsázka, sklářský kmen, sklotvorné suroviny, taviva, stabilizátory, pomocné suroviny, barviva, odbarviva, kaliva, čeřiva, kmenárna. Potřebný čas: 6 hodin Průvodce studiem Studiu následujícího textu věnujte zvýšenou pozornost. Jeho zvládnutí a pochopení vám umožní pochopit zákonitosti procesů tavení skloviny, které budete probírat ve vyšších ročnících svého studia. Úvodem této kapitoly je nutné nejdříve vysvětlit pojmy sklářská vsázka a sklářský kmen. Sklářská vsázka se skládá ze sklářského kmene a podrcených skleněných střepů, které se do zakládacího kontejneru ve stanoveném množství přiloží na sklářský kmen. Z kontejneru se pak tyto suroviny pomocí mechanického zakladače společně založí do tavícího agregátu vanového typu k tavícímu procesu. U tavících agregátů pánvového typu se střepy a sklářský kmen z technologických důvodů zakládají odděleně Sklářský kmen Sklářský kmen je zhomogenizovaná směs sklářských surovin, přesně připravená dle předpisu. Obsahuje čtyři zásadní surovinové okruhy. sklotvorné suroviny taviva stabilizátory pomocné suroviny - mezi které řadíme 1. barviva 2. odbarviva 3. čeřiva 4. kaliva 5. urychlovače tavení 13

14 1.3.2 Sklotvorné suroviny Jsou to, jak už jejich název říká suroviny, ze kterých se tvoří sklo. Zásadní sklotvornou surovinou je oxid křemičitý SiO2 sklářský písek. Mezi další sklotvorné suroviny lze zařadit sloučeniny bóru, fosforu a germania. Oxid křemičitý SiO2 Oxid křemičitý se do skla dodává přírodní surovinou sklářským pískem. Je nejdůležitější složkou všech druhů skel. Mimo schopnost tvořit sklo ovlivňuje rovněž chemické a fyzikální vlastnosti skla, zejména jeho chemickou odolnost, pružnost, pevnost a odolnost proti vrypu. Oxid křemičitý působí rovněž na teplotní roztažnost (sklo s vysokým obsahem SiO2 má nízký součinitel teplotní roztažnosti a je tím odolné i proti náhlým změnám teploty). Na druhé straně vysoký obsah oxidu křemičitého zhoršuje tavitelnost a zvyšuje schopnost odskelnění. Teplota tání SiO2 je poměrně vysoká a dosahuje hodnoty 1726 ºC. Sklářský písek je téměř čistý oxid křemičitý. Bývá znečištěn hlavně živcem, vápencem, slídou atd. Pro sklářské účely je však nejvíce nepříjemné znečištění oxidy železa, které způsobují zelené až žlutozelené zabarvení skla. Sklářský písek je tuzemskou surovinou, těží se severovýchodních a severních Čechách. Oxid boritý B2O3 Oxid boritý je další z řady sklotvorných oxidů. Ve skle je schopen úplně nebo částečně nahradit oxid křemičitý. Ovlivňuje rovněž některé vlastnosti skla zejména snižuje teplotu tavení sklářského písku, zvyšuje chemickou odolnost skla, snižuje součinitel teplotní roztažnosti (tím se sklo stává odolnější proti náhlým změnám teploty) a zvyšuje lesk skla. Nevýhodou je poměrně vysoká cena surovin, pomocí kterých se oxid boritý vnáší do skla. Oxid boritý se do skla vnáší dvěma surovinami kyselinou boritou H3BO3 a boraxem Na2B4O7. 10 H2O. Kyselina boritá tvoří lesklé a kluzké šupiny, které mohou být příčinou odmísení v kmeni. Jako minerál sassolin se vyskytuje např. v severní Itálii Borax je snadno tavitelná látka. Roztavený a ochlazený borax vytvoří bezbarvou hmotu nazývanou boraxové sklo. Borax se v přírodě těží jako minerál tinkál nebo se vyrábí z kyseliny borité. Borax je nejen sklotvorná látka, ale působí i jako tavivo (snižuje teplotu tavení sklářského písku). Oxid fosforečný P2O5 patří sice mezi sklotvorné látky, ale ve sklářství se používá jen zřídka, např. při výrobě speciální optických skel. Surovinou k vnášení oxidu fosforečného do skla je kyselina H3PO4 nebo HPO3. Fosforečné sloučeniny mají větší význam jako kaliva. Oxid germaničitý GeO2 Podobně jako oxid fosforečný má i oxid germaničitý pro sklářství jen malý význam. Používá se pouze při výrobě speciálních optických skel. Většímu využití oxidu germaničitého brání vysoká cena suroviny. 14

15 1.3.3 Taviva Jsou suroviny, které významně snižují tavící teplotu sklářského písku (1726 ºC) na teplotu ºC. Tím se snižuje energetická náročnost tavícího procesu a zvyšuje životnost tavících agregátů. Mezi nejčastěji používaná taviva náleží sloučeniny sodíku a draslíku. Oxid sodný Na2O Patří mezi nejdůležitější složky skel, neboť má vysokou tavící účinnost. Ovlivňuje rovněž součinitel teplotní roztažnosti a chemickou odolnost. Prodlužuje zpracovatelnost skloviny sklovina je delší. Oxid sodný se do skla vnáší nejčastěji uhličitanem sodným (sodou) Na2CO3 nebo síranem sodným (sulfátem) Na2SO4. Oxid draselný K2O Mimo vysoké tavící účinnosti dodává sklu podobné vlastnosti jako oxid sodný. Navíc zvyšuje lesk skla a u barevných skel vyvolává sytější barevné odstíny. Je proto nezbytnou surovinou při výrobě skel křišťálových, optických a skel barevných. Oxid draselný se nejčastěji vnáší do skla uhličitanem draselným (potaší) K2CO3, méně často pak dusičnanem draselným KNO3. Oxid lithný Li2O Jako tavivo se používá poměrně málo. Zlepšuje tavitelnost skloviny a mimo to snižuje součinitel teplotní roztažnosti a zvyšuje chemickou odolnost skla. Do skloviny se oxid lithný vnáší uhličitanem lithným Li2CO Stabilizátory Stabilizátory jsou suroviny, které ovlivňují mechanické, fyzikální, optické, tepelné, chemické a elektrické vlastnosti skloviny, případně skla. Těmito surovinami lze vlastně doladit vlastnosti skla k účelu jejich použití. Mezi nejčastěji používané stabilizátory náleží sloučeniny vápníku, hořčíku, olova, barya, hliníku a zinku. Oxid vápenatý CaO Je důležitou složkou ve skle, zejména pro schopnost zvyšovat chemickou odolnost a stálost skla. Při větším obsahu CaO se však také zvyšuje křehkost skla a rovněž sklon ke krystalizaci skla tj. k odskelnění. Oxid vápenatý se do skla vnáší především vápencem, v minulosti také křídou. Je obsažen i v dalších horninách zejména v dolomitech a dolomitických vápencích. Vápenec je po chemické stránce uhličitan vápenatý CaCO3. Jako nerost je znám pod názvem kalcit. V přírodě patří mezi nejrozšířenější nerosty. Přírodní vápenec bývá znečištěn oxidy hlinitým, hořečnatým a křemičitým. Obsah oxidů železa bývá ve vápenci malý. Dolomitické vápence jsou horniny s obsahem 4,6 až 18,3% uhličitanu hořečnatého MgCO3, tj. vápence s hořečnatou složkou. 15

16 Oxid hořečnatý MgO Svou přítomností ve skle snižuje součinitel teplotní roztažnosti, a proto skla s obsahem MgO jsou odolnější proti náhlým změnám teploty. Zlepšuje také tavitelnost a čeření skla. Prodlužuje interval zpracovatelnosti skloviny tvoří sklo dlouhé. Hlavní surovinou k vnášení oxidu hořečnatého do skla je dolomit. V některých případech se používá vodnatý křemičitan hořečnatý nebo uhličitan hořečnatý. Dolomit je po chemické stránce uhličitan hořečnatovápenatý MgCO3. CaCO3. Z nečistot vykazuje pouze obsah oxidů železa. Ve srovnání s vápencem je dolomit čistší a levnější surovina proto je využíván více než vápenec. Oxid barnatý BaO Zvyšuje lesk skla, zlepšuje index lomu světla. Zvyšuje dále hustotu skla a prodlužuje interval zpracovatelnosti skla tvoří sklo dlouhé a to zejména při tvarování za nízkých teplot. Nejužívanějšími surovinami pro vnášení oxidu barnatého do skla jsou uhličitan barnatý, méně často pak síran barnatý a dusičnan barnatý. Nevýhodou barnatých sloučenin je jejich toxicita pro lidský organismus. Stupeň toxicity závisí na rozpustnosti ve vodě. Barnaté sloučeniny rozpustné ve vodě jsou velmi toxické, nerozpustné jsou méně toxické nebo netoxické. Uhličitan barnatý BaCO3 jako přírodní surovina není pro sklářské účely vhodný. K tavení skloviny se používá uhličitan barnatý vyrobený synteticky. Ve vodě je částečně rozpustný a tedy toxický. Síran barnatý BaSO4 je ve vodě nerozpustný není toxický. Vyskytuje se v přírodě (minerál baryt) a vyrábí se i synteticky. Obě formy síranu barnatého lze použít pro tavení skloviny. Dusičnan barnatý Ba(NO3)2 je látka ve vodě rozpustná tedy toxická. Vyrábí se synteticky. Větší význam než stabilizátor má jako čeřivo. Oxid olovnatý PbO Je důležitou složkou především při výrobě křišťálových olovnatých skel neboť významně ovlivňuje (zvyšuje) jejich index lomu světla, zvyšuje rovněž disperzi světla, tj. barevný rozptyl světla, což se projevuje duhovou barvitostí na broušených plochách. Olovnatá skla jsou poměrně měkká, proto je nelze zdobit rytím. Jsou naopak vhodná ke zdobení broušením. Olovnatá skla jsou snadno tavitelná, při zpracování měkká (tvarují se při nižších pracovních teplotách), s dlouhým intervalem zpracovatelnosti skla dlouhá. Olovnatá skla se vyznačují velkou hmotností. Do skla se oxid olovnatý vnáší nejčastěji suříkem, méně často dusičnanem olovnatým nebo křemičitanem olovnatým. Suřík je po chemické stránce oxid olovnatoolovičitý Pb3O4. Je to toxická látka, často znečištěná oxidy železa a mědi. Dusičnan olovnatý Pb(NO3)2 je kvalitnější surovinou než suřík, ale pro svoji vysokou cenu se přidává pouze do speciálních vysoce olovnatých skel. Oxid zinečnatý ZnO Snižuje u skla součinitel teplotní roztažnosti, zlepšuje tavitelnost skloviny a její čeření. Má význam především pro výrobu skel technických a speciálních optických. Základní 16

17 surovinou k vnášení oxidu zinečnatého do skla je vlastní oxid zinečnatý v jeho minerální nebo syntetické podobě. Oxid hlinitý Al2O3 Přítomnost oxidu hlinitého ve sklovině zabraňuje odskelnění, zvyšuje viskozitu skla, mění mechanické vlastnosti sklo se stává tvrdší, současně se má menší pevnost v ohybu a pružnost. Oxid hlinitý zlepšuje chemickou odolnost skla. Oxid hlinitý se do skla vnáší horninovými surovinami zejména živcem, méně často pak kaolinem. Ze syntetických surovin je to pak především hydroxid hlinitý. Živec je tvořen směsí oxidu křemičitého, hlinitého, sodného a draselného. Toto složení předurčilo živec jako vhodnou sklářskou surovinu. Z nečistot je významný poměrně vysoký obsah oxidů železa. Hydroxid hlinitý, který lze spíše považovat za hydrát hlinitý Al2O3. 3 H2O se používá k výrobě křišťálových a speciálních skel. Oxid berylnatý BeO Dodává sklu výborné tepelné, chemické a optické vlastnosti. Značně snižuje součinitel tepelné roztažnosti, zvyšuje odolnost proti vrypu i odolnost chemickou. Surovinou k vnášení oxidu berylnatého do skla je nejčastěji vlastní oxid berylnatý nebo uhličitan berylnatý BeCO Pomocné suroviny Mezi pomocné suroviny řadíme barviva, odbarviva, čeřiva, kaliva a urychlovače tavení. Průvodce studiem V následující stati Barviva se seznámíte s nejčastěji užívanými barevným skly a surovinami, které jednotlivé barvy a odstíny vyvolávají. Technologie tavení barevných skel je poměrně náročná záležitost a není v této stati popsána. Barviva Dodávají sklu různé zbarvení a to i podle stupně oxidace. Na barvu skla má vliv také množství oxidačních a redukčních látek v kmeni. Podle toho, v jakých částicích je barvivo ve skle přítomno, dělí se barviva na iontová, molekulární a koloidní. Následně jsou uvedeny příklady nejčastějších barviv a jejich barvící účinky. Sloučeniny železa Barví sklo převážně modrozeleně, zeleně až žlutozeleně. Na barevný odstín skla má vliv oxidační stupeň železa. Železité sloučeniny se vnášejí nejčastěji horninami jako je znělec nebo ocelek. 17

18 Sloučeniny manganu Patří k nejdéle známým a používaným barvivům skla. Barví sklo fialově až červenofialově. Vysoký obsah sloučenin manganu způsobuje neprůhlednost skla, čehož se využívá k výrobě černých skel (hyalit). Společně s oxidem železitým Fe2O3 barví sklo hnědě. Sloučeniny manganu se do skla vnášejí burelem (oxid manganičitý MnO2) nebo syntetickým oxidem manganičitým. Sloučeniny chrómu Barví sklo podle tavících podmínek - v oxidační atmosféře žlutozeleně, v redukční atmosféře modrozeleně. V neutrální atmosféře se taví trávová zeleň. Sloučeniny chrómu se vnášejí do skla oxidem chromitým Cr2O3, chromanem draselným K2CrO4, chromanem barnatým BaCrO4, případně jinými sloučeninami chrómu. Sloučeniny kobaltu Jsou určeny k barvení modrých skel. Intenzita zabarvení je úměrná množství barvící sloučeniny. Sloučeniny kobaltu se vnášejí do skla především Co3O4 a uhličitanem kobaltnatým CoCO3. Sloučeniny niklu Barevnost skla způsobuje dvojmocný nikl. Zbarvení závisí na chemickém složení základního skla. Sodná skla barví sloučeniny niklu červeně, draselná skla pak fialově. Do skla se vnášejí především oxidem nikelnatým NiO, niklitým Ni2O3, uhličitanem nikelnatým NiCO3 a dalšími. Sloučeniny selenu Barvení skla sloučeninami selenu je složité. Technologie je poměrně citlivá na atmosféru pece, teplotu a délku tavení a na množství sloučeniny selenu (je nutné počítat s jejich těkáním při tavení). Barví sklo od růžové až po červenou. Do skla se vnáší jemně mletým selenem černým, popřípadě seleničitanem sodným Na2SeO3, barnatým BaSeO3 nebo zinečnatým ZnSeO3. Sloučeniny kadmia Barví sklo žlutě, v kombinaci se sloučeninami selenu lze docílit řadu odstínů, od sytě žluté přes oranžovou až k tmavě červené. K vnášení sloučenin kadmia do skla se používá především sulfid kademnatý CdS. Odbarviva Oxidy železa, které jsou jako nečistota obsaženy ve většině sklářských surovin (zejména horninových) barví sklo do zelena. Kromě skel, kde toto zbarvení nevadí nebo je dokonce účelné, je u všech ostatních skel na závadu. Jde zejména o skla užitková, optická a technická, kde barevný odstín způsobuje vážnou vzhledovou vadu. Tomuto zabarvení se částečně zabrání použitím kvalitních surovin nebo, pomocí odbarvování Odbarvování je chemické a fyzikální. Při chemickém odbarvování se pomocí odbarviv mění dvojmocné železo (barví sklo zeleně až modrozeleně) na železo trojmocné, které barví sklo žlutozeleně a vytváří 18

19 tedy vzhledově 10x slabší barevný odstín než železo dvojmocné. Mezi nejběžnější chemická odbarviva patří dusičnany.. Při fyzikálním odbarvování skloviny se barevný odstín dále překrývá doplňkovou barvou za vzniku neutrální šedi. Tato šeď brání průchodu světla a čím více se této doplňkové barvy použije, tím více sklo šedne. To je důvod, proč nelze sklo o vysokém obsahu oxidů železa dokonale odbarvit Mezi fyzikální odbarviva se řadí sloučeniny selenu, oxid kobaltnatý, oxid nikelnatý. K nejlepším fyzikálním odbarvivům patří oxid neodymitý a oxid erbitý. Při odbarvování skel nelze použít výhradně jen chemickou nebo fyzikální metodu. Kvalitních výsledků lze dosáhnout pouze kombinací obou způsobů. Čeřiva Čeření je odstraňování drobných bublin plynů, které se ve sklovině tvoří díky chemickým reakcím mezi jednotlivými surovinami sklářského kmene. Sklovina je poměrně vysoce viskózní kapalina a bubliny v ní k hladině postupují pomalu. Úkolem čeření je vzestup těchto jemných bublin urychlit. K tomu využíváme dvou druhů čeření - chemického a fyzikálního. Při chemickém čeření se do sklářského kmene přidávají čeřiva, která se při vysokých teplotách rozkládají a tvoří ve sklovině množství velkých bublin, které pohlcují malé bubliny (vzniklé při tavícím procesu) a rychle je vynášejí k hladině, kde nakonec prasknou. Jako chemická čeřiva se používají síran sodný a především oxid antimonitý. Chemický způsob čeření se využívá především při tavení skloviny ve vanových tavících agregátech.. Fyzikální čeření využívá rozkladu organických látek ve sklovině. Na ocelovou tyč se napíchne mokré dřevo, jablko, řepa, brambor nebo jiná organická látka a ponoří se do spodních vrstev skloviny. Vzniklé velké bubliny při výstupu pohlcují malé bubliny a vynášejí je k hladině, kde prasknou. V současné době se stále více čeří sklovina pomocí tlakového vzduchu, dusíku nebo kyslíku, který se fouká přes ocelovou trubku do skloviny. Fyzikální způsob čeření se využívá při tavení skloviny pouze v pánvových tavících agregátech. Kaliva Kaliva jsou látky, které zvyšují rozptyl světla a tím zvyšují neprůhlednost, čili zákal skel. Rozptyl světla je způsoben množstvím malých částic ve skle, které mají jiný index lomu světla než má sklo. Podle způsobu vytváření těchto částic, lze zákaly rozdělit na krystalické, emulzní a plynné (způsobené bublinkami plynu). Zákalová skla jsou velmi důležitá zejména při výrobě osvětlovacího skla, některých druhů plochého skla, skleněných obkládaček aj. Mezi kaliva, která tvoří krystalické zákaly patří především látky obsahující fluór - kazivec (fluorid vápenatý CaF2), kryolit (fluorohlinitan sodný Na3AlF6) a syntetický fluorokřemičitan sodný Na2SiF6. Sloučeniny fluóru jsou při tavících teplotách poměrně snadno těkavé a intenzivně korodují okolní žárovzdorný materiál. Emulzní zákaly tvoří suroviny na bázi fosforu. Sloučeniny fosforu se ve sklovině rozpouštějí a při chladnutí se začínají vylučovat jako nové sklo (viz. sklotvorné suroviny) s jiným indexem lomu světla - tím vzniká emulzní zákal, jehož velikost je odvislá od složení skla a druhu kalící suroviny. 19

20 Podle intenzity zákalu lze skla rozdělit do tří skupin. Opalíny - jsou průsvitné a částečně průhledné, opály - jsou jen průsvitné a alabastry - jsou neprůsvitné. Urychlovače tavení Jsou suroviny, které urychlují dokončení procesu tavení. Urychlovače tavení narušují povrch zrn oxidu křemičitého, snižují viskozitu a povrchové napětí skloviny a vytvářejí tak podmínky pro snadnější průběh reakcí při tavení skloviny. Mezi urychlovače tavení patří voda obsažená ve sklářském kmeni (vlhká zrnka taviv se lépe nabalují na zrnka oxidu křemičitého), sloučeniny fluóru, které snižují viskozitu skloviny a naleptávají zrnka oxidu křemičitého. K urychlovačům tavení lze přiřadit rovněž čeřiva a sloučeniny boru Skleněné střepy Představují další surovinu pro tavení skloviny. Urychlují její tavení a snižují energetickou náročnost tavení. Spotřebou střepů v tavícím procesu se zpětně zhodnocuje nutný technologický odpad. Obecným požadavkem na použitelnost střepů je jejich stejnorodost, čistota a chemické složení. Střepy mohou být z vlastní produkce nebo cizí. Pro výrobu skel s vysokými nároky na kvalitu přicházejí v úvahu pouze střepy vlastní. Cizí střepy mívají rozdílné chemické složení a tím i jiné fyzikální vlastnosti a často obsahují také větší množství barvících oxidů, proto je lze použít pro méně náročné druhy skel - např. obalová skla. Všechny střepy musí být drceny na stejnou velikost (např. 1-4 cm) Příprava sklářského kmene (sklářské vsázky) Sklářský kmen je zhomogenizovaná směs sypkých sklářských surovin připravená v předepsaném hmotnostním poměru. Prostory, ve kterých se sklářský kmen připravuje se nazývají kmenárny. Kmenárny se podle množství připravovaného kmene dělí na malé (ruční) - uplatňují se především v provozech, kde převažuje ruční výroba skla a velké (automatické) - nalezneme je ve velkých sklárnách s automatickou výrobou. Každá kmenárna musí být vybavena zásobníky pro příslušné sklářské suroviny, vahami k navážení surovin a mísičkami pro kvalitní promísení a homogenizaci surovin. Součástí kmenárny je skládka střepů s drtičem střepů. V kmenárně bývá také vybudována místnost pro přesné navažování minoritních podílů surovin sklářského kmene. Suroviny sklářského kmene se nejdříve přesně naváží podle stanoveného předpisu a následně se dokonale promísí. Pro tavení skloviny ve vanových tavících agregátech se ke kmeni přiloží stanovené množství střepů (sklářská vsázka). Tím je sklářský kmen, či sklářská vsázka připravena k založení do tavících agregátů k tavícímu procesu. Vzhledem k tomu, že ve sklářském kmeni jsou smíchány suroviny s rozdílnou hustotou a granulometrií má sklářský kmen tendenci k odmísení. Z tohoto důvodu je nutné nastrojený sklářský kmen nutno přiměřeně vlhčit (cca 3% H2O) a co nejdříve založit k tavícímu procesu. Ze stejného důvodu není rovněž vhodné sklářský kmen převážet na delší vzdálenosti. Proto se kmenárny nacházejí v blízkosti tavících agregátů. 20