زجاج عائم

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
استخدام الزجاج المصقول في محطة قطار كريستال بالاس ، لندن

الزجاج المصقول هو لوح زجاجي يُصنع عن طريق تعويم الزجاج المنصهر على طبقة من معدن منصهر ذي درجة انصهار منخفضة ، عادةً القصدير ، [ 1 ] مع أن الرصاص كان يُستخدم في هذه العملية سابقًا. [ 2 ] تُعطي هذه الطريقة اللوح سمكًا منتظمًا وسطحًا مستويًا للغاية. [ 3 ] تُعرف عملية تصنيع الزجاج المصقول أيضًا باسم عملية بيلكينغتون ، نسبةً إلى شركة بيلكينغتون البريطانية لصناعة الزجاج ، [ 4 ] التي كانت رائدة في هذه التقنية في خمسينيات القرن الماضي في موقع إنتاجها في سانت هيلينز، ميرسيسايد . [ 5 ] [ 6 ]

عادة ما تُصنع النوافذ الحديثة من الزجاج المصقول، [ 7 ] على الرغم من أن شركة كورنينج تستخدم طريقة السحب السفلي للفائض . [ 8 ]

معظم الزجاج المصقول هو زجاج الصودا والجير ، [ 9 ] على الرغم من أن كميات صغيرة نسبيًا من زجاج البوروسيليكات المتخصص [ 10 ] وزجاج شاشات العرض المسطحة يتم إنتاجها أيضًا باستخدام عملية الزجاج المصقول.

تاريخ

نافذة قديمة تحتوي على لوح زجاجي واحد مصقول في الجزء العلوي الأيسر، يينا ، ألمانيا . من المحتمل ألا تكون الأجزاء المتبقية من الزجاج المصقول، كما يتضح من انعكاسات الشجرة المشوهة.

حتى القرن السادس عشر، كان زجاج النوافذ أو الزجاج المسطح يُقطع عادةً من أقراص كبيرة (أو رونديل) من زجاج التاج . أما ألواح الزجاج الأكبر فكانت تُصنع بنفخ أسطوانات كبيرة تُفتح وتُسطّح، ثم تُقطع إلى ألواح. في أوائل القرن التاسع عشر، كان معظم زجاج النوافذ يُصنع باستخدام طريقة الأسطوانة . كانت الأسطوانات يتراوح طولها بين 180 و240 سم (6 إلى 8 أقدام ) وقطرها بين 25 و36 سم (10 إلى 14 بوصة ) ، مما حدّ من عرض ألواح الزجاج التي يمكن قطعها، وأدى إلى تقسيم النوافذ بواسطة عوارض أفقية إلى ألواح مستطيلة. [ 6 ] : 36-37  

سُجّلت أولى التطورات في أتمتة صناعة الزجاج ببراءة اختراع عام 1848 على يد هنري بسمر . [ 11 ] أنتج نظامه شريطًا متصلًا من الزجاج المسطح بتشكيله بين بكرات. كانت هذه العملية مكلفة، إذ كانت أسطح الزجاج تحتاج إلى تلميع. لو أمكن وضع الزجاج على سطح أملس ومستوٍ تمامًا، كسطح وعاء مفتوح مملوء بسائل ساكن، لانخفضت التكاليف بشكل كبير. بُذلت محاولات، بما في ذلك من قبل بسمر، لتشكيل الزجاج المسطح على حوض من القصدير المنصهر - وهو أحد السوائل القليلة الأكثر كثافة من الزجاج والتي تبقى ساكنة عند درجات الحرارة العالية اللازمة لصناعة الزجاج - لا سيما في الولايات المتحدة. مُنحت عدة براءات اختراع، [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] لكن هذه العملية لم تكن عملية في ذلك الوقت.

قبل تطوير الزجاج المصقول، كانت ألواح الزجاج الكبيرة تُصنع عن طريق صبّ كمية كبيرة من الزجاج على سطح حديدي ، ثم صقل كلا الجانبين، وهي عملية مكلفة. منذ أوائل عشرينيات القرن العشرين، أصبح شريط متواصل من الزجاج يُمرر عبر سلسلة طويلة من آلات الصقل والطحن المتصلة، مما قلل من فقدان الزجاج والتكلفة. [ 15 ]

كان يُصنع الزجاج ذو الجودة المنخفضة، المعروف بالزجاج المسحوب أو الزجاج العريض ، عن طريق سحب صفيحة رقيقة من حوض الزجاج المنصهر، مع تثبيت حوافها بواسطة بكرات. وعندما يبرد الزجاج، تتصلب الصفيحة المرتفعة، مما يسمح بتقطيعها. وكان سطحا الزجاج أقل جودة، أي ليسا بنفس نعومة أو تجانس سطحي الزجاج المصقول. واستمر استخدام هذه العملية لسنوات عديدة بعد تطوير الزجاج المصقول. [ 16 ]

بين عامي 1953 و1957، في مصنع كولي هيل في سانت هيلينز، لانكشاير، طوّر السير أليستر بيلكينغتون وكينيث بيكرستاف من شركة بيلكينغتون براذرز البريطانية أول تطبيق تجاري ناجح لتشكيل شريط زجاجي متصل باستخدام حوض من القصدير المنصهر ، حيث يتدفق الزجاج المنصهر بحرية تحت تأثير الجاذبية. [ 17 ] يكمن سر نجاح هذه العملية في التوازن الدقيق لحجم الزجاج المُغذّى إلى الحوض، حيث يُسطّح بفعل وزنه. [ 18 ] تحققت مبيعات مربحة واسعة النطاق للزجاج المصقول لأول مرة عام 1960، وفي ستينيات القرن العشرين، تم ترخيص هذه العملية في جميع أنحاء العالم، لتحل محل طرق الإنتاج السابقة. [ 19 ]

التصنيع

خط زجاج عائم

يُصنع الزجاج المصقول باستخدام مواد خام شائعة في صناعة الزجاج ، تتكون عادةً من الرمل ، وكربونات الصوديوم ، والدولوميت ، والحجر الجيري، وكبريتات الصوديوم ، وغيرها. وقد تُستخدم مواد أخرى كملونات، أو عوامل تكرير ، أو لتعديل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزجاج. تُخلط المواد الخام على دفعات ، ثم تُغذى مع نسبة محددة من الزجاج المُكسر (الزجاج المُعاد تدويره) إلى فرن ، حيث تُسخن إلى حوالي 1500  درجة مئوية. يبلغ عرض أفران الزجاج المصقول الشائعة 9  أمتار وطولها 45  مترًا، وتبلغ طاقتها الإنتاجية أكثر من 1200  طن من الزجاج. بعد انصهار الزجاج، تُثبت درجة حرارته عند حوالي 1200  درجة مئوية لضمان كثافة متجانسة .

يُضخ الزجاج المنصهر إلى "حوض القصدير"، وهو حوض من القصدير المنصهر (يبلغ عرضه حوالي 3-4  أمتار،  وطوله 50 مترًا، وعمقه 6  سم)، من قناة توصيل، ويُصب الزجاج في حوض القصدير بواسطة حافة خزفية تُعرف بحافة الصب. [ 20 ] وتُتحكم كمية الزجاج المسموح بسكبها على القصدير المنصهر بواسطة بوابة تُسمى " البوابة المزدوجة" .

يُعدّ القصدير المنصهر مناسبًا لعملية تصنيع الزجاج المصقول نظرًا لكثافته العالية مقارنةً بالزجاج، مما يسمح للزجاج المنصهر بالطفو عليه. كما أن درجة غليانه أعلى من درجة انصهار الزجاج، وضغط بخاره منخفض عند درجة حرارة العملية. مع ذلك، يتأكسد القصدير في الهواء الطبيعي مُكوّنًا ثاني أكسيد القصدير (SnO₂ ) . يُعرف هذا الغاز في عملية الإنتاج باسم الخبث، ويلتصق ثاني أكسيد القصدير بالزجاج. ولمنع الأكسدة، يُزوّد ​​حوض القصدير بجو واقٍ من النيتروجين والهيدروجين تحت ضغط موجب .

يتدفق الزجاج على سطح القصدير مكونًا شريطًا عائمًا متساوي السماكة ذو سطح أملس تمامًا من كلا الجانبين. أثناء تدفق الزجاج في حوض القصدير، تُخفض درجة الحرارة تدريجيًا من 1100  درجة مئوية حتى تصل إلى حوالي 600  درجة مئوية، حيث يمكن رفع الصفيحة من القصدير ووضعها على بكرات. تُسحب صفيحة الزجاج من الحوض بواسطة بكرات بسرعة مضبوطة. يتيح تغيير سرعة التدفق وسرعة البكرات تشكيل صفائح زجاجية بسماكات مختلفة. يمكن استخدام بكرات علوية موضوعة فوق القصدير المنصهر للتحكم في كل من سماكة وعرض صفيحة الزجاج.

بعد إخراج لوح الزجاج من حوض الصهر، يمر عبر فرن تسخين لمدة 100  متر تقريبًا، حيث يُبرد تدريجيًا ليخضع لعملية التلدين دون إجهاد ولا يتشقق نتيجة لتغير درجة الحرارة. عند خروجه من "الطرف البارد" للفرن، يُقطع الزجاج آليًا.

الاستخدامات

تركيبات إضاءة من الزجاج المصقول. الزجاج المصقول العادي يكون لونه أخضر في الألواح السميكة بسبب شوائب Fe2+ .

يُعدّ الزجاج المصقول اليوم أكثر أنواع الزجاج إنتاجًا على نطاق واسع، [ 21 ] وله استخدامات تجارية متعددة. [ 22 ] وبفضل جودته العالية التي لا تتطلب تلميعًا إضافيًا [ 23 ] ومرونته الهيكلية أثناء الإنتاج، يُمكن تشكيله وثنيه بسهولة إلى أشكال متنوعة وهو في حالة سائلة ساخنة. [ 24 ] وهذا ما يجعله مثاليًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل:

  • زجاج السيارات (مثل الزجاج الأمامي والنوافذ والمرايا) [ 25 ]
  • المرايا [ 26 ]
  • الأثاث (مثل الطاولات والرفوف) [ 27 ]
  • زجاج معزول
  • النوافذ [ 28 ] والأبواب

تتكون معظم أنواع الزجاج المتخصص مثل الزجاج المقوى ، [ 29 ] والزجاج المصنفر ، [ 30 ] والزجاج الآمن الرقائقي [ 31 ] والزجاج العازل للصوت [ 32 ] من الزجاج المصقول القياسي الذي تمت معالجته بشكل إضافي.

انظر أيضاً

المراجع والحواشي

  1. ↑ ريشيه، باسكال (5 فبراير 2021). موسوعة علوم الزجاج وتكنولوجياته وتاريخه وثقافته . جون وايلي وأولاده . الصفحات 73-74 . ISBN  978-1-118-79939-0.
  2. ↑ بينجلي، كوركي (7 أكتوبر 2013). مواد للبيئات الداخلية . وايلي . ص 86. ISBN  978-1-118-30635-2. OCLC 819741821 . 819741821. 
  3. ↑ جروفر، ميكيل ب. (2021). أساسيات التصنيع الحديث: المواد والعمليات والأنظمة . جون وايلي وأولاده . ص 207. ISBN  978-1-119-70642-7.
  4. ↑ بيكر، إيان (21-06-2018). خمسون مادة تُشكّل العالم . سبرينغر . ص 66. ISBN  978-3-319-78766-4.
  5. ↑ "قصة بيلكينغتون المملكة المتحدة" . www.pilkington.com . تاريخ الاسترجاع: 9 أبريل 2023 .
  6. 1 2 دانيال جوت (2023). الشفافية . مطبعة جامعة ييل. ISBN 978-0-300-23724-5. OL 39761707M . 
  7. ↑ شاكلفورد، جيمس ف. (2005). مقدمة في علم المواد للمهندسين . بيرسون إديوكيشن . برنتيس هول . ص 237. ISBN  978-0-13-142486-9.
  8. ↑ "زجاج شاشة LCD - زجاج العرض" . شركة شوت إيه جي . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 فبراير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يناير 2008 .
  9. ↑ خطيب، جمال (12 أغسطس 2016). استدامة مواد البناء . دار وود هيد للنشر . ص 80. ISBN  978-0-08-100391-6.
  10. ↑ وورم، جان (2007). الهياكل الزجاجية: تصميم وبناء الأغشية ذاتية الدعم . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 37. ISBN  978-3-7643-7608-6.
  11. ↑ بيسمر، هنري؛ براءة اختراع بريطانية رقم 12101 (صدرت في: 22 سبتمبر 1848).
  12. ↑ "صناعة الزجاج" . 1984.
  13. ↑ ويليام إي. هيل، "صناعة زجاج النوافذ والألواح"، مؤرشف في 2017-08-17 في Wayback Machine، براءة اختراع أمريكية رقم 710,357 (تم تقديم الطلب: 25 يناير 1902؛ تم الإصدار: 30 سبتمبر 1902)
  14. ↑ هالبرت ك. هيتشكوك، "جهاز لتصنيع ألواح أو صفائح زجاجية"، مؤرشف في 2017-08-17 في Wayback Machine براءة اختراع أمريكية رقم 789,911 (تم تقديمها: 30 يوليو 1902؛ تم إصدارها: 16 مايو 1905).
  15. ↑ "السرقة المزدوجة - الطريقة الصحيحة والخاطئة لسرقة الأسرار التجارية" . socxfbi.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-04-2023 .
  16. ↑ فورسيث، م. (2008). "زجاج النوافذ" . في فورسيث، م. (محرر). المواد والمهارات اللازمة للحفاظ على المباني التاريخية .
  17. ↑ بيلكينغتون، لاب (1969). "محاضرة مراجعة: عملية الزجاج المصقول". وقائع الجمعية الملكية في لندن. السلسلة أ، العلوم الرياضية والفيزيائية . 314 ( 1516). الجمعية الملكية: 1-25 . Bibcode : 1969RSPSA.314....1P . doi : 10.1098/rspa.1969.0212 . JSTOR 2416528. S2CID 109981215 .  
  18. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 2911759 – تصنيع الزجاج المسطح
  19. ↑ ناسيمينتو، مارسيو لويس فيريرا (سبتمبر 2014). "نبذة تاريخية عن براءة اختراع الزجاج المسطح - ستون عامًا من عملية التعويم" (ملف PDF) . معلومات براءات الاختراع العالمية . 38 : 50-56 . Bibcode : 2014WPatI..38...50N . doi : 10.1016/j.wpi.2014.04.006 .
  20. ↑ BHWS de Jong، "الزجاج"؛ في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية ؛ الطبعة الخامسة، المجلد A12، دار نشر VCH، فاينهايم، ألمانيا، 1989، ISBN 3-527-20112-2، الصفحات 365-432.
  21. ^ شيتيتش كريستيان. ستيب ، جيرالد (2012/12/10). دليل بناء الزجاج . والتر دي جرويتر . ص. 61. ردمك  978-3-0346-1554-9.
  22. ↑ شارما، إس كيه (2016). مواد البناء في الهندسة المدنية . دار خانا للنشر . ص 362. ISBN  978-93-82609-84-1.
  23. ↑ ليسكو، جيم (14 ديسمبر 2007). التصميم الصناعي: دليل المواد والتصنيع . جون وايلي وأولاده . ص 222. ISBN  978-0-470-05538-0.
  24. ^ هيجر مانفريد. أوش شويلك ، فولكر (12/02/2013). دليل مواد البناء . والتر دي جرويتر . ص. 86. ردمك  978-3-0346-1455-9.
  25. ↑ ريشيه، باسكال (5 فبراير 2021). موسوعة علوم الزجاج وتكنولوجياته وتاريخه وثقافته . جون وايلي وأولاده . ص 1092. ISBN  978-1-118-79939-0.
  26. ↑ سبنس، ويليام ب.؛ كولترمان، إيفا (19 يناير 2016). مواد البناء، والأساليب، والتقنيات . سينجايج ليرنينج . ص 516. ISBN  978-1-305-53710-1.
  27. ↑ بونميا، د. ب. س.؛ جاين، أشوك كومار (2003). أساسيات الهندسة المدنية . فاير وول ميديا. ص 111. ISBN  978-81-7008-403-7.
  28. ↑ ديديك، بيتر ب. (27-03-2014). الحفاظ على التراث التاريخي للمصممين . إيه آند سي بلاك . ص 244. ISBN  978-1-60901-509-1.
  29. ↑ خطيب، جمال (12 أغسطس 2016). استدامة مواد البناء . دار وود هيد للنشر . ص 97. ISBN  978-0-08-100391-6.
  30. ^ شونك، إيبرهارد. أوستر ، هانز يوخن (21/01/2013). دليل بناء السقف: أسقف مائلة والتر دي جرويتر . ص. 160. ردمك  978-3-0346-1563-1.
  31. ↑ سبايسر، مارك (30-11-2016). دليل مصور لمهارات القناص . دار بن آند سورد للنشر . ص 127. ISBN  978-1-4738-8452-6.
  32. ↑ إيغليسياس، كارين (2014-02-07). الاستخدام المبتكر للمواد في العمارة وهندسة المناظر الطبيعية: التاريخ والنظرية والأداء . ماكفارلاند . ص 76. ISBN  978-0-7864-7080-8.
  • عملية تصنيع الزجاج المصقول من جمعية الزجاج في أمريكا الشمالية
  • عملية تصنيع الزجاج المصقول من الخصائص الفيزيائية لشركة فيغلاسير للزجاج.