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技术专题

U型玻璃的原料与成分

2019-07-17



在如今的建筑材料领域里,U型玻璃的应用变得越来越为广泛,相对于传统的普通玻璃,U型玻璃具有透光不透视、美观、强度更高等特点。那么生产U型玻璃需要什么原材料?这些原材料又起什么作用呢?今天给大家逐一介绍。


 阿普尔顿U玻—长沙湘江观光带
图1 阿普尔顿U玻—长沙湘江观光带
 
 
首先,让我们来看看U型玻璃的分子结构。

 
U玻的分子分布
图2 液态
 
当我们将一块U型玻璃高温加热,玻璃便会逐渐熔化成液体形态,此时玻璃内部的分子结构如上图所示。

 
U玻的分子分布
图3 晶体状态
 
熔化的U型玻璃经过缓慢冷却后,会产生析晶现象,分子结构也随之发生变化,最终形成晶体,分子分布如上图所示,注意,这种晶体并不是我们想要的玻璃。
 
 
U玻的分子分布
图4 玻璃状态
 
为了将液态玻璃恢复成我们所常见的玻璃状态,我们需要对液态玻璃进行快速冷却。快速冷却后,分子结构重新排列成如上图所示的模样,介于液态与晶体之间,也就成了我们常说的玻璃。
 
不难看出,玻璃并非我们日常所接触到的固体或是液体,它是一种流速十分缓慢的半固半液状态,十分特殊。因此,在制作玻璃的过程中,如何把握好温度也就成了重中之重。
 
接着,再来说说U型玻璃的成分与原料。通常而言,U型玻璃主要由以下四种成分构成。

1. 基础成分
 
与大多数普通玻璃一样,U型玻璃的基础化学成分也包含了二氧化硅、氧化钠、氧化钙与氧化镁四种元素。

二氧化硅是玻璃的主要成分,来源于石英砂,具有非常好的耐久性,但熔点过高,单单由二氧化硅来做玻璃是一件非常困难的事情。

 U玻的化学成分与原料
图5 超白石英砂
 
于是人们加入氧化钠,这样可以有效降低石英砂也就是二氧化硅原料的熔点,但同时也因为钠离子的存在,化学活泼性较高,易与外界发生反应。在工业用料中,纯碱可以大量提供氧化纳。
U玻的化学成分与原料
图6 纯碱
 
氧化钙是另一大重要构成元素,具有增强玻璃耐久性的功能,缺点是在高温下容易导致液态原料出现析晶现象,以至于玻璃会丧失透光性。石灰石与白云石里存在着大量的氧化钙。
 
U玻的化学成分与原料
图7 石灰石
 
为了解决这个问题,往往还要往原料里加入氧化镁,以阻止高温下玻璃出现析晶。白云石可以提供大量的氧化镁。


U玻的化学成分与原料
图8 白云石
 
以上这四种元素便是绝大部分玻璃的基础成分,所制作出来的玻璃也就是大家常说的纳钙硅玻璃。
 
2. 微量成分
 
除了上面提到的基础元素外,U型玻璃根据需要还会加入一些辅料。最常用的有氧化铝,用来有效增加玻璃的耐潮性能。再者,生产普白U型玻璃的时候,加入铁红粉可以有效去除原料里因为二氧化碳等形成的气泡,让玻璃更加澄清。但是铁红粉导致玻璃着色,因此在超白U型玻璃原料中不能使用。

 
                                   U玻的化学成分与原料 U玻的化学成分与原料
                                                                                                               图9 氧化铝和氧化铁
 
再加入一些氧化剂,可以让玻璃变得更加晶莹剔透。若是有特殊需求,也可以参入适量的着色剂来改变玻璃的颜色,比如钴、硒、镍等等。

3. 澄清剂
 
在工业生产中,还需要在玻璃原料中加入一定量的芒硝作为澄清剂,可以有效排出液态玻璃内含有的二氧化碳等气体,使玻璃变得更加澄清。

 
U玻的化学成分与原料
     图10 芒硝
 
4. 碎玻璃
 
往原料中加入碎玻璃的目的是为了有效降低原料的熔点,使得原料更易加工。
 
U玻的化学成分与原料
 图11 碎玻璃
 
如此这般,根据需要,将以上所提到的四类原料按照不同配比进行称重混合,送入熔炉,经过产品成型、退火冷却、切割,便能得到最终的U型玻璃。
 
工业上还可以对U型玻璃进行一些深度加工,比如钢化、喷砂、高温彩釉等等,以达到我们想要的使用效果。
 
ASG的U玻成片
图12 U型玻璃