المورد:

أساسيات صناعة الزجاج

كيفية صناعة الزجاج

كان يتم إنتاج ألواح الزجاج من خلال تصنيع الزجاج المذاب أو تشكيله وإخفاء العيوب الموجودة به حتى أواسط القرن العشرين. وفي عام 1959، تم ابتكار عملية تصنيع الزجاج الطافي، مما يساعد في الاستغناء عن عملية الصقل وبالتالي تقليل العمالة المطلوبة. عملية تصنيع الزجاج الطافي عبارة عن كيفية تصنيع مصانع Guardian البالغ عددها 25 مصنعًا في أنحاء العالم للزجاج الخاص بها.

وتبدأ عملية تصنيع الزجاج الطافي بخلط المواد الخام، بما في ذلك 60% من الكوارتز و20% من الصودا والكبريتات و20% من الحجر الجيري والدولوميت. ثم تقوم أدوات التقليب الضخمة بسحق هذه المواد وتحويلها إلى خليط. يتم إدخال مزيج يحتوي على 80% تقريبًا من هذا الخليط و20% من الزجاج المتبقي المعاد تدويره في الفرن وصهره عند حوالي 1600 درجة مئوية. وتكون النتيجة هي زجاج من السيليكات والنطرون والطبشور. وبعد تكرير الخليط المذاب، يتم وضع الزجاج المذاب في حوض لضبط درجة الحرارة ويُترك ليبرد حتى يصل إلى حوالي 1200 درجة مئوية قبل وضعه ليتدفق عبر أنبوب مقاوم للصهر في حوض به قصدير سائل.

ينتشر الزجاج المذاب بشكل متساوٍ فوق سطح هذا الحوض الذي يحتوي على قصدير سائل، حيث "يطفو" أعلى القصدير السائل بكثافته وتوتره السطحي الذاتي، لأنه أثقل من كثافة الزجاج السائل. ونتيجة لذلك، يأخذ الزجاج المذاب بذاته بسهولة وبشكل متساوٍ الشكل السطحي للقصدير السائل. يؤدي تقليل درجة الحرارة في حوض القصدير من حوالي 1000 إلى 600 درجة مئوية إلى تحويل الكتلة اللزجة من الزجاج المذاب إلى لوح زجاجي صلب يمكن رفعه من فوق سطح الحوض الذي يحتوي على القصدير في نهاية عملية الطفو.

خصائص الزجاج

الزجاج الطافي العادي له لون مائل للخضرة قليلاً. يمكن رؤية هذا اللون بشكل أساسي بطول حافة الزجاج ويحدث بسبب أكسيد الحديد الموجود بشكل طبيعي في المواد الخام. وباختيار المواد الخام التي تفتقر بشدة إلى أكسيد الحديد أو بإجراء عملية التبييض الكيميائية، يمكن تحويل المادة المصهورة إلى زجاج ناصع البياض ومحايد اللون تمامًا. تنتج Guardian هذا النوع من الزجاج، والذي يُطلق عليه Guardian UltraClear ™.

يمكن إنتاج الزجاج الملون باستخدام الكتلة الملونة. تتيح مواد الإضافة الكيميائية في الخليط إنتاج زجاج باللون الأخضر والرمادي والأزرق والمائل للحمرة والبرونزي أثناء فترات معينة لخطوط الإنتاج الطافية. تغيير لون الزجاج في الحوض يعني بشكل طبيعي مقدار كبير من العمل وتكلفة زائدة بسبب المخلفات وخسارة في الإنتاج. وبالتالي، يتم إنتاجها فقط لحملات خاصة.

معظم إنتاج الزجاج اليوم عبارة عن زجاج طافي، بسمك يتراوح عادة بين 2 و25 مم وحجم قياسي يصل إلى 3.21 x 6 م يُستخدم لمعالجة إضافية.

الحاجة لطلاءات الزجاج

يتم توضيح التعريفات الفيزيائية للضوء والطاقة والحرارة من خلال الأطوال الموجية المحددة للطيف الكهرومغناطيسي. عندما تضرب الأطوال الموجية جسمًا ما، فإنه يتم عكس الأطوال الموجية وامتصاصها ونقلها عبر هذا الجسم. تضع Guardian Glass طلاءات على الزجاج الطافي للتحكم في الأطوال الموجية التي يتم عكسها وامتصاصها ونقلها لتفي بالمتطلبات الوظيفية والجمالية.

على سبيل المثال، تصميم الطلاءات الزجاجية التي تحد من حرارة الشمس يتطلب التحكم في الأشعة المنبعثة من الشمس التي تضرب الأرض. تم تصميم طلاءات Guardian Glass لعكس الأطوال الموجية تحت الحمراء (حرارة الشمس) مع نقل الأطوال الموجية للأضواء المرئية في نفس الوقت (في النهار) عبر الزجاج.

وضع الطلاءات على الزجاج

يتم إنتاج طلاءات الزجاج الطافي بكميات ضخمة، بطريقتين بشكل أساسي. إحداهما، عملية الانحلال الحراري الكيميائية، والتي يطلق عليها أيضًا الطلاء الصلد، التي تحدث عبر خط الإنتاج أثناء إنتاج الزجاج على الخط الطافي. يتم تقسية الأوكسيدات المعدنية بشكل دائم على السطح، كما أنها (طلاءات صلدة) قوية للغاية ومقاومة ولكن خصائصها محدودة للغاية بسبب بنيتها البسيطة.

تركز Guardian Glass على عملية الطلاء الثانية التي يطلق عليها عملية الترسيب بالتفريغ أو عملية الرشرشة المغنترونية. تعمل عملية الرشرشة المغنترونية على ترسيب الأوكسيدات المعدنية على الزجاج بسهولة تامة في تسلسل مصمم لتحقيق خصائص بصرية وحرارية مميزة. يتم إرسال الزجاج إلى أداة طلاء مزودة بحجرات تفريغ كل منها مصمم لوضع طبقة من هذه المادة على الزجاج.

يتم وضع المادة، (التي تكون عبارة عن طلاء معدني) التي سيتم ترسيبها على سطح الزجاج، على إلكترود ذي جهد كهربائي مرتفع. يتم عزل الإلكترود والمادة كهربيًا عن حائط حجرة التفريغ. يعمل المجال الكهربي القوي (الإلكترونات السريعة) على تأيين غاز الرش، الأرجون. أيونات الأرجون المتسارعة لديها القدرة على تفكيك المادة من الهدف عن طريق الاصطدام به، حيث تلامس الزجاج، الموضوع على السطح بالتساوي.

العزل الحراري

يتطلب المهندسون والمستهلكون عزلاً حراريًا أكبر لتصميمات المباني الخاصة بهم لاستيفاء المتطلبات الاقتصادية والبيئية والمتعلقة بالشعور بالراحة. تعمل Guardian دون كلل لتحسين أداء المباني دون التضحية برغبة الأشخاص في الحصول على إضاءة طبيعية. تتمثل الدوافع وراء العزل الحراري الأكبر فيما يلي:

دافع اقتصادي
يرغب مديرو ومالكو المباني في الاستثمار في الحلول التي ستحد من تكاليف الطاقة الخاصة بهم. وأسفرت التطورات التكنولوجية على مدار العقود الثلاثة الماضية عن أنظمة معدات يمكن أن تقوم بطلاء زجاج عازل عالي التقنية بطلاءات محايدة رفيعة للغاية باستخدام عمليات منخفضة التكلفة. يتم استخدام هذه التقنية الآن مع ملايين الأمتار المربعة من المناطق المطلية من النوافذ والواجهات.

دافع بيئي
لقد زاد مستوى الوعي لدى المستهلكين وفي المجال فيما يتعلق بالاستدامة البيئية بسرعة في مجال الإنشاءات. ونظرًا لمكونات الزجاج الطبيعية وخصائص موازنة الطاقة الفائقة الخاصة بها، فإن هذا الزجاج يعتبر عنصرًا أساسيًا للحد من تكاليف التسخين والتبريد وتحقيق أهداف برامج التصديق البيئي المعترف بها دوليًا لتشييد المباني المستدامة والصديقة للبيئة.

دافع الراحة
يقلل العزل الحراري الأفضل من الابتعاد غير المرغوب به عن الأماكن المزججة، دون التضحية بميزة الاستمتاع بضوء النهار الذي يجعل الأشخاص يشعرون بحال أفضل وأكثر إنتاجًا.

الزجاج العازل

لتحقيق خصائص العزل الحراري، يتم دمج اثنين أو أكثر من ألواح الزجاج الطافي مع مباعد لتكوين وحدة زجاج عازل (IGU). وهذا يقلل من فقدان الهواء المكيف - مما يقلل من تكاليف التسخين في الشهور الباردة وتكاليف تبريد الهواء في الشهور الدافئة.

وحتى وقت قريب جدًا، كان يتم إنتاج غالبية وحدات الزجاج العازل باستخدام مباعدات من الألومنيوم. وخلقت المتطلبات المتزايدة بدائل محسنة حراريًا تكتسب زخمًا في إنتاج الزجاج العازل. التصميمات ذات الفولاذ المقاوم للصدأ الرفيعة للغاية التي تتميز بإمكانية توصيل حراري منخفضة بدرجة كبيرة مقارنة بالألومنيوم هي البديل الأكثر شيوعًا. ومع ذلك، فإنها مشابهة للألومنيوم فيما يتعلق باستقرارها الميكانيكي وقدرتها على الانتشار.

يمكن أن يزيد الزجاج العازل أداء العزل الحراري الخاص به باستخدام ثلاثة أساليب إضافية:

الطلاءات منخفضة الانبعاثات
الطلاءات الرشاشة المصممة لزيادة العزل الحراري مثل العديد من الطلاءات ClimaGuard ® و SunGuard ® الخاصة بـ Guardian يمكن استخدامها على السطح رقم 2 أو 3 (بناء على المناخ). ClimaGuard IS-20 عبارة عن طلاء متين يمكن استخدامه مع السطح الزجاجي الداخلي لعزل وحدات الزجاج العازل أكثر.

الغاز في الحيز البيني
يتم عادة تعبئة الحيز البيني الناتج محكم الغلق بغاز خامل عازل للحرارة بدرجة كبيرة على وجه الخصوص. يعتمد عرض الحيز البيني للوح على الغاز الخامل المستخدم. يتم استخدام الأرجون في معظم الأحيان، ويتم استخدام كريبتون بشكل نادر أكثر. يتطلب الأرجون، لتحقيق كفاءة العزل الحراري المثلى، حيز بيني يتراوح بين 15 و18 مم؛ ويتطلب الكريبتون فقط ما بين 10 و12 مم لتحقيق نتائج عزل أفضل. يتم تعبئة الحيز البيني عادة حتى 90% من السعة. تتجاوز تكلفة الكريبتون أضعاف الأرجون نظرًا لأنه أكثر ندرة.

التزجيج ثلاثي الطبقات
تحسن عملية التزجيج ثلاثي الطبقات، خاصة للمشروعات التي تمثل فيها عملية التصديق على الاستخدام أولوية، (باستخدام 3 طبقات زجاجية) من أداء العزل الحراري بشكل أكبر.

زجاج الحماية من أشعة الشمس

يستمر التصميم العصري في استخدام المزيد والمزيد من الزجاج، وذلك بفضل استخدام التقنيات المتطورة في الزجاج المصمم للحماية من أشعة الشمس بشكل كبير. يحد الزجاج المصمم للحماية من أشعة الشمس من تأثير الغازات الدفيئة التي تحدث بشكل أساسي في الصيف نتيجة لحقيقة أن الغرف يمكن أن تسخن حتى النقطة التي لا يستحب أن تصل إليها، مع تقليل تكلفة تشغيل المبنى بدرجة كبيرة على مدار العام. يوفر زجاج الحماية من أشعة الشمس:

مدخرات مالية
يقلل زجاج الحماية من أشعة الشمس مقدار طاقة التسخين الذي يخترق المبنى، حيث بحد من التكاليف الباهظة لعملية تبريد الهواء، حيث تتطلب عملية تبريد الجزء الداخلي من المبنى تكلفة أعلى من عملية تسخينه. تتيح النافذة الكبيرة وأسطح الواجهات نفاذ مقدار كبير من الضوء إلى الجزء الداخلي من المبنى، وبالتالي يساعد ذلك على تفادي الاستخدام الزائد للإضاءة الصناعية.

مزايا بيئية
يتم توفير الطاقة عن طريق الحد من مقدار استخدام طاقة التبريد أو تقليل مراحل الضوء الصناعي - مما يساعد في تقليل التأثير البشري على البيئة. وفي هذا السياق، تكون النتيجة المنطقية هي تأكيد هذه الأنواع من منتجات الزجاج الخاصة بالحماية من أشعة الشمس وفقًا لنظام التصديق المعتمدة عالميًا لعمليات الإنشاء المستدامة مثل نظام الريادة في تصميمات الطاقة والبيئة (LEED) وطريقة التقييم البيئية لمؤسسة بحوث البناء (Breeam) والباسيف هاوس (Passive House).

دافع الراحة
يمكن أن تكون الطاقة الشمسية سببًا رئيسيًا السخونة المفرطة للغرفة، مما يجعل المقيمين بها لا يشعرون بالراحة. الهندسة الحالية - التي تسعى إلى خلق مناطق عمل ومعيشة قريبة من الطبيعة ومفتوحة ورحبة - قد تحولت بعيدًا عن هذه الطريقة الشفافة للإنشاء واتجهت ناحية استخدام الشفافية. وبالتالي، من الضروري الإلمام بالمعايير اللازمة للحماية ضد أشعة الشمس باستخدام زجاج لخلق جزء داخلي وظيفي ومريح.

خيارات التصميم

وعلى مدار قرون، استخدمت الأجيال الزجاج لملء "فتحات الإضاءة" في الحوائط الخارجية الضخمة. وهذا قد تغير بشكل كبير على مدار الثلاثة عقود الماضية. واليوم، يشكّل الزجاج ذاته ويكوّن الحيز ويساعد في إنشاء مرافق غرفية وبالتالي يؤدي إلى خلق تصميم هندسي شفاف يساعد الأشخاص على الشعور بقربهم من الطبيعة. تؤثر التشطيبات الزجاجية لإحدى الواجهات دائمًا على الخصائص الانعكاسية، والتي يمكن إنتاجها بحيث يكون الزجاج عاكسًا للغاية أو يعكس لونًا عامًا أو له انعكاس ضعيف.

تقنية الطباعة على الواجهة
تقنية الطباعة على الواجهة مخصصة بشكل أساسي لطلاء الأماكن الجزئية ومستخدمة للون التصميم الخاص الذي يلتصق بشكل قوي بسطح الزجاج والطلاء في عملية التطبيع التالية. هذه التقنية، التي تم تبنيها لكميات أكبر والتي تعتبر مثالية لمكونات الزجاج الحاجزة، أقل ملائمة بالنسبة لأماكن كبيرة الحجم والطباعة المتجانسة.

زجاج التصميم
يمكن أن تصبح العناصر الشفافة مرئية أكثر وأكثر وواجهات زخرفية وظيفية. بداية من النقش والسفع بالخردق على الواجهة السيراميكية وحتى الزجاج المصفّح برقائق داخلية، يمكن أن يكون التصميم زخرفة تزيينية أو رمزًا أو صورة تغطي السطح بالكامل أو سطحًا غير لامع.

الطباعة السطحية مباشرة على الزجاج
الطباعة السطحية أحادية اللون مباشرة على الزجاج لها تقليد عريق. يتم كبس الطلاء بالمينا أو السيراميك الذي يكون عبارة عن خليط زجاج مجرش صغير ويضم صبغات ألوان بكاشطات من خلال الأجزاء المفتوحة بالمنخل الموجود على الزجاج.

طباعة الألوان بالنقل على الزجاج
توفر الطباعة بالنقل بديلاً لتحقيق طباعة متعددة الألوان بدلاً من الطباعة على الواجهة أحادية اللون. ويمكن أيضًا نقل الألوان السيراميكية وطلاءات المينا عبر الطباعة الرقمية على صفائح نقل وبالتالي يمكن إعادة إنتاج أشكال متعددة الألوان. سيتم تثبيت هذه الصفائح المطبوعة على زجاج من المقرر تقسيته. خلال عملية التقسية، ستحترق صفائح النقل هذه دون أن تخلف رواسب وسيتم وضع الألوان المطبوعة كما هو موضح سابقًا.

صفائح الألوان في الزجاج المصفّح
يوجد في نفس عملية التصفيح لوح كبير بصفائح ألوان مختلفة، يمكن دمجها لتحقيق كل لون يمكن تصوره في الزجاج المصفّح.

الزجاج المعماري المنحني
يحب المهندسون والمصممون اعتراض الأجزاء المستقيمة والزوايا والمنحنيات بمنحنيات رقيقة. في استخدامات هيكل المبنى، يتم ثني الزجاج بشكل عام من خلال عملية الوزن الحراري. يتم وضع لوح زجاج على شكل منحني وفي موقد يشكل الانحناء بدرجة حرارة تتراوح بين 550 و620 درجة مئوية. بعد الوصول إلى نقطة التنعيم، ينزل لوح الزجاج (من خلال الثقل) ببطء في قالب الانحناء ويتخذ نفس الشكل. يحدد التبريد التالي شكل الزجاج. التبريد البطيء، الخالي من الإجهاد المتخلف، ينتج زجاجًا يمكن معالجته أيضًا، حيث يخلق التبريد السريع زجاجًا مقسّى جزئيًا أو بالكامل غير قابل للاستخدام للمعالجة الإضافية.

هذه بداية فحسب

هل تريد معرفة المزيد بشأن مجال الزجاج؟ استكشف المواد الأخرى لدينا أو تواصل معنا بشأن الأسئلة المتعلقة بمشروعك التالي.