Mărfuri din sticlă

237

4.1 Proprietăţile sticlei

4.1.1 Compoziţia chimică Sticla este un material solid, amorf, casant, izotrop, având o strălucire caracteristică, care se obţine prin topirea împreună a unor substanţe chimice anorganice, în principal bioxid de siliciu şi oxizi metalici şi care, prin răcire, se transformă într-o masă vitroasă (sticloasă). Din punct de vedere chimic, sticla este un amestec complex de silicaţi şi borosilicaţi de sodiu, potasiu, calciu, aluminiu, plumb şi ai altor metale alcalino-pământoase şi grele. Este descrisă de formula chimică generală:

xR2O · yRO · zRO2

în care R2O reprezintă oxizii alcalini, RO oxizii alcalino-pământoşi şi ai metalelor grele, RO2 oxizii acizi, iar x, y, z reprezintă proporţiile fiecărei categorii de oxizi. Oxizii alcalini care intră în compoziţia diferitelor tipuri de sticlă sunt: oxidul de sodiu (Na2O), oxidul de potasiu (K2O) şi oxidul de litiu (Li2O), iar dintre oxizii alcalino-pământoşi şi ai metalelor-grele pot fi menţionaţi: oxidul de calciu (CaO), oxidul de magneziu (MgO), oxidul de bariu (BaO), oxidul de plumb (PbO), oxidul de zinc (ZnO), oxidul de cadmiu (CdO). Alţi oxizi metalici care iau parte la formarea diferitelor tipuri de sticlă sunt: miniul de plumb (Pb3O4), bioxidul de titan (TiO2), oxidul de cupru (CuO), dioxidul de staniu (SnO2), dioxidul de telur (TeO2) etc. Oxizii acizi sunt: bioxidul de siliciu (SiO2), anhidrida borică (B2O3) şi pentaoxidul de fosfor (P2O5). Sticla comună este un silicat dublu de sodiu şi calciu care are compoziţia aproximativă: Na2O·CaO·6SiO2. Diferitele tipuri de sticlă au compoziţia chimică diferită. Astfel, sticla de potasiu folosită la fabricarea de aparate speciale de laborator se obţine înlocuind sărurile de sodiu prin carbonat de potasiu. Sticla de plumb, numită şi sticlă cristal, conţine în loc de sodiu, potasiu.

MĂRFURI DIN STICLĂ 4.

Mărfuri din sticlă

243

Tabelul 4.3. Clasificarea sticlei din punct de vedere al stabilităţii

faţă de baze

Clasa de stabilitate faţă

de baze

Denumirea clasei de stabilitate

Pierderea de masă a suprafeţei după 3 ore de

fierbere cu amestec alcalin (mg/dm2)

1 Slab solubilă în baze până la 75 2 Mijlociu solubilă în baze 75 – 150 3 Puternic solubilă în baze Peste 150

Cunoaşterea proprietăţilor chimice este importantă mai ales pentru sticla de ambalaj şi sticla de laborator.

4.2 Materii prime utilizate la obţinerea sticlei Materiile prime utilizate la fabricarea sticlei se împart în două grupe (fig. 4.1): • materii prime principale, care determină proprietăţile fundamentale ale

sticlei; • materii prime secundare, care sunt adăugate în cantităţi foarte mici

pentru a conferi sticlei anumite proprietăţi: culoare, caracter translucid sau opac etc.

Fig. 4.1. Materiile prime utilizate la obţinerea sticlei

vitrifianţi

fondanţi

stabilizanţi principale

secundare

Materii prime

afânanţi

opacizanţi

decoloranţi

coloranţi

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

244

4.2.1 Materii prime principale

Materiile prime principale sunt: • vitrifianţii • fondanţii • stabilizanţii. Vitrifianţii sunt substanţe care se transformă printr-un proces de topire şi răcire în masă vitroasă, conferind sticlei caracterul de corp solid transparent. Au rolul principal în formarea sticlei şi, de aceea, au cea mai mare pondere în amestecul de materii prime utilizate. Materiile prime cu rol de vitrifianţi sunt nisipul, boraxul (Na2B4O7·10H2O) şi rar bioxidul de germaniu (GeO2). Nisipul este principalul component al sticlei, în compoziţia căreia intră în proporţie de 25% până la 80%. Nisipurile utilizate la fabricarea sticlei sunt nisipuri cuarţoase şi conţin peste 95% bioxid de siliciu (SiO2) şi mici cantităţi de oxid de aluminiu (Al2O3), oxid feric (Fe2O3), oxid feros (FeO) etc. Calitatea nisipului dictează tipul de sticlă produs. Astfel, pentru sticla semi-albă nisipul poate avea până la 0,2% oxizi de fier, în timp ce pentru sticla albă numai până la 0,06%, iar pentru sticla optică maximum 0,02%. Nisipul cu un conţinut de oxizi de fier mai mare de 0,2% poate fi folosit numai la producerea sticlei de culoare verde. Boraxul sau tetraboratul de sodiu (Na2B4O7·10H2O) se introduce în amestecul de materii prime pentru a mări fluiditatea sticlei, rezistenţa chimică şi rezistenţa termică. Din cantitatea introdusă în amestec, numai 53% intră în compoziţia sticlei ca anhidridă borică, restul fiind eliminat sub formă de vapori. Uneori în locul boraxului şi pentru aceleaşi scopuri se întrebuinţează acidul boric (H3BO3). Pentaoxidul de fosfor (P2O5) este constituentul principal pentru sticlele fosfatice cu proprietăţi electrice şi chimice deosebite. În cantităţi mici este folosit şi ca opacizant al sticlei. Ca materii prime ce conţin pentaoxid de fosfor se utilizează apatita şi cenuşa de oase. Fondanţii au rolul de a coborî temperatura de topire a vitrifianţilor sub 1200 °C. Din grupa fondanţilor fac parte următoarele materii prime: soda calcinată (Na2CO3), carbonatul de potasiu (K2CO3) şi sulfatul de sodiu (sarea Glauber – Na2SO4). Soda calcinată (Na2CO3) este folosită în general pentru obţinerea sticlei comune de menaj, a sticlei pentru ambalaje şi a sticlelor tehnice

Mărfuri din sticlă

245

uzuale. Cu cât procentul de sodă calcinată din sticlă este mai mare cu atât rezistenţa sticlei scade. Carbonatul de potasiu (K2CO3) contribuie la îmbunătăţirea luciului şi transparenţei sticlei. De aceea, el este utilizat în exclusivitate ca fondant la sticla cristal. În cazul sticlei comune poate fi utilizat în amestec cu soda calcinată. Sulfatul de sodiu (Na2SO4) poate înlocui soda calcinată la sticlele inferioare. Stabilizanţii au în primul rând rolul de a îmbunătăţi stabilitatea chimică a sticlei. Silicatul de sodiu sau de potasiu, rezultat în urma reacţiilor dintre vitrifianţi şi fondanţi, este solubil în apă. Pentru a se obţine o sticlă insolubilă se adaugă stabilizanţi. Aceştia mai au şi rolul de a îmbunătăţi unele proprietăţi fizice şi mecanice precum: reducerea coeficientului de dilatare, creşterea indicelui de refracţie, creşterea rezistenţei mecanice şi a durităţii etc. Materiile prime cu rolul de stabilizanţi sunt: calcarul (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2), compuşi ai bariului precum: veteritul (BaCO3), baritina (BaSO4), miniul de plumb (Pb3O4), oxidul de zinc (ZnO), compuşi ai aluminiului precum: feldspatul, argila şi bauxita care conţin oxid de aluminiu (Al2O3) şi compuşi ai stronţiului precum: stronţianit (SrCO3) şi celestina (SrSO4). Calcarul (CaCO3) eliberează în masa sticlei oxid de calciu (CaO). Acest oxid, împreună cu bioxidul de siliciu (SiO2) şi oxidul de sodiu (Na2O), constituie componentul de bază al sticlei comune (sticlă calcosodică). Oxidul de calciu poate fi găsit în masa sticlei în proporţie de 5 – 20%, conferindu-i acesteia strălucire, rezistenţă şi duritate. Dolomita (CaMg(CO3)2) prin descompunere eliberează 30% oxid de calciu şi 22% oxid de magneziu. Oxidul de magneziu intră în compoziţia sticlei în proporţie de 1 – 5,78%, contribuind la coborârea temperaturii de recoacere, reducerea coeficientului de dilatare şi a tendinţei de cristalizare; măreşte totodată şi rezistenţa la apă. Compuşii bariului – baritina (BaSO4) şi veteritul (BaCO3) – introduc în masa sticlei oxidul de bariu. Acesta creşte indicele de refracţie, conferind produsului un luciu puternic. Compuşii bariului sunt folosiţi pentru obţinerea sticlei optice şi a sticlei cristal. Miniul de plumb (Pb3O4) introduce în masa sticlei oxidul de plumb (PbO). Oxidul de plumb intră în compoziţia sticlei în proporţie de 5 – 30%, conferindu-i acesteia un luciu şi o transparenţă ridicată, o densitate mare şi o

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

246

sonoritate specifică (sunet prelung la lovire). Sticla cu plumb, folosită la obţinerea produselor din cristal şi a instrumentelor optice, are o duritate redusă, se zgârie uşor şi are o stabilitate redusă la acţiunea acizilor. Oxidul de zinc (ZnO) intră în compoziţia sticlei în proporţie de 1 – 15 %. Este utilizat la obţinerea sticlelor de laborator, a sticlei pentru termometre şi a sticlelor optice. Oxidul de zinc măreşte rezistenţa la tracţiune, la compresiune şi la şoc termic; reduce dilatarea şi conferă sticlei luciu într-o mai mică măsură decât oxidul de bariu şi oxidul de plumb. Compuşii aluminiului eliberează în masa sticlei oxidul de aluminiu care contribuie la creşterea stabilităţii faţă de acizi şi apă. Compuşii stronţiului – stronţianitul (SrCO3) şi celestina (SrSO4) – aduc în masa sticlei oxidul de stronţiu care măreşte indicele de refracţie.

4.2.2 Materii prime secundare Din grupa materiilor prime secundare fac parte: • afânanţii • opacizanţii • decoloranţii • coloranţii. Afânanţii (agenţii de limpezire) au rolul de a antrena spre suprafaţa topiturii bulele de gaze rezultate în urma reacţiilor chimice dintre componenţi, contribuind la limpezirea sticlei. În acest scop se utilizează: trioxidul de arsen (AsO3), nitraţii alcalini precum azotatul de sodiu (NaNO3) sau de potasiu (KNO3), sulfaţii de sodiu (NaSO4), de calciu (CaSO4) sau bariu (BaSO4) şi trioxidul de antimoniu (Sb2O3). Opacizanţii sunt substanţe cu indici de refracţie diferiţi de cei ai sticlei. Datorită acestei proprietăţi, ei difuzează razele de lumină conferind sticlei un aspect translucid sau opac (opalescent). Opacizarea sticlei se datorează cristalelor de mici dimensiuni (0,3 – 1,3 µm) care se formează în mod uniform în masa sticlei. Gradul de difuzie a luminii este direct proporţional cu numărul cristalelor formate şi diferenţa dintre indicii lor de refracţie şi cei ai sticlei. Rol de opacizanţi îl au următoarele materii prime: criolitul (Na3AlF6), fluorina (CaF2), bioxidul de staniu (SnO2), fosfaţi di- şi tricalcici, talcul (Mg3(HO)2(Si2O5)2), oxidul de zirconiu (ZrO2). Decoloranţii au rolul de a elimina culoarea verzuie imprimată sticlei de oxizii de fier existenţi ca impurităţi în materiile prime principale. Decolorarea se poate obţine:

Mărfuri din sticlă

247

• pe cale chimică, prin oxidarea oxidului feros (FeO) care colorează sticla intens în verde albăstrui la oxid feric (Fe2O3) cu o acţiune colorantă mai slabă;

• pe cale fizică, prin folosirea unor substanţe care colorează sticla în culori complementare celor produse de oxizii de fier; culorile complementare, compunându-se optic cu culoarea verde a sticlei, determină obţinerea unei sticle incolore.

Din categoria decoloranţilor chimici fac parte trioxidul de arsen (As2O3), trioxidul de antimoniu (Sb2O3), azotatul de sodiu (NaNO3), sulfatul de sodiu (Na2SO4) etc. Pentru decolorarea prin metode fizice a sticlei se folosesc oxidul de cobalt (CoO), oxidul de nichel (NiO), bioxidul de mangan (MnO2) şi alţi compuşi chimici care conferă sticlei o culoare violet-albastră complementară culorii galben-verzuie generată de oxizii de fier. Coloranţii sunt folosiţi pentru obţinerea unor varietăţi de sticlă parţial sau total colorate. În tabelul 4.4 sunt prezentate principalele materii prime cu rol de coloranţi şi culoarea pe care aceştia o conferă sticlei.

Tabelul 4.4. Coloranţi Materia primă Culoarea conferită sticlei

Oxidul feros (FeO) Verde – albăstruie Oxidul feric (Fe2O3) Galben – verzuie Oxidul de cobalt (CoO) Albastru Oxizii de cupru (CuO şi Cu2O) Acvamarin Oxidul manganic (Mn2O3) Roz – gălbui Dioxidul de mangan (MnO2) Violet Protoxidul de nichel (NiO) Albastru – cenuşiu Dioxidul de uraniu (UO2) Galben, cu fluorescenţă verde Oxidul cromic (Cr2O3) Verde Clorura de aur (AuCl3) Roşu – rubiniu Seleniul (Se) Roşu – rubiniu Seleniura de cadmiu (CdSe) Galben – portocaliu

Amestecul în diverse proporţii al coloranţilor conduce la obţinerea unor combinaţii de culori. Astfel, culoarea roşu-brun se obţine cu un amestec de oxizi de mangan şi de fier, culoarea neagră va rezulta dintr-un amestec de oxid de cobalt, bioxid de mangan şi oxid feric. Nuanţa culorii este determinată de cantitatea de colorant introdusă în amestecul de materii prime.

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

248

4.3 Obţinerea produselor din sticlă Procesul tehnologic de obţinere a produselor din sticlă este format din operaţiile şi fazele prezentate în schema din figura 4.2.

Fig. 4.2. Schema procesului tehnologic de obţinere a produselor din sticlă

Decorare Prin

procedee mecanice

Prin procedee

fizice

Prin procedee chimice

Topirea materiilor prime

Limpezirea (afânarea)

Omogenizarea

Răcire lentă

Prelucrare mecanică (debavurare, decalotare)

Produs finit

Operaţia de obţinere a masei de sticlă topită

Operaţia de fasonare

Operaţia de recoacere

Operaţia de finisare

Prin suflare Prin presare Prin tragere Prin laminare

Mărfuri din sticlă

249

4.3.1 Operaţia de obţinere a masei de sticlă

Această operaţie este formată din următoarele faze tehnologice: topirea materiilor prime, limpezirea (afânarea sticlei) şi omogenizarea masei de sticlă topită. Topirea materiilor prime. În această fază au loc simultan o serie de transformări chimice şi fizice în urma cărora se obţine masa de sticlă topită cu un conţinut ridicat de bule de gaze. Nisipul, care este principalul component al masei de sticlă, se usucă şi se cerne, separându-se granulele mai mari care se topesc mai greu. Celelalte materii prime (calcarul, dolomita, soda calcinată etc.) se zdrobesc şi se macină în concasoare şi mori cu bile, iar în final se cern. După terminarea acestor faze, se realizează analiza, cântărirea, dozarea şi amestecarea materiilor prime. Amestecarea materiilor prime se face manual sau mecanic până la perfecta omogenizare. Topirea materiilor prime are loc în cuptoare speciale. Materiile prime se descompun, au loc reacţii între componenţi cu formarea silicaţilor, aluminaţilor şi a unor combinaţii complexe, iar cea mai mare parte a gazelor rezultate sunt eliminate în atmosferă. La aproximativ 1200 °C, formarea masei de sticlă topită se consideră încheiată. Limpezirea (afânarea) sticlei constă în eliminarea bulelor de gaze rămase în topitura de sticlă ca urmare a reacţiilor între constituenţi şi de descompunere care au loc în faza de topire. Afânanţii adăugaţi pentru limpezirea sticlei degajă bule de gaz de dimensiuni mari care se ridică la suprafaţa sticlei, antrenând cu ele şi bulele mai mici existente în masa sticlei topite. La aceasta contribuie şi temperatura de 1400-1500 °C care micşorează vâscozitatea masei de topitură. Omogenizarea este necesară deoarece sticla afânată este anizotropă, masa de topitură prezentând variaţii ale compoziţiei chimice şi ale proprietăţilor fizice. Procesul de omogenizare se produce intens la temperaturi ridicate şi poate fi accelerat prin barbotare cu gaze sau prin agitare mecanică. Calitatea sticlei este condiţionată în mare măsură de durata omogenizării. În cazul în care se doreşte prelucrarea unei sticle speciale sau de calitate superioară, pentru care se cere un grad ridicat de omogenizare, durata acestei faze poate fi prelungită.

4.3.2 Operaţia de fasonare Operaţia de fasonare a sticlei constă în prelucrarea prin diverse procedee a masei de sticlă topită în vederea obţinerii unor obiecte cu diverse

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

250

forme. Fasonarea sticlei se realizează la temperaturi de 900 - 1000 °C, la care masa de topitură este vâscoasă şi prezintă plasticitate. În funcţie de destinaţia produselor şi de proprietăţile lor fizico-mecanice, masa de sticlă topită poate fi fasonată prin următoarele procedee: • suflare • presare • presare-suflare • turnare • tragere • laminare • pe baie de metal topit (procedeul „float-glass”). Fasonarea prin suflare se poate realiza manual, semiautomat sau automat. Suflarea manuală se utilizează pentru produsele de serie mică. Procedeul de suflare manuală constă în culegerea cu ajutorul unei ţevi de suflat din oţel a unei picături de topitură, care este modelată prin pendulări şi rotiri ale ţevii (fig. 4.3). Pentru a uşura fasonarea şi a îmbunătăţi forma şi

Fig. 4.3. Fazele de fasonare a unui produs din sticlă suflat manual

Mărfuri din sticlă

251

simetria produselor, se utilizează o variantă a procedeului de suflare manuală uşor diferită. Astfel, după ce picătura de sticlă este adusă prin rotiri şi pendulări la o formă brută, este în final suflată într-o formă (fig. 4.4).

Fig. 4.4. Fazele fasonării prin suflare manuală în formă

La maşinile semiautomate şi automate de suflat, modelarea formei brute, respectiv a formei finale se realizează cu aer comprimat, folosindu-se în acest scop o preformă, respectiv o formă (fig. 4.5). Prin acest procedeu de fasonare se obţin produse cu pereţi subţiri şi cu cavităţi interioare de forme variate şi complexe. Fasonarea prin presare se realizează pe prese manuale sau la prese automate. Operaţia constă, în general, în introducerea unei cantităţi de sticlă topită în forma presei şi presarea sa cu un poanson (fig. 4.6). La presele manuale, picătura de sticlă topită se introduce cu ajutorul unui tub de culegere a sticlei, care se aseamănă cu tubul de suflat. Presele automate sunt alimentate de un dispozitiv numit feeder, care împarte masa de sticlă în picături cu formă şi greutate bine determinate. Interiorul formelor poate fi prevăzut cu adâncituri sau reliefuri care dau decorul exterior al produsului. Prin acest procedeu de fasonare se obţin produse cu pereţi groşi, care au cavităţi interioare simple şi, în general, decoruri cu o complexitate ridicată.

Formă Picătură de sticlă

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

252

Fig. 4.5. Fazele fasonării prin suflare semiautomată sau automată

Fig. 4.6. Fazele fasonării prin presare

Fasonarea prin presare-suflare îmbină cele două procedee prezentate anterior. Operaţia se realizează pe maşini automate care în primele faze (I, II, III) aduc masa de sticlă topită la o formă brută prin

Picătură de sticlă

Pâlnie

Preforma

Forma de gură

Aer Aer

Fundul platformei

Fundul formei de finisaj

Forma de finisaj

Aer

Transportor cu bandă

Picătură de sticlă

Poanson

Formă

Mărfuri din sticlă

253

presare iar în următoarele faze (fazele IV, V, VI) la forma finală prin suflare (fig. 4.7).

Fig. 4.7. Fazele fasonării prin presare – suflare

Prin acest procedeu mixt de fasonare se obţin produse cu pereţi groşi şi cu cavităţi interioare cu forme variate, caracterizate de o rezistenţă sporită la şocuri mecanice. Fasonarea prin turnare se aplică la fabricarea tuburilor din sticlă. Operaţia constă în introducerea masei de sticlă într-un cilindru de oţel gol, căruia i se imprimă o mişcare de rotaţie, fiind încălzit la exterior. Datorită forţei centrifuge, masa de sticlă este repartizată uniform pe pereţii cilindrului.

I. II. III.

IV. V. VI.

Sticlă topită

Formă

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

254

Acest procedeu este utilizat pentru obţinerea tuburilor cu diametre mari care nu pot fi fasonate prin tragere. Fasonarea prin tragere este un procedeu de obţinere a sticlei plane şi este realizată cu ajutorul unor maşini speciale de tras orizontale sau verticale. Principiul care stă la baza acestui procedeu este următorul : masa de sticlă topită este antrenată de un dispozitiv (pieptene), fiind trasă sub formă de bandă printr-o duză; banda este trecută printr-un sistem de rulouri (valţuri) care generează astfel o pânză din sticlă (fig. 4.8). O dată cu ridicarea pânzei, aceasta se răceşte, vâscozitatea sa creşte, anulându-se astfel influenţa forţelor care tind să producă ruperea pânzei. Prin acest procedeu de fasonare se produc geamuri, plăci şi ţevi cu diametre mici. Este o metodă de mare productivitate, iar produsele obţinute sunt de calitate superioară.

Fig. 4.8. Fasonarea prin tragere

Pânză de sticlă Valţuri

Topitură de sticlă

Duze

Apă pentru răcire

Mărfuri din sticlă

255

Fasonarea prin laminare constă în introducerea masei de sticlă topită între doi cilindri cu axe paralele care se rotesc continuu în sensuri opuse (fig. 4.9). Dacă unul dintre cilindri are imprimat pe suprafaţa sa un model sau striuri paralele, se obţin geamuri cu model imprimat (ornament sau riglate). De asemenea, dacă împreună cu masa de sticlă topită se introduce între cilindri şi o plasă din sârmă de oţel, se obţin geamuri armate.

Fig. 4.9. Fasonarea prin laminare

Prin laminare se obţin geamuri şi plăci într-o gamă largă de grosimi, dar cu suprafeţe insuficient de netede. Fasonarea pe baie de metal topit (procedeul „float-glass) este utilizată pentru obţinerea sticlei plane. Prin procedeul float-glass se formează o bandă de sticlă topită pe suprafaţa unei băi cu metal topit (staniu), operaţia fiind realizată într-un cuptor în construcţie închisă. Durata contactului dintre sticla topită şi metalul topit influenţează planeitatea şi lustruirea suprafeţelor.

Transportor cu bandă

Cilindru

Cilindru

Sticlă topită Dozator

Geam

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

256

4.3.3 Operaţia de recoacere Operaţia de recoacere constă în răcirea lentă a produselor fasonate în vederea eliminării tensiunilor interne acumulate în masa sticlei. Tensiunile interne afectează proprietăţile mecanice, iar, atunci când acumularea lor este ridicată, produsul se poate sparge de la sine după un anumit interval de timp. Tensiunile interne apar atunci când produsul din sticlă se răceşte brusc, deoarece straturile de sticlă dinspre suprafaţa produsului, venind în contact cu aerul, se răcesc mult mai repede decât straturile interioare. Prin răcire, straturile de sticlă de la suprafaţă se contractă şi apasă asupra straturilor interioare, care, având încă temperaturi ridicate, posedă un volum apropiat de cel de la începutul operaţiei de răcire. Ulterior, pe măsură ce temperatura produsului scade, straturile interioare se contractă, încercând să atragă după ele straturile exterioare, care, fiind întărite, nu cedează. În acest fel straturile exterioare sunt supuse forţelor de tracţiune, iar cele interioare unor forţe de compresiune. Răcirea rapidă a produselor din sticlă conduce la apariţia unor forţe intermoleculare locale în masa sticlei, care sunt în echilibru instabil. O forţă exterioară, indiferent de forma sub care se manifestă (căldură, şoc mecanic, zgârietură etc.), poate strica acest echilibru instabil, iar produsele se deteriorează. Operaţia de recoacere care elimină aceste tensiuni interne se realizează în cuptoare tunel cu transportoare cu bandă rulantă. În acest fel, produsele sunt aduse lent de la temperatura de 550-600 °C la temperatura ambiantă.

4.3.4 Finisarea Finisarea cuprinde o serie de operaţii menite să corecteze unele defecte apărute în timpul operaţiei de fasonare şi, totodată, să confere produselor valenţe estetice. Operaţiile de finisare se aplică foarte multor articole şi anume: la cele suflate manual, la unele articole suflate la maşini, la unele articole de menaj presate precum şi anumitor articole tehnice. La articolele de ambalaj şi la cele pentru construcţii se aplică operaţii de finisare într-o proporţie mult mai redusă. Operaţiile de finisare pot fi clasificate după următoarele criterii:

a) scopul urmărit • operaţii pentru stricta definitivare a produselor cum sunt: decalotarea la

produsele suflate, şlefuirea marginilor, lustruirea suprafeţelor, rodarea dopurilor şi recipientelor.

Mărfuri din sticlă

257

• operaţii de decorare a produselor, prin care se urmăreşte creşterea valorii estetice şi artistice a produselor, respectiv: sculptarea, gravarea, pictarea, matisarea, metalizarea etc.

b) procedeul folosit • procedee mecanice: tăiere, şlefuire, sculptare • procedee fizice: pictare, evaporare în vid, cementare • procedee chimice: lustruire chimică, gravare chimică, matisare chimică.

Decalotarea (tăierea) este operaţia de îndepărtare a calotei pe care o prezintă articolele suflate manual, precum şi unele articole suflate la maşini. În funcţie de forma şi grosimea pereţilor produsului, îndepărtarea calotei se poate executa prin decalotare termică cu sau fără flacără, ori prin decalotare mecanică cu discuri din material abraziv. Şlefuirea este operaţia prin care se elimină proeminenţele rămase pe suprafeţele sau marginile produselor după fasonare sau decalotare, cu scopul de a le netezi sau a conferi forme geometrice regulate suprafeţelor pentru aşezare, etanşare etc. Această operaţie este realizată pe cale mecanică cu materiale abrazive cu granulaţie fină. Rodarea este operaţia de şlefuire a anumitor piese de etanşare cum sunt dopurile pentru ambalaje şi cepurile robinetelor executate din sticlă. În acest scop, dopul sau cepul se rotesc în gâtul recipientului, respectiv în locaşul din corpul robinetului, împreună cu o pastă abrazivă din ce în ce mai fină, obţinându-se în final o etanşeitate foarte bună. Lustruirea (polizarea). Articolele şlefuite prezintă o suprafaţă cu un aspect mai mult sau mai puţin mat, în funcţie de fineţea şlefuirii. Pentru obţinerea luciului este necesar ca aceste suprafeţe să fie supuse operaţiei de lustruire (polizare). Lustruirea se poate realiza pe cale mecanică, termică sau chimică. • Lustruirea mecanică se realizează într-un mod asemănător şlefuirii,

folosindu-se în acest scop materiale abrazive extrafine. • Lustruirea termică se realizează prin topirea superficială a suprafeţei şi

netezirea tuturor neregularităţilor microscopice rămase de la şlefuire, datorită tensiunii superficiale a sticlei care le uniformizează. Pentru această operaţie se folosesc maşini speciale de lustruit termic.

• Lustruirea chimică se realizează prin imersarea produselor într-o baie acidă de lustruire compusă din: acid sulfuric (H2SO4 – 60%), acid fluorhidric (HF – 15%) şi apă (H2O – 25%).

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

258

Sculptarea (cizelarea) este o operaţie de decorare prin care se realizează, în adâncime sau la suprafaţa produsului, diverse desene cu rol estetic. În acest scop sunt utilizate discuri abrazive de diverse dimensiuni şi cu muchii cu diferite profiluri. La produsele din sticlă comună sunt utilizate desene simple, obţinute prin practicarea unor canale denumite şlifuri de diferite forme şi cu adâncimi mici. La produsele din sticlă cristal şi semicristal sunt utilizate desene complexe, formate din şlifuri adânci, care dau un puternic joc de lumini. Matisarea este operaţia de decorare prin care suprafaţa transparentă a articolelor din sticlă este adusă în stare translucidă. Matisarea este aplicată în special articolelor de iluminat, în vederea atenuării efectului de strălucire care este obositor pentru ochi şi articolelor de menaj, în scop estetic. În funcţie de scopul pentru care este utilizată, matisarea se poate aplica pe întreaga suprafaţă sau doar pe anumite porţiuni, rezultând astfel decoruri mate pe suprafeţe transparente sau decoruri transparente pe suprafeţe mate. Operaţia de matisare se poate realiza pe cale mecanică prin sablare sau pe cale chimică, utilizând soluţii care atacă sticla. • Sablarea constă în utilizarea unui jet de nisip care, fiind suflat cu

presiune, erodează suprafaţa sticlei. Matisarea prin sablare este mai grosieră decât cea obţinută pe cale chimică.

• Matisarea chimică. În funcţie de suprafaţa supusă matisării, operaţia se poate executa fie în baie, fie prin aplicare cu pensula sau chiar prin ştampilare. Soluţia utilizată pentru matisare este pe bază de acid fluorhidric (HF) şi bifluorură de amoniu (NH4HF2).

Decorarea cu disc metalic constă în imprimarea pe suprafaţa articolelor din sticlă a unui decor format din depuneri de aluminiu sau cupru. În acest scop, se folosesc discuri din aluminiu sau cupru cu grosimi de 2 – 5 mm care au o mişcare de rotaţie. Prin apăsarea suprafeţei produsului de decorat pe muchia discului în rotaţie, se imprimă pe suprafaţă o urmă argintie sau roşiatică, în funcţie de materialul discului. Pictarea este un procedeu de decorare care constă în obţinerea unor desene monocrome sau policrome prin aplicarea de coloranţi pe suprafaţa sticlei. Acest procedeu este foarte des utilizat, mai ales la sticlăria de menaj. Din punct de vedere tehnologic procedeele de pictare se clasifică în: • pictarea prin decor rece. Se execută cu coloranţi organici din grupa

coloranţilor de ulei care sunt fixaţi cu ajutorul lacurilor pe suprafaţa sticlei. Datorită faptului că aceste decoruri se degradează uşor, utilizarea

Mărfuri din sticlă

259

acestui procedeu este limitată la ornamente ocazionale cum sunt globurile de pom de iarnă etc.

• pictarea cu decor ars foloseşte coloranţi anorganici amestecaţi cu fondanţi de natură sticloasă; decorul se fixează pe produse prin ardere în cuptoare speciale. După natura coloranţilor întrebuinţaţi şi metoda de aplicare, pictarea cu decor ars se împarte în următoarele subgrupe: - pictarea cu emailuri. Constă în aplicarea unui amestec format din fondanţi şi coloranţi care prin ardere se transformă într-o sticlă uşor fuzibilă colorată (email). În funcţie de caracterul transparent sau opac al culorii aplicate, fondanţii conţin în diferite proporţii nisip, miniu de plumb şi borax. În tabelul 4.5 sunt prezentate compoziţiile emailurilor şi culoarea conferită de aceştia.

Tabelul 4.5. Compoziţia chimică a emailurilor folosite la pictarea sticlei

Culoarea Materii prime Proporţia (%)

Alb Fondant Bioxid de staniu

12 88

Galben Fondant Oxid de staniu Antimoniat de potasiu

90 8 2

Verde Fondant Oxid de cupru Bicarbonat de potasiu

96 2,5 1,5

Bleumarin Fondant Peroxid de cobalt

98,5 1,5

Albastru închis Fondant Oxid de cobalt Oxid de zinc

70 15 15

Roşu Fondant Purpura lui Casius

90 10

Negru Fondant Oxid de cobalt Oxid de mangan

74 13 13

- pictarea cu metale. Sunt folosite următoarele procedee de decorare cu metale: � procedeul cu metale lustruite. Este folosit în special pentru depunerea

decorurilor de aur şi argint. Decorul este foarte rezistent şi are un

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

260

aspect mat, fiind necesară o operaţie de lustruire ulterioară. � procedeul cu metale strălucitoare. Se aplică în special pentru

depunerea metalelor preţioase, obţinându-se un strat metalic cu aspect strălucitor. În ambele cazuri se foloseşte o soluţie coloidală a metalului preţios care conţine şi fondant.

� procedeul cu lüster (lustre). Lustrele sunt soluţii de compuşi organici ai metalelor care se obţin prin topirea sărurilor metalice cu răşini. Aceste soluţii sunt aduse la consistenţa necesară cu solvenţi organici. După aplicarea lor pe suprafaţa produsului decorat, lustrele formează o peliculă de lac; prin ardere, aceasta lasă pe sticlă un strat subţire de oxizi (1/10000 m) care este topit pe suprafaţa sticlei. Diferenţa dintre indicele de refracţie al stratului metalic şi cel al sticlei conduce la apariţia unor efecte optice (irizaţii) foarte frumoase.

- pictarea prin cementare. În acest procedeu, care este foarte rar utilizat se obţine difuzia ionilor de argint sau cupru în stratul superficial al sticlei printr-un tratament termic adecvat.

Pictarea, ca metodă de aplicare a decorului pe suprafaţa sticlei, oferă o gamă largă de posibilităţi; în acest sens pot fi utilizate următoarele metode: • aplicarea cu pensula este o metodă manuală. Datorită productivităţii mici

se aplică la decorurile de serie mică şi în special la cele cu o complexitate ridicată şi artistice, la care talentul şi îndemânarea decoratorului au un rol deosebit.

• aplicarea prin şpriţuire se întrebuinţează pentru decorarea suprafeţelor mari. Colorantul se pulverizează cu ajutorul unui pistol cu aer comprimat.

• aplicarea prin metoda şablonului se poate realiza cu pensula sau prin pulverizare şi constă în depunerea colorantului în spaţiile libere practicate într-un şablon din tablă, carton sau masă plastică, aplicat pe articolul din sticlă. O variantă a acestei metode este sitografia, metodă în care şablonul este format dintr-o sită, cu firul din mătase, masă plastică sau bronz fosforos, având 4400-6400 ochiuri/cm2. Pregătirea şablonului (sitei) constă în acoperirea suprafeţei care nu trebuie pictată cu un lac, rămânând liberă numai porţiunea de sită prin care se aplică colorantul.

Aplicarea de decalcomanii. Această metodă foloseşte desene colorate realizate cu culori fuzibile sau cu amestec de metale preţioase şi emailuri colorate, pe straturi subţiri de lac organic, depuse pe un suport provizoriu din hârtie. Pentru aplicare se introduce în apă suportul de hârtie cu

Mărfuri din sticlă

261

decalcomania, se desprinde desenul de pe suport şi se lipeşte pe produs. După uscarea desenului la temperatura camerei, acesta este ars într-un cuptor pentru a fi fixat pe produs. Decorarea prin decalcomanii a devenit un procedeu frecvent utilizat în industria sticlei, datorită productivităţii ridicate şi decorurilor de calitate superioară. Gravarea chimică este o operaţie de decorare a produselor din sticlă constând în obţinerea unor desene prin corodarea suprafeţei cu ajutorul acidului fluorhidric. În general, fazele acestei operaţii constau în: acoperirea suprafeţei articolelor cu un strat de protecţie antiacidă (parafină, ceară de albine sau mastic), îndepărtarea manuală sau la maşina pantograf a stratului de protecţie în locurile unde trebuie să fie atacată sticla, imersarea produsului în baia de acid fluorhidric pentru 2–3 minute, spălarea articolelor gravate într-o soluţie alcalină şi apoi în apă. Givrarea constă în obţinerea pe suprafaţa articolului a unui decor asemănător florilor de gheaţă. În acest scop, articolele se acoperă pe suprafaţa ce urmează a fi decorată cu un strat de clei, după care se încălzesc. Prin uscare, cleiul se contractă şi se exfoliază, rupând de pe suprafaţa produsului particule de sticlă foarte subţiri şi neregulate. Procedee speciale de fasonare decorativă. Ornamentarea produselor din sticlă poate fi realizată şi prin procedee speciale de fasonare decorativă. Prin aceste procedee se obţin: • articolele din sticlă suprapusă. Pot fi obţinute prin procedeele überfang şi Gallé. - Procedeul überfang constă în aplicarea unui strat din sticlă colorată pe

un produs şi decorarea sa de regulă prin sculptare. Rezultă astfel un decor format din şlifuri incolore pe suprafaţa din sticlă colorată. Coloranţii folosiţi sunt fie compuşi ai seleniului care conferă stratului exterior o culoare rubinie, fie compuşi ai cobaltului care dau o coloraţie albastră.

- Procedeul Gallé presupune într-o primă fază obţinerea pe două ţevi de suflat a unui balon din sticlă incoloră, respectiv a unui balon din sticlă colorată. Ţeava cu balonul din sticlă colorată este ridicată în poziţie verticală şi se aspiră prin ea aerul din balon, formându-se astfel o pâlnie cu pereţi dubli şi cu deschiderea în sus. În această pâlnie se introduce balonul din sticlă incoloră şi, prin suflare, se sudează de sticla colorată. Se detaşează ţeava de la pâlnia colorată, iar peretele exterior se stropeşte cu apă şi se îndepărtează prin spargere. În acest fel se obţine

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

262

un balon din sticlă incoloră cu o peliculă subţire din sticlă colorată la exterior. Această fază a operaţiei se repetă în funcţie de numărul de straturi colorate care trebuie obţinute. Balonul se încălzeşte şi se fasonează în mod obişnuit prin suflare. Decorarea produsului se execută prin gravare chimică folosindu-se un procedeu manual. Se aplică cu pensula un lac pe bază de bitum, cu rolul de a proteja zonele decorului, iar după uscarea sa se corodează cu acid fluorhidric zonele neprotejate. Se spală produsul cu o soluţie alcalină, se îndepărtează lacul pe bază de bitum şi se spală produsul cu apă. Fazele operaţiei de decorare prin gravare chimică se repetă în funcţie de numărul straturilor colorate, fineţea decorului etc.

• articolele din sticlă marmorată se obţin prin combinarea sticlei opal cu bucăţi din sticlă colorată. În acest scop, balonul din sticlă opal se rulează cu ajutorul ţevii de suflat pe o placă pe care s-au pus cioburi din sticlă colorată cu dimensiuni de 4 – 8 mm. Se reîncălzeşte balonul şi se acoperă cu un strat de topitură incoloră. În continuare balonul se fasonează în mod obişnuit, produsul căpătând un aspect de marmură.

• articolele din sticlă filată sunt obţinute prin combinarea uneia sau a mai multor baghete din sticlă colorată, care sunt aplicate sub formă de spirală pe un balon din sticlă albă sau colorată. Din balonul astfel pregătit sunt suflate apoi produsele.

• articolele din sticlă reticulară (atlas) sunt obţinute prin lipirea a două baloane, unul dintr-o sticlă opal, iar celălalt dintr-o sticlă slab colorată, care prind între ele bule de aer. Prin fasonare, din balonul rezultat se obţin produse în care bulele de aer produc multiple efecte optice, care conferă produsului un aspect deosebit.

• articole din sticlă filigranată (millefiori). Se obţin din baghete de sticlă colorată acoperite la exterior cu un strat subţire de sticlă albă repartizată uniform. Baghetele de diverse culori, executate în acelaşi fel, se lipesc mai multe împreună, formând un mănunchi din care, prin încălzire şi agitare, se obţine o singură baghetă cu fire colorate în ea. În acelaşi scop se pot uni mai multe mănunchiuri, formând un mănunchi mai voluminos, care se aplatizează şi se aplică pe articolul care urmează a fi decorat.

Într-un mod asemănător sunt executate articolele veneţiene (de Murano), în care baghete de diferite culori sunt dispuse în canalele interioare ale unei forme conice, după care în formă se introduce un balon din sticlă incoloră pe care se lipesc baghetele. Balonul astfel decorat se prelucrează prin reîncălzire şi agitare.

Mărfuri din sticlă

271

Tabelul 4.6. (continuare) Defectul Definiţia

Irizare Corodarea superficială a sticlei datorită agenţilor atmosferici cu apariţia culorilor de interferenţă

Suprafaţă atacată (suprafaţă voalată)

Pierderea neuniformă a transparenţei suprafeţei produsului datorită hidrolizei sticlei în contact cu umezeala

Solarizare Modificarea culorii produselor de sticlă

4.5 Sortimentul mărfurilor din sticlă Mărfurile din sticlă sunt utilizate într-o multitudine de domenii de activitate şi se prezintă într-o gamă extrem de variată.

4.5.1 Mărfuri din sticlă pentru menaj Tipurile de sticlă utilizată la producerea articolelor de menaj sunt prezentate în schema din figura 4.10.

Fig. 4.10. Tipurile de sticlă pentru articole de menaj

Sticla comună este o sticlă calcosodică sau calcopotasică obţinută din nisip cuarţos, carbonat de sodiu, respectiv carbonat de calciu şi oxid de calciu şi are un aspect uşor verzui. Produsele din sticlă comună se

rezistentă la foc (termorezistentă)

Sticlă pentru articolele de

menaj

cristal superior cristal cu plumb sticlă cristalină sticlă cristalin (sticlă sonoră)

sticlă ceramică (tip Arcopal)

comună

cristal

albă semialbă călită (incasabilă)

incoloră

colorată transparentă netransparentă

translucidă

opacă

Mărfuri metalo-chimice. Mărfuri din sticlă, ceramică şi lemn

272

încadrează în clasa 4 de stabilitate faţă de apă şi clasa 3 de stabilitate faţă de acizi şi substanţe alcaline. Sticla incoloră este o sticlă comună caracterizată de un factor de transmisie a luminii de minim 75%. Sticla albă este o sticlă comună incoloră cu un conţinut de Fe2O3 de maximum 0,04% şi este caracterizată de un factor de transmisie a luminii de minimum 87%. Sticla semialbă este o sticlă comună incoloră, cu un conţinut de Fe2O3 cuprins între 0,04 – 0,20% şi este caracterizată de un factor de transmisie a luminii cuprins între 75 – 87%. Sticla călită (incasabilă) este o sticlă comună incoloră, calcosodică, a cărei suprafaţă a suferit un proces de răcire rapid, controlat, care-i conferă o rezistenţă termică şi mecanică superioară. Sticla cristal este o sticlă incoloră, foarte transparentă şi foarte omogenă, cu un conţinut de Fe2O3 de maximum 0,02 % şi cu un conţinut variat de oxizi de plumb, de potasiu, de bariu şi de zinc care-i conferă valori ridicate ale indicelui de refracţie. Sticla cristal se deosebeşte de sticla comună prin omogenitate şi transparenţă ridicată, luciu puternic şi sunetul cristalin şi prelung pe care-l produce la lovire. De asemenea, este finisată prin şlefuire cu şlifuri adânci şi faţete care-i pun în valoare indicele de refracţie ridicat. Sticla cristal este folosită la producerea articolelor de menaj de calitate superioară şi a obiectelor de podoabă. După conţinutul în oxizi ai metalelor grele, sticla cristal se împarte în: • cristal superior care conţine cel puţin 30% oxid de plumb (PbO), cu o

densitate de minimum 3,00 g/cm3 şi un indice de refracţie mai mare de 1,545;

• cristal cu plumb care conţine cel puţin 24% oxid de plumb (PbO), cu o densitate de minimum 2,90 g/cm3 şi un indice de refracţie mai mare de 1,545;

• sticlă cristalină care conţine separat sau la un loc cel puţin 10% oxid de plumb (PbO), oxid de zinc (ZnO), oxid de bariu (BaO) sau oxid de potasiu (K2O), având o densitate de minimum 2,45 g/cm3 şi un indice de refracţie mai mare de 1,520;

• cristalin – sticlă sonoră – care conţine separat sau la un loc minimum 10% oxid de plumb (PbO), oxid de bariu (BaO) sau oxid de potasiu (K2O), având o densitate de minimum 2,40 g/cm3 şi a cărei duritate Vickers la suprafaţă este de 550 HV.

Mărfuri din sticlă

273

Sticla rezistentă la foc este o sticlă borosilicatică cu un coeficient de dilatare foarte mic (30 - 60·10-7 1/°C) folosită la fasonarea articolelor de menaj rezistente la încălziri directe la flacără. Din această grupă de sticle fac parte sticla de Jena, sticla Arcoroc, sticla Turdaterm, sticla Pyrom etc. Sticla ceramică prezintă proprietăţi mecanice superioare sticlei obişnuite datorită obţinerii unui anumit grad de cristalizare, produs de substanţe care generează microcristale în masa sticlei. Sticla ceramică este o sticlă de regulă opal, cu un conţinut mai ridicat de aluminiu şi mai scăzut de oxid feros. La materialul sticlos se adaugă până la 20% caolin sau steatită, iar pentru a determina apariţia microcristalelor se foloseşte fluorină. Din această grupă face parte şi sticla de tip Arcopal, din care se produc diverse articole de menaj. Mărfurile din sticlă pentru menaj se pot clasifica după următoarele criterii:

a) procedeul de fasonare • articole obţinute prin suflare • articole obţinute prin presare • articole obţinute prin presare – suflare

b) procedeul utilizat la finisare • articole sculptate • articole gravate • articole matisate • articole lustruite • articole pictate

c) modul de comercializare • articole comercializate sub formă de piese separate (pahare, farfurii,

scrumiere etc.) • articole comercializate sub formă de seturi sau servicii (seturi de pahare

sau farfurii, servicii pentru dulceaţă, apă, lichior etc.)

d) dimensiunea maximă • piese mici cu dimensiunea maximă până la 120 mm • piese mijlocii cu dimensiunea maximă cuprinsă între 121 – 200 mm • piese mari cu dimensiunea maximă peste 200 mm.