ماهي طريقة صنع الزجاج‎

بواسطة: - آخر تحديث: الخميس , 20 أكتوبر 2016 - 10:13
ماهي طريقة صنع الزجاج‎

الزجاج

صنع الإنسان الزجاج منذ آلاف السنين، فكثير من المخطوطات التاريخية دلّت على وجود الأدوات الزجاجية التي كان يستخدمها الإنسان منذ أكثر من ألفي عام قبل الميلاد، من أواني زجاجية منزلية، وقطع زخرفيّة، وقطع الزينة، ثمّ تطوّر استخدامها لتدخل في مجال الصناعة، والأبنية مثل: الواجهات الزجاجية، والنوافذ، والأبواب، وغيرها. في هذا المقال سنتعرّف على كيفية صنع الزجاج، والمواد التي تُستخدم في تصنيعه.

مراحل تصنيع الزجاج

يمر الزجاج بعدة مراحل في التصنيع وهي:

مرحلة خلط المواد: في هذه المرحلة يتم خلط المواد المكوّنة للزجاج بنسب معينة، ومن ثم توضع في قوالب خاصة استعداداً لإدخالها في المرحلة الثانية وهي مَرحلة الصهر.

مرحلة الصهر: تدخل المواد المكونة للزجاج في أفران ذات درجات حرارة عالية، حتى تصبح مواد سائلة وذات لزوجة عالية، وقابلة للتشكيل.

تتعدد أنواع الأفران المستخدمة في تصنيع الزجاج تبعاً لنوع الزجاج الذي سيصنع، كما تختلف درجات الحرارة التي تتعرض لها المواد المصهورة حسب الكميات المستخدمة في عملية التصنيع.

مرحلة التشكيل: في هذه المرحلة تبرد المواد المصهورة لدرجة حرارة معينة تمهيداً لتشكيلها حسب نوع الزجاج المطلوب، ويتم التشكيل إما بالنفخ اليدوي وذلك بعد وضع المواد المصهورة في قوالب التشكيل، أو بالنفخ الآلي باستخدام أجهزة خاصة لنفسه الزجاج.

مرحلة التشكيل النهائية: في هذه المرحلة يبرد الزجاج ببطء حتى يحصل على الصلابة المناسبة في أفران خاصة بالتبريد؛ حيث توضع القطع الزجاجية لفتراتٍ زمنية متفاوتة حسب نوع القطعة حتى تبرد بدرجة حرارة المحيط الخارجي.

المواد التي تدخل في صناعة الزجاج

الرمل: وهو يعد من المواد الأساسية في صناعة الزجاج، ويجب أن يحتوي على كمية كبيرة من مادة السيلكا تفوق نسبتها الثمانين بالمئة من تركيب ذرات الرمال، لذا فهناك أنواع معينة من الرمال تستخدم لصناعة الزجاج وليست جميعها.

أكسيد الصوديوم: عبارة عن مادة كيميائية تدخل في المواد المكونة للزجاج، وظيفتها ضبط درجات الحرارة أثناء انصهار الزجاج، وسهولة تشكيله.

مادة الفلدسبار: وهي مادة تُساعد على إعطاء الشفافية للزجاج، وهي متوفرة بكثرة، ورخيصة الثمن.

أكسيد الكالسيوم: تعمل هذه المادة على منح الصلابة للزجاج بعد تبريده.

مادة البوراكس: وهي خليط من مادتي البورون وأكسيد الصوديوم، تساعد على زيادة نسبة انصهار مواد الزجاج، وتُعطي صلابةً للقطع الزجاجية، فمثلاً القطع الزجاجية التي تحتوي على كميات كبيرة من مادة البورون غير سهلة الكسر إذا ما تعرضت للتسخين والتبريد المفاجئ.

مواد ثانوية: وهي مجموعة من المواد، تضاف إلى الزجاج المصنع لتحسين نوعيته مثل: المواد التي تزيد الشفافية، والمواد الملونة، والمواد التي تزيد من نسب الانصهار كالتيتانيوم، وأكسيد الباريوم.

بنية الزجاج

كما هو الحال في المواد الصلبة لا بلورية الأخرى فإن التركيب الأيوني للزجاج – وليس التركيب الذري لأن الزجاج لا يحتوي على الذرات – لا يحتوي أي تناظر انتقالي، ولكن نظراً لخصائص الترابط الكيميائي فإن الزجاج قد يمتلك درجة ما من الانتظام قصير المدى نسبة إلى المضلعات الذرية الموضعية القريبة ولكنها لا تتواصل في الزجاج على المدى البعيد.

إنتاج الزجاج

تتضمن العمليات الأولى لإنتاج الزجاج: صب لوح من الزجاج ثم درفلته وصقله، أو نفخ كرة من الزجاج، ثم تدويرها في حركة مغزلية على طرف قضيب مع اسنادها على سطح أملس بارد حتى تتسطح على هيئة قرص أو تأخذ شكل الأسطوانة، وصقله بواسطة اللهب وتنعيم سطحه. ولصناعة أكواب فيتم بإدخال كرة الزجاج التي لا زالت منصهرة في قالب وتدويرها فيه فتأخذ شكل القالب ثم تبرد. بعد أزالة الطرف يصبح الكوب جاهزا.

واحتاج عمليات التزجيج (صناعة الزجاج) القديمة، إلى أطر صغيرة للنوافذ، لتركيب هذا الزجاج (التاجي) أو (النورماندي) عليها، وظل بعضها محتفظاً بـ (عين الثور) المميزة في مركزها، كعلامة مختلفة عن استخدام القضيب.

أما العملية البديلة لإنتاج (الزجاج العريض) فكانت تعتمد على أرجحة الكرة، حتى تتمدد وتتحول إلى شكل أسطواني، يصل طوله إلى حوالي متر ونصف، بقطر حوالي 45 سم. ثم تزال الأطراف وتشق الأسطوانة على طولها، ثم يتم تسطيحها في فرن مناسب.

وظلت الطريقة الأخيرة، مع طريقة أخرى متطورة عنها تعتمد على الميكنة، قيد الاستخدام حتى أوائل القرن العشرين، حين تم التوصل إلى طريقتين أخرتين هامتين:

طريقة بيترسبرج

طريقة (فوركو) عام 1904 وطريقة (بتسبرج) عام 1926 وتعتمد كلتا الطريقتين على سحب شريط من الزجاج رأسياً من فرن الزجاج، عبر فرن تلبيد (تلدين) بواسطة درافيل من الاسبستوس تدار بالمحركات، تقوم بمسك الشريط من طرفه العلوي بمجرد برودته لدرجة كافية، بعد عدة أقدام أعلى الفرن. وتسمح عملية التلدين بتبريد الزجاج ببطء بمعدل محدد، ويعد التبريد ببطء أمراً ضرورياً لتجنب الإجهادات الناشئة عن التبريد السطحي السريع. ويتميز الزجاج الناتج بشفافيته، وسطوحه المصقولة الصلبة، مع وجود بعض التشوه أو العيوب.

وكان الحصول على لوح زجاج مصقول فيما سبق من طرق، يتم بدرفلة الزجاج المصهور من الفرن، على هيئة شريط مستمر، ولكن كان يعيب ألواح الزجاج، وجود علامات (ندبات) بسطحه، نتيجة التلامس بين الزجاج والدرافيل. لذلك كان يتحتم إزالة هذه العلامات بالتجليخ والصقل بغرض الحصول على سطحين متوازيين للوح الزجاج لتحقيق الاكتمال البصري (الخواص الضوئية الجيدة) للمنتج النهائي. وبالطبع، يتخلف عادم يقدر بحوالي 20% من عمليات التجليخ والصقل، كما كان من الصعب في الماضي أخلاء الزجاج من الفقاقيع الهوائية.

أسلوب الطفو

منذ ظهور عملية الطفو على يد شركة (بيلكنجتون) البريطانية عام 1959 أصبحت الطريقة الأساسية المستخدمة في العالم أجمع لتصنيع الزجاج المسطح، وكان يتعين قبل ذلك، صب أي لوح مسطح من زجاج، ثم درفلته وصقله للتخلص من الاعوجاج وعدم الاستواء.

ويعتمد أسلوب الطفو على تحريك شريط من الزجاج بعرض يصل إلى 33 متراً إلى خارج فرن الصهر، ثم يتم تعويمه على سطح حمام (مغطس) من مصهور القصدير.

ويحتفظ بالشريط في جو يتم التحكم في تركيبه الكيميائي، عند درجة حرارة مرتفعة، لمدة زمنية كافية لاستواء المواضع غير المنتظمة، وحتى يصبح السطين مستويين ومتوازيين. ويتميز سطح الزجاج الناتج بالاستواء التام، نتيجة الاستواء المماثل لسطح حمام القصدير المنصهر.

ويجرى تبريد الشريط مع تحركه عبر حمام القصدير المنصهر، حتى تتصلد السطوح بدرجة كافية لإمرار الشريط، عبر مرحلة التلبيد، دون أن تترك الدرافيل علامات (ندبات) على السطح السفلي للشريط ،ويتميز الزجاج الناتج بهذه الطريقة بانتظام السمك ولمعان سطوحه، دون حاجة إلى تجليخ أو صقل.

وبعد مرور سبع سنوات من العمل المضني، وبعد 14 شهراً من التشغيل غير الناجح لمصنع أقيم بالحجم الصناعي الكامل، وتكلف مائة ألف من الجنيهات الإسترلينية.

كل شهر من هذه الشهور، ظهرت أول ألواح زجاجية ناجحة، ثم تصنيعها بهذه الطريقة، بثخن 6 ملم.

وقد تحدد هذا السمك بطريقة تلقائية، نتيجة القوى الطبيعية المؤثرة على حمم الطفو، وهي ظاهرة حسنة، إذ يحتاج 50% من سوق الزجاج مرتفع الجودة، إلى هذا السمك.

ولكن الاستفادة الكاملة من طريقة الطفو، اقتضت السيطرة والتحكم في سمك الشريط المنتج، وهو أمر أولته شركة (بيلكنجتون) اهتمامها، إلى أن تمكنت بعد عامين من ظهور هذه الطريقة من إنتاج زجاج بسمك 3 ملم وتحقق ذلك عن طريق مط الشريط برفق، وبطريقة يتم التحكم فيها، بحيث انتفى وجود أية تشوهات في الألواح الناتجة.

ثم أمكن إنتاج ألواح أكثر سمكاً خلال السنوات الثلاث التالية، عن طريق الحد من الاستطالة التي يتعرض لها الزجاج المصهور في حمام الطفو، حتى تتاح زيادة السمك، ويبلغ مدى السمك المتوافر حالياً من 4 ملم حتى 25 ملم من الزجاج المناسب لأغراض البناء، وسمك 2.5 ملم لأغراض أخرى.

اقرأ:




مشاهدة 79