ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ПРОИЗВОДСТВО ЗЕРКАЛ

Зеркала изготавливают путем нанесения на одну из поверхностей стекла тонких отражающих металлических пленок химическим или физическим способами. Химиче­ский способ состоит в нанесении на стекло слоя метал­ла, восстановленного из раствора его соли. Физические способы заключаются в нанесении на стекло отражаю­щего слоя путем распыления металла в вакууме (пер­вый) или пульверизацией (второй). Для получения зер­кал пригодны многие металлы: серебро, золото, алюми­ний, хром, никель и др. Цвет зеркального отражающего слоя соответствует цвету металла. Для изготовления зеркал массового ассортимента применяют два спосо­ба — нанесение на поверхность сгекла тонкого слоя се­ребра химическим способом и тонкого слоя алюминия термическим испарением в вакууме. Зеркальный слой снаружи покрывают, защитными слоями — сначала мед­ным, а затем лаковым или эмалевым.

Зеркала применяют для разных целей, вследствие чего их качество определяется разными ГОСТами (ГОСТ 17716—72 —зеркала бытовые; ГОСТ 15469 — зеркала для мебели, ОСТ 21-2-74 — зеркала технические и др.). Размеры регламентируют только для мебельных зеркал (по длине400—1500 мм, по ширине 200—600 мм). Зеркала бытовые и технические делают по утвержден­ным эталонам.

Толщина серебряного слоя для всех зеркал должна быть не менее 0,15 мкм, для алюминиевого покрытия — не менее 0,12 мкм; толщина защитного медного слоя на отражающем покрытии должна быть не менее 0,1 мкм, а защитного лакового или эмалевого покрытия — не ме­нее 40 мкм. Защитные покрытия не должны отслаивать­ся от отражающего слоя при нормальной эксплуатации зеркала. Коэффициент отражения света от зеркал с се­ребряным слоем задают в пределах 0,87—0,9, с алюми­ниевым слоем — 0,77—0,8, с хромовым — 0,35. Зеркала должны быть влагостойкими.

Зеркала изготовляют из термически полированного стекла толщиной 4—7,6 мм (ГОСТ 7132—78). Для не­которых зеркал по ГОСТ 111—78 допускается примене­ние оконного стекла первого сорта толщиной 4—6 мм.

Химический способ нанесения зеркальных покрытий. В основе процесса химического серебрения лежит реак­ция восстановления серебра из его соединений. Обычно для серебрения применяют раствор комплексной соли серебра (Ag(NH3)2)OH, образующейся при взаимодей­ствии азотнокислого серебра и водного раствора ам­миака. Процесс получения зеркал с серебряным слоем включает три стадии: а) подготовку поверхности стекла для серебрения; б) серебрение; в) нанесение защитных покрытий на слой серебра.

Подготовка поверхности стекла к серебрению. Для получения хорошего зеркального слоя поверхность стек­ла очищают от всех загрязнений, промывают водой, подполировывают и подвергают ее химической обработ­ке для получения на ней свежей коллоидной пленки кремневой кислоты, высоко активной к адсорбции ионов серебра. Химическая обработка состоит в последова­тельном промывании стекла азотной кислотой, раство­ром едкой щелочи, дистиллированной водой и слабым раствором хлористого олова (концентрацией 0,05—0,1 % по массе).

Хлористое олово, являясь восстановителем, облегча­ет начало реакции выделения металлического серебра. В присутствии воды SnCl2 подвергается гидролизу и об­разующаяся Sn(OH)2 адсорбируется на коллоидной пленке кремневой кислоты. До начала серебрения стек­ло держат под слоем воды.

Серебрение. Серебрят стекло сразу по окончании подготовки поверхности, для чего готовят два раствора: серебрильный и раствор-восстановитель. Первый рас­твор содержит на 1 л воды 2—5 г AgN03, 2—5 г NaOH или КОН и 5—10 мл 25%-ного раствора NH4OH; вос­становитель представляет собой 7—10%-ный раствор инвертированного сахара или глюкозы. Растворы сме­шивают перед самым началом серебрения. Их смесь называют серебрильной ванной.

В результате взаимодействия растворов в серебриль­ной ванне выпадает коллоидальное металлическое се­ребро (с размером частиц 10-4—Ю-6 мм), которое частично осаждается на поверхности стекла в виде зер­кальной пленки. Остальное количество серебра, выде­лившееся в объеме раствора, коагулирует и не участву­ет в образовании пленки. Это так называемый шлам, который смывают с поверхности стекла, так как он ухудшает качество зеркальной пленки. Процесс сереб­рения повторяют 2—4 раза в зависимости от требований к отражающему слою.

Отражение света зеркальным слоем зависит от его толщины. Тонкий зеркальный слой (0,02—0,04 мкм) полупрозрачен. Высокую степень отражения све­та (98%) получают при толщине серебряного слоя 0,15 мкм. Такую толщину слоя и создают на зер­калах.

Процесс серебрения состоит в поливе стекла смесью растворов на неподвижных или качающихся столах или же в распылении серебрильного раствора воздухом (способ аэрозолей); второй способ лежит в основе мас­сового поточного производства зеркал. При длине по­точной линии 75 м достигается производительность 1500 м2 зеркал за 8 ч. При методе аэрозолей получение серебряного слоя завершается за 30 с против ~ 10 мин при способе полива вследствие применения быстродей­ствующих восстановителей (соединений гидразина N2H4).

Коэффициент использования серебра зависит от условий сереб­рения, состава серебрильных ванн, их температуры и составляет 15—70 %. На 1 м2 зеркала расходуется 6—7 г азотнокислого серео - ра. Добавление в серебрильную ванну 0,084—0,29 мл/л спиртового раствора йода (1—5 %) позволяет повысить коэффициент использо­вания серебра.

Помещения для серебрения должны содержаться в чистоте. В них следует поддерживать температуру 25—29 °С. Реактивы для серебрения применяют химически чистые, посуду хорошо вымытую и обезжиренную. Соединения серебра хранят в посуде, окрашенной в желтый или оранжевый цвет.

Нанесение защитных покрытий. Полученный на стек­ле слой серебра немедленно защищают от механических И химических воздействий (он разрушается влагой, сер­нистыми и хлористыми соединениями и органическими кислотами). Защитное покрытие должно быть механи­чески прочным, хорошо сцепляться с серебряным слоем, иметь минимальное количество пор и не содержать ве­ществ, вредно действующих на серебро. Наиболее на­дежный способ защиты — омеднение, поверх которого наносят лакокрасочные покрытия.

При поливном способе омеднение зеркал производят с помощью электролиза. В качестве катода применяют серебряный слой, в качестве анода — листы электроли­тической меди с площадью, равной площади листа стек­ла или больше нее, расстояние между электродами 200—450 мм. Плотность электрического тока 0,9— 1,2 А/дм2; время омеднения 10—15 мин, напряжение 4—6 В. Электролиз происходит в ванне из медного ку­пороса (200 г/л) с добавкой серной кислоты (10 г/л). Медный слой после нанесения промывают дистиллиро­ванной водой, сушат в токе теплого воздуха в течение 1,5—2 ч, затем на него наносят защитный лак (в три приема).

При конвейерном аэрозольном способе на слой се­ребра распыляют раствор сернокислой меди (на 100 л дистиллированной воды 3500 г купороса и 250 см3 сер­ной кислоты). Для восстановления сернокислой меди применяют смесь: 150 г порошка металлического цинка и 100 см3 этилового спирта на 100 л дистиллированной воды. После сушки в камере, обогреваемой лампами инфракрасного излучения, на медный слой в два прие­ма наносят лакокрасочные покрытия.

Омеднение путем восстановления меди в растворе применяют и в периодическом способе изготовления зеркал. На Московском фурнитурном заводе для нанесения слоя меди приготовляют два раствора. Первый раствор состоит из 1200 г CuS04, 22,5 г виннокис­лого калия, 22,5 г КОН и 120 мл 98 %-ной серной кислоты на 15 л
дистиллированной воды; второй раствор (восстановительная сус­пензия) содержит в 2 л дистиллированной воды 15 г карбониль­ного железа марки р-4—р-10 и 4 мл гидролизного спирта высшей очистки. Первый и второй растворы смешивают в соотношении 1:1; смесь наносят на серебряный слой кистью и через 1—2 мин ее из­быток сливают, наклоняя стекло, и промывают медный слой дистил­лированной водой. Расход смеси 800 г/м2 зеркала. После сушки мед­ного слоя при температуре 80 °С в течение 10 мин на него наносят зеркальный лак, который сушат 10 мин при 80—90 °С. Слой зер­кального лака покрывают слоем асфальтового лака ВП575 с добав­кой скипидара и сушат его при температуре 60 °С также в течение 10 мин.

Воздух, применяемый для распыления, очищают от масел и пыли. Все отходы серебрильных растворов со­бирают и регенерируют.

Физические способы нанесения зеркальных покры­тий.

Металлизация стекла способом испарения в вакууме. Этим способом в нашей промышленности изготовляют зеркала с алюминиевым отражающим слоем на установ­ках периодического и непрерывного действия.

Для производства зеркал служат вакуумные уста­новки периодического действия УВ-18 и 6ВБ, годовой производительностью соответственно 80 тыс. м2 и 25 тыс. м2 зеркал. Максимальный размер зеркал 1500X800 мм. Ва­куумная установка состоит из цилиндрической камеры, в которой на стекло наносят пленку металла, арматуры для крепления нагревателей и насосов, создающих ва­куум.

Перед нанесением металлического слоя края загото­вок стекла предварительно обрабатывают или наносят на них фацет (см. пп. 13.2 и 13.3). Поверхности загото­вок промывают водой, полируют водной суспензией ди­оксида циркония, а на некоторых заводах еще и амми - ачно-меловой пастой, вновь промывают водой, сушат горячим воздухом и протирают аммиачным раствором и спиртом.

Подготовленные заготовки поступают в аппараты для нанесения алюминиевого слоя, в котором их уста­навливают рядами вертикально, с небольшим наклоном. Между двух рядов стекол устанавливают испаритель — рамку из красной меди, перемещаемую вдоль камеры особым приспособлением. Поперек рамки на пучках из вольфрамовых проволок навиты полоски из алюминия шириной 5 мм и толщиной 0,1 мм.

Процесс алюминирования состоит из электрической очистки, оплавления жгутов и испарения. Камеру с

21—468
установленным в нее стеклом и испарителями закрыва­ют, откачивают воздух до вакуума 13,33 Па и включают в сеть высокого напряжения (1500 В); при этом возни­кает электрический разряд, который удаляет с поверх­ности стекла остатки воздуха. Затем вакуум повышают до 0,133 Па и включают ток силой 25—35 А и напряже­нием 4—5 В для оплавления алюминия. Для испарения металла напряжение повышают до 5—6,5 В, а силу то­ка— до 45—50 А, причем испаритель непрерывно пере­мещается вдоль камеры туда и обратно.

Весь цикл алюминирования от загрузки до загрузки занимает 17—20 мин. За один цикл на установке УВ-18 обрабатывают 8,8 м2 зеркал, а на установке 6ВБ — 2,6 м2 зеркал. Расход алюминия на 1 м2 зеркала 2,6 г, расход вольфрама до 4 г. Толщина алюминиевого слоя составляет 0,012—0,15 мкм.

На алюминиевый слой наносят защитную эмаль АК-5164 или MJ1-12 и лак МЦ-25 электростатическим способом под напряжением 70 кВ или поливной маши­ной, под которой зеркало проходит со скоростью 100 м/мин. Толщина защитного слоя >40 мкм. Расход на 1 м2 зеркала эмали 150 г, лака 170 г. После нанесе­ния защитное покрытие сушат при температуре около 100°С в течение 10—15 мин.

Поточная линия производства алюминированных зеркал непрерывным способом действует на Саратов­ском заводе технического стекла, причем она осущест­вляется по следующей схеме: укладка стекла на роли­ковый конвейер; мойка стекла водой; подполировка стекла; мойка и сушка стекла; обезжиривание его по­верхности; укладка стекла в кассету обработанной сто­роной вниз; помещение стекла в камеру загрузки, соз­дание форвакуума; обработка стекла в поле электричес­кого тока высокого напряжения; перемещение стекла в высоковакуумные камеры; испарение алюминия на вольфрамовых держателях; прохождение зеркала через камеры постепенного снижения вакуума; перемещение зеркала в камеру выгрузки с нормальным давлением;, поворачивание зеркала алюминиевым слоем вверх; пе­ренесение зеркала в камеру с электростатическим полем для покрытия защитным слоем эмали; сушка эмалевого покрытия; контроль качества зеркал.

Вакуумные камеры оборудованы герметическими за­слонками и работают по принципу шлюзов. Габариты камеры (22X1,8X1.4) м3. Мощность токоприемников
51 кВт. Производительность 200 тыс. м2/год. Численность обслуживающего персонала 2—3 человека в смену.

Металлизация стекла способом распыления под давлением. Этот способ покрытия стекла металлом применяется в двух вариантах: при холодном изделии и когда изделие только что отформовано и имеет температуру 600—700 °С.

В первом случае изделие промывают, обезжиривают, нагревают до температуры 450—500 °С, затем наносят слой металла. Во вто­ром случае изделие металлизируют непосредственно после формо­вания. Для металлизации предназначен пистолет со специальным механизмом, подающим проволоку с определенной заданной скоро­стью. К нему придано устройство для нагрева проволок электриче­ским током или ацетиленово-кислородиым пламенем и подведен сжа­тый воздух для распыления металла. Слой металла, нанесенный способом распыления, не является сплошным, он может иметь рябь и чешуйчатую структуру. Поэтому зеркала, полученные способом распыления, используют только для декоративных целей (цветные зеркала) и в строительстве. Для получения цветных зеркал приме­няют цветные металлы, например бронзу для изготовления изделий под цвет золота. Цветные зеркала получают также путем нанесения алюминиевого слоя на цветное стекло. Так, для шпилей московских высотных зданий применено стекло под цвет золота, изготовленное путем нанесения алюминиевого слоя на желтое листовое стекло, окрашенное углем.