Stikls: definīcija, sastāvs, veidi, īpašības un pārstrāde

Uzziniet visu par stiklu — definīcija, sastāvs, veidi, īpašības un pārstrāde. Praktiski fakti, krāsainā un kristāla stikla īpatnības un pārstrādes iespējas.

Stikls ir ciets materiāls, kas parasti ir caurspīdīgs un ko var izgatavot ļoti dažādās formās. To galvenokārt veido silīcija dioksīds (SiO2), taču praktiski rūpnieciskajā stiklā vienmēr pievieno citas vielas, lai mainītu īpašības. Stiklu, kas izgatavots praktiski tikai no silīcija dioksīda, sauc par silīcija stiklu.

Definīcija un sastāvs

Parasti lietojamais logu un pudeļu stikls ir tā saucamais nātrija‑kaļķa stikls, kas satur aptuveni 70–75 % silīcija dioksīda (SiO2). Pārējās sastāvdaļas parasti ir nātrija oksīds (Na2O) no nātrija karbonāta (Na2CO3), kalcija oksīds (CaO) un nelielas piemaisījuma piedevas. Mainot proporcijas vai pievienojot speciālas oksīdu piedevas, iegūst ļoti atšķirīgus stikla veidus ar dažādām optiskām, mehāniskām un termiskām īpašībām.

Stikla veidi

• Nātrija‑kaļķa stikls — visizplatītākais, lieto logiem, pudelēm, burkām un daudzās ikdienas lietās.
• Borosilikāta stikls — pievienojot B2O3, rodas izturīgs pret temperatūras svārstībām stikls (piemēram, laboratorijas trauki, dažas trauku un virtuves izstrādājumu markas).
• Kristāla stikls — satur svina oksīdu (PbO) vai cinka oksīdus, tādējādi palielinās blīvums un refrakcija; izmanto rotaslietās un traukos ar izteiktu spīdumu. Jāatzīmē, ka tas tehniski nav kristāliska struktūra — viss stikls ir amorfs.
• Stiprinātais (tempered) stikls — caur īpašu siltumapstrādi palielināta izturība; salūst mazāk bīstamos fragmentos.
• Laminētais stikls — divas vai vairāk stikla kārtas savienotas ar plastmasas starpslāni (piem., PVB); paliek vietā, ja saplīst, tāpēc lieto automašīnu vējstiklos un drošības logu risinājumos.
• Specializēts optiskais stikls — izmanto lēcu ražošanā, optikā un elektronikas ekrānos; tam precīzi kontrolē optiskās īpašības (refrakcijas rādītājs, dispersija).
• Krāsainais stikls — krāsu iegūst, pievienojot metālu oksīdus (piemēram, kobalta oksīds ziliem toņiem, hroma savienojumi zaļiem u.c.).

Īpašības

Stikla raksturojumi, kas nosaka tā lietojumu:

• Amorfā struktūra — stikls ir nekristāliska (amorfā) cieta viela; tam nav regulāras kristāliskas režģa struktūras.
• Optiskās īpašības — laba caurspīdība redzamajā spektrā; refrakcijas rādītājs tipiskam stiklam ~1,5 (atkarīgs no sastāva); dispersija (gaismas šķelšanās) svarīga lēcām un dekoratīvajam stiklam.
• Mehāniskā uzvedība — liela saspiešanas izturība, bet zema stiepes izturība un trauslums; bojājumi un virsmas defekti ievērojami samazina stiprumu.
• Termiskā uzvedība — stiklam nav viendabīgas kušanas temperatūras kā kristālām vielām, bet ir stiklveida pārejas temperatūra un viskozitāte, kas mainās ar temperatūru; daļu stiklu (piem., borosilikātu) raksturo laba izturība pret termālajiem šokiem.
• Ķīmiskā noturība — parasti izturīgs pret ūdeni un daudziem ķīmiskajiem iedarbībām, tomēr stipri skābās vai sārmainās vidēs (īpaši HF) tiek uzbrūkts; laika gaitā var veidoties virsmas "bagging" vai uzkrāšanās.
• Fraktūra — parasti konchoidāla (krūzveida) lūzuma virsma; drošības stikli pārtrauc šo uzvedību, sadaloties drošākos fragmentos.

Ražošanas un apstrādes procesi

Galvenie stikla ražošanas soļi:

• Sastāvdaļu sajaukšana un kausēšana — izejmateriāli (SiO2, Na2CO3, CaO u.c.) izkausē augstā temperatūrā, līdz rodas viendabīga kuce. Modernajā rūpniecībā logu stiklu bieži ražo, izmantojot "float" procesu, kur karsts stikls plūst pa šķidro cinku/naftas vannu, veidojot gludu, vienmērīgas biezuma plāksni.
• Aneilēšana (atdzīšana) — lēna dzesēšana paātrina stresu samazināšanu, lai novērstu plaisas vēlāk.
• Stiprināšana (temperēšana) — atkal karsējot un ātri dzesējot virsmas, palielina virsmu saspiešanās spriegumu un tādējādi trauslumu samazina.
• Griešana un apdare — mehāniskas vai lāzera apstrādes, frēzēšana, slīpēšana un pulēšana, lai iegūtu nepieciešamo formu un virsmas kvalitāti; griezts vai slīpēts stikls tiek dekorēts ar rotējošiem riteņiem.

Oriģinālais fragments par griezto stiklu:

""Griezts stikls" ir stikls, kas pilnībā dekorēts ar rokām, izmantojot rotējošus riteņus. Griezumus citādi pilnīgi gludā stikla virsmā izdara strādnieki, turot un pārvietojot stiklu pret dažāda izmēra metāla vai akmens riteņiem".

Pielietojums

Stikla izmantošana ir ļoti plaša:

• Logi, fasādes, automobiļu vējstikli (laminētie un temperētie stikli)
• Pudeles, burkas, trauki un dekora priekšmeti
• Optiskās lēcas, šķiedru optika, mikroskopa/ķirurģiskās optikas komponentes (augsta stikla kvalitāte un optiskā precizitāte)
• Laboratorijas trauki un temperatūrai izturīgi priekšmeti (borosilikāta stikls)
• Vitrāžas un dekoratīvais stikls (baznīcas logi, mākslas darbi)
• Elektronikas un displeju rūpniecība — speciāli stikli viedtālruņu ekrāniem, planšetēm, saules bateriju aizsargslāņi)

Tā kā stiklu izmanto lēcu izgatavošanai, vārds "brilles" bieži nozīmē brilles, kas iegūtas no speciāli apstrādāta optiskā stikla.

Vēsture un mīti

Stikla izgatavošanas vēsture ir sena — attēlots arī romiešu stikla trauku piemērs, kas saglabājies līdz mūsdienām. Zemāk saglabātas attēlu ilustrācijas ar vēsturiskām un ikdienišķām stikla lietām:

Pastāv arī populārs mīts, ka stikls ir šķidrums, jo ļoti vecos logus bieži redz nedaudz izplūdušus (apakšā biezāki nekā augšā). Šī parādība faktiski rodas no agrīniem stikla izgatavošanas un logu ražošanas paņēmieniem — vecās rūts varēja nebūt viendabīgas biezumā. Mūsdienu stikls ir cieta, amorfa viela, kas neplūst ikdienas apstākļos.

Pārstrāde un ilgtspēja

Stikls ir pārstrādājams atkārtoti bez būtiskas kvalitātes zuduma. Pārstrādes process parasti ietver savākšanu, šķirošanu pēc krāsas (caurspīdīgs, brūns, zaļš), tīrīšanu no etiķetēm un kontaminantiem, sasmalcināšanu (cullet) un atkārtotu kausēšanu jaunā stiklā. Pievienojot jau pārstrādātu stikla granulātu kausēšanai, samazinās nepieciešamā enerģijas apjoma un izejmateriālu daudzums, kas padara ražošanu ekonomiskāku un videi draudzīgāku.

Pārstrādes izaicinājumi un iespējas:

• Jāizvairās no stikla piesārņojuma — keramika, porcelāns un dažas plastmasas var sarežģīt pārstrādi.
• Citas pielietojuma iespējas — pārstrādātus materiālus var izmantot arī kā celtniecības pildvielu vai smilšu aizvietotāju.
• Slēgtais cikls (pudeļu → pudeļu pārstrāde) ir iespējams un ekonomiski izdevīgs skaidras krāsas stiklam, taču krāsu šķirošana ir svarīga, lai saglabātu produkta kvalitāti.

Drošība un kopšana

Praktiski padomi par stikla izmantošanu un drošību:

• Salūzušu stiklu savāc ar cimdiem un birstīti, lai izvairītos no griezumiem; smalkus fragmentus var savākt, izmantojot mitru papīru.
• Individuālā aizsardzība — darbojoties ar stiklu (griešana, slīpēšana), lieto aizsargbrilles un elpceļu aizsardzību pret putekļiem.
• Termiski trausns stikls — izvairieties no pēkšņas karstuma vai aukstuma iedarbības; ja nepieciešams, izmantojiet termiski izturīgus stiklus vai borosilikātu.
• Stikla priekšmetu tīrīšana — izmantojiet piemērotus tīrīšanas līdzekļus; izvairieties no abrazīviem līdzekļiem uz pulētām vai dekorētām virsmām.

Stiklam kā materiālam ir liela nozīme gan katru dienu lietojamās precēs, gan augsto tehnoloģiju industrijā. Tā daudzveidība — no vienkāršas pudeles līdz optiskajai šķiedrai vai izsmalcinātam kristālam — padara stiklu par neaizstājamu materiālu mūsdienu sabiedrībā.

Jautājumi un atbildes

Q: No kā ir izgatavots stikls?

J: Kā stiklam var pievienot dažādas krāsas?

J: Ko apzīmē termins "slīpēts stikls"?

J: No kurienes radās mīts, ka stikls ir šķidrums?

J: Kam bieži izmanto glāzes?

J: Vai kristāls patiesībā ir kristāls?

Meklēt pēc burta